Коллекторные электродвигатели постоянного тока используются в устройствах автоматики и телемеханики. Существенный недостаток - прямое включение с отсутствием устройств стабилизации заданных параметров.
Электромеханические устройства стабилизации скорости отличаются низкой надежностью и потребностью в постоянной регулировке. Наличие электронных схем поддержания мощности и регулировки оборотов электродвигателей постоянного тока позволяет расширить их эксплуатационные возможности.
Стабилизированный электропривод
Схема
Схема тиристорного регулирования оборотов электродвигателя постоянного тока (рис. 1) состоит из генератора управляющего сигнала, усилителя сигнала, коммутационного элемента - тиристора. Цепи отрицательной обратной связи позволяют стабилизировать обороты электродвигателя при переменной нагрузке.
Электродвигатель М1 можно установить с необходимыми для эксплуатации характеристиками напряжения и мощности, важно подобрать под него подходящий по мощности трансформатор Т1 и тиристор VS1.
Мультивибратор на микросхеме аналогового таймера DA1 работает в режиме генератора прямоугольных импульсов. Внутренняя структура микросхемы таймера состоит из верхнего и нижнего компараторов: в виде операционных усилителей по входу 2 и 6 таймера; RS-триггера; внутреннего выходного усилителя мощности и ключевого транзистора, используемого для разрядки внешнего конденсатора С1.
Питание на выводы 8 и 1 микросхемы DA1 подается от стабилизированного источника напряжения на аналоговом стабилизаторе DA3, это снижает влияние выбросов мощных импульсных токов электродвигателей на работу таймера.
Вывод 4 DA1 - вывод сброса, в работе не используется и подключен к плюсу источника питания, для устранения влияния ложных срабатываний таймера.
Вывод 7 DA1 таймера - вывод коллектора внутреннего транзистора сброса, эммитер которого подключен к общему проводу. Состояние этого транзистора идентично с состоянием выхода 3: открыт, когда на выходе таймера нулевой потенциал и заперт, когда присутствует напряжение. В данной схеме вывод 7 DA1 используется как вспомогательный выход с повышенной нагрузочной способностью для индикации состояния микро
схемы таймера. Светодиод KL1 горит, когда внутренний транзистор заперт, указывая,что на выходе 3 таймера высокое напряжение. Вход 2 таймера - управление переключением выходного напряжения; вход 6 - переключение выхода 3 в нулевое состояние при напряжении на конденсаторе С1 выше 2/3 Un.
Зарядка конденсатора С1 происходит при высоком уровне на выходе 3 DA1 через резисторы R2 и R3 "Обороты". По окончании зарядного цикла конденсатора при уровне напряжения в 2/3 Un внутренний триггер микросхемы таймера переключит выход 3 на нулевой уровень, конденсатор С1 разрядится через цепи R2, R3. На выходе 3 DA1 появится прямоугольный импульс высокого уровня, триггер вернется в исходное состояние и повторится процесс заряда конденсатора С1.
Вывод 5 DA1 в микросхеме таймера позволяет получить прямой доступ к точке делителя с уровнем 2/3 Un. Данный вывод в схеме используется для получения модификаций схемы и соединен с общим проводом через конденсатор С2 и прецизионный аналог стабилитрона с регулируемым напряжением стабилизации DA2 с нагрузочным резистором R5.
В состав микросхемы DA2 входит источник образцового напряжения и операционный усилитель с выходным каскадом на транзисторе. При обозначенном номинале резистора R4 характеристика работы микросхемы пологая и она работает в режиме усиления.
Сигнал управления на вход 1 DA2 поступает с установочного резистора R1О, конденсатор С6 сглаживает пульсации обратного напряжения, создаваемым якорем двигателя при вращении. Цепь VD2, С7, R12 снижает влияние противо-ЭДС на искрение коллектора и работу тиристора. При увеличении оборотов двигателя напряжение на конденсаторе С8 растет, микросхема прецизионного параллельного стабилизатора DA2 открывается и шунтирует выход 5 DA1, частота генератора на таймере возрастает, а мощность в нагрузке электродвигателя М1 падает.
Светодиод HL2 на выходе 3 DA1 индицирует состояние работы схемы.
Стабилизация напряжения питания микросхемы DA1 и усилителя мощности на транзисторе VT1 выполнена на аналоговом стабилизаторе DA3, диод VD1 защищает микросхему от неверной полярности питания и препятствует замыканию импульсного напряжения питания электродвигателя через конденсатор С5.
Усилитель мощности выполнен на транзисторе VT1 большого усиления, для ускорения быстродействия схемы.
Источник питания выполнен на силовом трансформаторе Т1 с мощным диодным мостом VD3. Для снижения влияния работы тиристорного регулятора на электросеть установлен конденсатор С8.
Наладка
Наладку схемы начинают с проверки напряжений питания. Движок резистора R10 должен находится в нижнем положении. При регулировке оборотов резистором R3 проверяется устойчивое вращение вала электродвигателя. При увеличении напряжения обратной связи резистором R10 проверяют действие обратной связи в заторможенном механической нагрузкой вала электродвигателя. Обороты электродвигателя с обратной связью должны быть выше или равны скорости холостого хода - пропорционально частоте вращения. Разностное напряжение поступает на резистор R10 с анода тиристора VS1, изменяя задержку импульсов генератора относительно начала каждого полупериода сетевого напряжения.
Резистор R10 позволяет установить оптимальное значение напряжения обратной связи.
Напряжение на аноде тиристрopa VSI, пока он закрыт, равно разности напряжения питания и обратного напряжения, создаваемого вращающим якорем двигателя М1.
Уменьшение частоты вращения под нагрузкой приводит к увеличению приложенного к двигателю напряжения. С увеличением частоты вращения задержка импульсов увеличивается,что приводит к уменьшению эффективного значения напряжения, приложенного к электродвигателю.
Диод VD2, устраняя обратный ток, возникающий при вращении электродвигателя, закрывает тиристор для переключения на достаточное время.
Детали
Радиокомпоненты в схеме применяются общего назначения: резисторы С2-ЗЗН, С1-4.
Таймер DA1 заменим аналогом серии КР1006ВИ1.
Транзистор VT1 желательно установить на повышенное усиление с коэффициентом более 100, для надежного запуска тиристора.
Тиристор VS1 рассчитан на ток более 10 А при напряжении более 200 В - типа КУ202, Т106, Т112, Т122.Т137, ВТ138-152, MCR-25.
Диодный мост состоит из двух лавинных диодов на ток более 10 А, подойдут кремневые или германиевые диоды типа Д302-305, КД203, КД206, КД213Б.
На тиристор и диоды по необходимости следует установить радиаторы.
Электродвигатель в схеме не маркируется и устанавливается из возможного варианта использования.
Трансформатор устанавливается по мощности электродвигателя типа ОСО, ТН, ТПП или ТС, предпочтительно тороидального исполнения - меньшего по габаритам, мощностью не менее указанной на электродвигателе. fc
Литература
1. И. Нечаев. Стабилизаторы напряжения с микросхемой КР142ЕН19А. - Радио, №6/2000, стр. 57.
2. В. Коновалов. Регулятор оборотов электродрели. - Радио, №2/2007, стр. 48.
3. В. Коновалов Тиристорный электропривод. - Радиомир, №8/2007, стр. 21.
4. В. Коновалов. Тиристорный регулятор оборотов электродвигателя. - Радиомир, №1/2010, стр. 10-12.