Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор частоты вращения двигателя переменного тока

Стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя

Стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя

Предлагаемый стабилизатор частоты вращения предназначен для работы с коллекторными двигателями и представляет собой полностью аналоговое устройство. Стабилизатор имеет обратную связь по частоте вращения, в то же время он не требует установки никакого тахогенератора.

Наиболее распространенным типом стабилизаторов частоты вращения ведущего двигателя кассетных магнитофонов является регулятор с положительной обратной связью по току [1]. Регулирование происходит параметрически, поэтому частота довольно сильно меняется при изменении нагрузки на валу двигателя. Для повышения качества работы стабилизатора необходимо ввести обратную связь по частоте вращения. Обычно при этом на вал двигателя устанавливается специальный датчик, чаще всего оптический [2]. Такой датчик включает в себя оптопару, световой поток которой прерывается крыльчаткой (или диском с отверстиями), которая насаживается на вал двигателя. Крыльчатка прерывает световой поток, и на выходе оптопары формируются импульсы с частотой вращения двигателя, умноженной на количество прорезей в крыльчатке. Иногда применяется и другой вид датчиков — магнитный. Тогда на вал двигателя устанавливается шестеренка из ферромагнитного материала, рядом с которой крепится магнитная головка. При вращении шестеренки на выводах головки появляется переменное напряжение с амплитудой около милливильта и частотой, равной частоте вращения двигателя, умноженной на количество зубъев на шестеренке. Однако, при доработке готового ЛПМ часто бывает трудно найти место для установки какого-либо датчика. Но это и не обязательно. Дело в том, что информацию о частоте вращения коллекторного двигателя можно извлечь из потребляемого им тока. Этот ток содержит переменную составляющую, первая гармоника которой имеет частоту, равную частоте вращения двигателя, умноженную на число пластин коллектора. Двигатели, которые чаще всего применяются в магнитофонах, имеют три пластины коллектора. Поэтому эта частота равна утроенной частоте вращения двигателя. Именно на этом принципе и построен описываемый регулятор.


Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора частоты вращения.

Для получения сигнала обратной связи в цепь питания двигателя включен датчик тока R1 (рис. 1). Ток, потребляемый двигателем, создает на этом резисторе падение, которое имеет переменную составляющую около 100 мВ peak-to-peak (рис.2, график 1). Основная гармоника выделяется с помощью простейшего ФНЧ R2C1 и через разделительный конденсатор C2 поступает на вход усилителя, собранного на ОУ U1A. Коэффициент усиления задан резисторами R4R5 так, чтобы усилитель работал в режиме ограничения. На его выходе формируетя практически прямоугольный сигнал с частотой, равной утроенной частоте вращения двигателя (рис. 2, график 2). Этот сигнал дифференцируется с помощью цепочки C3R6R7R8 (рис. 2, график 3). Отрицательный выброс ограничивается диодом VD1. Далее сигнал поступает на компаратор, в роли которого использован ОУ U1B. Опорное напряжение задается с помощью делителя R9R10. На выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы постоянной длительности (рис. 2, график 4). Постоянная составляющая такой импульсной последовательности пропорциональна частоте следования импульсов, т.е. частоте вращения двигателя. Импульсная последовательность интегрируется с помощью цепочек R11R12C5 и R13C6. Постоянное напряжение, пропорциональное частоте вращения, поступает на пропорционально-интегрирующий регулятор, собранный на ОУ U1C. Для получения образцового напряжения применен регулируемый стабилитрон U2. Нужную частоту вращения устанавливают регулировкой этого напряжения с помощью переменного резистора R19. Выход ОУ U1C умощнен комплементарным эмиттерным повторителем на транзисторах VT1VT2. Казалось бы, направление тока питания двигателя всегда одно и то же и достаточно было бы одиночного эмитерного повторителя, который обеспечивал бы вытекающий ток. Но на самом деле с двухтактным эмиттерным повторителем гораздо лучше поведение системы во время переходных процессов (при пуске двигателя или при резких колебаниях нагрузки на валу) [2].

