Специалистам, занятым работой с электроинструментами, приводами швейных машин и прочими приборами, применяемыми в производстве и быту, часто приходится сталкиваться с задачей регулирования оборотов. Выпускать регулировку путём снижения питания не самая удачная стратегия: мощность электродвигателя падает, скорость уменьшается, в итоге двигатель может остановиться.
Схема двигателя с внутренним ротором.
Именно регулирование напряжения и обратной связи тока нагрузки в двигателе считается наилучшим способом управления оборотами.
Общие понятия регулятора оборотов электродвигателя
Обычно в электрических приборах и инструментах применимы коллекторные двигатели универсального типа на последовательном возбуждении. Их работа хорошо зарекомендовала себя при постоянном и переменном токе. Характерной особенностью данного регулятора электродвигателя является появление импульсов самоиндукции противоэлектродвижущей силы. Они возникают при размыкании якорных обмоток, размещённых на ламелях коллектора, во время коммутации. Эти импульсы по амплитуде сопоставимы с питающими, но по фазе полностью противоположны.
Угол смещения противоэлектродвижущей силы определяется внешними параметрами двигателя, его нагрузкой и другими факторами. Негативные последствия таковы:
Типовая схема регулятора оборотов дрели.
- снижается мощность двигателя;
- на коллекторе появляется искра;
- нагрев обмоток превышает допустимый предел.
Определённая доля противоэлектродвижущей силы гасятся конденсаторами, подключаемыми параллельно узлу.
Процессы в режиме регулятора с обратной связью можно описать так. Опорное движение, задающее скорость вращения электродвигателя, точно формируется резистивно-емкостной цепью.
При возрастании нагрузки крутящий момент уменьшается, а вместе с ним падает скорость вращения. Уменьшается противоэлектродвижущая сила, направленная между катодом и анодом.
Это приводит к росту напряжения на тиристоре. Он запускается на уровне угла осечки и подаёт больший ток на электродвигатель, тем самым компенсируя падение скорости оборотов.
В итоге импульсное напряжение выравнивается, что обеспечивает работу регулятора оборотов электродвигателя. С помощью подходящего переключателя можно подать напряжение без дополнительных регулировок. Правильно подобранный тиристор с минимальным током включения обеспечивает более стабильную скорость вращения.
Использование регулятора вращения для двигателей различных мощностей
Указанный выше принцип действует также для мощных двигателей. Разница состоит в том, что установка транзистора выполняется на радиатор с общей площадью не менее приблизительно 25 см².
Для оборудования малой мощности применяют питание постоянного тока 12 В. То же относится и к достижению низких скоростей. При воздействии высокого рабочего напряжения микросхема запитывается параметрическим стабилизатором, максимум которого составляет 15 В. Причём скорость регулируется изменением усреднённых значений импульсов, подаваемых на оборудование.
Если требуется отрегулировать обороты электродвигателя, на валу которого большой крутящий момент, понадобится максимальная мощность. Гасящий резистор и диоды обеспечивают запуск устройства питанием. Заряд конденсатора от источника выполняется с фазовой задержкой открытия тиристоров.
Конденсатор заряжается до уровня, на котором срабатывает транзистор, и запускается тиристор с положительным напряжением на аноде. После разрядки конденсатора происходит выключение однопереходного транзистора. Тип электродвигателя и предполагаемая глубина обратной связи определяют номинал резистора.
