Коллекторный двигатель: принцип действия и устройство, регуляторы оборотов, контроллер управления на ШИМ tda1085

Здравствуйте дорогие мои посетители. Хочу сегодня продолжить
тему о коллекторных электродвигателях, а именно как подключить двигатель от
стиральной машины с помощью платы регулирования оборотов с поддержкой мощности.
Как вы, видели, я затрагивал уже эту тему. Снимал по этому поводу видео

«Подключение и
регулировка оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины-автомат»

.
Это видео стало очень популярным на моём канале, зрители оставили множество
разных комментариев по этой теме. Также я там выложил источник, где я взял
схему регулятора оборотов с поддержкой мощности коллекторных электродвигателей.
И как мне показалось на тот момент, что человек скачает себе этот файл и
соберет себе такую же схему как у меня, и будет её использовать
. Но нет,
оказалось не все так просто как мне этого хотелось, посыпалась, куча вопросов
от людей не только гуманитариев, но и совсем не плохих радиолюбителей
. Были
даже предложения о

покупке
плат регулирования оборотов.

Что бы сразу ответить на многие вопросы, Вам, мои дорогие
читатели, и появилась эта статья.

 Занимаюсь я ремонтом электроинструмента в
частности перемоткой электродвигателей. И во время ремонта качественного
электроинструмента замечал там «Константную электронику»,  которая при снижении оборотов на
электроинструменте поддерживала мощность электродвигателя. Меня это очень
заинтересовало, начал пробовать различные простые регуляторы оборотов,
регуляторы оборотов с обратной связью по току, в общем, кучу разных штуковин.
Пока не наткнулся на сайт «chipmaker.ru» где пользователь  «Bogdan» выложил «схему управления
коллекторным двигателем на TDA1085»
. Собственно говоря, вот эта ссылка:

http://www.chipmaker.ru/files/file/1490/

 . После того как Вы перешли, жмем на кнопку «Загрузить» 

В следующем окне обратно жмем «Загрузить» 

У нас скачивается архив, разархивировав который, видим в нем
несколько файлов (два варианта схем для управления двигателями постоянного и
переменного тока с монтажными платами), нам для двигателя переменного тока
нужны PSD файлы с
пометкой «АС» 

Распечатав  их
(принципиальная, монтажная и печатная плата), я отнес их своему очень хорошему
товарищу Игорю , который мне спая регулятор оборотов с поддержкой мощности (сам
я, к сожалению, не люблю работу с паяльником). Я испытал

регулятор оборотов электроинструмента
на TDA1085

на своей «болгарке». К счастью мой товарищ оказался хорошим
радиолюбителем и нашел некоторые неточности в этих схемах и исправил их.

 Я не могу вам сейчас сказать что этот регулятор оборотов
коллекторных электродвигателей панацея, возможно, есть что-то и лучше я не
знаю. Как поведет она себя на высоких или даже средних оборотах, честно сказать
я не знаю(

здесь уже
можно посмотреть тест этой платы в разных режимах

). Эта схема отлично ведет
себя на низких оборотах, и вот уже целый год 
отлично себя показывает на

Самодельном лобзиковом станке 

,
приводом там служит та самая

«болгарка»

 на которой я испытывал регулятор оборотов.

Если Вы уже собрались делать себе регулятор оборотов,
давайте немного разберем его:

К клеммам «Фаза и Ноль» подключаем напряжение 220 Вольт
(фазировка не влияет на работу схемы), светодиод «

HL

» служит нам индикатором питания платы
регулятора оборотов, к клеммам « М1» подключаем наш электродвигатель,
«таходатчик» который выдает постоянный ток подключаем к «Х3» а если же у вас он
выдает переменный ток или импульсы, то к «Х2» (

Как сделать таходатчик

).
К контактам «Х4» можно подключить тумблер (выключатель) который будет отключать
наш двигатель, его ставить не обязательно, можно также отключать двигатель с
помощью  регулятора оборотов «

