Регулятор частоты вращения щеточных двигателей переменного напряжения, работающий от 24 до 240В, который позволяет поддерживать высокий крутящий момент даже на низких оборотах двигателя. Во многих устройствах, в которых используются двигатели переменного тока, требуется регулировка скорости, то есть числа оборотов в минуту, совершаемых валом, это не так просто. Потому что недостаточно поставить силовой реостат последовательно с двигателем, фактически в этом случае очень низкий КПД может быть получен из-за потери энергии в самом реостате и недопустимого падения крутящего момента (который зависит от тока) на низких оборотах.
Наиболее эффективным методом оказался метод (что-то похожее на ШИМ, используемое для управления двигателями постоянного тока), предпочтительно с синхронизацией импульсов, генерируемых цепями детектора пересечения нуля. В этой статье предлагается нечто подобное тому, что было сделано для управления щеточными двигателями. Он работает с частотой, синхронизированной с сетью, сокращая длительность импульсов, генерируемых переустанавливаемым уровнем, рассчитанным для частоты сети, которая запускает переключающее устройство в каждый период. Принципиальная схема регулятор частоты вращения щеточных двигателей представлена на рисунке.
Этот метод повышает эффективность регулятора, так как он играет на среднем напряжении и токе двигателя, и потери ограничиваются падением переключающего устройства. Кроме того, это решение позволяет не терять крутящий момент двигателя, он достаточно высок даже при низких оборотах, в отсутствие того, что двигатель получает импульсы тока, энергия которых, если не постоянная, по крайней мере, высокой, тогда как если бы мы выбрали для регулировки реостат ток мог бы повлиять на крутящий момент.
Несмотря на то, что она подходит для управления двигателями переменного тока, схема не питается напрямую от сети 220В, а питается от нее только в отношении цепи управления. Двигатель должен быть подключен к клеммной колодке, которая имеет общий контакт с положительным напряжением цепи управления. Это позволяет управлять двигателями даже при низком напряжении, без помех в электрической сети. Схема приведена на рисунке.
Питание регулятор частоты вращения щеточных двигателей происходит от трансформатора, подключенного к сети через защитный предохранитель F1 и перемычки J1 / J2, которые позволяют питать трансформатор 110 — 240В переменного напряжения. Вторичная обмотка также с центральным отводом, вместе с парой диодов D1 и D2 и электролитическим конденсатором C1, это двойной полуволновой выпрямитель (на трансформаторе с центральным отводом) с емкостным фильтром, благодаря которому подается питание для схемы.
Вся цепь управления на напряжение около 8В. Постоянное напряжение питания индицируется светодиодом LD1. В этом типе источника питания центральный отвод вторичной обмотки заземляется, чтобы гарантировать, что напряжения, подаваемые на выпрямительные диоды, находятся в противофазе друг другу и выпрямление фактически является двойной полуволной. От нижнего конца вторичной обмотки, то есть от анода диода D2, мы используем R1 и D3 (используемые в качестве полуволнового выпрямителя) для выделения переменного напряжения, состоящего только из положительных полуволн синусоиды, взятых с нижней части вторичной обмотки трансформатора. И именно отсюда мы начнем описывать работы регулятора скорости двигателя.
Положительные импульсы (получаются в отрицательной полуволне синусоиды сети) проходят через сопротивление R1 ограничения тока на базу транзистора T1, как только пороговое напряжение (0,6 В) превышено, он начинает открываться, и ток его коллектора ограничивается сопротивлением R2 из-за падения, при котором коллектор транзистора падает до потенциала в несколько сотен милливольт, разряжая конденсатор через диод D4. Когда синусоидальный импульс, подаваемый с резистора R1, переходит через нуль, T1 переходит в режим отсечки, и следующая отрицательная полуволна, транзистор получает импульс, но с амплитудой около -0,6 В, которая закрывает его. Однако теперь через сопротивление R2 и разряженный конденсатор С5 ток течет к базе транзистора Т2 в течение периода, приблизительно равного постоянной времени r, равной: r = (R2 + R4) x C5.
Импульс тока, который теперь приводит транзистор Т2 в насыщение, напряжение на коллектор-эмиттер достигает примерно 0В, разряжает электролитический конденсатор С2 почти мгновенно, до тех пор, пока предварительно удерживается напряжением питания, через делители постоянных и переменных резисторов R7, RV2, RV1, R6. Отсюда следует, что база транзистора Т4 находится на низком уровне, а транзистор остается закрыт. Как только импульс, подаваемый C5, заканчивается, T2 возвращается к запрету, и конденсатор C2 берет на себя ответственность (RV2, RV1, R7 и R6), пока Т4 еще не открыт.
Когда сетевое напряжение меняет полярность, T1 возвращается к насыщению и снова разряжается через D4, но T2 остается зарытым, и из-за влияния RV2, RV1, R7 и R6. Электролитический конденсатор C2 начинает заряжаться, пока в какой-то момент напряжение на нем не станет достаточно для открытия транзистора Т4 через сопротивление R5.
Нагрузка получает питание через защитный предохранитель F2 и дроссель L1, которая вместе с конденсатором C7 образует фильтр нижних частот, необходимый для сглаживания пиков, возникающих при переключении симистора, каждый раз, когда он включается и выключается. Фактически, после открытия, симистор находится под напряжением и остается во включенном состоянии, пока не произойдет инверсия полярности, после прохождения через нуль. Если управляющий электрод симистора все еще поляризован, он возвращается к открытому состоянию. Также последовательный фильтр (R13-C6) с той же функцией, которая заключается в демпфировании пиков напряжения, создаваемых коммутацией на двигателе, что неизбежно из-за того, что это высоко индуктивная электрическая нагрузка.
Установка фильтра необходима, потому что при управлении нагрузками, такими как двигатели, могут возникать импульсы с высоким или с очень крутыми склонами, и в таких случаях тиристоры (следовательно, симистор) могут открываться самостоятельно. Когда нагрузка включена, напряжение на ее разъеме частично подается через цепь R14 и D7 к узлу R6, R7 и RV1, тем самым помогая поднять напряжение на конденсаторе С2 в положительной полуволне и не внося свой вклад в отрицательной полуволне. Обратите внимание, что конденсатор С2 имеет такой номинал, что при введении минимального последовательного сопротивления (при его коротком замыкании) электролит заряжается вскоре после прохождения через нуль, а также при достижении максимального сопротивления проводимости транзистора Т4. Вариант печатной платы представлен на рисунке.
Поэтому следует отметить, что подстроечных потенциометров — два, потому что каждый из них регулирует синхронизацию и, в частности, RV2 последовательно с R7, значение которого отличается в зависимости от частоты сети. Поэтому R7 должен выбираться на основе частоты сети, которая должна совпадать с частотой переменного тока, питающего двигатель. Также обратите внимание, что время зарядки того же C2 зависит от тока, подаваемого выходной цепью через D7, что также помогает синхронизировать время с фазой подачи питания в нагрузку.
Скорость вращения двигателя регулируется RV1, потенциометр RV2 позволяет проводить более точную калибровку благодаря тому, что он последовательно подключен к сопротивлению, значение его адаптирует сеть синхронизации к частоте сети, в частности, он позволяет установить минимальную скорость, может быть установлена с помощью RV1. Таким образом, устройство позволяет производить регулировку, подводимую к нагрузке, от приблизительно от 5 до 95 процентов. Такое управление позволяет поддерживать максимальный крутящий момент даже при низкой скорости вращения двигателя. Также позволяет нам управлять нагрузками, которые не являются двигателями, такими как лампочки и электрические обогреватели.