Regulator mocy i prędkości obrotowej jednofazowego silnika elektrycznego z kolektorem. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Silniki elektryczne

 Komentarze do artykułu

Regulator mocy i prędkości obrotowej wirnika jednofazowego silnika kolektora przeznaczony jest do ułatwienia obsługi (rozszerzenia możliwości) wiertarki elektrycznej IE1032 oraz innych domowych maszyn elektrycznych wykorzystujących silniki kolektorów prądu przemiennego o mocy do 1,2 kW. Jednofazowe kolektorowe silniki elektryczne o wzbudzeniu szeregowym znajdują szerokie zastosowanie w sprzęcie AGD gdzie wymagane są duże prędkości obrotowe: odkurzacze, polerki do podłóg, maszyny do szycia, sokowirówki, młynki do kawy, uniwersalne maszyny kuchenne, ręczne narzędzia do obróbki drewna (wiertarki elektryczne), samoloty elektryczne i wiele innych.

Jednofazowe silniki kolektorowe opisano w [1]. Zasilane są zarówno z sieci AC, jak i AC i DC (uniwersalne). Jeśli silnik elektryczny jest uniwersalny, to jego uzwojenia wzbudzenia mają zaczepy (ryc. 1).

W wiertarce IE1032 zastosowano silnik typu KNII-420/220-18, który nie jest uniwersalny. Jest on wykonany według schematu z rys. 2 i może być zasilany tylko prądem przemiennym, ale nie stałym i nie pulsującym o częstotliwości 100 Hz, jak opisano w [2]. Ten schemat został wykonany, ale nie zadziałał.

Regulacja mocy i prędkości obrotowej wirnika dla takich silników może odbywać się poprzez regulację napięcia zasilania za pomocą autotransformatora (na przykład LATR) lub metodą amplitudowo-fazową za pomocą regulatora mocy (w tym przypadku na tyrystor).

Wybierając obwód regulatora, należy wziąć pod uwagę: łatwość produkcji; możliwość płynnej regulacji prędkości obrotowej i mocy w całym zakresie regulacji; wygodne i prawidłowe włączenie silnika elektrycznego do tej części obwodu, w której płynie prąd sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz; rzetelność w pracy.

Na rysunku 3 pokazano, w której części obwodu nie można włączyć silnika elektrycznego, na rysunku 4 - który należy włączyć.

Do sterowania tyrystorem regulatora wybrano obwód oscylatora relaksacyjnego oparty na tranzystorze jednozłączowym [3].

Zalety regulatora: minimalna ilość elementów, łatwość wykonania, małe gabaryty, płynna regulacja, duża stabilność pracy, duża niezawodność (przez 5 lat eksploatacji nie było ani jednej awarii), brak składowej stałej w obciążeniu , ponieważ symetryczny prąd przepływa przez tyrystor w dodatnich i ujemnych półokresach napięcia zasilania. Schemat ideowy regulatora przedstawiono na rys.5.

(kliknij, aby powiększyć)

Dane techniczne regulatora:

• Napięcie zasilania ....... 220 V
• Częstotliwość napięcia zasilania ...... 50 Hz
• Moc obciążenia: pierwsza opcja......1 W
• 2. opcja.......1200 W
• Kąt zapłonu tyrystora: minimum .......6°
• maksymalna......37°

Podczas pracy sterownika tyrystor znajduje się pod wyprostowanym napięciem pulsującym o maksymalnej amplitudzie Umax = 1,4 Ueff = 310 V. Dlatego napięcie wsteczne tyrystora musi być większe niż ta wartość.

Generator relaksacji zasilany jest tym samym napięciem, ale ograniczonym przez dwie diody Zenera D814V połączone szeregowo do 20 V.

Regulator działa w następujący sposób. Po podłączeniu do sieci z wyjścia prostownika do tyrystora przykładane jest napięcie pulsujące, a do generatora relaksacji podawane jest ograniczone napięcie sinusoidalne.

