Регулятор оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

На простых механизмах удобно устанавливать аналоговые регуляторы тока. К примеру, они могут изменить скорость вращения вала мотора. С технической стороны выполнить такой регулятор просто (потребуется установка одного транзистора). Применим для регулировки независимой скорости моторов в робототехнике и источниках питания. Наиболее распространены два варианта регуляторов: одноканальные и двухканальные.

Видео №1 . Одноканальный регулятор в работе. Меняет скорость кручения вала мотора посредством вращения ручки переменного резистора.

Видео №2. Увеличение скорости кручения вала мотора при работе одноканального регулятора. Рост числа оборотов от минимального до максимального значения при вращении ручки переменного резистора.

Видео №3 . Двухканальный регулятор в работе. Независимая установка скорости кручения валов моторов на базе подстроечных резисторов.

Видео №4. Напряжение на выходе регулятора измерено цифровым мультиметром. Полученное значение равно напряжению батарейки, от которого отняли 0,6 вольт (разница возникает из-за падения напряжения на переходе транзистора). При использовании батарейки в 9,55 вольт, фиксируется изменение от 0 до 8,9 вольт.

Описание 4 схем регуляторов оборотов электродвигателя

Первая схема

На транзисторе VT1 (однопереходном) реализован генератор пилообразного напряжения (частота 150 Гц). Операционный усилитель DA1 играет роль компаратора, создающего ШИМ на базе транзистора VT2. В результате получается ШИМ регулятор оборотов двигателя.

Изменяют скорость вращения переменным резистором R5, который меняет длительность импульсов. Так как, амплитуда ШИМ импульсов постоянна и равна напряжению питания электродвигателя, то он никогда не останавливается даже при очень малой скорости вращения.

Вторая схема

Она схожа с предыдущей, но в роли задающего генератора применен операционный усилитель DA1 (К140УД7).

Этот ОУ функционирует как генератор напряжения вырабатывающий импульсы треугольной формы и имеющий частоту 500 Гц. Переменным резистором R7 выставляют частоту вращения электродвигателя.

Третья схема

Она своеобразная, построена на она на популярном таймере NE555. Задающий генератор действует с частотой 500 Гц. Ширина импульсов, а следовательно, и частоту вращения двигателя возможно изменять от 2 % до 98 %.

Слабым местом во всех вышеприведенных схемах является, то что в них нет элемента стабилизации частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на валу двигателя постоянного тока. Разрешить эту проблему можно с помощью следующей схемы:

Как и большинство похожих регуляторов, схема этого регулятора имеет задающий генератор напряжения, вырабатывающий импульсы треугольной формы, частота которых 2 кГц. Вся специфика схемы — присутствие положительной обратной связи (ПОС) сквозь элементы R12,R11,VD1,C2, DA1.4, стабилизирующей частоту вращения вала электродвигателя при увеличении или уменьшении нагрузки.

При налаживании схемы с определенным двигателем, сопротивлением R12 выбирают такую глубину ПОС, при которой еще не случаются автоколебания частоты вращения при изменении нагрузки.

Реостатные регуляторы оборотов коллекторных двигателей

Самый простой вариант — включение пассивной нагрузки последовательно электродвигателю. Такие системы обычно состоят из реостата (переменного резистора) и сервопривода, механически регулирующего сопротивление.

При подключении нагрузки, излишек электроэнергии превращается в тепло. Но такие регуляторы применяются лишь на дешёвых моделях, в которых стоят моторы малой мощности, зато очень важна цена.

Из-за неоправданных тепловых потерь, ресурс аккумуляторной батареи модели заметно снижается. Не улучшают положение и потери на движущихся контактах реостата. А ведь долговечность аккумулятора является одним из основных критериев выбора систем управления оборотами мотора.

Отдельная неприятность — нежелательный перегрев всей конструкции, что не лучшим образом влияет на её долговечность и как следствие, необходимость принудительного отвода тепла. На серьёзные модели такие механически системы управления двигателем давно не устанавливают.

Достоинства универсальных УШМ

УШМ (болгарка) METABO WEV 10-125 Quick 600388000 (в коробке). Фото 220Вольт

Не всегда обычной болгаркой без дополнительных опций удается решить задачу по обработке некоторых видов материалов, рабочий инструмент не приспособлен для эффективной работы на оборотах, которые выдает болгарка без регулятора скорости. Особенно остро проблема выбора нужных режимов стоит перед пользователями, занимающимися шлифовкой, зачисткой, полировкой различных материалов. Для выполнения работ иногда приходится искать другой инструмент с подходящими характеристиками.

Универсальность УШМ с регулировкой числа оборотов как раз состоит в возможности задавать самостоятельно скорость вращения, например, кордщеток при зачистке. При выполнении шлифовальных операций увеличивается пятно контакта между рабочим инструментом и обрабатываемой поверхностью, что требует применения болгарок повышенной мощности. Такие болгарки с установленными на них дополнительными опциями выполняют практически любой вид работ с различными материалами.

Критерии выбора УШМ с электронным регулятором частоты вращения

Болгарка с электронным регулятором оборотов далеко не дешевый вариант приобретения. Следует четко представлять объем работ, при выполнении которых понадобится изменение скорости вращения рабочего инструмента. Убедившись в обоснованности покупки болгарки с такой опцией, подбираются технические характеристики УШМ в сочетании с возможностями электронного блока регулирования влиять на подбор режима работы. Подробную информацию о критериях выбора можно найти по ссылке «Выбираем болгарку с регулировкой оборотов».

↑ Электроника. Почему Atmel U211B?

Довольно популярен похожий контроллер на TDA1085 . Одну и ту же схему и плату перепечатывают по всему интернету, и у всех она работает, кроме меня. К сожалению, мне так и не удалось ничего от него добиться. Похоже, или микросхемы были слегка поддельные, или просто руки кривые.
Останки неудачного макета:

Микросхема U211B от Atmel обещала точно такой же функционал, но схема немного проще, плата немного проще, настройка существенно проще.
Смотрите сами:

Существуют версии схемы на U211B для работы с оптическими датчиками и датчиками Холла. Примеры различных применений можно найти в документации на микросхему (см. архивы к статье). Тех, кто хочет глубже разобраться в теме, ещё раз отсылаю к даташиту.

Плата регулировки оборотов без потери мощности для коллекторных двигателей

Стиральные машины, со временем, выходят из строя или морально устаревают. Как правило,
основой любой стиралки есть ее электродвигатель, который может найти свое применение и
после разборки стиралки на запчасти.

Мощность таких двигателей, как правило не меньше 200 Вт, а порой и куда больше, скорость
оборотов вала может доходить и до 11 000 оборотов в минуту что вполне может подойти для использование такого двигателя в хозяйственных или мелких промышленных нуждах.

Вот лишь несколько идей удачного применения электродвигателя от стиралки:

• Точильный («наждачный») станок для заточки ножей и мелкого домашнего и садового инструмента.Двигатель устанавливают на прочном основание, а на вал закрепляют точильный камень или наждачный круг.

• Вибростол для производства декоративной плитки, тротуарной плитки или других бетонных изделий где необходимо уплотнение раствора и удаление от туда воздушных пузырей. А возможно вы занимаетесь производством силиконовых форм, для этого также нужен вибростол.

• Вибратор для усадки бетона. Самодельные конструкции которых полно в интернете, вполне могут быть реализованы с применением небольшого двигателя от стиральной машинки.

• Бетономешалка. Вполне подойдет такой двигатель и для небольшой бетономешалки. После небольшой переделки, можно использовать и штатный бак от стиральной машинки.

• Ручной строительный миксер. С помощью такого миксера можно замешивать штукатурные смеси, плиточный клей, бетон.