Читайте так же:
Стабилизатор постоянного тока что это

Рис.2. Форма сигналов в контрольных точках.

Нужно отдельно остановиться на проблеме устойчивости системы автоматического регулирования. В данной ситуации дело усложняется тем, что на устойчивость влияют и механические параметры системы, которые количественно учесть очень трудно. Поэтому в некоторых случаях придется подобрать АЧХ регулятора с помощью элементов R16C7 или даже ограничить коэффициент усиления, включив параллельно этой цепочке резистор. Подбор нужно вести по критерию устойчивости регулятора как в установившемся режиме, так и во время переходных процессов. Для этого нужно с помощью осциллографа контролировать напряжение питания двигателя. При включении оно должно плавно достичь номинального значения, причем без колебательного процесса. Если при работающем двигателе изменить нагрузку на валу, напряжение питания также должно принять новое значение без колебательного процесса. В регуляторе вместо LM324 можно применить практически любые ОУ, например, LM2902, или сдвоенные LM358, LM2904, или даже обычные KP140УД6, УД7. В зависимости от потребляемого двигателем тока может понадобиться установить транзистор VT1 на теплоотвод. Транзистор VT2 теплоотвода не требует.

Литература:
1. З. Гасымов. Стабилизатор частоты вращения электродвигателя. Радио, №12, 1987 г., стр. 48.
2. В. Псурцев. Модернизация ЭПУ G-602. Радиоежегодник, 1987 г., стр. 132 – 140.

Стабилизатор частоты вращения

Cтабилизатор частоты вращения — регулятор с положительной обратной связью по току. Информацию о частоте вращения коллекторного двигателя можно извлечь из потребляемого им тока. Этот ток содержит переменную составляющую, первая гармоника которой имеет частоту, равную частоте вращения двигателя, умноженную на число пластин коллектора. Двигатели, которые чаще всего применяются в магнитофонах, имеют три пластины коллектора. Поэтому эта частота равна утроенной частоте вращения двигателя. Именно на этом принципе и построен описываемый регулятор.

Принципиальная схема стабилизатора частоты вращения

Для получения сигнала обратной связи в цепь питания двигателя включен датчик тока R1. Ток, потребляемый двигателем, создает на этом резисторе падение, которое имеет переменную составляющую около 100 мВ peak-to-peak (график 1). Основная гармоника выделяется с помощью простейшего ФНЧ R2C1 и через разделительный конденсатор C2 поступает на вход усилителя, собранного на ОУ U1A. Коэффициент усиления задан резисторами R4R5 так, чтобы усилитель работал в режиме ограничения. На его выходе формируетя практически прямоугольный сигнал с частотой, равной утроенной частоте вращения двигателя (график 2). Этот сигнал дифференцируется с помощью цепочки C3R6R7R8 (график 3). Отрицательный выброс ограничивается диодом VD1. Далее сигнал поступает на компаратор, в роли которого использован ОУ U1B. Опорное напряжение задается с помощью делителя R9R10. На выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы постоянной длительности (график 4). Постоянная составляющая такой импульсной последовательности пропорциональна частоте следования импульсов, т.е. частоте вращения двигателя. Импульсная последовательность интегрируется с помощью цепочек R11R12C5 и R13C6. Постоянное напряжение, пропорциональное частоте вращения, поступает на пропорционально-интегрирующий регулятор, собранный на ОУ U1C. Для получения образцового напряжения применен регулируемый стабилитрон U2. Нужную частоту вращения устанавливают регулировкой этого напряжения с помощью переменного резистора R19. Выход ОУ U1C умощнен комплементарным эмиттерным повторителем на транзисторах VT1VT2. Казалось бы, направление тока питания двигателя всегда одно и то же и достаточно было бы одиночного эмитерного повторителя, который обеспечивал бы вытекающий ток. Но на самом деле с двухтактным эмиттерным повторителем гораздо лучше поведение системы во время переходных процессов (при пуске двигателя или при резких колебаниях нагрузки на валу).