R

1» который подключается к
контактам «Х1». У

Bogdana

  на этой схеме не был указан конденсатор «С
100

µF

х25

V

»
хотя он присутствует на монтажной плате (забыл указать). Также у него в схеме
находится очень мощный симистор «ВТА41 800

V

» который подходит для управления
мощными коллекторными электродвигателями, а для нас подойдет совсем другой на
10…16 Ампер (по цене будет на много дешевле). Симистор должен обязательно
быть  с радиатором (вся эта схема построена  для управления этим симистором, который в
свою очередь управляет непосредственно нашим электродвигателем)
. Ниже симистора
на схеме указаны два мощных сопротивления «

R

31» и «

R

33»
рассчитанные на 0,1 Ом и мощностью 5 Ватт каждый. Под каждые электродвигатель
нужно индивидуально настраивать плату регулятора оборотов (

как это сделать

). Регулируется
схема с помощью подстрочных сопротивлений «

R

3» и «

R

21».
Построечный резистор «

R


регулирует плавность пуска двигателя, а «

R

21» служит для быстроты реагирования на нагрузку электродвигателя
(в зависимости отнего схема будет реагировать плавно или резко на нагрузку).

 Для лучшего удобства
я подготовил Вам список всех деталей, которые применяются в этом регуляторе
оборотов с поддержкой мощности («+» обозначены полярные конденсаторы):

20кОм

Пременное         1шт

20кОм

Подстроечное   1шт

R3

3шт

R4;5;9

2шт

R6;8

1шт

R7

1шт

R10

1шт

R11

1шт

R12

1шт

R13

1шт

R14

4шт

R15;19;25;30

2шт

R16;22

1шт

R17

1шт

R18

1шт

R20

10кОм

Подстроечное  1шт

R21

4шт

R23;24;28;29

1шт

R26

1шт

R27

1шт

32

2шт

R31;33

1шт

R34

1шт

35

3шт

С1;5;неуказанный

3шт

C2;8;9

3шт

С3;4;7

820р

1шт

С6

1шт

С10

1шт

С11

1шт

С12

1шт

С13

1шт

С14

1шт

С15

МС1

ВТА41   800V 
(не обязат)

1шт    Семистор

Т1

1шт   стабилитрон

1шт   стабилитрон

1шт диод

1шт    предохранитель

FU1

На  3В

1шт     светодиод

Изначально автор Bogdan на монтажной плате регулятора оборотов не указал буквенные
обозначения всех деталей, но благодаря моему товарищу (огромное ему спасибо) он
расставил все обозначения и исправил все неточности которые были у Bogdanа 


ВНИМАНИЕ!!!
В расположении деталей ОШИБКА! 
Сопротивление R21
обозначено как R27. Будьте внимательны!

Ссылки для скачивания:

ОЧЕНЬ интересные видео по теме!!!

Агрессивные тесты.

Добавлено Анатолием:

Я думаю Александр не обидится если я в его теме выскажу несколько своих соображений.

