Tento obvod pre domácich majstrov možno použiť ako regulátor otáčok pre 12V DC motor s menovitým prúdom do 5A, alebo ako stmievač pre 12V halogénové a LED žiarovky do 50W. Riadenie sa vykonáva pomocou modulácie šírky impulzov (PWM) pri frekvencii opakovania impulzov približne 200 Hz. Prirodzene, frekvenciu je možné v prípade potreby zmeniť a zvoliť tak maximálnu stabilitu a účinnosť.
Väčšina týchto štruktúr sa montuje za oveľa vyššie náklady. Tu uvádzame pokročilejšiu verziu, ktorá využíva časovač 7555, budič bipolárneho tranzistora a výkonný MOSFET. Tento dizajn poskytuje vylepšenú reguláciu rýchlosti a funguje v širokom rozsahu zaťaženia. Toto je skutočne veľmi efektívna schéma a náklady na jej časti pri kúpe na vlastnú montáž sú pomerne nízke.
Obvod používa časovač 7555 na vytvorenie premennej šírky impulzu približne 200 Hz. Riadi tranzistor Q3 (cez tranzistory Q1 - Q2), ktorý riadi otáčky elektromotora alebo žiaroviek.
Existuje mnoho aplikácií pre tento obvod, ktorý bude napájaný 12V: elektromotory, ventilátory alebo lampy. Môže byť použitý v autách, lodiach a elektrických vozidlách, v modelových železniciach a pod.
Tu je možné bezpečne pripojiť aj 12 V LED svietidlá, napríklad LED pásiky. Každý vie, že LED žiarovky sú oveľa efektívnejšie ako halogénové alebo klasické žiarovky a vydržia oveľa dlhšie. A ak je to potrebné, napájajte regulátor PWM od 24 voltov alebo viac, pretože samotný mikroobvod s vyrovnávacím stupňom má stabilizátor výkonu.
Každé moderné elektrické náradie alebo domáce spotrebiče používa komutátorový motor. Je to kvôli ich všestrannosti, teda schopnosti pracovať na striedavé aj jednosmerné napätie. Ďalšou výhodou je efektívny rozbehový moment.
Vysoké otáčky komutátorového motora však nevyhovujú všetkým používateľom. Pre hladký štart a schopnosť meniť rýchlosť otáčania bol vynájdený regulátor, ktorý je celkom možné vyrobiť vlastnými rukami.
Princíp činnosti a typy komutátorových motorov
Každý elektromotor sa skladá z komutátora, statora, rotora a kief. Princíp jeho fungovania je pomerne jednoduchý:
Okrem štandardného zariadenia existujú aj:
Regulačné zariadenie
Vo svete existuje veľa schém takýchto zariadení. Napriek tomu ich možno všetky rozdeliť do 2 skupín: štandardné a upravené produkty.
Štandardné zariadenie
Typické produkty sa vyznačujú jednoduchou výrobou idynistora a dobrou spoľahlivosťou pri zmene otáčok motora. Takéto modely sú spravidla založené na tyristorových regulátoroch. Princíp fungovania takýchto schém je pomerne jednoduchý:
Tým sa upravia otáčky komutátorového motora. Vo väčšine prípadov sa podobná schéma používa v zahraničných vysávačoch pre domácnosť. Mali by ste však vedieť, že takýto regulátor rýchlosti nemá spätnú väzbu. Preto pri zmene zaťaženia budete musieť upraviť otáčky elektromotora.
Zmenené schémy
Samozrejme, štandardné zariadenie vyhovuje mnohým fanúšikom regulátorov rýchlosti na „hrabanie“ v elektronike. Bez pokroku a zdokonaľovania produktov by sme však stále žili v dobe kamennej. Preto sa neustále vymýšľajú zaujímavejšie schémy, ktoré mnohí výrobcovia s radosťou využívajú.
Najčastejšie sa používajú reostaty a integrálne regulátory. Ako už názov napovedá, prvá možnosť je založená na obvode reostatu. V druhom prípade sa používa integrálny časovač.