• Газонокосилка. Отличный вариант по мощности и габаритам для газонокосилки на колесах. Подойдет любая готовая платформа на 4-х колесах с закрепленным в центре двигателем с прямым приводом на «ножы» которые будут находится снизу. Высоту газона можно регулировать посадкой, например, поднимая или опуская колеса на шарнирах по отношению к основной платформе.

• Мельница для измельчения травы и сена или зерна. Особенно актуально для фермеров и людей занимающихся разведением домашней птицы и другой живности. Также можно делать заготовки корма на зиму.

Вариантов применения электромотора может быть очень много, суть процесса заключается в возможности вращать на высоких оборотах разные механизмы и приспособления. Но какой бы механизм сконструировать вы б не собирались, все равно вам нужно будит правильно
подключить двигатель от стиральной машинки.

Виды двигателей

В стиральных машинках разных поколений и стран производства, могут быть и разные типы
электродвигателей. Как правило это один из трех вариантов:

Асинхронный.
В основном это все трехфазные двигатели, могут быть и двухфазными но это большая редкость.
Такие двигатели просты в своей конструкции и обслуживанию, в основном все сводится к смазке подшипников. Недостатком есть большой вес и габариты при небольшом КПД.
Такие двигатели стоят в старинных, маломощных и недорогих моделях стиральных машин.

Коллекторный.
Двигатели которые пришли на смену большим и тяжелым асинхронным устройствам.
Такой двигатель может работать как от переменного так и от постоянного тока, на практике он будет вращаться даже от автомобильного аккумулятора на 12 вольт.
Двигатель может вращаться в нужную нам сторону, для этого нужно всего лишь сменить полярность подключения щеток к обмоткам статора.
Высокая скорость вращения, плавное изменение оборотов изменением прилагаемого напряжения, небольшие размеры и большой пусковой момент — вот лишь небольшая часть преимуществ такого типа двигателей.
К недостаткам можно отнести износ коллекторного барабана и щеток и повышенный нагрев при не столь продолжительной работе. Также необходима более частая профилактика, например чистка коллектора и замена щеток.

Инверторный (бесколлекторный)
Инновационный тип двигателей с прямым приводом и небольшими габаритами при довольно не малой мощности и высоком КПД.
В конструкции двигателя все так же присутствует статор и ротор, однако количество соединительных элементов сведено к минимуму. Отсутствие элементов подверженных быстрому износу, а так же низкий уровень шума.
Такие двигателя стоят в последних моделях стиральных машин и их производство требует сравнительно больше затрат и усилий что конечно же влияет на цену.

Схемы подключения

Тип двигателя с пусковой обмоткой (старые/дешевые стиралки)

Для начала нужен тестер или мультиметр. Нужно найти две соответствующие друг другу пары выводов.
Щупами тестера, в режиме прозвонки или сопротивления, нужно отыскать два провода которые между собой прозваниваются, остальные два провода автоматически будут парой второй обмотки.

Дальше следует выяснить, где у нас пусковая, а где – рабочая обмотки. Нужно замерить их сопротивление: более высокое сопротивление укажет на пусковую обмотку (ПО), которая создает начальный крутящий момент. Более низкое сопротивление укажет нам на обмотку возбуждения (ОВ) или другими словами — рабочую обмотку, создающую магнитное поле вращения.

Вместо контактора «SB» может стоять неполярный конденсатор малой емкости (около 2-4 мкФ)
Как это обустроено в самой стиралке для удобства.

Если же двигатель будет запускаться без нагрузки, то есть, не будит на его валу шкива с нагрузкой в момент запуска, то такой двигатель может запускаться и сам, без конденсатора и кратковременной «запитки» пусковой обмотки.

Если двигатель сильно перегревается или греется даже без нагрузки непродолжительное время, то причин может быть несколько. Возможно изношены подшипники или уменьшился зазор между статором и ротором в следствие чего они задевают друг друга. Но чаще всего причиной может быть высокая емкость конденсатора, проверить несложно — дайте поработать двигателю с отключенным пусковым конденсатором и сразу все станет ясно. При необходимости емкость конденсатора лучше уменьшить до минимума при котором он справляется с запуском электродвигателя.