Kondensator C1 rozpoczyna ładowanie przez rezystory R1 - R4. Całkowita rezystancja tych rezystorów wynosi 46 kOhm. Gdy kondensator się ładuje, napięcie na nim wzrasta, a gdy napięcie wyzwalające na emiterze VT1 (UC1 = Ue.on) zostanie osiągnięte, tranzystor jednozłączowy odblokowuje się, a kondensator C1 jest rozładowywany przez obwód emiter-baza1 VT1, rezystor R6. Rezystancja emiter-baza w stanie otwartym wynosi od 5 do 20 Ohm [3], rezystancja rezystora R6 = 150...200 Ohm. Stała czasowa obwodu rozładowania kondensatora jest mała, a na rezystorze R6 powstaje krótki impuls o dodatniej polaryzacji.

Wybierając rezystancję rezystora R6, można wyregulować próg wyzwalania UE.na tranzystorze i amplitudę impulsu sterującego, która powinna wynosić 5-7 V (optymalna dla stabilnej pracy tyrystora.

Krótki impuls o dodatniej polaryzacji z rezystora R6 jest przykładany do elektrody sterującej tyrystora, który otwiera się, włączając obciążenie.

W stanie otwartym spadek napięcia na tyrystorze wynosi 1,5-2 V. Napięcie to jest dostarczane jako źródło zasilania generatora relaksacji, bocznikuje go i wyłącza.

W ten sposób oscylator relaksacyjny nie przechodzi w tryb samooscylacyjny, ale przez jeden półokres napięcia sieciowego wytwarza tylko jeden impuls sterujący i wyłącza się przed nadejściem następnego. Tyrystor pozostaje otwarty do końca półcyklu i zamyka się na końcu półcyklu.

Wraz z nadejściem następnego półcyklu do anody tyrystora, która jest nadal zamknięta, wyprostowane napięcie przez rezystory R7, R8, ograniczone diodami Zenera VD1 VD2, wchodzi do obwodu mocy generatora relaksacyjnego. Kondensator C1 zaczyna się ładować i cykl się powtarza.

Moment otwarcia tyrystora jest określony przez stałą czasową obwodu ładowania kondensatora C1. W tym obwodzie znajduje się zmienny rezystor R1, za pomocą którego można zmienić moment odblokowania, a zatem dostosować prędkość obrotową wału silnika i jego moc.

Przy minimalnym kącie odblokowania (ϕ min) silnik rozwija maksymalne obroty, a kąt odblokowania zależy od typu silnika (w ramach charakterystyki technicznej regulatora) i nie zmienia się w ramach regulacji.

Przy maksymalnym kącie wystrzelenia φmax. silnik rozwija minimalną prędkość obrotową, a kąt otwarcia zależy od rodzaju silnika (jego mocy, masy wirnika, tarcia w szczotkach i łożyskach itp.).

Im większa moc silnika, tym cięższy wirnik, tym większe tarcie, tym większy prąd wymagany od regulatora, a zatem tym mniejszy będzie maksymalny kąt zapłonu.Każdy typ silnika ma swój własny maksymalny kąt zapłonu tyrystora.

Dobieramy elementy obwodu ładowania kondensatora C1 i określamy zakres zmian kąta sterowania ∆ϕ: ∆ϕ = ϕmax - ϕ min.

Na rysunku 6 przedstawiono jeden półokres sinusoidalnego napięcia sieciowego i napięcia ograniczonego do 20 V. Ponieważ stosunek 20/310 = 0,0645, minimalny możliwy kąt ωt = 0,0645°3' został znaleziony dla sinωt = 45.

Rezystor zmienny R1, za pomocą którego zmienia się kąt zapłonu w zakresie ∆ϕ, jest wysokooporowy i ma początkowy skok rezystancji, tj. podczas obracania pokrętła, na przykład z skrajnej lewej pozycji, rezystancja skacze od 0 do 5 kOhm. Jest też skok z prawego skrajnego położenia i różni się on od lewego. Wartość tego skoku dla każdego rezystora zmiennego jest indywidualna.

Rezystancję R3 dobiera się równą wartości początkowego skoku, tj. 5,1 kOhm Określa minimalny kąt zapłonu tyrystora ϕ min. Jeżeli suwak rezystora R1 znajduje się w najniższym położeniu zgodnie ze schematem, wówczas rezystancja obwodu ładowania kondensatora C1 będzie się składać z połączonych równolegle rezystorów R3 i R4 o całkowitej rezystancji 4,85 kOhm (w drugim biegunie pozycji, jak już wskazano, całkowity opór wynosi 46 kOhm).

Przeprowadzimy szacunkowe obliczenie dwóch krzywych ładowania kondensatorów (wykładniczych) w skrajnych położeniach potencjometru R1 silnika, wykreślimy wykresy (rys. 7), wyznaczymy kąty fmin, fmax oraz zakres regulacji f.

Aby uprościć obliczenia i wygodę kreślenia, dokonamy pewnych uproszczeń: akceptujemy Rtot. min = 5 kOhm, a nie 4,858 kOhm (błąd 3%), przyjmujemy Rtot. max \u46d 45,858 kOhm, a nie 3 kOhm (błąd 2%), akceptujemy również ograniczone napięcie sinusoidalne jako impuls prostokątny o tym samym czasie trwania, a także jeden półokres napięcia sieciowego T / 10 \uXNUMXd XNUMX ms .

Napięcie na kondensatorze C1 w czasie t

Us = U (1. ^-t/RC),

gdzie U = 20 V to ograniczone napięcie sinusoidalne.

Stała czasowa obwodu ładowania przy Rtot min = 5 kOhm

przy τ1 = Rtot minC1= 5 H 0,1 = 0,5 ms,

przy Rcałkowita maks. = 46 kOhm

τ2 = Rcałkowite maxC1 = 46 H 0,1 = 4,6 ms.

Na przykład podajemy szczegółową procedurę obliczania napięcia na kondensatorze, na przykład dla pierwszego punktu t = RС/2. Us = U(1 ^-t/RC) = U(1st ^-1/2) = U(1 - 1/√e) = 20(1 - 1/√2,7183) = = 20 (1 - 1/1,6487) = 20 (1 - 0,6) = 20 x 0,4 = 8 V.

Oznacza to, że w czasie t = τ1/2 = 0,5/2 = 0,25 ms kondensator C1 naładuje się do napięcia Uc = 8 V.

Obliczone dane zestawiono w tabeli.

Wykres na rys. 7 pokazuje:

• pół cyklu przybliżonego ograniczonego napięcia sieciowego;
• krzywa U'с = f (τ1) - wykładnik stałej czasowej;
• prosta 0A charakteryzuje początkowy odcinek wykładników U, zbliżony do liniowego;
• krzywa U''c = f (τ2) - wykładnicza dla stałej czasowej τ2; linia prosta 0B charakteryzuje początkową część wykładnika U''c bliską liniowej.

Ponadto na osi y zaznaczono Ue.on - próg działania tranzystora jednozłączowego VT1; na osi odciętych - τ1 i τ2 (w milisekundach i stopniach elektrycznych) oznaczono czas trwania impulsu zasilającego generator relaksacji (w milisekundach i stopniach elektrycznych) ϕmin, ϕmax i ∆ϕ dla regulatora rzeczywistego.

W skali fazowej cena dużej podziałki 1 cm przy rezystancji -18°, cena małej podziałki 1 mm to 1,8°.

Określmy graficznie minimalne i maksymalne kąty zapłonu tyrystorów

ϕmin = 2⋅1,8° = 3,6° = 3°36'.

ϕmaks = 20⋅1.8°° = 36°°.

Uwzględnijmy błąd przybliżając ograniczone napięcie sinusoidalne do prostokątnego. Określmy sinωt, gdy napięcie na kondensatorze C1 jest równe progowi wyzwalania tranzystora VT1.

Nas \u7d Ue.on \uXNUMXd U \uXNUMXd XNUMX V;

sinωt = 7/310 = 0,0226.

Zgodnie z tablicą sinusów wyznaczamy kąt ωt = 1°18'.

Wtedy ϕmin = 3°36' + 1°18' = 4°54';

ϕmaks = 36° + 1°18' = 37°18'.

Biorąc pod uwagę inne błędy związane z przyjętymi uproszczeniami w konstrukcji wykresów na rys. 7, przy dostatecznym stopniu wiarygodności można przyjąć kąty φmin = 6°; ϕmaks. = 37°.

W ten sposób kąt zapłonu tyrystora można kontrolować w zakresie od 6 do 37°.

Zakres kąta sterowania

∆ϕ = ϕmax - φmin = 31°,

ale nie 170°, jak podano w [4, s. 202]. Przy kącie φmax = 170° żaden silnik przystosowany do napięcia roboczego 220 V nie będzie pracował.

Ustawienie regulatora polega na doborze rezystancji rezystorów obwodu ładowania kondensatora C1 (R1, R2, R3, R4) dla konkretnego kolektora jednofazowego silnika przy maksymalnym kącie zapłonu tyrystora (silnik R1 jest w skrajnych górna pozycja). Przy minimalnym kącie otwarcia regulacja nie jest wymagana.

Gdy silnik rezystora R1 jest ustawiony w najniższej pozycji zgodnie ze schematem (R1 jest zwarty), kąt zapłonu tyrystora jest minimalny, silnik elektryczny rozwija maksymalną prędkość. Podnosząc silnik do góry zwiększamy opór obwodu ładowania, prędkość obrotowa spada, a w najwyższym położeniu silnika silnik elektryczny powinien pracować stabilnie na minimalnych obrotach.

Jeśli silnik jest niestabilny i zatrzymuje się przy niewielkich wahaniach napięcia sieciowego, wówczas konieczne jest zmniejszenie rezystancji obwodu ładowania, tj. zmniejszyć rezystancję rezystora R1 podłączając zamiast R2 = 390 kΩ rezystor o mniejszej rezystancji 360, 330 kΩ, ... itd.

I odwrotnie, jeśli w górnym położeniu silnika prędkość obrotowa jest nadal duża i trzeba ją obniżyć, to rezystor R2 należy wymienić na rezystor o większej rezystancji 430, 470 kOhm itp., aż do jego usunięcia z obwodu. To kończy regulację.

Regulator wykonany według tego schematu pracuje stabilnie i przez 5 lat eksploatacji nie było ani jednej awarii, wykazywał dobre wyniki zarówno przy dużych jak i niskich obrotach przy zmiennym obciążeniu wiertła.

Przy produkcji regulatora należy zapewnić, że gdy pokrętło regulatora prędkości (rezystor R1) zostanie obrócone w prawo, prędkość obrotowa wzrośnie, w tym celu konieczne jest ukrzyżowanie rezystora R1, aby przy pokrętle jest obrócony w prawo, opór maleje.

Zastosowanie metody amplitudowo-fazowej prowadzi do znacznego zniekształcenia napięcia sinusoidalnego i pojawienia się wielu wyższych harmonicznych, dlatego istnieje potrzeba dodatkowego zabezpieczenia przed zakłóceniami poprzez wprowadzenie dwóch dodatkowych filtrów w obwód zasilania wiertarki C2, R9 i do obwodu zasilania regulatora C3, R10.

Konstrukcja regulatora.

Regulator wykonywany jest w dwóch wersjach. Pierwsza opcja została opisana powyżej, różnica polega tylko na rodzaju zastosowanych diod prostowniczych (wskazanych w nawiasach na schemacie obwodu).

Płytki drukowane wykonane są z folii z włókna szklanego i getinaków o grubości 1,5-2 mm.

Rysunek 8 przedstawia dwie płytki drukowane dla pierwszej wersji regulatora.

Płytkę z rys. 8, a stosuje się, gdy filtry C2, R9 i C3, R10 wykonuje się metodą zawieszania, płytkę z rys. 8, b - gdy filtry są umieszczone na płytce.

Rysunek 9 przedstawia jedną płytkę drukowaną dla drugiej wersji regulatora.

Filtry wykonane są poprzez mocowanie zawiasowe. Możesz zrobić planszę razem z filtrami jak (Rys. 8, b) dla pierwszej opcji.

Płytka drukowana oraz pozostałe części regulatora umieszczone są w plastikowym pudełku. Rezystor zmienny R1 z R2, gniazdo do podłączenia wiertarki są zamocowane na korpusie skrzynki, przewód zasilający o długości 1,5 m z wtyczką na końcu jest sztywno zamocowany. Filtry C2, R9 i C3, R10 montowane są na stojakach montażowych w bliskiej odległości od przewodu zasilającego i gniazda do podłączenia wiertarki. Skala z podziałami warunkowymi jest zamocowana na korpusie skrzynki pod uchwytem rezystora R1.

Detale. W prostowniku zastosowano diody KD202R, zaprojektowane na średni prąd prostowany 5 A. Zamiast tego można zastosować KD202K, KD202M. W drugiej wersji regulatora zastosowano diody D231. Możesz użyć D231A, D231B, D232, D233, D234 z dowolnymi indeksami literowymi i innymi typami diod, zaprojektowanymi dla średniego prądu wyprostowanego 10 A i napięcia wstecznego 300 V lub więcej.

Tyrystor KU202M można zastąpić KU202N, diody Zenera D814V - dowolnymi innymi o całkowitym napięciu stabilizacji 18-20 V. KT117 można stosować z dowolnym indeksem literowym. Można zastosować kondensator C1 typu KLS, KM, K10U-5. Kondensatory C2 i C3 typu K40P-2B można zastąpić dowolnymi kondensatorami papierowymi o napięciu roboczym co najmniej 400 V. Rezystor zmienny typu SP-1 można zastąpić rezystorem dowolnego innego typu i dowolnej wielkości.

Aby obsługiwać wiertarkę z tym regulatorem, nie trzeba instalować żadnych dodatkowych przełączników. Wystarczy dwubiegunowy wyłącznik zainstalowany w wiertarce. Napięcie jest dostarczane do regulatora i usuwane przez wyłącznik wiertniczy.

Pomimo tego, że regulator został zaprojektowany do zasilania jednofazowych kolektorowych silników elektrycznych, w razie potrzeby można do niego podłączyć dowolne obciążenie czynne (grzałki) o odpowiedniej mocy.

Literatura:

1. Woldek A. I. Maszyny elektryczne.-L.: Energia, 1978.
2. Denisov G. Trinistor regulator kolektora silnika elektrycznego//Radio. -1990.-№1.-S. 61, 62.
3. Kublanovskiy Ya.S. Urządzenia tyrystorowe.-M.: Radio i komunikacja. 1987.
4. Encyklopedia nowoczesnych technologii. „Automatyzacja produkcji i elektronika przemysłowa”. Sowy. encyklopedia. T.4, 1965.

Autor: V. V. Pershin

Zobacz inne artykuły Sekcja Silniki elektryczne.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum DaVinci dla aplikacji wideo wysokiej rozdzielczości 22.03.2008 Od momentu powstania, technologia DaVinci stale penetruje różne segmenty rynku urządzeń wideo. Ułatwia to rozszerzenie rodziny procesorów mediów, których nowi przedstawiciele specjalizują się w konkretnej aplikacji. Procesor DM6467 to system na chipie przeznaczony do urządzeń takich jak bramki multimedialne, adaptery mediów cyfrowych, serwery cyfrowego nadzoru wideo, dekodery 1P. DM6467 jest zbudowany na rdzeniach ARM9 i C64x+ oraz na koprocesorze High Definition Video/Image Processing (HDVICP). Urządzenia peryferyjne to 10/100/1000 Ethernet, 32-bitowe PCI, 32/16-bitowe HPI, USB, 2 McASP, PC, SPI, 3 UART, 2 moduły PWM itd. Płytki DM6467 Digital Video Evaluation Module (DVEVM).

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Transmisja wideo 4K do 30 m

▪ Zewnętrzne nagrywarki DVD firmy IO Data

▪ Zrekonstruowano pępek ziemi

▪ Komputer przewidzi konsekwencje wybuchu

▪ SN65HVD82 - interfejs RS-485 ze wzmocnioną ochroną przeciwzakłóceniową i ESD

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Liczniki energii elektrycznej. Wybór artykułu

▪ artykuł Inne iluzje i efekty. Encyklopedia iluzji wizualnych

▪ artykuł Kto wynalazł aerostat? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł o Jaskini Postojnej. Cud natury

▪ artykuł Samochód startowy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Łatwa konfiguracja złożonych filtrów LC. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

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

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024