Reostatické sú účinné pri zmene počtu otáčok komutátorového motora. Vysoká účinnosť je spôsobená výkonovými tranzistormi, ktoré odoberajú časť napätia. Tým sa zníži prietok prúdu a motor pracuje s menšou námahou.
Video: zariadenie na reguláciu rýchlosti s udržiavaním výkonu
Hlavnou nevýhodou tejto schémy je veľké množstvo generovaného tepla. Preto pre plynulú prevádzku musí byť regulátor neustále chladený. Okrem toho musí byť chladenie zariadenia intenzívne.
Iný prístup je implementovaný v integrovanom regulátore, kde je za záťaž zodpovedný integrovaný časovač. V takýchto obvodoch sa spravidla používajú tranzistory takmer akéhokoľvek typu. Je to spôsobené tým, že obsahuje mikroobvod s veľkými hodnotami výstupného prúdu.
Ak je zaťaženie menšie ako 0,1 ampéra, potom všetko napätie ide priamo do mikroobvodu a obchádza tranzistory. Pre efektívnu činnosť regulátora je však potrebné, aby na bráne bolo napätie 12V. Preto musí elektrický obvod a samotné napájacie napätie zodpovedať tomuto rozsahu.
Prehľad typických obvodov
Otáčanie hriadeľa elektromotora s nízkym výkonom môžete regulovať zapojením výkonového odporu do série s č. Táto možnosť má však veľmi nízku účinnosť a nemožnosť plynulo meniť rýchlosť. Aby ste sa vyhli takejto nepríjemnosti, mali by ste zvážiť niekoľko obvodov regulátora, ktoré sa najčastejšie používajú.
Ako viete, PWM má konštantnú amplitúdu impulzu. Okrem toho je amplitúda totožná s napájacím napätím. V dôsledku toho sa elektromotor nezastaví ani pri nízkych otáčkach.
Druhá možnosť je podobná prvej. Jediný rozdiel je v tom, že ako hlavný oscilátor sa používa operačný zosilňovač. Tento komponent má frekvenciu 500 Hz a vytvára impulzy trojuholníkového tvaru. Nastavenie sa vykonáva aj pomocou variabilného odporu.
Ako si to vyrobiť sami
Ak nechcete míňať peniaze na nákup hotového zariadenia, môžete si ho vyrobiť sami. Takto môžete nielen ušetriť, ale aj získať užitočné skúsenosti. Takže na výrobu tyristorového regulátora budete potrebovať:
- spájkovačka (na kontrolu funkčnosti);
- drôty;
- tyristory, kondenzátory a odpory;
- schémy.
Ako je zrejmé z diagramu, regulátor riadi iba 1 polovičný cyklus. Na testovanie výkonu na bežnej spájkovačke to však bude stačiť.
Ak nemáte dostatok vedomostí na dešifrovanie diagramu, môžete sa zoznámiť s textovou verziou:
Použitie regulátorov umožňuje hospodárnejšie využitie elektromotorov. V určitých situáciách môže byť takéto zariadenie vyrobené nezávisle. Na vážnejšie účely (napríklad monitorovanie vykurovacích zariadení) je však lepšie zakúpiť si hotový model. Našťastie je na trhu široký výber takýchto produktov a cena je celkom prijateľná.
Kvalitný a spoľahlivý regulátor otáčok pre jednofázové komutátorové elektromotory je možné vyrobiť pomocou bežných dielov doslova za 1 večer. Tento obvod má zabudovaný modul detekcie preťaženia, poskytuje mäkký štart riadeného motora a stabilizátor rýchlosti otáčania motora. Táto jednotka pracuje s napätím 220 aj 110 voltov.
Technické parametre regulátora
- Napájacie napätie: 230 voltov AC
- rozsah regulácie: 5…99%
- záťažové napätie: 230 V / 12 A (2,5 kW s radiátorom)
- maximálny výkon bez radiátora 300W
- nízka hladina hluku
- stabilizácia rýchlosti
- mäkký štart
- rozmery dosky: 50×60 mm
Schematický diagram
Schéma regulátora motora na triaku a U2008 Obvod modulu riadiaceho systému je založený na generátore impulzov PWM a riadiacom triaku motora - klasický návrh obvodu pre takéto zariadenia. Prvky D1 a R1 zabezpečujú, že napájacie napätie je obmedzené na hodnotu, ktorá je bezpečná pre napájanie mikroobvodu generátora. Kondenzátor C1 je zodpovedný za filtrovanie napájacieho napätia. Prvky R3, R5 a P1 sú delič napätia s možnosťou jeho regulácie, ktorý slúži na nastavenie množstva dodávaného výkonu do záťaže. Vďaka použitiu odporu R2, ktorý je priamo zahrnutý vo vstupnom obvode do fázy m/s, sú vnútorné jednotky synchronizované s triakom VT139.
Vytlačená obvodová doska Nasledujúci obrázok znázorňuje usporiadanie prvkov na doske plošných spojov. Pri inštalácii a spúšťaní treba dbať na zaistenie bezpečných prevádzkových podmienok - regulátor je napájaný zo siete 220V a jeho prvky sú priamo spojené s fázou.
Zvýšenie výkonu regulátora
V testovacej verzii bol použitý triak BT138/800 s maximálnym prúdom 12 A, ktorý umožňuje ovládať záťaž nad 2 kW. Ak potrebujete ovládať ešte väčšie záťažové prúdy, odporúčame inštalovať tyristor mimo dosky na veľký chladič. Mali by ste tiež pamätať na výber správnej poistky FUSE v závislosti od zaťaženia.
Okrem ovládania otáčok elektromotorov môžete pomocou obvodu bez akýchkoľvek úprav nastavovať jas svietidiel.
Rýchlosť otáčania hriadeľa komutátorového motora s nízkym výkonom môžete nastaviť sériovým zapojením do jeho napájacieho obvodu. Táto možnosť však vytvára veľmi nízku účinnosť a navyše nie je možné plynule meniť rýchlosť otáčania.
Hlavná vec je, že táto metóda niekedy vedie k úplnému zastaveniu elektromotora pri nízkom napájacom napätí. Regulátor otáčok elektromotora Jednosmerné obvody opísané v tomto článku nemajú tieto nevýhody. Tieto obvody možno úspešne použiť aj na zmenu jasu 12-voltových žiaroviek.
Popis 4 obvodov regulátora otáčok elektromotora
Prvá schéma
Rýchlosť otáčania sa mení pomocou variabilného odporu R5, ktorý mení trvanie impulzov. Keďže amplitúda impulzov PWM je konštantná a rovná sa napájaciemu napätiu elektromotora, nikdy sa nezastaví ani pri veľmi nízkej rýchlosti otáčania.
Druhá schéma
Je podobný predchádzajúcemu, ale ako hlavný oscilátor je použitý operačný zosilňovač DA1 (K140UD7).
Tento operačný zosilňovač funguje ako generátor napätia, ktorý vytvára impulzy trojuholníkového tvaru a má frekvenciu 500 Hz. Variabilný odpor R7 nastavuje rýchlosť otáčania elektromotora.
Tretia schéma
Je jedinečný, je na ňom postavený. Hlavný oscilátor pracuje s frekvenciou 500 Hz. Šírka impulzu a tým aj otáčky motora sa dajú meniť od 2 % do 98 %.
Slabým miestom vo všetkých vyššie uvedených schémach je, že nemajú prvok na stabilizáciu rýchlosti otáčania, keď sa zaťaženie hriadeľa jednosmerného motora zvyšuje alebo znižuje. Tento problém môžete vyriešiť pomocou nasledujúceho diagramu:
Ako väčšina podobných regulátorov, obvod tohto regulátora má hlavný generátor napätia, ktorý produkuje trojuholníkové impulzy s frekvenciou 2 kHz. Celým špecifikom obvodu je prítomnosť pozitívnej spätnej väzby (POS) prostredníctvom prvkov R12, R11, VD1, C2, DA1.4, ktorá stabilizuje rýchlosť otáčania hriadeľa elektromotora pri zvyšovaní alebo znižovaní zaťaženia.
Pri nastavovaní obvodu so špecifickým motorom, odporom R12, zvoľte hĺbku PIC, pri ktorej nedochádza k vlastným osciláciám rýchlosti otáčania pri zmene zaťaženia.
Časti regulátorov otáčania elektromotorov
V týchto obvodoch je možné použiť tieto náhrady rádiových súčiastok: tranzistor KT817B - KT815, KT805; KT117A je možné nahradiť KT117B-G alebo 2N2646; Operačný zosilňovač K140UD7 na K140UD6, KR544UD1, TL071, TL081; časovač NE555 - S555, KR1006VI1; mikroobvod TL074 - TL064, TL084, LM324.
Pri použití výkonnejšej záťaže je možné kľúčový tranzistor KT817 nahradiť výkonným tranzistorom s efektom poľa, napríklad IRF3905 alebo podobným.
Regulátor PWM je určený na reguláciu rýchlosti otáčania polárneho motora, jasu žiarovky alebo výkonu vykurovacieho telesa.
Výhody:
1 Jednoduchosť výroby
2 Dostupnosť komponentov (cena nepresahuje 2 USD)
3 Široká aplikácia
4 Pre začiatočníkov si ešte raz zacvičte a potešte sa =)
Jedného dňa som potreboval „zariadenie“ na nastavenie rýchlosti otáčania chladiča. nepamatam si preco presne. Zo začiatku som to skúšal cez obyčajný premenlivý odpor, veľmi sa to zahrialo a to pre mňa nebolo prijateľné. Výsledkom bolo, že po prehrabávaní sa na internete som našiel obvod založený na už známom mikroobvode NE555. Bol to obvod bežného PWM regulátora s pracovným cyklom (trvaním) impulzov rovným alebo menším ako 50% (neskôr uvediem grafy, ako to funguje). Obvod sa ukázal ako veľmi jednoduchý a nevyžadoval konfiguráciu, hlavnou vecou nebolo pokaziť pripojenie diód a tranzistora. Keď som ho prvýkrát zostavil na doštičku a otestoval, všetko fungovalo do pol otáčky. Neskôr som rozložil malú dosku s plošnými spojmi a všetko vyzeralo úhľadnejšie =) Teraz sa poďme pozrieť na samotný obvod!
obvod regulátora PWM
Z toho vidíme, že ide o bežný generátor s pulzným regulátorom pracovného cyklu zostaveným podľa obvodu z údajového listu. Rezistorom R1 meníme tento pracovný cyklus, rezistor R2 slúži ako ochrana proti skratu, keďže kolík 4 mikroobvodu je pripojený k zemi cez vnútorný časový spínač a keď je R1 v krajnej polohe, jednoducho sa zopne. R3 je pull-up rezistor. C2 je kondenzátor na nastavenie frekvencie. Tranzistor IRFZ44N je N kanálový mosfet. D3 je ochranná dióda, ktorá zabraňuje zlyhaniu spínača poľa pri prerušení záťaže. Teraz trochu o pracovnom cykle impulzov. Pracovný cyklus impulzu je pomer periódy jeho opakovania (opakovania) k trvaniu impulzu, to znamená, že po určitom časovom období dôjde k prechodu z (zhruba povedané) plus do mínus, alebo presnejšie z logického jedna k logickej nule. Takže toto časové obdobie medzi impulzmi je rovnaký pracovný cyklus.
Pracovný pomer v strednej polohe R1
Pracovný cyklus v polohe R1 úplne vľavo
Pracovný pomer v krajnej pravej polohe R
Nižšie sú uvedené dosky plošných spojov s umiestnením dielov a bez nich
Teraz trochu o detailoch a ich vzhľade. Samotný mikroobvod je vyrobený v balení DIP-8, keramických kondenzátoroch malých rozmerov a odporoch 0,125-0,25 wattov. Diódy sú obyčajné usmerňovacie diódy 1A (najdostupnejšia je 1N4007; je ich všade dosť). Mikroobvod je možné nainštalovať aj na zásuvku, ak ho v budúcnosti budete chcieť použiť v iných projektoch a nie znova rozpájkovať. Nižšie sú uvedené fotografie detailov.