В кнопке контакт «SB» строго должен быть не фиксируемым, можно попросту воспользоваться кнопкой от дверного звонка, в противном случае пусковая обмотка может сгореть.

В момент запуска кнопку «SB» зажимают до момента раскрутки вала на полную (1-2 сек.), дальше кнопка отпускается и напряжение на пусковую обмотку не подается. Если необходим реверс — нужно сменить контакты обмотки.

Иногда в такого двигателя может быть не четыре, а три провода на выходе, в таком случае две обмотки уже соединены в средней точке между собой, как показано в схеме.
В любом случае разбирая старую стиралку, можно присмотреться как там был подключен в ней ее двигатель.

Когда возникает необходимость реализовать реверс или сменить направления вращения двигателя с пусковой обмоткой, можно подключить по следующей схеме:

Коллекторный тип двигателя (современные, стиралки автомат с вертикальной загрузкой)

Как правило это коллекторные двигатели без пусковой обмотки, которые не нуждаются и в пусковом конденсаторе, такие двигатели работают и от постоянного тока и от переменного.

Такой двигатель может иметь около 5 — 8 выводов на клемном устройстве, но для работы двигателя вне стиральной машинки, они нам не понадобятся. В первую очередь нужно исключить ненужные контакты тахометра. Сопротивления обмоток тахометра составляет примерно 60 — 70 Ом.

Также могут быть выведены и выводы термозащиты, которые встречаются редко, но они нам так же не понадобятся, это как правило нормально замкнутый или разомкнутый контакт с «нулевым» сопротивлением.

Дальше подключаем напряжение к одному из выводов обмотки. Второй ее вывод соединяют с
первой щеткой. Вторая щетка подключается к оставшемуся 220-вольтовому проводу. Двигатель должен заработать и вращаться в одну сторону.

Чтобы изменить направление движения двигателя, подключение щеток следует поменять местами: теперь первая будет включена в сеть, а вторая соединена с выходом обмотки.

Такой двигатель можно проверить автомобильным аккумулятором на 12 вольт, не боясь при этом «спалить» его из за того что неправильно подключили, спокойно можно и
«поэкспериментировать» и с реверсом и посмотреть как двигатель работает на малых оборотах от низкого напряжения.

Подключая к напряжению 220 вольт, имейте в виду что двигатель резко запустится с рывком,
поэтому лучше его закрепить неподвижно чтоб он не повредил и не замкнул провода.

О том как подключить трехфазные асинхронные двигатели к обычной бытовой сети 220 вольт, довольно подробно можно узнать в статье — «Подключение трехфазного двигателя»

Регулятор оборотов

Если возникает необходимость регулирования количества оборотов, можно воспользоваться
бытовым регулятором освещения (диммером).Но для этой цели нужно подбирать такой диммер который по мощности будет с запасом больше мощности двигателя, или же потребуется доработка, можно из той же стиральной машинки извлечь симистор с радиатором и впаять его на место маломощной детали в конструкции регулятора освещения. Но здесь уже нужно иметь навыки работы с электроникой.

Если же вам удастся найти специальны диммер для подобных электродвигателей то это будет
самым простым решением. Как правило их можно подыскать в точках продажа систем вентиляции и используются они для регулировки оборотов двигателей приточных и вытяжных систем вентиляции.

Как итог.

ШИМ регулятор своими руками готов. Собрать его не составит особого труда для любого, кто хоть немного разбирается в радиотехнике. Я собирал свой контроллер для использования в электродвигателе электровелосипеда, однако он может использоваться не только в двигателях. Это универсальное устройство – подойдёт и для настройки яркости ламп, и скорости оборотов мотора, и силы тока в зарядном устройстве.

Напишите в комментариях, как вы считаете насколько надёжны ШИМ-регуляторы с Алиэкспресс?