Собрал уже не одну плату и могу сказать со сто процентной уверенностью. Если у кого то что то не работает, то проверяйте качество изготовления платы, качество и правильность монтажа, исправность элементов и двигателя. Все причины не работы (некорректной работы) кроются только в этом. Печатки и схемы выложенные в нете рабочие. Сам недавно столкнулся с подобным, две разные платы, а проявление неисправности одно и тоже. При включении и добавлении оборотов двигатель раскручивается рывками было ощущение как будто семистор работает на одном полупериоде. Оказалось на одной плате при травлении исчезла дорожка к конденсатору С10 на 47,0х16V, во втором случае этот же конденсатор был высохший.Попутно убедился, что если уменьшить С11 идущий на 14 ногу микросхемы до 22Н, то двигатель стартует, набирает максимальные обороты и обороты не регулируются. Поэтому с ним тоже нельзя ошибаться 47Н и точка.Теперь по поводу замеров напряжения.Я собираю платы с отдельным блоком питания, поэтому промеры даю для этого случая.Исходные условия, к плате подключен двигатель с таходатчиком, регулятор оборотов в нулевом положении (минимум до конца), блок питания в розетку включён, 220В на плату не подаётся.1-0,17В2-0,17В3-2,63В4-05-06-2,4В7-0,05В8-09-14,65В10-13,7В11-12,83В12-0,55В13-014-11,34В15-0,03В16-0,03ВУсловия те-же, но подключено 220В и регулятор стоит на небольших оборотах. Двигатель медленно вращается.1-0,25В2-0,3В3-2,62В4-0,55В5-0,55В6-2,4В7-1,14В8-09-14,2В10-14,2В11- не измеряется.12-0,74В13-0,69В14-4,8В при касании щупом двигатель ускоряется.15-0,73В16-0,58ВОтличия могут быть но не очень большие. Напряжение на ноге 3 устанавливается регулятором R21.Кроме этого советовал бы увеличить резистор R9 вместо 1,2 кОм ставить 20кОм. Этим уменьшается напряжение с таходатчика. И R17 вместо 68кОм ставить 27кОм. Ну и диод для защиты микросхемы само собой. 

Пару слов по немецкой схеме. При правильной сборке, правильно выполненной печатке и исправных деталях всё работает без вопросов. Рекомендовал бы такую последовательность действий. Собрали плату, проверили сборку, микросхему не ставим. В панельку микросхемы подключаем на ноги 8-9 резистор 1,6кОм 1Вт, подключаем питание 220В, двигатель и таходатчик не подключен (это не принципиально), и меряем напряжение на подключённом резисторе. Должно быть 15-17В. Ставим микросхему, подключаем мотор и таходатчик и наслаждаемся работой. В немецкую схему советую внести следующее изменение. На регуляторе частоты вращения, на центральном отводе, запаять резистор 1,2кОм и второй конец этого резистора на клемму Х2-2, по семе. Боковую ногу регулятора которая раньше шла на центральный отвод, подключаем на корпус. Что это даёт. Раньше, при выведенном в ноль регуляторе, двигатель продолжал вращаться, теперь стоит как ему и положено. А методика настройки простая. Регулятор на ноль, включили, добавили немного оборотов, крутим Р1 пока обороты не станут красивыми на слух и визуально, обороты на максимум, крутим ограничение максимальных оборотов Р3, наслаждаемся своим мастерством. 

В настоящее время коллекторные двигатели получили широкое применение в быту и на производстве. Такие электромеханические устройства могут быть как постоянного, так и переменного тока. В зависимости от их предназначения возникает необходимость в изменении скорости вращения оборотов электродвигателя. С такой задачей может справиться тиристорный регулятор напряжения или симисторный регулятор мощности для электродвигателя.

Коллекторные электродвигатели

Коллекторный двигатель (КД) представляет собой электрическую машину, которая преобразовывает электрическую энергию в механическую и обратно. Классифицируются КД по роду питающего тока, их разделяют на следующие группы:

  • Питание постоянным током. Имеют простую конструкцию, высокий пусковой момент и управляются плавной регулировкой частоты вращения.
  • Универсальные КД можно питать от постоянного и переменного напряжения. Основные достоинства: простота управления, недорогая стоимость и компактность.

КД постоянного тока в зависимости от типа индуктора могут быть на постоянных магнитах или дополнительных катушках возбуждения. Постоянные магниты создают необходимый магнитный поток, способствующий образованию вращающего момента. Двигатели, где применяются катушки возбуждения, различаются по типу обмоток.

Двигатели универсальные состоят из следующих элементов:

  1. Коллектора.
  2. Щеткодержателей для фиксации щёток.
  3. Щёток (графитовых или медно-графитовых), служащих для электрического контакта между статорными обмотками и обмотками якоря.
  4. Статорного сердечника, как правило, состоящего из электротехнической стали.
  5. Обмотки статора.
  6. Вала якоря.

Такого типа КД могут быть с параллельным и последовательным возбуждением.

Универсальные двигатели могут работать также и от переменного напряжения, когда при смене полярности в обмотках возбуждения возникает наводящий ток необходимого направления для реверсирования вращения якоря (аверс/реверс). Для регулировки скорости вращения вала электродвигателя, используются различные электрические схемы регуляторов оборотов коллекторных двигателей.

Регуляторы оборотов для КД

Существует несколько типов управляющих схем для регулировки оборотов коллекторных двигателей. Для маломощных устройств с напряжением питания 12 В (вольт) можно использовать реостат или простейшую схему, собранную на транзисторе, за основу которой можно взять любой компенсационный стабилизатор постоянного тока с регулировкой напряжения.

Для плавной регулировки оборотов якоря более мощного КД необходим тиристорный регулятор напряжения постоянного тока. Для протекания тока через тиристор необходимо на его управляющий электрод подать кратковременный импульс. В зависимости от частоты поданных импульсов создаётся порог открывания тиристора, что изменяет величину напряжения на выходе регулятора оборотов. Частоту импульсов можно изменять, включив в схему регулятора генераторный транзистор, например, КТ117, или собрать схему управления на таймере 555 (КР1006ВИ1 отечественного производства).

Такой регулятор постоянного тока можно использовать только с КД постоянного напряжения. Используя тиристоры в высокоиндуктивной нагрузке, так как они могут не до конца закрыться, чревато для выхода из строя регулятора.

Регулировку рекомендуется производить с помощью регулятора оборотов коллекторного двигателя с обратной связью, который задаёт скорость вращения с помощью формирователя опорного напряжения в схеме. В момент нагрузки скорость вращения снижается, а вместе с ней вращающий момент.

За счёт уменьшения противо-ЭДС между управляющим электродом и катодом тиристора возникшей в двигателе пропорционально увеличится напряжение управления на тиристоре. Увеличение величины напряжения, с малым фазовым углом, открывается тиристор и подаёт на двигатель максимальный ток.

Тиристор подбирается таким образом, чтобы пусковой ток КД не превышал его максимально допустимые параметры. Регулировку можно производить только на КД состоящих из щёточного узла.

Тиристорный регулятор по схематическим соображениям не может регулировать обороты асинхронных электродвигателей.

Особенности бесколлекторного двигателя

С виду бесколлекторный двигатель схож с КД, но по конструктивным особенностям имеется различие из-за отсутствия коллектора и щёток. В бесколлекторном двигателе постоянные магниты расположены вокруг вала, так называемого ротора, а обмотки находятся непосредственно на статоре вокруг ротора и имеют определённое количество пар полюсов, от которых зависит скорость мотора. Некоторые бесколлекторные моторы оснащаются сенсорными датчиками, предназначенными для слежения за положением ротора, и управляются электронными регуляторами скорости, собранными на контроллере.

Основными достоинствами бесколлекторных моторов являются отсутствие искрения щёток, создающих помехи, и отсутствие постоянного трения, повышающего температуру внутри двигателя. Отсутствие изнашивающихся частей — коллектора и щёток — увеличивает срок эксплуатации таких моторов, не считая замены подшипников. К недостаткам можно отнести лишь высокую стоимость изделия.

Особой популярностью пользуются однофазные асинхронные двигатели переменного тока, которые используют в различных станках на производстве, а также в бытовых электроприборах, где необходимо использовать разные скорости вращения. Для этих целей используется симисторный регулятор мощности для электродвигателя.

Регулятор оборотов асинхронного двигателя своими руками можно сделать на ШИМ-контроллере tda1085, который управляет симистором. Контроллер можно использовать для управления стиральной машиной совместно с таходатчиком, который считывает импульсы от тахогенератора. Регулирование оборотов осуществляется без потери мощности и независимо от нагрузки.