Регулятор оборотов коллекторного двигателя своими руками

На сегодняшний день практически все современные электроинструменты оснащены коллекторными двигателями. Они относятся к более универсальным конструкциям, поскольку могут работать не только при переменном, но и при постоянном напряжении. Однако данный тип электродвигателей обладает высокой частотой оборотов, которая не всегда требуется в рабочих процессах. В подобных ситуациях изменить частоту вращения и обеспечить плавный пуск поможет регулятор оборотов коллекторного двигателя, способный создавать наиболее оптимальные скоростные режимы.

Устройство и принцип работы

Современная бытовая техника и электроинструменты укомплектованы коллекторными и асинхронными электродвигателями. В самых современных устройствах второй вариант практически не применяется, поэтому более подробно следует рассматривать электродвигатели коллекторного типа.

Эти устройства отличаются компактностью, простотой управления и повышенной мощностью. Принцип действия такой же, как и у всех электродвигателей, основанный на вращении прямоугольной рамки, помещенной между магнитными полюсами, и по которой пропущен электрический ток.

В коллекторных двигателях функцию вращающейся рамки выполняют скользящие контакты, к которым также подводится ток. После поворота рамки на 2019 ток начинает течь по этим контактам в обратном направлении. Сама рамка будет вращаться в прежнем напрявлении, при этом плавного вращения она не обеспечивает. Для того чтобы вращение было плавным, в конструкции двигателя используется большое количество этих рамок.

В состав агрегата входят следующие элементы:

  • Вращающаяся часть является ротором, а внешний магнит – статором.
  • Основой скользящих контактов являются графитовые щетки, через которые к вращающемуся якорю подается напряжение.
  • Характеристики вращения отслеживаются тахогенератором. Если равномерность движения нарушается, он выполняет корректировку напряжения, обеспечивая более плавный ход.

Статор может состоять не только из одного, но и из двух магнитов, соответственно, с двумя парами полюсов. В отдельных конструкциях используются не статические магниты, а электромагнитные катушки. Скорость двигателя регулируется очень просто – всего лишь путем изменения величины подаваемого напряжения. Ось вращения соединяется с рабочей частью напрямую, без каких-либо промежуточных элементов.

Необходимость регулятора оборотов

Регулирующее устройство по своей сути является частотным преобразователем. Схема регулятора оборотов создана на основе мощного транзистора, с помощью которого инвертируется напряжение, обеспечивается плавная остановка и пуск.

Все необходимые действия осуществляются посредством ШИМ – широтно-импульсного модулятора, управляющего электрическими устройствами. С его помощью создаются синусоиды заданной конфигурации для постоянного и переменного тока.

За счет установленных частотных преобразователей, регулятор оборотов коллекторного электродвигателя способен точно контролировать необходимые электрические процессы. В результате, скорость вращения может быть изменена в сторону увеличения или уменьшения, обороты поддерживаются на установленном уровне, а сам инструмент оказывается защищенным от резких перепадов оборотов.

Электродвигатель использует только то количество электроэнергии, которое необходимо для выполнения работы. Экономия потребления электричества достигает до 50% при снижении скорости вращения всего лишь на 20%.

Действие регулятора оборотов

Работа регулятора оборотов коллекторного двигателя происходит следующим образом.

После запуска агрегата на полной мощности, электрическому току приходится преодолевать сопротивление полной нагрузки, повторяющееся несколько раз. Под действием тока обмотки двигателя деформируются и начинают выделять тепло в течение продолжительного времени. Это приводит к существенному снижению ресурса и движок становится менее долговечным.

Таким образом, регулятор выполняет функцию ступенчатого инвертора, осуществляющего двойное преобразование энергии.

Частотный регулятор напряжения выпрямляет ток на 220 В или 380 вольт, в зависимости от входного напряжения. Для этих целей используется выпрямляющий диод, расположенный на входе. После этого ток фильтруется через конденсаторы, далее происходит формирование широтно-импульсной модуляции. В конечном итоге после регулировки система оказывается подготовленной к созданию необходимой конфигурации синусоиды.

Выбор регулятора оборотов

Выбирать необходимое регулировочное устройство следует в соответствии с его техническими характеристиками и сферой использования.

