Регулятор электропривода. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

Регулятор частоты вращения двигателя, стабилизирующий его скорость при изменении нагрузки, существенно повышает эксплуатационные возможности таких бытовых приборов, как электродрель, электропила, кухонный комбайн и т. д. Известен простой и эффективный однополупериодный регулятор коллекторного электродвигателя последовательного возбуждения, стабилизирующий скорость вращения за счет обратной связи по величине противо-ЭДС, возникающей не роторе двигателя и зависящей от его нагрузки. К сожалению, такому регулятору свойствен существенный недостаток - в нем используется высокочувствительный тиристор с током открывания менее 100 мкА. Подобреть ему замену практически невозможно. В публикуемой статье автор предлагает свой вариант схемотехнического решения регуляторе, в котором сняты ограничения не параметры тиристора.

Прежде чем перейти к описанию модернизированного регулятора электропривода, остановимся коротко на принципе действия простого регулирующего устройства [1].

Его принципиальная схема приведена на рис. 1. Это - мост, левое плечо которого образовано делителем напряжения сети R1 - R2C1 - VD1, а правое - тиристором VS1 и двигателем М1. Управляющий переход тиристора включен в диагональ моста. Открывающий тиристор сигнал представляет собой сумму складывающихся в противофазе сигналов: напряжения сети, устанавливаемого движком резистора R2, и противо-ЭДС с ротора электродвигателя. При неизменности напряжений мост сбалансирован и частота вращения двигателя также не меняется. Увеличение нагрузки на валу двигателя снижает его обороты и уменьшает соответственно величину противо-ЭДС, что приводит к разбалансу моста. В результате сигнал, поступающий на управляющий переход тиристора, возрастает, и в следующем положительном полупериоде он открывается с меньшей задержкой, увеличивая таким образом подводимую к двигателю мощность. В итоге снижение частоты вращения двигателя из-за увеличения нагрузки оказывается существенно меньшим, чем было бы при отсутствии регулятора.

В данном случае регулирование получается весьма устойчивым, так как рассогласование устраняется в каждом положительном полупериоде сетевого напряжения. Более всего эффект стабилизации выражен при малой и средней частотах вращения двигателя. С повышением регулировочного напряжения на резисторе R2 и увеличением числа оборотов двигателя степень поддержания неизменной скорости двигателя ухудшается.

Тиристор VS1 в регуляторе выполняет две функции: пороговую - по сигналу рассогласования моста и силовую - по коммутируемому току через двигатель. Диоды VD1, VD2 обеспечивают однополупериодный режим работы устройства, поскольку сравнение напряжений от резистора R2 и противо-ЭДС возможно только при отсутствии тока через двигатель. Конденсатор С1 в делителе напряжения сети расширяет зону регулирования в сторону малых скоростей, а конденсатор С2 в цепи управляющего электрода тиристора понижает чувствительность регулятора к искрению щеток двигателя.

Однополупериодный режим двигателя приводит к снижению отдаваемой мощности. Для достижения максимальных мощности и скорости следует зашунтировать тиристор, нажав на кнопку SA1. В этом случае на двигатель будут подаваться обе полуволны сетевого напряжения.

Как уже указывалось, основной недостаток рассмотренного регулятора состоит в необходимости использования высокочувствительного тиристора с током открывания менее 100 мкА, который практически нечем заменить. Введение транзисторного аналога тиристора позволяет снять ограничения на параметры открывания VS1 при сохранении тех же регулировочных характеристик. Установка стабилитрона в делитель напряжения сети понижает изменения скорости двигателя при колебаниях питающего напряжения.

Схема модернизированного регулятора представлена на рис. 2. Как и рассмотренное выше устройство, регулятор работает только при положительной полуволне сетевого напряжения.

Напряжение рассогласования моста через диод VD2 и резистор R10 поступает к переходу база - эмиттер транзистора VT2. Чувствительность данного устройства и качество его регулирования выше, так как напряжение открывания транзисторов существенно меньше, чем у тиристоров. Ток управления по аналогии с регулятором, представленным на рис. 1, выбран равным 0,1 мА путем шунтирования перехода транзистора резистором R7.

Если напряжение, поступающее с движка резистора R2, выше напряжения на роторе двигателя, то транзистор VT2 открывается и открывает VT1. Эти приборы образуют аналог тиристора и при включении формируют мощный импульс разрядного тока конденсатора C3, который через токоограничивающий резистор R9 поступает на управляющий электрод симистора VS1. Симистор включается, на двигатель подается напряжение, и число его оборотов увеличивается. Если же напряжение на резисторе R2 ниже, чем на роторе двигателя, симистор не включится, число оборотов сократится.

Накопительный конденсатор C3 заряжается от сети через резистор R5. Стабилитрон VD4 ограничивает напряжение на конденсаторе на уровне, несколько превышающем возможное напряжение открывания симисторов или тиристоров. Кроме того, стабилитрон исключает появление обратного напряжения на транзисторах усилителя.

Конденсатор С4, помимо снижения помех от искрения щеток двигателя, выполняет функцию интегрирования в цепи обратной связи. Увеличение его емкости повышает устойчивость регулятора, что бывает нужно в случае плохого контакта щеток, сопровождающегося их сильным искрением, или при установке предельно малых скоростей, когда может возникнуть так называемое "качание" оборотов. Однако следует помнить, что с увеличением емкости конденсатора С4 динамические характеристики привода ухудшаются и качество стабилизации скорости снижается.

Постоянная цепи R5C3 такова, что конденсатор C3 заряжается быстрее заряда конденсатора С4. Это сделано для того, чтобы в любой возможный момент открывания транзистора VT2 на конденсаторе C3 уже присутствовало рабочее напряжение, необходимое для выработки пускового импульса. Иногда такое условие может быть нарушено при резком разбалансе моста - при заторможенном двигателе (низкое сопротивление ротора) и максимальном напряжении на движке резистора R2 (большой открывающий ток с делителя). В результате транзисторы открываются до завершения зарядки конденсатора C3, напряжение на нем отсутствует, импульс разрядного тока не формируется. Ток, протекающий через резистор R5, достаточен для удержания открытого состояния транзисторов, но мал для включения симистора, и поэтому двигатель не вращается. Подобную возможность можно расценить как положительную, поскольку в этом случае и при заклинивании привода двигатель отключается. Если же она нежелательна, ее устраняют некоторым снижением сопротивлений резисторов R5 - R7 и (или) повышением сопротивления резистора R1.

Величина и форма напряжения на резисторе R2 практически не зависят от изменения сетевого напряжения благодаря наличию ограничителя R4 - VD1. В результате колебания питающего напряжения не приводят к нестабильности устанавливаемого фазового угла открывания симистора. Существенно снижается и нестабильность по напряжению сети устанавливаемой скорости двигателя. При неизменном фазовом угле скорость меняется только за счет изменения амплитуды напряжения на двигателе.

Особенность описываемого регулятора заключается в применении симистора. Дело в том, что коммутация максимальной скорости замыканием цепи "анод-катод" предполагает наличие контактов SA1 мгновенного действия с достаточной разрывной мощностью. При ином исполнении контактов в них может возникать искрение или электрическая дуга. Последняя крайне нежелательна, так как приводит к подгару контактов и печатной платы и, следовательно, пожароопасна. Симис-тор позволяет перенести коммутацию в цепь управляющего электрода, что полностью исключает искрение в контактах, упрощает их конструкцию и привязку к регулировочному резистору R2. При регулировании симистор работает как тиристор, а при замыкании контактов пропускает на двигатель переменный ток. Транзисторы во время открытого состояния симистора блокируются и не функционируют.

Показанное на схеме регулятора включение статорной и роторной обмоток оптимально для двигателей с раздельно выведенными концами обмоток. При применении двигателей с внутренним соединением роторной и статорной обмоток их подключают на место показанной на схеме роторной обмотки, а цепь статорной обмотки заменяют перемычкой. Однако из-за наличия статорной обмотки в цепи обратной связи последний вариант регулятора имеет несколько худшие характеристики регулирования скорости.

Конденсаторы С2, С6 устраняют помехи, а цепочка R11C5 подавляет искрение щеток.

Резистор R1 ограничивает пределы регулирования открытого состояния симистора началом положительного полупериода. При возрастании нагрузки на валу противо-ЭДС двигателя дополнительно сдвигает момент отпирания симистора к началу полупериода относительно положения, задаваемого регулировочным резистором R2 на холостом ходу. Если резистор R1 был выбран на холостом ходу, то под нагрузкой противо-ЭДС как бы переносит момент открывания симистора за начало полупериода. В результате он открывается через период и возникает "провал" (уменьшение) скорости в верхнем положении движка резистора R2. Это явление устраняется увеличением сопротивления резистора R1.

Во время разработки регулятор испытывался с различными коллекторными электродвигателями: ДК77 (для бытовых электроприборов и электроинструмента), МШ-2 (для швейных машин) и даже с двигателем параллельного возбуждения СЛ261М. Управление такими существенно различными двигателями не потребовало внесения каких-либо изменений в регулятор. При использовании двигателя с параллельным возбуждением следует иметь в виду, что его статорная обмотка должна запитываться от отдельного внешнего источника и притом до подачи напряжения через регулятор на якорь.

Возможности регулятора иллюстрируют нагрузочные характеристики (сплошной линией без VD1, штриховой с VD1), снятые с двигателем ДК77-280-12 при устанавливаемой на холостом ходу скорости 1500 об/мин и различном напряжении сети (рис. 3). Этот двигатель мощностью 400 Вт при скорости 1200 об/мин легко тормозится положенной на его вал рукой вплоть до полной остановки в том случае, если питание на него подавать через автотрансформатор, устанавливая на холостом ходу ту же скорость 1500 об/мин.

При незначительном усложнении относительно прототипа регулятор совершенно некритичен к разбросу параметров элементов. В качестве симисторов применимы ТС, ТС2, 2ТС112 и ТС106 на токи 6,3-10-16 А, а также КУ208Г или 2У208Г на 5 А. Можно также использовать тиристоры КУ201Л, 2У201Л, КУ202Н-М, 2У202Н-М, КУ228И и другие при условии установки замыкателя по цепи "анод-катод". Необходимость теплоотвода определяется величиной тока нагрузки.

Транзисторы должны допускать ток не ниже 250 мА и напряжение не менее 15 В. Функции VT1 могут выполнять КТ350А, КТ209 (А-М), КТ501А, КТ502А (Б-Е), КТ661 А, КТ681А и другие, а VT2 - КТ503А (Б-Е), КТ645А, КТ660А (Б), КТ684А (Б) и другие с аналогичными характеристиками.

Диоды могут быть на ток не ниже 10 мА и напряжение не менее 400 В - КД105 (Б-Г), КД209 (А-В), КД221 (В-Г), КД226 (В-Д), Д209, Д210, Д211, Д226, Д237 (Б-В).

Стабилитрон VD1 подойдет на напряжение стабилизации 120...180 В (КС630А, КС650А, КС680А, 2С920А, 2С950А, 2С980А) и может быть заменен цепочкой последовательно включенных маломощных стабилитронов на суммарное напряжение 150 В.

Стабилитрон VD4 - любой маломощный с напряжением стабилизации 9...11 В, кроме термокомпенсированных.

Конденсаторы С1- С4 - керамические КМ, КМ-6, К10-17 или пленочные К73-17. Конденсаторы С5, С6 - К73-17 с номинальным напряжением 630 В (конденсаторы иных типов и К73-17 на меньшее номинальное напряжение использовать нельзя).

Постоянные резисторы - МЛТ или любые другие. Резистор R2 - РП1-64А, он может быть заменен любым непроволочным переменным резистором с линейной характеристикой (СПЗ-4М, СПЗ-6, СПЗ-9 и др.). Выбор резистора с обратнолога-рифмической характеристикой (В) позволит расширить плавность регулирования в зоне малых скоростей двигателя. Подстроечный резистор R3 - СПЗ-27, СПЗ-38. Его можно заменить подобранным постоянным резистором.

Замыкатель максимальной скорости SA1 выполнен в виде подвижного пружинного пластинчатого контакта и неподвижной стойки на плате регулятора. Между резистором R2 и подвижным контактом находится переходная пластмассовая втулка с кулачком, обеспечивающим замыкание подвижного контакта со стойкой в верхнем по схеме положении переменного резистора R2.

При налаживании регулятора движок резистора R2 следует установить в нижнее по схеме положение и подстроечным резистором R3 выставить желаемую минимальную скорость вращения двигателя. Далее, изменяя положение движка резистора R2, следует проверить изменение оборотов от минимальных до максимальных, отсутствие "качания" оборотов на минимальной скорости без нагрузки, отсутствие "провала" в оборотах на максимальной скорости однополупериодного режима под нагрузкой, а также срабатывание контактов максимальной скорости. Качание устраняется увеличением емкости конденсатора С4, а провал - увеличением сопротивления резистора R1, после чего вновь уточняют положение движка резистора R3.

В заключение необходимо отметить, что в регуляторах данного типа таходатчиком является исполнительный электродвигатель и напряжение обратной связи определяется остаточной намагниченностью магнитопровода двигателя и стабильностью щеточного контакта. По этой причине качество регулирования напрямую зависит от указанных характеристик применяемого двигателя. Однако предельная простота устройства управления и хорошие нагрузочные характеристики вполне компенсируют этот недостаток.

Литература

1. Тиристоры. Технический справочник / Пер. с англ. В. А. Лабунцоваи др. - М.: Энергия, 1971.
2. Граф Р. Электронные схемы, 1300 примеров / перев. с англ. В. А. Логинова. - М.: Мир, 1989.
3. Тиристоры. Справочник, вып. № 1155. - М.: Радио и связь, 1990 (МРБ).

Автор: В.Жгулев, г. Серпухов Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Невесомая карбоновая батарея 14.07.2024 Современные технологии не стоят на месте, и очередным шагом на пути к созданию более легких и эффективных устройств стала разработка компании Sinonus - аккумулятор из углеродного волокна. Этот инновационный материал может значительно снизить вес автомобилей, дронов, самолетов и других устройств, делая их легче на 50%. Основное преимущество карбонового аккумулятора заключается в том, что углерод здесь выполняет сразу две функции. Он служит не только как структурный компонент, но и как источник энергии, устраняя необходимость в дополнительных тяжелых батареях. До этого момента попытки создать подобные элементы либо обеспечивали хорошие механические свойства, либо хорошие электрические свойства. Но исследователям Sinonus удалось создать структурную батарею с конкурентоспособной емкостью хранения энергии и высокой жесткостью. Использование углеродного волокна позволяет создать более легкие и эффективные электромобили с увеличенным запасом хода, а также более легкие самолеты с меньшим расходом топлива. Генеральный директор Sinonus, Маркус Зеттерстрем, отметил, что инновационный композит из углеродного волокна увеличивает емкость аккумуляторов без увеличения веса или объема, что позволяет оптимизировать вес и объем системы, сохраняя или даже улучшая емкость аккумулятора. На данный момент плотность энергии нового материала составляет 25-50% от плотности обычного литий-ионного аккумулятора. В карбоновой батарее углеродное волокно используется одновременно как электрод, проводник и несущий материал. Несмотря на то, что структурные батареи пока не могут достичь того же уровня эффективности, что и традиционные литий-ионные аккумуляторы, они позволяют оптимизировать транспортные средства на уровне системы благодаря сочетанию веса, прочности, жесткости и электрохимических свойств. Кроме того, более низкая плотность энергии структурных батарей делает их более безопасными. Они не содержат летучих веществ, что значительно снижает риск возгорания или взрыва, характерный для традиционных аккумуляторов. Компания Sinonus уже успешно продемонстрировала жизнеспособность своей технологии, заменив батарейки типа ААА в маломощных устройствах. В настоящее время компания сосредоточена на расширении масштабов применения этой технологии для более крупных устройств, таких как электромобили, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и самолеты. Sinonus активно сотрудничает с отраслевыми партнерами, чтобы ускорить интеграцию нового материала в производственные процессы. Разработка карбонового аккумулятора от компании Sinonus открывает новые горизонты в области аккумуляторных технологий. Уменьшение веса и увеличение эффективности устройств могут привести к значительному прогрессу в транспортной и авиационной индустриях, а также в других областях, где важны легкость и надежность. В будущем это может изменить наше представление о возможности использования электрических устройств, делая их более удобными, безопасными и экологичными.

Другие интересные новости:

▪ Прицеп-зарядка для электрокаров

▪ Самая быстрая компьютерная мышь

▪ Солнечные батареи из лунного грунта

▪ Лазерную космическую связь проверят с Луны

▪ Системная плата Gigabyte Z590 Aorus Tachyon

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Прошивки. Подборка статей

▪ статья Всё хорошо, прекрасная маркиза. Крылатое выражение

▪ Какие были итоги Первой мировой войны? Подробный ответ

▪ статья Желтокорень. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Принципы получения белого свечения светодиода. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Источник питания светодиодной лампы мощностью 8 Вт на HV9961. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026