Электронное регулирование оборотов двигателя

Электронный регулятор хода

Электронный регулятор хода (англ. ESC, Electronic Speed Controller ) — устройство для управления оборотами электродвигателя, применяемое на радиоуправляемых моделях с электрической силовой установкой.

Электронный регулятор хода позволяет плавно варьировать электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель. В отличие от более простых резистивных регуляторов хода (в настоящее время практически не применяются в моделизме), которые управляли мощностью двигателя путём включения в цепь последовательно с мотором активной нагрузки, превращающей избыточную мощность в тепло, электронный регулятор хода обладает значительно более высоким КПД, не расходуя энергию аккумуляторной батареи на бесполезный нагрев.

Содержание

  • 1 Классификация
  • 2 Общее описание
  • 3 Настраиваемые функции
  • 4 Ссылки

Классификация [ править | править код ]

Электронные регуляторы хода в первую очередь классифицируются в зависимости от типа электродвигателя, для управления которыми предназначены:

  • Для коллекторных электродвигателей;
  • Для бесколлекторных электродвигателей как с датчиками Холла, так и без датчиков. В этом случае связка регулятора с двигателем является подвидом частотно-регулируемого привода.

В зависимости от типа моделей:

Все регуляторы также различаются в зависимости от максимального рабочего тока, напряжения батареи, возможностью работы с аккумуляторами различного типа.

Регуляторы хода для бесколлекторных электродвигателей принципиально отличаются от регуляторов хода для коллекторных моторов: помимо управления мощностью, подводимой к электромотору, они должны определять положение ротора в каждый момент времени, чтобы точно задавать фазы трех питающих напряжений, необходимых для работы бесколлекторного электромотора. Эти регуляторы обычно дороже регуляторов хода для коллекторных двигателей на ту же электрическую мощность. Регулятор хода бесколлекторных электромоторов обеспечивает работу только одного подключенного к нему бесколлекторного мотора, в то время как регулятор хода коллекторных моторов позволяет подсоединить к нему несколько коллекторных моторов последовательно или параллельно, с единственным ограничением, чтобы суммарный ток не превышал максимальный ток, на который рассчитан данный регулятор хода.

Регуляторы хода для судомоделей имеют дополнительную защиту от влаги и часто жидкостное охлаждение забортной водой, что является повсеместной практикой на всех типах моторизованных судов.

Регуляторы хода для автомоделей имеют развитый радиатор воздушного охлаждения и возможность реверса направления вращения электродвигателя.

Общее описание [ править | править код ]

Как правило, на регуляторе также лежит задача обеспечения питанием приемника и всех сервоприводов. Силовые аккумуляторы имеют напряжение 7.4-48 В, в то время как для питания приборов и сервоприводов необходимо 5..6 В, поэтому в регулятор встраивается BEC ( англ. ) (преобразователь напряжения), преобразующий напряжение ходового аккумулятора в более низкое. Мощность встроенного преобразователя напряжения ограничена 1,5-20 А.

Некоторые регуляторы могут иметь на корпусе кнопки для изменения параметров. Другие — настраиваются с помощью обычной аппаратуры управления моделью (путём последовательных манипуляций ручкой газа на передатчике аппаратуры радиоуправления). Некоторые фирмы выпускают специальные кабели для подключения регулятора к специальному настроечному пульту или персональному компьютеру для точной настройки.

Важная функция регулятора — Fail Safe. В случае, если модель потеряет сигнал от передатчика системы радиоуправления, например, при превышении дальности работы или помех в эфире, регулятор немедленно отключает двигатель, а сервомашинки переключатся в заранее выбранные позиции. Как правило, планирование по плавной нисходящей спирали. Эта функция в меньшей степени позволяет сохранить модель от аварии. Основные назначение — безопасность людей (особенно для крупных летательных аппаратов) и посадка ближе к моделисту, чем в случае с абсолютно неуправляемой моделью.

Регулятор оборотов электродвигателя без потери мощности

Для плавного управления скоростью вращения вала электродвигателя создано специальное устройство — регулятор оборотов. Он позволяет не только удобно регулировать скорость вращения вала, что гарантирует стабильную эксплуатацию, но и позволяет избежать перебоев напряжения и обеспечить длительный период службы оборудования.

Особенности регулятора оборотов

Основная задача трансформаторного контроллера оборотов — организация плавности запуска и останова с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Такие устройства входят в состав многих электроприборов. Они гарантируют точность управления и позволяют установить требуемую величину оборотов.

Существуют также тиристорные модели, а также приборы, осуществляющие частотное регулирование.