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки по выходному току

Форма сигналов в контрольных точках

Нужно отдельно остановиться на проблеме устойчивости системы автоматического регулирования. В данной ситуации дело усложняется тем, что на устойчивость влияют и механические параметры системы, которые количественно учесть очень трудно. Поэтому в некоторых случаях придется подобрать АЧХ регулятора с помощью элементов R16C7 или даже ограничить коэффициент усиления, включив параллельно этой цепочке резистор. Подбор нужно вести по критерию устойчивости регулятора как в установившемся режиме, так и во время переходных процессов. Для этого нужно с помощью осциллографа контролировать напряжение питания двигателя. При включении оно должно плавно достичь номинального значения, причем без колебательного процесса. Если при работающем я такждвигателе изменить нагрузку на валу, напряжение питание должно принять новое значение без колебательного процесса.

Полную версию этой статьи можно найти в журнале «Схемотехника», №4 за 2001 год. Автор — Л.Ридико

Подписка

Подпишись на наши новости

Получайте первыми актуальную информацию ООО «Электропривод»

Схема. Регулятор-стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя

Автор: Radioelectronika-Ru · Опубликовано 01.06.2017 · Обновлено 16.03.2018

С помощью описанного ниже регулятора частоту и момент вращения можно изменять и поддерживать в интервале от нулевых до максимальных, развиваемых двигателем. Режим уменьшенного момента вращения удобен, например, для ограничения натяжения провода в намоточном станке или для предотвращения поломки режущего инструмента в случае его заклинивания в обрабатываемом материале. В приборе реализован алгоритм пропорционально-интегрирующего (ПИ) регулятора.

Схема регулятора частоты вращения двигателя показана на рис. 1. Электродвигатель М1 питают от управляемого выпрямителя из тринисторов VS1, VS2 и диодов VD3, VD4. Питание постоянным током благоприятно и для коллекторных двигателей переменного тока. Они даже развивают в этом режиме вращающий момент больше номинального. Резистор R10, шунтирующий электродвигатель, гарантирует, что при свойственных коллекторно-щеточному узлу двигателя кратковременных разрывах цепи ток через включенный тринистор остается большим тока его выключения.

Читайте так же:
B 1655 стабилизатор тока

Импульсы, открывающие тринисторы, формирует узел, состоящий из генератора на транзисторах VT3, VT4, соединенных по схеме аналога однопереходного транзистора, усилителя мощности на транзисторе VT5 и импульсного трансформатора Т1.
Детектор нуля на транзисторах VT1, VT2 в начале каждого полупериода сетевого напряжения разряжает конденсатор С1, после чего конденсатор заряжается током, текущим через резисторы R6, R19 и диод VD10 и пропорциональным выходному напряжению ОУ DA1. Чем больше зарядный ток, тем быстрее напряжение на конденсаторе С1 достигает порога срабатывания аналога однопереходного транзистора. В этот момент формируется импульс длительностью приблизительно 200 мкс, открывающий тот из тринисторов VS1, VS2, напряжение на аноде которого в данном полупериоде положительно относительно катода.

Как показал эксперимент, импульс такой длительности достаточен, чтобы открыть любой из проверенных тринисторов. За счет укорочения импульса удалось уменьшить мощность, потребляемую устройством управления до 1,6 Вт (с учетом мощности, рассеиваемой на резисторе R1).
От механически связанного с двигателем М1 тахогенератора G1 напряжение, пропорциональное частоте вращения вала, поступает в систему стабилизации. ОУ DA1 служит элементом сравнения этого напряжения с поступающим сдвижка переменного резистора R12 — регулятора частоты вращения. Конденсатор С4 устраняет кратковременное включение полных оборотов двигателя в момент подачи сетевого напряжения.

Благодаря обратной связи по цепи R20C5 ОУ DA1 не только усиливает сигнал ошибки, но и выполняет функцию пропорционально-интегрирующего фильтра системы стабилизации частоты вращения. Переменным резистором R19 регулируют вращающий момент. Чем большее сопротивление введено, тем момент меньше.

Большинство деталей регулятора-стабилизатора размещено на плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 2). Постоянные резисторы — МЛТ оксидные конденсаторы — К50-6, конденсаторы С1 и С5 — КМ-4 , КМ-5 или другие керамические. Импульсный трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце К16х10х4 2000НМ. Две обмотки по 50 витков провода ПЭВ-2 0,35 изолированы друг от друга и от магнитопровода отрезками полихлорвиниловой трубки по методике, описанной в статье Д. Приймака «Намотка импульсного трансформатора» («Радио», 1988, №9, с. 60). Вместо самодельного можно установить готовый трансформатор МИТ-4вм.

В качестве тахогенератора применен малогабаритный электродвигатель постоянного тока ДПМ-20-3.01, можно использовать ДПМ-25-НЗ-03 или ДП-1-26ЦР-2М (последний — после удаления центробежного регулятора). Пригодны и другие малогабаритные коллекторные двигатели со статорами—постоянными магнитами, например, от электромеханических игрушек и переносных магнитофонов. Механическая связь валов тахогенератора G1 и электродвигателя М1 должна быть жесткой и без люфта, в противном случае система стабилизации может потерять устойчивость и возникнут незатухающие колебания частоты вращения.

При выборе тахогенератора следует учитывать, что он электрически связан с сетью, а механически — с валом и корпусом электродвигателя М1, доступными для прикосновения оператору, а иногда — заземленными. Последнее обеспечит электробезопасность, но при пробое изоляции тахогенератора приведет к выходу регулятора из строя. Если качество изоляции обмотки тахогенератора от его вала и корпуса вызывает сомнения, лучше отказаться от бестрансформаторного питания регулятора—стабилизатора, подав на мост VD1 переменное напряжение 12… 15 В от понижающего трансформатора небольшой мощности.

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор тока 10а

Налаживая регулятор, прежде всего подборкой резисторов R11 и R13, добиваются, чтобы установка движка переменного резистора R12 в верхнее по схеме положение приводила к полной остановке электродвигателя М1. Заданной максимальной частоты вращения (движок R12 в нижнем положении) добиваются подборкой резистора R16.
Если при резком переводе движка переменного резистора R12 из одного положения в другое частота вращения вала двигателя М1 достигает нового установившегося значения слишком медленно или этот процесс сопровождают колебания частоты вращения, необходимо подобрать номиналы резистора R20 и конденсатора С5. Для удобства на печатной плате (рис. 2) предусмотрены дополнительные контактные площадки под указанный конденсатор, что позволяет «набирать» его из двух меньшей емкости.

В. ВОИНКОВ, г. Северодвинск Архангельской обл.
«Радио» №3 2004г.

Схема регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока – для новичков в радиоделе

Традиционная схема стабилизатора частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока в переносных кассетных магнитофонах, реализованная на двух транзисторах или на транзисторной микросборке и одном транзисторе, применяется нашей промышленностью уже более 15 лет в неизменном виде Современные радиоэлементы позволяют построить более простые в схемотехническом отношении стабилизаторы частоты вращения, но обладающие более совершенными характеристиками

Рис 331 Схема стабилизатора

В предлагаемом варианте стабилизатора использовано всего шесть радиоэлементов (не считая электродвигателя), но удалось добиться более высокой стабильности работы при изменении температуры окружающей среды и напряжения источника питания Диапазон питающих напряжений для данной схемы составляет 6..20 В При необходимости сместить диапазон регулирования скорости в область малых оборотов вала электродвигателя следует изменить полярность включения стабилитрона или заменить его другим, с меньшим напряжением стабилизации

Величина сопротивления резистора R3 зависит от сопротивления цепи якоря (Rя) применяемого двигателя н примерно равна 1,5 Rя Вместо микросхемы К140УД6 проверялась работа К140УД7 Транзистор КТ815А можно заменить транзисторами КТ815 и КТ817 с любым буквенным индексом Подстроечный резистор R1 типа CП5-2

П ЛЕОНЕНКО, г Кемерово, Радио

Как и в предыдущей главе, начнём рассказ с рассмотрения работы схемы

У коллекторных двигателей постоянного тока скорость вращения вала определяется, как правило, напряжением на двигателе Напряжение на двигателе и потребляемый им ток определят некоторое эквивалентное сопротивление, которое будет отличаться от измеренного омметром сопротивления обмотки двигателя Если у вас есть конкретный моторчик, для которого вы намерены создать схему стабилизации, то можно провести измерения и определиться с параметрами моделирования Если нет, то можно выбрать их «наугад», а позже привести к конкретному виду

С распределения напряжений в схеме и начнём

Обозначение резисторов на схеме ниже я не сохранил Двигатель заменил резистором R2 И, поскольку программа позволяет добавить много измерительных приборов, в количестве вольтметров я себя не ограничивал

Читайте так же:
Схема стабилизатора напряжения с усилителем постоянного тока

Рис 332 Распределение напряжений в схеме

Рабочее напряжение стабилитрона КС133А – это 33В Если напряжение на двигателе стало больше, возрастает ток через стабилитрон, увеличивается падение напряжения на резисторе R2 При этом напряжение на выходе операционного усилителя уменьшается, что приводит к уменьшению тока базы транзистора VT1 и уменьшению напряжения на эмиттере транзистора, а, следовательно, на двигателе При уменьшении напряжения процессы проходят в обратном направлении Изменяя напряжение питания, можно получить следующие результаты:

Рис 333 Напряжения на двигателе при разных напряжениях питания

Напряжение на двигателе, измеряемое вольтметром Pr1 изменяется незначительно при существенном изменении напряжения питания

Эквивалентное сопротивление двигателя (ток через моторчик) будет зависеть от нагрузки на валу двигателя Ток будет возрастать с возрастанием нагрузки Возрастающий ток увеличит падение напряжения на резисторе R1 Что увеличит падение напряжения на резисторе R4 и приведёт к увеличению напряжения на выходе операционного усилителя, то есть, к увеличению напряжения на двигателе А это, в свою очередь, должно увеличить скорость вращения вала, замедлившегося от увеличения нагрузки на валу Увеличение нагрузки на валу я буду моделировать уменьшением сопротивления R2 с 30 до 20 Ом

Рис 334 Изменение напряжения на двигателе при изменении нагрузки

Резисторы R1 и R2 мы можем рассматривать как резисторы отрицательной обратной связи, а резисторы R5 и R4 как резисторы положительной обратной связи Отрицательная обратная связь должна следить за напряжением на двигателе при изменении питающего напряжения, а положительная менять напряжение на двигателе при изменении нагрузки на валу

Разобрав на модели работу схемы, постараемся реализовать подобную или похожую схему на микроконтроллере Вновь скажу, что менять операционный усилитель на микроконтроллер, я особенного смысла не вижу Но считаю, что полезно это выполнить хотя бы за компьютером

Итак Микроконтроллер устройство в своей основе цифровое Поэтому можно использовать такой принцип регулировки напряжения на двигателе:

Как и в других случаях с переменным напряжением, напряжение на двигателе будет действующим В данном случае средним за период колебаний

Уменьшая длительность импульса с высоким уровнем напряжения, увеличив при этом длительность импульса с низким уровнем напряжения, мы получим уменьшение среднего напряжения И наоборот

Такой принцип регулирования напряжения на двигателе наилучшим образом подходит для цифрового устройства

Конечно, как и в случае аналогового управления, схема пополнится управляющим транзистором

Рис 335 Принцип регулировки напряжения на коллекторном двигателе

Воспроизвести такое напряжение с помощью программы не составляет труда Мы собирали такую программу для генератора прямоугольных импульсов Ту часть аналоговой схемы, которая следит за напряжением питания, можно пока оставить без внимания: микроконтроллер лучше питать стабилизированным напряжением

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию