Регулятор потужності та швидкості обертання однофазного колекторного електродвигуна. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Електродвигуни

 Коментарі до статті

Регулятор потужності та швидкості обертання ротора однофазного колекторного електродвигуна призначений для зручності експлуатації (розширення можливостей) електродриля ІЕ1032 та інших побутових електричних машин, що використовують колекторні електродвигуни змінного струму потужністю до 1,2 кВт. Однофазні колекторні електродвигуни з послідовним збудженням широко застосовують у побутовій техніці, коли потрібні великі швидкості обертання: пилососи, підлозі, швейні машини, соковижималки, кавомолки, універсальні кухонні машини, ручної деревини та багатообробний інструмент (електроделі).

Однофазні колекторні електродвигуни описані у [1]. Вони живляться як від мережі змінного струму, так і від мережі змінного, і постійного струму (універсальні). Якщо електродвигун універсальний, його обмотки збудження мають відводи (рис.1).

У дрилі ИЭ1032 застосований двигун типу КНII-420/220-18, який є універсальним. Він виготовлений за схемою рис.2 і може харчуватися від мережі тільки змінного струму, але не від постійного і не від пульсуючого частотою 100 Гц, як це описано в [2]. Ця схема була зроблена, але не запрацювала.

Регулювання потужності та швидкості обертання ротора у таких двигунів може здійснюватися регулюванням напруги живлення за допомогою автотрансформатора (наприклад, ЛАТРа) або амплітудно-фазовим методом за допомогою регулятора потужності (в даному випадку на тиристорі).

При виборі схеми регулятора слід враховувати наступне: - простоту виготовлення; можливість плавного регулювання швидкості обертання та потужності у всьому діапазоні управління; зручного і правильного включення електродвигуна в ділянку ланцюга, в якому протікає синусоїдальний струм частотою 50 Гц; надійність у роботі.

На рис.3 показано, яку ділянку ланцюга не можна включати електродвигун, на рис.4 - у якій потрібно включати.

Для керування тиристором регулятора обрано схему релаксаційного генератора на одноперехідному транзисторі [3].

Переваги регулятора: мінімальна кількість елементів, простота у виготовленні, малі габарити, плавність регулювання, висока стабільність у роботі, висока надійність (за 5 років експлуатації не було жодної відмови), відсутність постійної складової у навантаженні, оскільки через тиристор протікає симетричний струм позитивний та негативний напівперіоди напруги живлення. Принципова схема регулятора показано на рис.5.

(Натисніть для збільшення)

Технічні характеристики регулятора:

• Напруга живлення.......220 В
• Частота напруги живлення.......50 Гц
• Потужність навантаження: 1-й варіант......550 Вт
• 2-й варіант.......1200 Вт
• Кут відмикання тиристора: мінімальний.......6°
• максимальний.......37°

При працюючому регуляторі тиристор знаходиться під випрямленою пульсуючою напругою з максимальною амплітудою Uмакс = 1,4Uеф = 310 В. Тому зворотна напруга тиристора має бути більшою за цю величину.

Релаксаційний генератор живиться тим самим напругою, але обмеженим двома послідовно включеними стабілітронами Д814В до 20 В.

Працює регулятор у такий спосіб. При включенні в мережу з виходу випрямляча пульсуюча напруга подається на тиристор, а синусоїдальна обмежена - на релаксаційний генератор.

Конденсатор С1 починає заряджатися через резистори R1 – R4. Загальний опір цих резисторів 46 кОм. У міру заряду конденсатора напруга на ньому збільшується, і при досягненні напруги відмикання на емітері VT1 (UC1 = UЕ.вкл.) одноперехідний транзистор відмикається і конденсатор С1 розряджається ланцюгом емітер-база1 VT1, резистор R6. Опір емітер-база у відкритому стані від 5 до 20 Ом [3], опір резистора R6 = 150...200 Ом. Постійна час ланцюга розряду конденсатора мала, і на резисторі R6 формується короткий імпульс позитивної полярності.

Підбираючи опір резистора R6, можна регулювати поріг відмикання UЕ.вкл транзистора і амплітуду імпульсу, що управляє, яка повинна бути 5-7 В (оптимальна для стійкого спрацьовування тиристора.

Короткий імпульс позитивної полярності з резистора R6 подається на керуючий електрод тиристора, останній відкривається, включаючи навантаження.

У відкритому стані падіння напруги на тиристорі дорівнює 1,5-2 В. Ця напруга надходить як живильне для релаксаційного генератора, шунтує і відключає його.

Таким чином, релаксаційний генератор не переходить в автоколивальний режим, а за один напівперіод мережевої напруги виробляє всього один імпульс, що управляє, і відключається до приходу наступного. Тиристор залишається відкритим до кінця напівперіоду і закривається по закінченні напівперіоду.

З приходом наступного напівперіоду на анод тиристора, який ще закритий, випрямлену напругу через резистори R7, R8, обмежену стабілітронами VD1 VD2, надходить у ланцюг живлення релаксаційного генератора. Починає заряджатися конденсатор С1 і цикл повторюється.

Момент відкривання тиристора визначається постійним часом ланцюга заряду конденсатора С1. У цьому ланцюзі знаходиться змінний резистор R1, за допомогою якого можна змінювати момент відмикання, отже, регулювати швидкість обертання валу електродвигуна та його потужність.

При мінімальному куті відмикання (ϕ хв) двигун розвиває максимальну швидкість, а кут відмикання залежить від типу двигуна (у межах технічних характеристик регулятора) і не змінюється в межах регулювання.

При максимальному вугіллі відмикання макс. двигун розвиває мінімальну швидкість, а кут відмикання залежить від типу двигуна (від його потужності, ваги ротора, від тертя у щітках та підшипниках та ін.).

Чим більше потужність двигуна, тим важче ротор, тим більше тертя, тим більша сила струму вимагається від регулятора, отже, тим менше буде максимальний кут відмикання Для кожного типу двигуна є свій максимальний кут відмикання тиристора.

Вибираємо елементи зарядного ланцюга конденсатора С1 та визначаємо діапазон зміни кута управління ∆ϕ: ∆ϕ = ϕмакс - ϕ мін.

На рис.6 показані один напівперіод синусоїдальної напруги мережі та обмежена на рівні 20 В напруга. Оскільки відношення 20/310 = 0,0645, для sinωt = 0,0645 знайдено мінімально можливий кут ωt = 3°45'.

Змінний резистор R1, за допомогою якого змінюється кут відмикання в діапазоні ∆ϕ, є високоомним і має початковий стрибок опору, тобто. при повороті ручки, наприклад, з крайнього лівого положення опір стрибком змінюється від 0 до 5 кОм. Від правого крайнього становища теж є стрибок, причому відмінний від лівого. Величина цього стрибка кожного змінного резистора індивідуальна.

Опір R3 вибирають рівним величині початкового стрибка, тобто. 5,1 ком. Воно і визначає мінімальний кут відмикання тиристора мін. Якщо двигун резистора R1 знаходиться в крайньому нижньому за схемою положенні, то опір ланцюга заряду конденсатора С1 буде складатися з паралельно включених резисторів R3 і R4 із загальним опором 4,85 кОм (в іншому крайньому положенні, як уже вказувалося, загальний опір становить 46 .

Проведемо прикидковий розрахунок двох кривих заряду конденсатора (експонент) при крайніх положеннях двигуна потенціометра R1, побудуємо графіки (рис.7), визначимо кути fmin, fmax та діапазон управління f.

Для спрощення розрахунку зручності побудови графіків зробимо деякі спрощення: приймаємо Rобщ. min = 5 ком, а не 4,858 ком (помилка 3%), приймаємо Rобщ. mах = 46 кОм, а не 45,858 кОм (помилка 3%), приймаємо також обмежену синусоїдальну напругу за прямокутну імпульсну тієї ж тривалості, як і один напівперіод напруги мережі Т/2 = 10 мс.

Напруга на конденсаторі С1 в момент часу t

Uс = U (1-е ^-t/RС),

де U = 20 В - обмежена синусоїдальна напруга.

Постійна часу зарядного ланцюга при Rзаг min = 5 кОм

при τ1 = Rзаг minС1= 5 Ч 0,1 = 0,5 мс,

при Rзаг mах = 46 кОм

τ2 = Rзаг mахС1 = 46 Ч 0,1 = 4,6 мс.

Наприклад наведемо докладний порядок розрахунку напруги на конденсаторі, наприклад, першої точки t = RС/2. Uс = U(1-е ^-t/RС) = U(1-е ^-1/2) = U(1 - 1/√е) = 20(1 - 1/√2,7183)= = 20 (1 - 1/1,6487) = 20 (1 - 0,6) = 20 Ч 0,4 = 8 ст.

Отже, під час t = τ1/2 = 0,5/2 = 0,25 мс конденсатор С1 зарядиться до напруги Uс = 8 У.

Розрахункові дані зведено до таблиці.

На графіці рис.7 зображено:

• один напівперіод апроксимованої обмеженої напруги мережі;
• крива U'с = f(τ1) – експонента для постійного часу;
• пряма 0А характеризує початкову ділянку експоненти U'с, близьку до лінійного;
• крива U'' = f (τ2) - експонента для постійної часу τ2; Пряма 0Б характеризує початкову ділянку експоненти U''c близька до лінійного.

Крім того, на осі ординат відзначено Uе.вкл - поріг спрацьовування одноперехідного транзистора VT1; на осі абсцис - ?

За шкалою фази ціна великого поділу в 1 см опором -18 °, ціна малого поділу в 1 мм - 1,8 °.

Визначимо графічно мінімальний та максимальний кути відмикання тиристора.

min = 2⋅1,8° = 3,6° = 3°36'.

ϕmax = 20⋅1.8 ° ° = 36 ° °.

Врахуємо помилку, апроксимувавши обмежену синусоїдальну напругу в прямокутну. Визначимо sinωt при досягненні напруги на конденсаторі С1 рівного порога відмикання транзистора VT1.

Uс = Uе.вкл = U = 7 В;

sinωt = 7/310 = 0,0226.

По таблиці синусів визначимо кут t = 1 ° 18 '.

Тоді min = 3°36' + 1°18' = 4°54';

ϕmax = 36 ° + 1 ° 18 '= 37 ° 18'.

З урахуванням інших помилок, пов'язаних із прийнятими спрощеннями при побудові графіків рис.7, з достатнім ступенем достовірності можна прийняти кути min = 6°; ϕmax = 37 °.

Таким чином, кутом відмикання тиристора можна керувати від 6 до 37 °.

Діапазон зміни кута управління

∆ϕ = ϕmax - ϕmin = 31°,

але не 170 °, як сказано в [4, с. 202]. При вугіллі ϕmax = 170° ніякий двигун, розрахований на робочу напругу 220, працювати не буде.

Налаштування регулятора полягає в підборі опору резисторів ланцюга заряду конденсатора С1 (R1, R2, R3, R4) під конкретний колекторний однофазний електродвигун при максимальному куті відмикання тиристора (рушій R1 в крайньому верхньому положенні). При мінімальному куті відмикання налаштування не потрібне.

При встановленні движка резистора R1 в крайнє нижнє за схемою положення (R1 закорочений) кут відмикання тиристора мінімальний, електродвигун розвиває максимальні оберти. Переміщаючи двигун вгору, опір ланцюга заряду збільшуємо, швидкість обертання падає, і у верхньому положенні двигуна електродвигун повинен працювати стійко на мінімальних оборотах.

Якщо двигун працює нестійко і за незначних коливаннях напруги мережі зупиняється, необхідно зменшити опір ланцюга заряду, тобто. зменшити опір резистора R1, підключивши замість R2 = 390 кОм резистор меншого опору 360, 330 кОм ... і т.д.

І навпаки, якщо при верхньому положенні двигуна швидкість обертання ще велика і її потрібно знизити, то резистор R2 потрібно замінити на резистор більшого опору 430, 470 ком і т.д., аж до вилучення його зі схеми. У цьому регулювання закінчується.

Виготовлений за цією схемою регулятор працює стійко і за 5 років експлуатації не було жодної відмови, показав хороші результати як на великих, так і на малих швидкостях при змінному навантаженні на дриль.

При виготовленні регулятора треба передбачити, щоб при повороті ручки регулятора швидкості (резистор R1) праворуч швидкість обертання збільшувалася, для цього треба резистор R1 розіп'яти так, щоб при повороті ручки праворуч опір зменшувалося.

Застосування амплітудно-фазового методу призводить до значного спотворення синусоїдальної напруги та появи безлічі вищих гармонік, тому з'явилася необхідність додаткового захисту від перешкод за допомогою введення двох додаткових фільтрів у ланцюг живлення дрилі С2, R9 та в ланцюг живлення регулятора С3, R10.

Конструкція регулятора.

Регулятор виготовлено у двох варіантах. Перший варіант описаний вище, відмінність полягає тільки в типі використовуваних діодів випрямляча (вказаний у дужках на принциповій схемі).

Друковані плати виготовлені з фольгованих склотекстоліту та гетинаксу завтовшки 1,5-2 мм.

На рис.8 показані дві друковані плати першого варіанта регулятора.

Плату на рис.8,а використовують, коли фільтри С2, R9 і С3, R10 виготовляють навісним монтажем, плата на рис.8,б - коли фільтри розміщують на платі.

На рис.9 показана одна друкована плата другого варіанта регулятора.

Фільтри виготовляють навісним монтажем. Можна виготовити плату разом з фільтрам подібно (рис.8, б) для першого варіанта.

Друковану плату та інші деталі регулятора розміщують у пластмасовій коробці. На корпусі коробки закріплено змінний резистор R1 з R2, розетку для підключення дриля, жорстко закріплено шнур живлення довжиною 1,5 м з вилкою на кінці. Фільтри С2, R9 та С3, R10 змонтовані на монтажних стійках у безпосередній близькості від шнура живлення та розетки для підключення дриля. На корпусі коробки під ручкою резистора R1 закріплена шкала з умовними поділками.

Деталі. У випрямлячі використані діоди КД202Р, розраховані на середній струм випрямлення 5 А. Замість них можна використовувати КД202К, КД202М. У другому варіанті регулятора використані діоди Д231. Можна застосувати Д231А, Д231Б, Д232, Д233, Д234 з будь-якими буквеними індексами та діоди інших типів, розраховані на середній випрямлений струм 10 А та зворотну напругу 300 В і більше.

Тиристор КУ202М можна замінити на КУ202 Н, стабілітрони Д814В - на будь-які інші із сумарною напругою стабілізації 18-20 В. КТ117 можна застосовувати з будь-яким буквеним індексом. Конденсатор С1 можна використовувати типів КЛС, КМ, К10У-5. Конденсатори С2 та С3 типу К40П-2Б можна замінити на будь-які паперові з робочою напругою не менше 400 В. Змінний резистор типу СП-1 можна замінити на резистор будь-якого іншого типу та будь-яких габаритів.

Для експлуатації дриля з даним регулятором ніяких додаткових вимикачів не потрібно ставити. Достатньо двополюсного вимикача, встановленого в дрилі. Напруга на регулятор подається і знімається вимикачем дриля.

Незважаючи на те, що регулятор розроблявся для живлення однофазних колекторних електродвигунів, при необхідності до нього можна підключати будь-яке активне навантаження (нагрівачі) відповідної потужності.

література:

1. Вольдек А. І. Електричні машини.-Л.: Енергія, 1978.
2. Денисов Г. Триністорний регулятор для колекторного електродвигуна//Радіо. -1990. - №1.-С. 61, 62.
3. Кублановський Я. С. Тиристорні пристрої.-М.: Радіо та зв'язок. 1987.
4. Енциклопедія сучасної техніки. "Автоматизація виробництва та промислова електроніка". Рад. Енциклопедія. Т.4, 1965.

Автор: В. В. Першин

Дивіться інші статті розділу Електродвигуни.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Є комах корисно для кишечника 11.08.2018 Понад два мільярди людей у ​​всьому світі регулярно споживають комах, які є гарним джерелом білка, вітамінів, мінералів та корисних жирів. Цей продукт не тільки популярний в азіатських країнах, він також набирає популярності в Європі та США. Його розглядають як стійке, екологічно чисте джерело білка, яке може замінити традиційне м'ясо. Дослідницька група з університету Вісконсіна в Медісоні (США) була зацікавлена ​​в тому, щоб вперше перевірити в клінічних випробуваннях наслідки для здоров'я людини, яка харчується комахами. У своїх випробуваннях вони використовували як тестований продукт цвіркунів. Цвіркуни, як і інші комахи, містять волокна хітину, які відрізняються від харчових волокон у фруктах та овочах. За своєю біологічною роллю хітин близький до рослинної клітковини. Як і клітковина, хітин покращує функціонування організму. Його волокна є джерелом корисних бактерій, а деякі інші типи волокон сприяють росту корисних бактерій, також відомих як пробіотики. Невелике дослідження американських вчених показало, чи можуть волокна комах впливати на бактерії, виявлені у шлунково-кишковому тракті людини. Протягом двох тижнів 20 здорових чоловіків та жінок віком від 18 до 48 років вживали або звичайний сніданок, або сніданок, що містить 25 грам перемелених цвіркунів, доданих у кекси та коктейлі. Протягом наступних двох тижнів обидві групи змінилися місцями. Дослідники збирали зразки крові та зразки стільця. За зразками крові вони визначали рівень глюкози в крові та рівень ферментів, пов'язаних із функціонуванням печінки, а також кількість білка. Зразки випорожнень тестували на побічні продукти мікробного обміну в кишечнику людини, запальні хімічні речовини, пов'язані зі шлунково-кишковим трактом, і загальний склад мікробних угруповань, присутніх у стільці. Учасники також заповнювали анкету, в якій відповідали на питання про роботу їх шлунково-кишкового тракту безпосередньо перед початком дослідження, одразу ж після першого двотижневого періоду дієти та одразу після другого періоду. Вчені не виявили ознак зміни загального мікробного складу чи ознак запалення кишківника. Навпаки, вони спостерігали збільшення метаболічного ферменту, пов'язаного зі здоров'ям кишечника, та зниження крові запального білка під назвою TNF-альфа. Крім того, зросла кількість корисних кишкових бактерій, таких як Bifidobacterium animalis – пробіотик, який пов'язаний із покращеною функцією шлунково-кишкового тракту. Ці біфідобактерії додають у різні продукти – наприклад, у йогурт "Активія" від компанії Danone. Незважаючи на позитивні результати, все більше і більше досліджень необхідно для повторення цих даних та визначення того, які компоненти цвіркунів можуть сприяти покращенню здоров'я кишечника.

Інші цікаві новини:

▪ Риба в аеродинамічній трубі

▪ Новий імпульсний регулятор

▪ Кішки та коробки

▪ Масове виробництво трюфелів

▪ Вік демократії

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Кольорові установки. Добірка статей

▪ стаття Питання, звичайно, цікаве. Крилатий вислів

▪ стаття Яка риба не є холоднокровною? Детальна відповідь

▪ стаття Основні реанімаційні заходи у дітей. Медична допомога

▪ стаття Водонепроникний папір. Прості рецепти та поради

▪ стаття ШІ-стабілізатор струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024