Современные регуляторы оборотов активно используются в самом разном оборудовании:

  • нагревательном,
  • сварочном,
  • электроприводах,
  • электропечах,
  • стиральных и швейных машинках,
  • пылесосах,
  • электроприводах.

Как выбрать регулятор оборотов электромотора

Для выбора оптимального устройства контроля скорости вращения вала важно учитывать показатели электродвигателя, а также особенности их использования.

Для коллекторных моделей идеально подходят векторные регуляторы. Особое внимание при этом стоит уделять мощности решения. Для безопасного функционирования она должна быть немного выше допустимого параметра электромотора.

Напряжение электроприбора должно находится в широком диапазоне. Количество входов и размеры должны соответствовать характеристикам электродвигателя.

Принцип работы трансформаторного регулятора оборотов

Во время запуска электромотора сила тока сгибает обмотки силового агрегата, при этом образуя тепловую энергию. Входное напряжение в первую очередь поступает на контроллер оборотов, в котором с помощью диода осуществляется выпрямление 220 В. После этого ток поступает на два конденсатора, которые играют роль фильтра. На выходе формируется широтно-импульсно моделированные сигнал, поступающий в итоге к обмоткам электромотора и регулирующий скорость вращения вала.

Читать еще:  Двигатель f22b1 vtec характеристики

Особенности тиристорного контроллера оборотов

Такие устройства снабжены парой тиристоров, который включены встречно-паралелльно. В данном случае при подаче переменного входного напряжения каждый тиристор попускает только полуволну. Управляющая схема контролирует момент открытия и закрытия тиристоров в момент перехода фазы через ноль. Это позволяет отрезать кусок напряжения в конце или же начале волны. В результате меняется среднеквадратичное показание напряжения.

Чаще всего тиристорные регуляторы скорости используются для контроля работы различного обогревательного оборудования. Для электродвигателей они модифицируются, в зависимости от индуктивной нагрузки:

  • подбираются тиристоры с рабочим током, значение которого в несколько раз выше, чем ток двигателя,
  • на выходе добавляется конденсатор, который позволяет корректировать форму синусоиды напряжения,
  • для защиты силовых элементов (резисторов, конденсаторов или же катушек) используются LRC-цепи,
  • минимальная мощность ограничивается, что гарантирует легкий пуск электродвигателя.

К основным достоинствам тиристорных регуляторов оборотов относятся компактные габариты и приемлемая стоимость. Что касается недостатков, то основные: регулировать скорость вращения можно только маломощных двигателей, при работе возможны рывки и шум.

Такие контроллеры зачастую применяют для управления скоростью вращения вентилятора в современных системах кондиционирования.

И все таки наиболее оптимальным вариантом регулировки оборотов двигателя является частотный преобразователь ABB.

Изменение параметров тока на входе

Принцип действия частотника — управление параметрами на входе, при котором изменяется напряжение и сила тока отдельно или вместе. Плюсы решения очевидны:

  • Плавный старт без пускового скачка тока (приводит к пробою изоляции) и без рывков (изнашивают механизмы)
  • Большой диапазон регулировок скорости и крутящего момента;
  • Экономия электроэнергии и ресурса, что немаловажно при частых пусках (остановках) и работе в различных режимах (например, насосы, лебедки, рулевые электроприводы и т.д.);
  • Для большинства электродвигателей есть возможность изменения направления вращения.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2 — скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

      • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
      • хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

      • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
      • все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Читать еще:  Цвет датчика температуры двигателя

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

      • низкая стоимость
      • малая масса и размеры

Недостатки:

      • можно использовать для двигателей небольшой мощности
      • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
      • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
      • все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

        • Небольшие габариты и масса прибора
        • Невысокая стоимость
        • Чистая, неискажённая форма выходного тока
        • Отсутствует гул на низких оборотах
        • Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

        • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
        • Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

        • интеллектуальное управление двигателем
        • стабильно устойчивая работа двигателя
        • огромные возможности современных ПЧ:
          • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
          • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
          • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
          • различные выходы
          • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
          • предустановленные скорости
          • ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

        • ограниченное управление частотой
        • высокая стоимость

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

Читать еще:  Асинхронный двигатель 3500 оборотов

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

          • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
          • огромный выбор по мощности и производителям
          • более широкий диапазон регулирования частоты
          • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

          • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
          • пульсирующий и пониженный момент
          • повышенный нагрев
          • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Регулятор оборотов электродвигателя — TDA1085

  • Описание
  • Характеристики
  • Видео
  • Отзывов (91)
  • Где применяется

Плата регулировки оборотов коллекторного электродвигателя на TDA1085

В себя включает:

  • Плата в сборе — полностью готовая к эксплуатации.
  • Резистор регулировки оборотов — в комплекте.
  • Установленные клеммы — А (сеть 220 В), М (мотор), Т (таходатчик).
  • Питание платы — на прямую от сети 220 вольт, 50 Гц.
  • Мощность — до 3000 Вт. (стандартные двигатели от стиральных машин автомат).
  • Применение — к коллекторным двигателям (двигателям с щетками).
  • Габаритные размеры — длина 96 мм, ширина 96 мм, высота 32 мм.
  • Система защиты — по току, предохранителем 5 А.

