Практично у всіх побутових приладах і електроінструментах використовується коллекторнийдвігатель. У новіших моделях болгарок, шуруповертів, ручних фрезерів, пилососів, міксерів та інших присутній регулювання обертів двигуна, але в більш пізніх моделях такої функції немає. Такими інструментами і побутовими приладами не завжди зручно працювати, і тому існують регулятори обертів з підтриманням потужності.

Види двигунів і принцип роботи

Двигуни діляться на три типи: колекторний, асинхронний і безколекторний. У більшості електроінструментів варто перший тип. Цей електродвигун має досить компактний розмір. Його потужність значно вище, ніж у асинхронного, а ціна досить низька. Що стосується асинхронних, то цей тип в основному використовується в металообробної галузі, а також широке поширення вони отримали в вугледобувних шахтах. Досить рідко їх можна зустріти в побуті.

Безколекторний електродвигун використовується там, де потрібні великі обороти, точне позиціонування і малі розміри. Наприклад, в різної медичної техніки, авіамоделювання. Принцип роботи досить простий. Якщо рамку прямокутної форми, яка має вісь обертання, помістити між плюсами постійного магніту, то вона почне обертатися. Напрямок залежить від напрямку струму в рамці. У складі цього типу присутні якір і статор. Якір обертається, а статор стоїть нерухомо. Як правило, на якорі стоїть не одна рамка, а 4, 5 або більше.

Асинхронний двигун працює за іншим принципом. Завдяки ефекту змінного магнітного поля в статорних котушках він приводиться в обертання. Якщо заглибитися в курс фізики, то можна згадати, що навколо провідника, через який проходить струм, створюється своєрідне магнітне поле, що змушує обертатися ротор.

Принцип роботи бесколлекторного типу заснований на включенні обмоток так, щоб магнітні поля статора і ротора були ортогональні один одному, а крутний момент регулюється спеціальним драйвером.

На малюнку чітко видно, що для переміщення ротора потрібно виконати необхідну комутацію, а й регулювати обороти не представляється можливим. Проте безколекторний двигун може дуже швидко набирати обертів.

Пристрій колекторного двигуна

Колекторний електродвигун складається із статора і ротора. Ротором називається частина, яка

обертається, а статор є нерухомим. Ще однією складовою електродвигуна є графітові щітки, за якими струм тече до якоря. Залежно від комплектації можуть бути присутніми датчики Холла, які дають можливість плавного запуску і регулювання обертів. Чим вище подається напруга, тим вище обороти. Цей тип може працювати як від змінного, так і від постійного струму.

За класифікацією колекторні двигуни можна розділити на ті, що працюють від змінного і від постійного струму. Їх також можна розділити по типу порушення обмотки: двигуни з паралельним, послідовним і змішаним (паралельно-послідовним) збудженням.

типи регулювання

Існує досить багато варіантів регулювання обертів. Ось основні з них:

  • Блок живлення з регулюванням вихідної напруги.
  • Заводські пристрої регулювання, які йдуть спочатку з електромотором.
  • Регулятори на кнопочному управлінні і стандартні регулятори, які просто обмежують напругу.

Ці типи регулювання погані тим, що зі зменшенням або збільшенням напруги падає і потужність. У деяких електроінструментах це допустимо, але, як показує практика, в більшості випадків це є неприйнятним через сильне падіння потужності і, відповідно, ККД.

Найбільш прийнятним варіантом буде регулятор на основі симистора або тиристора. Мало того що такий регулятор не зменшує потужність при зменшенні напруги, він ще й дозволяє здійснювати більш плавний пуск і регулювання обертів. До того ж таку схему можна зробити своїми руками. Нижче зображений регулятор оборотів з підтриманням потужності. Схема зібрана на базі симистора BTA 41 800 В.

Всі номінали електроелементів позначені на схемі. Це схема після складання, працює досить стабільно і забезпечує плавне регулювання колекторного двигуна. При зменшенні вихідної напруги потужність не зменшується, що є вагомим плюсом.

При бажанні можна зібрати регулятор оборотів колекторного двигуна 220 В своїми руками. Ця схема зібрана на базі симистора ВТА26-600, який попередньо необхідно встановити на радіатор, так як при навантаженні цей елемент досить сильно гріється.

До готової схемою можливо підключити електромотор, потужність якого не перевищує 4 кВт.

Схема виглядає наступним чином.

Вона успішно впорається з регулюванням таких електроінструментів, як дриль, болгарка, циркулярка, лобзик. При бажанні можна використовувати схему в якості регулятора потужності ТЕН-ів, обігрівачів і в якості підсвічування. До мінусів можна віднести неможливість регулювання потужності приладів, які живляться від постійного струму.

Регулятори потужності постійного струму

Іноді виникає потреба в регулюванні оборотів колекторного двигуна постійного струму.

Якщо споживач не має великої потужності, то можливо послідовно під'єднати змінний резистор, але тоді ККД такого регулятора різко впаде. Існують схеми, за допомогою яких можливо досить плавно регулювати обороти без зменшення ККД. Такий регулятор підійде для зміни яскравості різних ламп, напруги харчування, що не перевищує 12 В. Ця схема також виконує роль стабілізатора частоти обертання, при зміні механічного навантаження на вал обороти залишаються незмінними.

Ця схема регулятора обертів двигуна постійного струму 12 В цілком підійде для регулювання і стабілізації оборотів двигунів з струмом, що не перевищує 5 А. В цю схему входить драйвер на біполярних транзисторах і таймер 7555, що забезпечує стабільну роботу і плавну швидкість регулювання. Ціна на деталі досить низька, а це є безсумнівним плюсом. Можна також зібрати регулятор обертів електродвигуна 12 В своїми руками.

Асинхронний двигун і регулятор оборотів

Як правило, цей тип застосовується на різних виробництвах, починаючи від шахт і закінчуючи металообробними галузями. Наприклад, у вугільних шахтах для плавного пуску конвеєрних стрічок використовується пускач АПМ, в який вбудовано пристрій на тиристорах, що дозволяє плавно запустити конвеєр. Асинхронний однофазний двигун застосовується також в автомобілях, вентиляторах грубок, двигунах, які надають руху двірники, побутових вентиляторах, що живляться від напруги 220 В. У машині двигуни працюють від постійної напруги 12 вольт, але плавний запуск в них не передбачений.

Для регулювання обертів асинхронного двигуна застосовуються так звані частотні перетворювачі. Ці перетворювачі дозволяють кардинально міняти форму і частоту сигналу. Як правило, такі перетворювачі зібрані на базі потужних напівпровідникових транзисторів і імпульсних модуляторів, а всіма елементами управляє ШІМ-контролер.

Слід пам'ятати: чим плавнів розгін двигуна, тим менше він відчуває перевантажень. Це стосується редукторів, конвеєрів, потужних насосів, ліфтів. Ось одна схема регулятора обертів асинхронного двигуна 220 В.

За допомогою цієї схеми можна регулювати обороти двигунів, потужність яких не перевищує 1 тис. Вт. При складанні цієї схеми є нюанси, які необхідно врахувати:

  • Тип з'єднання «трикутник».
  • Необхідний драйвер трифазного моста IR2133.
  • Мікроконтролер AT90SPWM3B.
  • Для прошивки мікроконтролера необхідний програматор.
  • Потужні транзистори IRG4BC30W або їх аналоги.
  • ЖК-дисплей в якості індикатора.
  • Імпульсний блок живлення, який можна купити або зібрати власноруч.

Через значне нагрівання діодний міст і силові транзистори необхідно встановити на радіатор. Якщо передбачається підключення двигуна потужністю до 400 Вт, то термодатчик ставити необов'язково, а для управління можна використовувати опторазвязку.

Щоб збільшити термін служби різних видів двигунів, рекомендується користуватися регуляторами обертів, вирішальними велика кількість проблем.

Категорія:

Технології