Схемы электронных регуляторов оборотов для электродвигателей постоянного тока

Ниже предлагается несколько электронных схем регуляторов оборотов электродвигателей постоянного тока. Простейший способ осуществления такой регулировки – включение в цепь питания переменного резистора.

Двигатель постоянного тока.

Недостатки этого варианта – чрезвычайно низкий КПД, трудности, связанные с плавным изменением скорости вращения и поддержанием ее стабильности. А современные радиоэлементы позволяют собрать относительно простые схемы регуляторов частоты вращения, имеющих более совершенные характеристики.

Традиционная схема регулирования и стабилизации частоты вращения

Предлагаемая схема регулятора содержит, помимо самого электродвигателя, всего 6 радиоэлементов, поэтому изготовить его своими руками совсем несложно. В принципе, это просто регулируемый стабилизатор напряжения. Поскольку у коллекторных электродвигателей скорость вращения якоря определяется напряжением на двигателе, то при стабилизации последнего стабилизируется и частота вращения.В качестве усилителя обратной связи вместо операционного усилителя К140УД6 может быть использован К140УД7. Регулировка выходного напряжения и, как следствие, числа оборотов электродвигателя производится с помощью переменного резистора R1. Для смещения скорости вращения в область малых значений нужно применить стабилитрон с меньшим напряжением стабилизации или просто изменить полярность его включения. Транзистор VT1 может быть заменен на КТ815 или КТ817 с любым буквенным индексом. Сопротивление резистора R3 должно быть примерно в 1,5 раза больше сопротивления якоря электродвигателя.

Широтно-импульсные регуляторы частоты вращения

Частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения.

Схема, приведенная выше, обладает существенным недостатком: ее применение ограничено сравнительно небольшими токами потребления. При увеличении тока на регулирующем элементе рассеивается слишком большая мощность, что требует применения громоздких радиаторов или принудительного охлаждения.

Выходом из этой ситуации может служить использование схем широтно-импульсной модуляции (ШИМ), в которых силовые элементы работают в ключевом режиме. Поскольку сопротивление такого элемента в открытом состоянии невелико, рассеиваемая мощность заметно снижается. Как следствие, ключевые элементы практически не нагреваются. В качестве таковых обычно используются мощные полевые транзисторы, способные выдержать токи до 10 А.

Регулятор на основе ШИМ отличается тем, что подача постоянного напряжения на двигатель осуществляется в виде прямоугольных импульсов. При этом меняется длительность этих импульсов, а частота их следования остается неизменной. При низкой частоте следования двигатель работает рывками, но если ее сделать достаточно большой (не менее 500 Гц), то ротор начинает вращаться практически равномерно. При этом скорость вращения будет пропорциональна среднему значению подводимой энергии, то есть продолжительности импульсов.

Схемы работы инверторных приводов постоянного и переменного токов.

При изменении их длительности работа двигателя изменяется следующим образом:

• при малой их продолжительности средняя мощность, рассеиваемая на нагрузке мала и, соответственно, минимальна скорость вращения якоря;
• при средней продолжительности средняя мощность растет, растет и скорость вращения;
• при максимальной продолжительности импульсов максимальной будет и скорость вращения.

Транзисторы VT1 и VT2 образуют мультивибратор с регулируемой продолжительностью (скважностью) импульсов и частотой их следования порядка 7 кГц. Форма импульсов снимается с контрольной точки КТ1 (на коллекторе транзистора VT2). Эти импульсы периодически открывают и закрывают ключевой транзистор VT3, в коллекторную цепь которого включен электродвигатель.

Регулировка скважности импульсов осуществляется переменным резистором R4:

• крайнему левому на схеме положению его движка соответствует верхняя диаграмма, соответственно, минимальная частота вращения якоря электродвигателя;
• среднее положение движка соответствует средней диаграмме;
• крайнее правое – нижней, причем к двигателю в этом случае подводится максимальная мощность.

Работа мультивибратора.

Транзисторы мультивибратора могут быть практически любыми, например, КТ3102, КТ315 и т. д. Ключевой транзистор можно заменить на IRF3205, IRF9530.

Регулятор, изображенный содержит генератор импульсов прямоугольной формы, собранных на двух логических элементах КМОП микросхемы. Благодаря применению двух диодов в зарядной цепочке, продолжительность заряда и разряда времязадающего конденсатора изменяется неодинаково. Вследствие этого меняется продолжительность импульсов и значение средней мощности на нагрузке. Инвертированный тремя параллельно соединенными элементами этой же микросхемы сигнал подается на ключевой транзистор.

Можно применить любые инвертирующие элементы КМОП, например, К561ЛН2, К176ПУ2 или элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ из серии К561 сгруппировав соответствующим образом их входы. В качестве ключевого может быть использован любой MOSFET транзистор, рассчитанный на ток нагрузки не менее максимального.

И, наконец, третья схема регулятора числа оборотов электродвигателя с ШИМ собрана на основе популярного таймера NE555. Продолжительность импульсов, а вследствие этого и скорость вращения ротора двигателя, может меняться от 2 до 98%. Все схемы могут быть легко адаптированы для применения в качестве ключевых элементов биполярных транзисторов или тиристоров.

Нетрудно заметить, что предлагаемые схемы регуляторов частоты вращения являются достаточно простыми и не содержат каких-либо дефицитных элементов.

Соответственно, они доступны для изготовления своими руками любому домашнему мастеру, имеющему минимальные навыки в сборке электронных схем.