Контроллер скорости вращения двигателя

Содержание

Зачем нужен регулятор оборотов
Принцип работы регулятора оборотов
Как выбрать регулятор
Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя
Содержание / Contents
↑ Интро
↑ Мой двигатель от стиралки
↑ Датчик оборотов
↑ Электроника. Почему Atmel U211B?
↑ Настройка контроллера оборотов и защиты
↑ Электродвигатель в работе, фото и видео
↑ Файлы

Плавная работа двигателя, без рывков и скачков мощности – это залог его долговечности. Для контроля этих показателей используется регулятор оборотов электродвигателя на 220В, 12 В и 24 В, все эти частотники можно изготовить своими руками или купить уже готовый агрегат.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.

Фото – шим контроллер оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

Двигателя переменного тока;
Главного контроллера привода;
Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

Хорошо себя зарекомендовали приборы марки Sinus, E-Sky и Pic.

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.

Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

Моя новая датагорская статья посвящена теме о превращении электродвигателя от стиральной машины в электропривод с поддержанием частоты оборотов и набором защит для небольшого токарного станочка.

Хитрый и полезный чип Atmel U211B нам в помощь. У кого имеется старый движок без дела — смело к паяльнику. Далее описана практическая реализация контроллера для его запуска и регулировки оборотов.

Содержание / Contents

↑ Интро

Всё началось с удачного приобретения: маленького токарного станочка. Точный, не раздолбанный грубым обращением, но вот с приводной частью была беда. Предыдущий владелец использовал, по всей видимости, обычный асинхронный двигатель, а обороты регулировал перекидыванием ремня с одной пары шкивов на другую. Это лучше, чем ничего, но всё-таки далеко не самый правильный подход.

Нам хотелось иметь возможность регулировать обороты в широких пределах, что позволяет обрабатывать заготовки разных диаметров с одинаковой лёгкостью.

↑ Мой двигатель от стиралки

ВНИМАНИЕ! Нельзя включать двигатели с последовательным возбуждением без нагрузки и без регулятора оборотов. У них теоретически нет такого понятия, как обороты холостого хода. Двигатель может раскручиваться до чудовищных оборотов, т. е. уходить вразнос.
Если хотите проверить работоспособность двигателя, можно ткнуть на секунду. Надолго оставлять нельзя!

↑ Датчик оборотов

Это просто маленький генератор переменки. Задача состоит в том, чтобы подсчитать количество импульсов, если по каким-то причинам они следуют слишком медленно, контроллер «поддает газу» пока обороты не придут в норму.
Благодаря обратной связи можно крутить двигатель даже очень медленно, не теряя в крутящем моменте.

Не забывайте, чтобы дать значительную нагрузку двигателю, нужно использовать дополнительный вентилятор охлаждения, т. к. производительности родной крыльчатки на низких оборотах не хватает.

↑ Электроника. Почему Atmel U211B?

Микросхема U211B от Atmel обещала точно такой же функционал, но схема немного проще, плата немного проще, настройка существенно проще.
Смотрите сами:

Существуют версии схемы на U211B для работы с оптическими датчиками и датчиками Холла. Примеры различных применений можно найти в документации на микросхему (см. архивы к статье). Тех, кто хочет глубже разобраться в теме, ещё раз отсылаю к даташиту.

↑ Настройка контроллера оборотов и защиты

Честно говоря, нельзя наверняка сказать, что эта схема идеально подойдет вашему двигателю.
Дело в том, что двигатели всё-таки, при всей своей похожести, разные и чтобы всё работало правильно, нужно внимательно вчитаться в даташит и высчитать каждый номинал. Каюсь, я не стал этого делать. Уже надоела вся эта возня с TDA1085 , хотелось просто включить и услышать наконец работу мотора! Я внес изменения только в той части, которая отвечает за вход с датчика и подобрал R3, R16, R17 и С11. Прокатило, как ни странно.

Резистор R4 (0,47 Ома 2 Вт) играет роль токового шунта, по нему защита определяет перегрузку. Он выбирается в зависимости от мощности двигателя по формуле из даташита. У меня резистор набран из двух 5-ваттных «белых кирпичей» по 0,22 Ома последовательно. Уж что было под рукой в момент сборки.

Подстроечник R8 задаёт чувствительность защиты. Мне пришлось его открутить почти до конца вправо, похоже номинал R4 всё-таки великоват. На среднем положении R8 двигатель вообще не стартовал.

Подбором R16, R17 устанавливаются минимальные и максимальные обороты.

Подстроечник R10 задаёт минимальное напряжение на двигателе. Если вы даже закоротите R16 и переменником R15 выставите обороты в ноль, мотор будет продолжать крутиться от этого напряжения, но без стабилизации оборотов.

Если вал двигателя остановить, контроллер это поймет и попытается его перезапустить импульсами полной мощности. Сначала короткими, потом более длинными.

С11 — задающий элемент преобразователя частоты в напряжение. В зависимости от того, сколько импульсов на 1 оборот дает датчик, он может отличаться в очень широких пределах. В нашем случае 22 нФ работает нормально.

↑ Электродвигатель в работе, фото и видео

”
На видео есть попытка дать нагрузку на вал рукой. Не повторяйте такого хулиганства, не нарушайте ТБ!

↑ Файлы

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

—
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Вентилятор очень часто используется во многих бытовых приборах. Чтобы этот аппарат прослужил долго, применяется регулятор скорости вращения вентилятора. Он помогает установить нужную скорость вращения лопастей. Этот прием снижает шум прибора и продлевает срок его службы.

Что из себя представляют регуляторы скорости вращения вентилятора?

Регулятор скорости (его еще называют контроллер) помогает снизить обороты, когда это необходимо, либо увеличить их. По существу, он изменяет напряжение, подающееся на устройство. Этот небольшого размера прибор подсоединяется к оборудованию по специальной схеме.

Зачем нужен?

Если вентилятор постоянно работает на максимальной мощности, это уменьшает срок его службы. Прибор быстро изнашивается и ломается.

Функции регулятора скорости вращения:

уменьшение износа механизмов,
снижение шума,
экономия электроэнергии.

Как работает: принцип действия и устройство

Принцип работы регулятора скорости состоит в том, чтобы изменять напряжение и частоту оборотов двигателя. Это влияет на воздухообмен и изменяет мощность воздушного потока.

Для управления скоростью могут использоваться разные методы:

Изменение напряжения, подающегося на обмотку.
Изменение частоты тока.

Второй метод почти не используется, так как частотные приводы очень дорого стоят, во много раз больше самого вентилятора, и не всегда целесообразно их приобретать. В основном, практикуется первый способ.

Виды регуляторов оборотов

По принципу регулирования скорости различают несколько видов регуляторов:

трансформаторные,
тиристорные,
симисторные,
частотные,
электронные.

Симисторный регулятор наиболее распространенный, он может охватывать даже не один, а несколько двигателей. Главное, чтобы величина тока не превышала предельную величину.

Частотные модели могут быть использованы в любых пределах от 0 до 480 В, их применяют для трехфазных двигателей вентиляторов мощностью до 75 кВт.

Трансформаторные регуляторы применяются для более мощных вентиляторов. Они однофазные или трехфазные, позволяют плавно снижать скорость оборотов, могут регулировать несколько вентиляторов.

Схемы подключения регуляторов оборотов вентилятора

Рассмотрим схемы подключения различных регуляторов.

Самым распространенным прибором является симисторный или тиристорный контроллер. Его можно подключить самостоятельно, используя схему. Каждый из тиристоров уменьшает напряжение. Регулировка производится при помощи блока управления. Мощность прибора ограничена, большого напряжения он не выдерживает.

Важные моменты:

Двигатель вентилятора должен иметь защиту от перегрева.
Нельзя использовать в качестве регуляторов диммеры от осветительных приборов.

Трансформаторный регулятор имеет следующий принцип работы:

На входе — питающее напряжение 220 В. Обмотка имеет несколько ответвлений, к которым подключается нагрузка, и тогда напряжение уменьшается. При понижении напряжения снижается и потребление электроэнергии. С помощью переключателя мотор подключается к нужной части обмотки и тогда напряжение меняется.

Трансформатор с электронным управлением работает по другой схеме. Он имеет транзисторную схему, и, модулируя импульсы, может менять напряжение плавно. Чем короче импульсы и длиннее паузы между ними, тем меньше напряжение.

Ступенчатый трансформаторный регулятор

В работе этого прибора используется трансформатор. Это обычный трансформатор, только у него одна обмотка и от части витков есть отводы.

Управление регулятора осуществляется путем ступенчатого изменения напряжения. На низких скоростях уровень шума понижен.

Обычно используется пять ступеней напряжения, то есть вентилятор будет иметь пять скоростей вращения. Такой регулятор можно использовать и для реверсивных вентиляторов, и для нескольких аппаратов одновременно. Максимальная мощность вентилятора должна быть не более 80 Вт.

Автотрансформатор с электронным управлением

Эти модели относятся к разряду наиболее надежных и мощных. По цене это наиболее дорогой прибор. Он имеет небольшие габариты и вес.

Работает такой регулятор по принципу широтно-импульсной модуляции. Изменения импульсов и пауз между ними дает изменение напряжения и, соответственно, скорости вращения вентилятора.

Прибор имеет пониженный уровень шума, скорость оборотов может понижаться или повышаться ступенчато, в соответствии с понижением или повышением напряжения.

Тиристорные и симисторные контроллеры

Это самые распространенные приборы для регулировки вращения вентиляторов. Они используются для однофазных вентиляторов переменного тока. Тиристорный контроллер изменяет скорость вращения в большую или меньшую сторону в зависимости от изменения напряжения. Может быть установлен в приборах, где есть защита от перегрева.

Симисторный регулятор — это разновидность тиристорного. В нем используется симистор, который равен двум параллельно включенным тиристорам. Приборы могут применяться как для переменного, так и для постоянного тока. Скорость регулирования — от минимально необходимого напряжения до 220 В.

Они имеют небольшой размер и плавно переключают скорость, имеют простую конструкцию. К недостаткам можно отнести повышенный шум и небольшой срок службы.

Производители и популярные модели: рейтинг лучших и цены

Трансформаторные и автотрансформаторные

ELICENT RVS/R 3V-0,5A

Пятиступенчатый регулятор высокой степени надежности. Выполнен из высококачественных материалов. Напряжение изменяется ступенчато, что дает возможность так же изменять скорость и экономить электроэнергию. Максимальная мощность — 300 Вт, вес — 1,5 кг, производитель — Италия. Цена — 2800 руб.

Пятиступенчатый реверсивный регулятор. Выполнен по новейшим технологиям из материалов высокого качества. Отличается надежностью и долговечностью. Используя этот прибор, вы можете увеличивать или уменьшать его мощность, что дает возможность значительной экономии энергии. Максимальная мощность — 300 Вт, вес — 1,5 кг, напряжение — до 230 В. Цена — 2800 рублей.

Westinghouse RWC-14-х ступенчатый

Нереверсивный универсальный регулятор вращения имеет следующие функции: включение/выключение вентилятора, четыре возможных режима скорости. Подходит для всех моделей вентиляторов Westinghouse. Изготовлен из пластика, гарантия производителя — 2 года. Цена — 2150 рублей.

Трансформаторный 5-ступенчатый регулятор может работать при максимальном напряжении до 230 В, рабочий ток — 2А. К несомненным преимуществам этого устройства можно отнести наличие встроенной лампы сигнализации, а также возможность автоматического включения прибора после отказа сети. Вес — 2,2 кг, производитель — Германия. Цена — 6100 рублей.

Данная модель отличается высокой эффективностью и надежностью. Изготовлен из белого прочного пластика. Регулировка производится ручкой управления от минимального до максимального значения. Максимальное напряжение — 230 В, номинальный ток — 1,8 А. От перегрузки защищен плавким предохранителем. Цена — 1800 рублей.

Тиристорные и симисторные

СРМ2, 2А

Симисторный регулятор скорости вращения предназначен для плавного изменения скорости однофазных асинхронных двигателей. Регулирование возможно от минимального значения напряжения, при котором вентилятор начинает вращаться, до 220 В. Имеет предохранитель, защищающий от перегрузки. Для снижения шума от двигателя установлен сглаживающий конденсатор. Цена — 3943 рубля.

Однофазный тиристорный регулятор скорости предназначен для плавного переключения скорости вентилятора со встроенной термозащитой. Изготовлен из качественного АБС-пластика, устойчивого к ультрафиолетовым лучам. Производитель — Дания. Напряжение может меняться от 0 до 230 В. Регулирование производится вручную. Цена — 2061 рубль.

Systemair MTY REE 1

Этот аппарат предназначен для ручного регулирования скорости вентилятора и расхода воздуха, для двигателей с постоянной мощностью. Преимуществом этой модели является возможность как открытого, так и скрытого монтажа. Имеет защиту от брызг и может быть установлен, например, в ванной комнате. Может быть подключено несколько приборов, при условии, что суммарный ток не превышает номинального значения. Масса — 0,25 кг. Мощность — до 230 В. Цена — 2858 рублей.

ELICENT R-10 BUILT-IN-1A

Однофазный тиристорный регулятор скорости итальянского производителя. Предназначен для плавного регулирования скорости вентилятора. Выполнен из высококачественных материалов. Несомненные плюсы этого прибора — возможность наружного и встраиваемого монтажа, специальная защитная крышка, имеется конденсатор точной настройки для управления вентилятором на минимальной скорости. Напряжение — 230 В. Цена — 1600 рублей.

Какого производителя и какой тип лучше выбрать: ТОП-3

Из вышеперечисленных моделей можно выделить некоторые, как имеющие какие-то отличительные особенности.

R-E-2G 230B,2A. Модель трансформаторного регулятора производства Германии. Высокая стоимость (от 6100 рублей) оправдана некоторыми преимуществами перед другими устройствами. Прибор имеет лампу сигнализации, которая показывает, что он включен или выключен. Можно подключить к управлению один или несколько вентиляторов. Включается автоматически при отключении сети.
Systemair MTY REE 1. Интересен тем, что имеет возможность универсального монтажа: как наружного, так и внутреннего. Также в этой модели предусмотрена защита от брызг, и он может быть установлен в ванной комнате. Стоимость — 2858 рублей, страна-производитель — Швеция.
ELICENT R-10 BUILT-IN-1A.Этот регулятор имеет много дополнительных функций и невысокую цену (1600 рублей). Итальянский производитель предусмотрел возможность наружного и встраиваемого монтажа, наличие защитной крышки. Имеет специальный конденсатор для управления вентилятором на минимальной скорости.

Что учитывать при выборе устройства?

При выборе прибора следует учитывать некоторые особенности. Обязательно нужно, чтобы данный тип подходил к вашему вентилятору. Есть и другие моменты, которые нужно учесть.

У некоторых регуляторов предусмотрена возможность подключения нескольких вентиляторов.
Некоторые модели имеют дополнительные функции.
Если электродвигатель вентилятора на 220 В имеет термозащиту, то нужно использовать тиристорный регулятор.
Приобретая регулятор, посмотреть его технические характеристики, сравнить с другими моделями.
Оценить размеры контроллера, его стоимость, способ монтажа.

Три лучших модели

Systemair REE. Однофазный тиристорный регулятор шведского производителя пользуется большой популярностью. Допускается использование для нескольких вентиляторов, если общее напряжение не превышает номинального значения. Прибор отличается качеством и надежностью, может устанавливаться как на поверхности, так и заподлицо. Стоимость — 4120 рублей.

VENTS РС -1-300. Простой, надежный прибор. Отличается высокой эффективностью и точностью управления. Изготовлен из высококачественного пластика. Для защиты от перегрузки контроллер имеет встроенный предохранитель. Невысокая стоимость также является одним из плюсов модели. Цена — 1500 рублей.

RVS -1. Контроллер предназначен для плавного изменения скорости вращения осевых и канальных вентиляторов. Преимущества этого прибора — невысокая цена, простое устройство, долговечный срок службы. Регулировка скорости осуществляется вручную. Цена — 1800 рублей.

Стоимость

Стоимость регулятора скорости вращения вентилятора будет зависеть от его параметров, технических характеристик, наличия дополнительных функций, а также страны-производителя.

Название модели	Стоимость, руб
ELICENT RVS/R 3V-0,5A	2800
Westinghouse RWC-14-х ступенчатый	2150
R-E-2G 230B,2A	6100
Реверсивный ELICENT RVS/R 5V-0,5A	2800
VENTS PC-1-400	1800
СРМ2, 2А	3943
Systemair MTY REE 1	2858

Где купить регулятор скорости вращения вентилятора?

В Москве

Компания «Азбука ветра», Москва, ул.Стахановская 24/32Ас9, 7(495)725-52-12, azbukavetra@mail.ru
Компания RUCLIMAT, Москва, ул.Дубнинская, д.83, 7(495)645-83-97, sale@ruclimat.ru
Компания климатической техники «РусСтройИнжиниринг», Москва, ул.Большая Калитниковская, д.42, 7(495)780-99-10, info@rs-climat.ru

В Санкт-Петербурге

Компания «Лисвент», Санкт-Петербург, Выборгское шоссе, 212 к.8, 7(812)454-01-05, 9363605@mail.ru
Компания «Циклон СПб», Санкт-Петербург, ул.Коллонтай, д.5, 7(812)932-72-96, shop@cyclonespb.ru
Интернет-магазин «ТЭК», Санкт-Петербург, ул.Тамбасова, д.12, офис 47, 7(812)642-80-05, teplo@teplo-spb.ru

Вентилятор используется во многих устройствах, он применяется и в бытовой, и в офисной технике, и в промышленности. Такое устройство, как контроллер или регулятор скорости, может продлить срок службы оборудования, контролировать его, а также выбирать оптимальный режим работы.