Для выбора существуют следующие критерии:

  • Схема управления. Система управления в коллекторных двигателях бывает векторной или скалярной. У каждой имеются свои плюсы и минусы.
  • Важным параметром является мощность. Она должна совпадать с максимально допустимой мощностью регулируемого устройства. Для низковольтных двигателей рекомендуется использовать регулятор с мощностью, превышающей допустимую величину.
  • Допустимые напряжения желательно регулировать в максимально широком диапазоне. Исходя из этого следует выбирать и сам регулятор.
  • Частотный диапазон. Основная величина для регулирования, поскольку именно ее и преобразует прибор. Модификация выбирается исходя из конкретных потребностей. Например, для фрезерной машины хватит и 2019 Гц.

Самостоятельная сборка регулятора

Простейшее устройство, которое может быть собрано своими руками, представляет собой печатную плату, размером 50х50 мм. Для ее изготовления лучше всего подходит односторонний стеклотекстолит.

Схема дополняется двумя резисторами по 45 Ом, что дает возможность подключать обычный компьютерный вентилятор. В случае использования повышенной нагрузки схема блокируется демпферным диодом, рассчитанным на удвоенное значение тока нагрузки и питающего напряжения.

При отсутствии такого диода возможен перегрев всего устройства. Кроме того, сам элемент размещается на теплоотводе, представляющем собой металлическую пластину. Работа регулирующих ключей обеспечивает минимальные потери мощности.

65 руб.

Описание:

Регулирует обороты коллекторного двигателя (двигатель с щетками) без потери мощности вне зависимости от нагрузки. Данный модуль позволяет управлять оборотами от 0 до 20000 об/мин. (или максимально заявленных производителем), при этом сохраняя момент силы на валу электродвигателя. На плате предусмотрен предохранитель по питанию и все необходимые клеммы для подключения сети 220В, мотора и таходатчика. Регулятор нашел широкое применение для двигателей от стиральных машин автомат.

Подробнее:

Модуль представляет собой небольшую плату со всеми необходимыми элементами для обвязки и построенную на микросхеме TDA1085c. Необходимым условием для подключения является наличие таходатчика (тахогенератор), который позволяет обеспечить обратную связь электродвигателя с микросхемой. При нагрузки двигателя, частота оборотов начинает падать, что фиксирует таходатчик, который дает команду микросхеме увеличить напряжение и наоборот, когда нагрузка ослабевает — напряжение на двигатель падает. Таким образом данная конструкция позволяет поддерживать постоянную мощность коллекторного двигателя при изменении частоты вращения ротора.

Данный модуль хорошо подходит к электродвигателю от стиральной машины автомат. В сочетании двух устройств, легко можно сделать своими руками: Токарный станок по дереву, Фрезерный станок, Медогонку, Газонокосилку, Гончарный круг, Дровокол, Наждак, Сверлильный станок, Корморезка и другие устройства где необходимо вращение миханизмов.

Есть вариант на конденсаторном типе питания:

 

Стоимость данной платы 55,00 BYN.

Подключение

Для подключения коллекторного двигателя к плате управления необходимо разобраться в распиновке проводов. Стандарный коллекторный двигатель имеет 3 группы контактов: таходатчик, щетки и обмотка статора. Редко, но может присутсвовать и 4 группа контактов термозащиты (провода обычно белого цвета).

Таходатчик: расположен с задней части двигателя с выходящими проводами (меньше по сечению чем остальные). Провода могут прозваниваться мультиметром и могут иметь небольшое сопротивление.

Щетки: провода прозваниваются друг с другом и коллектором двигателя.

Обмотка: провода имеют 2 или 3 вывода (со средней точкой). Провода прозваниваются друг с другом. 

При подключении коллекторного двигателя к сети 220 Вольт: 

Один конец проводов щетки и обмотки соединяем накоротко (или ставим перемычку в контактную колодку), другой конец проводов подключаем к сети 220В. Направление вращения двигателя будет зависить какой из проводов обмотки будет подключен к сети 220В. Если необходимо изменить направление движения двигателя — поставьте перемычку на другую пару проводов «обмотка-щетка».

При подключении коллекторного двигателя к плате регулятора оборотов:


Проводами которыми подключался двигатель к сети 220В подключаем к клемме «М». К клемме «Тaho» подключаем таходатчик. К клемме «L N» подключаем сетевое питание 220 Вольт. Полярность не имеет значения.

В комплекте идет выключатель (клемма SA). Если выключатель не нужен — поставьте перемычку.

Настройка

На плате предусмотрено 3 типа настройки: 

— настройка плавности набора оборотов;

— настройка таходатчика;

— настройка диапазона регулировки оборотов.

Для надежности в работе и правильности настройки рекомендуется выполнять настройку в следующей последовательности:

1) Настройка плавности набора оборотов выполняется подстроечным резистором R1, который отвечает за плавность набора оборотов коллекторного двигателя. 

2) Настройка таходатчика выполняется подстроечным резистором R3, что позволяет убрать рывки и дерганье в работе двигателя при регулировки скорости вращения.

3) Настройка диапазона регулировки оборотов выполняется подстроечным резистором R2. Настройка позволяет ограничить или увеличить минимальное число оборотов коллекторного двигателя, даже при минимально выкрученном потенциометре.

Подключение реверса

Для подключения реверсного переключателя необходимо убрать перемычку в двигателе (обмотка и щетки). Провода в переключателе разделены тремя парами проводов, одна из которых имеет залуженные концы. Пара с залуженными концами подключается к клемме M. Две оставшиеся пары подключаются к обмотке и щеткам. Какая пара будет подключена к обмотке или щеткам не имеет значения. Полярность подключения не имеет значения.

Пара проводов для подключения к таходатчику двигателя имеет зеленый или черный цвет.

Реверсный переключатель не входит в стандартную комплектацию платы и приобретается отдельно.

Схема подключения реверса к плате:

Плата настраивается и проверяется перед продажей!

Технические характеристики

Напряжение питания 220В/50 Гц
Мощность, макс. 1000 Вт
Диапазон регулировки от 0 Гц до максимальных 
Размер платы  93х68х30 мм

Комплект поставки

— Плата регулятора мощности на TDA1085 — 1шт.

— Потенциометр с ручкой — 1шт.

— Выключатель — 1шт.

— Упаковка с инструкцией — 1шт.

Дополнительная комплектация

— Набор проводов с клеммами — 5 шт. +4 руб.

— Переключатель реверса с проводами на клеммах — 1 компл. +8 руб 

— Установка платы в корпус со всеми переключателями и проводами (только подключить к двигателю) +35 руб. 

Преимущества:

1. Трансформаторная схема питания обеспечивает безопасную и надежную работу.

2. Перед продажей все платы настраиваются и проверяются в работе.3. Компактный размер платы позволит установить ее в любой корпус.4. Качественный монтаж радиоэлементов. 5. Плата заводского изготовления с маской обеспечит защиту от пыли и коррозии. 

Скачать описание регулятора оборотов на микросхеме TDA1085CG 

Сраница1, Страница2

Теги: регулятор оборотов коллекторного двигателя 220в — 12в, схема своими руками на микросхеме TDA1085 купить Минск, регулятор оборотов двигателя с поддержанием мощности от стиральной машины-автомат, коллекторный двигатель регулятор для медогонки, сверлильный или фрезерный станок своими руками, медогонка своими руками, регулятор оборотов двигателя для стиральной машины

Попросили меня собрать регулятор оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины на микросхеме TDA1085. Регулятор исправно заработал, но при сборке кое что мне не понравилось в плате и схеме. Почитав про эту микросхему я скорректировал электрическую схему и разработал свою печатную плату.

Схема регулятора оборотов получилась вот такая.

Полный размер

Схема электрическая принципиальная

Для устройства разработа двухсторонняя печатная плата. Некоторые резисторы и конденсаторы использованы в исполнении для поверхностного монтажа. В отличии от распространенных в интернете схеме и плате, в моей по возможности разнесены высоковольтные и низковольтные цепи, «земля» разведена в соответствии с рекомендациями документов на микросхему. Вот так выглядит готовая плата изготовленная на заводе.

Полный размер

Плата регулятора оборотов коллекторного двигателя

Один из вариантов собранной платы регулятора.

Собранная плата

Расположение и номиналы деталей на верхней стороне платы.

Полный размер

Расположение и номиналы деталей на верхней стороне платы

Расположение и номиналы деталей на нижней стороне платы.

Полный размер

Расположение и номиналы деталей на нижней стороне платы

Видео работы регулятора.

P.S.: 05 Декабря 2017. Собрал не сложный вариант тахометра для этой схемы. Описание www.drive2.ru/b/489466018997994083/