Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4

Журнал «Домашняя лаборатория»

Для реализации управления вектором магнитного потока в схему ПЧ вводится дополнительный блок расчета математической модели вектора потока. От качества и точности программной реализации данной модели зависит качество процесса регулирования частоты вращения электродвигателя, оптимизации энергопотребления и т. д. Специалисты фирмы Danfoss достигли следующих результатов в реализации управлением вектором магнитного потока 4-хполюсного электродвигателя:

Точность задания выходной частоты ПЧ (огибающей синусоиды)… 0.003 Гц

Динамический диапазон регулирования скорости… 1:1000 (с обратной связью)

Точность поддержания выходной

скорости вращения (<1500 об/мин)… 1.5 об/мин

>1500 об/мин… 0.1 % от текущей скорости

Точность поддержания момента >… 5 % от текущего момента

Время отклика системы… 3 мсек

Регулировка мощности

Б. Колобов

Напомним, как важна регулировка мощности некоторых электроприборов. У электроплиток это позволит снизить расход энергии и предохранит пищу от пригорания. При стирке тонкого белья с кружевами лучше тоже не торопиться и снизить обороты электродвигателя вашей «Эврики» или «Вятки». Подобных примеров множество. Поэтому знайте: если электроприбор работает от сети 220 В и потребляет ток не более 10 А, то его мощность можно легко изменить при помощи регулятора, собранного на семисторе КУ208Г по первой схеме. Принцип работы устройства прост: сто раз в секунду на какое-то время прерывается подача тока к потребителю. И чем дольше перерыв, тем меньшая мощность потребляется. Рассмотрим его работу подробнее.

Переменное напряжение через гасящие резисторы R3 и R4 поступает на цепочку R5 и С1 и снимается с этой цепочки на диодный мост VD6, с которого подается на управляющий электрод семистора. Динистор VD7 служит для «замыкания» диодного моста VD6. Как только постоянное напряжение на выходе превысит напряжение пробоя динистора, он замыкает мост, и напряжение с цепочки R5 и С1 поступает на управляющий электрод. Резисторы R5 определяют время заряда емкости С1, а поворот его рукоятки позволяет нам изменить мощность, потребляемую нагрузкой Rh.

Стабилитроны VD8 и VD9 стабилизируют ток зарядки емкости.

Поэтому конденсатор С1 должен быть рассчитан на напряжение не ниже 100 вольт. Если данная емкость рассчитана на напряжение 250 В и выше, то стабилитрон можно исключить. Индикаторной лампой L1 определяют напряжение сети, а лампа L2 включена параллельно rh и показывает наличие напряжения на нагрузке. Если нагрузка потребляет ток около 10 А, то тиристор желательно поместить на радиатор. По своему действию наш регулятор равноценен трансформатору (типа ЛATP), плавно регулирующему напряжение на нагрузке. Его преимущества — примерно в тысячу раз меньший объем, в сто раз меньший вес, а также в десять раз меньшая стоимость. Если параллельно нагрузке включить вольтметр и покрутить рукоятку R5, то он покажет изменение эффективного значения напряжения в пределах от 25–30 до 200–210 В.

В некоторых случаях необходим верхний предел 220 В. Тогда следует уменьшить номинал резисторов R3 и R4 до 10 К, но увеличить их мощность в 1,5–2 раза. Если же нужно уменьшить нижний предел регулирования, поставьте динистор с меньшим напряжением отсечки.

В регуляторе применяются резисторы: R1 и R2 типа OMЛT-0,25: резисторы R3 и R4 типа ОMЛT-2, резистор R5 типа СПЗ-4, СП-1. Вместо моста VD6 можно использовать КЦ407А или четыре диода КД102Б, Д310, включенные по стандартной схеме выпрямительного моста. В качестве индикаторных лампочек можно использовать любые неоновые. Вместо динистора КН102А — аналогичный динистор данной серии с любой буквой, но при этом угол отсечки, низкое напряжение, будет соответствовать напряжению пробоя у динистора с данной буквой.

Регулятор, показанный на второй схеме, предназначен для работы двигателя постоянного тока от сети 24–36 В. Представьте себе

электродрель, которая при включении начинает работать… не торопясь, оборотов 100 в минуту. Вы спокойно ставите сверло на керн, слегка нажимаете, и тут она начинает крутиться как следует. Чем сильнее сопротивление материала или давление вашей руки, тем большую мощность разовьет ее двигатель. Это регулятор с положительной обратной связью. Некоторые любители прилаживают к быстроходному маленькому двигателю медицинский бор или маленький наждачок, получается удобный инструмент. Взяв его в руки, можно делать узоры, барельефы и даже скульптуры из дерева. Но дерево — материал неоднородный: на крупных слоях, свилях, особенно сучках рука «спотыкается», уходит в сторону. Положительная обратная связь мгновенно увеличит скорость вращения инструмента, и рука мастера не дрогнет. И еще: любой инструмент или станок, оснащенный таким регулятором, меньше изнашивается и не так шумит, что немаловажно для работы дома.

Вот принцип действия регулятора. Прежде всего здесь имеется устройство, посылающее в двигатель импульсы тока, говоря проще, на короткое время включающее и выключающее двигатель. Чем чаще, тем быстрее он вращается (электронщики скажут, что это происходит от уменьшения скважности импульсов). При увеличений механической нагрузки на валу регулятор посылает импульсы чаще, и мощность его возрастает.

Но вспомним, что электродвигатели постоянного тока, если их вращать, превращаются в генератор. В паузах между импульсами двигатель вращается по инерции и очень небольшую мощность выдает на цепочку резисторов R10-R11. По величине напряжения на них можно судить о скорости вращения вала. И если оно начинает уменьшаться, то наш «высокоинтеллектуальный» регулятор делает вывод о том, что обороты упали, инструмент встретил сопротивление, двигатель нужно включать почаще.

Уточним, что регулировку оборотов производят при помощи резистора R11. Их можно задать от трех в секунду и до максимально доступных двигателю.

Схема регулятора состоит из генератора дифференцирующей цепочки C2R2, одновибратора с обратной связью, усилителя стабилизатора.

Генератор собран на элементах DD1.3, DD1.4, резистора, R1 и конденсатора С1. Он вырабатывает импульсы для нормальной работы одновибратора. Длительность импульсов одновибратора определяет период вращения двигателя. Резистором R12 выставляют максимальную длительность положительного импульса или максимальную скорость вращения. С выхода одновибратора DD1.3 импульсы поступают на усилитель мощности (на VT2 и VT4). Если VT4 открыт, на двигатель подано напряжение, и он набирает обороты. Когда он закрывается, двигатель продолжает вращаться по инерции. В этот момент закрывается транзистор VT3 и напряжение, которое вырабатывает вращающийся двигатель, заряжает через делитель RIO, R11 и R6 конденсатор С5. Напряжение с него поступает на транзистор VT1 и открывает или закрывает транзистор, который управляет длительностью импульса одновибратора. Если обороты двигателя по каким-либо причинам уменьшились (увеличилась нагрузка), то уменьшается и вырабатываемое двигателем напряжение в отключенном состоянии. Конденсатор С5 заряжается до меньшего напряжения. Транзистор VT1 закрывается, длительность импульса одновибратора увеличивается.

В схеме применяются постоянные резисторы типа OMЛT-0,125 или 02-23-0,125, подстроечный резистор R12 типа СПЗ-19 или ему подобный по размерам, переменный резистор R11 типа СПЗ-4 или СП4-1. В качестве постоянных емкостей используются конденсаторы типа КМ5, КМ6, К10-17. Электролитические емкости типа К50-6, К50-16 или К53-1. Диоды VD2, VD3 типа КД503 и т. п. Стабилитрон VD1 типа КС510А, его же можно заменить на КС182-КС514 с любым буквенным индексом. Микросхема DD1 K176ЛA7 меняется на K561ЛA7, 564ЛA7.