Дополнительные опции:

  • Реверсный переключатель (on-off-on) с проводами и клеммами 16 А, 250 В.
  • Измеритель числа оборотов — Тахометр (Отдельное устройство, блок питания ы комплект не входит).
  • Реле времени — YYC-2 (Отдельное устройство, блок питания ы комплект не входит).

Для чего нужна эта плата: Данная плата позволяет регулировать обороты коллекторного электродвигателя (с щетками) без потери мощности независимо от нагрузки (в пределах заявленной производителем электродвигателя). С ее помощью вы сможете управлять оборотами электродвигателя от 200 до 20000 об/мин. При этом сохраняя полный момент силы на валу электродвигателя.

Для чего нужен реверсный переключатель: Это тумблер на три положения серии «KCD» с запасом мощности до 4000 Вт., с установленными клеммами и проводами с нанесенной маркировкой к подключению. Устанавливается для изменения стороны вращения вала (ротора) электродвигателя. С его помощью Вы легко сможете изменить направление вращения ротора всего лишь одним переключение тумблера. Внимание! Переключение тумблера во время работы не желательно! На оборотах более 3000 об/мин. ЗАПРЕЩЕНО! Для увеличения срока службы электродвигателя и платы, тумблер реверсного переключателя рекомендуется переключать после полной остановки электродвигателя.

Для чего нужен измеритель числа оборотов: Тахометр просто необходим если Вам нужно замерить обороты станка или вращающегося механизма. Блок питания в комплект не входит.

Для чего нужно реле времени: Таймер времени предназначен для автоматического отключения регулятора. Вы можете выбрать время на таймере и заниматься своими делами, а реле отключит регулятор оборотов через заданное время. Блок питания в комплект не входит.

Дополнительное описание: Монтажная плата изготавливается станочным производством, на заводе в России. Толщина основы текстолита 1,5 мм.Толщина медной фольги 0,35 мм, с нанесенной паяльной маской. Монтаж радиокомпонентов, осуществляется заводским конвейером. Установленные детали в выводном корпусе. Активные радиокомпоненты, закупаются от фирм оригинальных производителей: On semiconductor, ST microelectronics, с целью увеличения надежности и длительного срока эксплуатации.

Внимание! Данная плата применима, только для коллекторных двигателей (двигателей с щетками), с обязательным наличием таходатчика. Данная плата изготавливалась для двигателей от стиральных машин автомат, мощностью до 3000 Вт.

  • Каждая плата пред отправкой заказчику проходит полную проверку под нагрузкой, на предмет отсутствия дефектов и брака!
  • Предоставляется гарантия и послепродажная консультация!
  • При оплате на р/с +7%

Различная комплектация

КОМПЛЕКТАЦИЯ «КОНСТРУКТОР»

В себя включает:

КОМПЛЕКТАЦИЯ «ПЛАТА МОНТАЖНАЯ»

В себя включает:

Где используют плату регулировки оборотов:

Плата управления коллекторного электродвигателя с поддержанием мощности уже нашла широкое применение в хозяйстве людей и широко охватила лиц занимающихся различным хобби и профессиональной деятельностью.

  • — Гриндер,
  • — Медогонка,
  • — Наждак,
  • — Точило,
  • — Соломорезка,
  • — Газонокосилка,
  • — Токарный станок,
  • — Токарный по дереву,
  • — Фрезерный станок,
  • — Сверлильный станок,
  • — Крупорушка,
  • — Корморезка,
  • — Устройства для вращения массивных предметов,
  • — Ленточная пила и т.д.

Посмотреть все изделия с данным регулятором вы можете здесь: видео

Характеристики
Комплектация Резистор регулировки оборотов / Реверс (доп. опция) / Измеритель числа оборотов — Тахометр (доп. опция)
Мощность 3000 W.
Напряжение питания 220 V, 50 Hz.
Размер 96х96х32 мм.
Сфера применения Коллекторные электродвигатели (двигатели с щетками)

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector