Регулятор оборотов двигателя 24v

Регулятор оборотов двигателя сверлильного станка

Предлагается рассмотреть вариант изготовления электронного регулятора оборотов для двигателя постоянного тока с рабочим напряжением 24 V.

Предлагаемая конструкция регулятора оборотов двигателя, предназначена для изменения скорости вращения инструмента на сверлильном станке, изготовление которого описано в заметке «Сверлильный станок – ромбоид». Однако это устройство возможно использовать для регулирования мощности и в других конструкциях.

Необходимость в регулировке оборотов инструмента вызвана следующими причинами. Изменение обрабатываемого материала, диаметра и вида инструмента требует изменения скорости резания. Например, сверление оргстекла или некоторых термопластичных пластмасс, на режимах оптимальных для сверления металла, приведет лишь к расплавлению обрабатываемого материала в зоне резания и налипанию его на сверло. Сверление, развертывание и зенковка одного и того же отверстия, также требует разных оборотов для качественной обработки поверхности. Увеличение диаметра сверла требует пропорционального уменьшения числа оборотов. Кроме того, иногда требуется реверс направления вращения инструмента. Для элементарного выполнения этих условий предлагается изготовить электронный регулятор оборотов.

Изготовление регулятора оборотов двигателя.

1. Исходные данные.
В рассматриваемом примере, на сверлильном станке используется электродвигатель постоянного тока на 24 Вольта (0,7А).

Для работы этого электродвигателя нужен соответствующий источник питания.

Необходимое для работы двигателя напряжение и ток может обеспечить трансформатор кадровой развертки ТВК-110Л-1, взятый из старого телевизора. Он имеет небольшие габариты и массу (ШЛ 20 х 32) и с вторичной обмотки способен выдать ток 1 A с напряжением 22…24 V. При этом выпрямленное напряжение будет около 30 V, но с ростом потребляемого тока выходное напряжение будет несколько снижаться.

2. Изготовление выпрямителя.
Так как при возможном резком торможении обрабатывающего инструмента, вероятны скачки потребляемого двигателем тока до 1,5…2,0 А, для изготовляемого выпрямителя необходимо использовать диоды с запасом по предельному току. Желательно применить диоды с рабочим напряжением более 30V и предельным током более 2,0А.

В рассматриваемом варианте регулятора использованы, оптимальные из имеющихся под рукой, диоды КД202Д (200V — 5,0А).
Из выбранных диодов соберем мостовой выпрямитель и подключим его к вторичной обмотке трансформатора. Запитаем трансформатор от сети и проверим выходное напряжение.

3. Изготовление корпуса для устройства.
Пришло время для размещения электрической части регулятора оборотов. Возможны следующие варианты исполнения. В отдельном независимом от станка корпусе, в установленном постоянно на станке корпусе, а также встроенном в конструкцию станка (например, в столе станка).

Так как предлагаемая конструкция является регулятором мощности для различных устройств, то с учетом перспектив его возможного дальнейшего применения целесообразно изготовить это устройство в отдельном мобильном корпусе. Изготовление или приобретение подходящего корпуса будет зависеть от Ваших пожеланий и возможностей. Как вариант, в рассматриваемой конструкции использован пластмассовый флакон от химикатов с габаритными размерами 90 х 70 х 90 мм.

У емкости частично срезана верхняя часть. Образовавшееся окно закрывается декоративной панелью изготовленной из металлического листа толщиной 0,4 мм. Ребра, образованные после гибки с трех сторон полочек на заготовке, придают панели достаточную для работы жесткость. При установке в конструкцию, панель также дает корпусу дополнительную прочность. На панели устанавливается розетка для выходного напряжения, регулятор мощности, плата с электронной схемой (снизу).
По размерам окна в корпусе, из универсальной монтажной платы, вырезается рабочая плата для размещения электронной схемы регулятора.

Читайте также:  Число оборотов двигателя на холостом ходу рено логан

Схема регулятора выполнена на базе DA1 — импортном интегральном таймере NE555 (отечественный аналог — КР1006ВИ1). Конструкция таймера представляет собой многофункциональную интегральную микросхему (ИМС). Она часто применяется в различных устройствах (электроника, вычислительная техника, автоматика). Основным назначением этого таймера, является генерирование импульсов с большим диапазоном периода повторения (от микросекунд до нескольких часов).

Приведенная схема регулятора на таймере NE555, позволяет управлять оборотами электродвигателя с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

В этом методе, напряжение питания на двигатель подается в виде импульсов с постоянной частотой следования, но при этом их длительностью (шириной импульса) можно управлять. При этом способе регулирования, передаваемая мощность и скорость вращения двигателя будут пропорциональны длительности импульсов (коэффициенту заполнения ШИМ сигнала — отношению длительности импульса к его периоду).
Принцип работы генератора ШИМ сигнала на таймере NE555 многократно и подробно описан в соответствующих публикациях, с чем можно ознакомиться в интернете.

Генератор регулятора работает на частоте около 500 Гц. Его частота зависит от емкости конденсатора С1. Длительность импульса будем регулировать переменным резистором R2. Сигналы с выхода генератора ШИМ сигнала, через усилитель тока на транзисторе VT1 управляют электродвигателем станка. Увеличивая ширину положительного импульса поступающего на базу транзистора VT1, мы увеличиваем мощность поступающую на двигатель постоянного тока, и наоборот. Длительность импульсов, следовательно и частоту вращения двигателя можно изменять в пределах от 0 до 95…98%.

Реверс направления вращения инструмента можно выполнить с помощью тумблера установленного на панели. Но для упрощения конструкции, эта функция выполняется поворотом вилки (сменой полюсов) в розетке на панели.

Вместо составного n-p-n транзистора КТ 829А можно применить полевой транзистор или оптрон соответствующей мощности.
Регулятор будет питаться от сети 220 В и иметь регулируемый по мощности выход на 24 В. Напряжение питания таймера NE555 должно быть в диапазоне 5…16 В, в схеме он будет работать от стабилизированного напряжения 12В. Данная схема регулятора может работать и от другого источника питания в пределах 24…30 В.

5. Комплектация устройства.
Комплектуем устройство деталями согласно приведенной схеме. Выходной транзистор VT1 и стабилизатор VR1 устанавливаем на небольшие радиаторы. В приведенной конструкции они изготовлены из алюминиевого уголка.

6. Проверка работы схемы генератора.
В интернете размещено много похожих вариантов схемы генератора на таймере NE555, но номиналы деталей в разных схемах отличаются в десятки и сотни раз. Поэтому, для упрощения изготовления и отладки работающей схемы, желательно предварительно собрать ее на универсальной монтажной плате.

Собираем схему генератора. К выходу таймера (выв.3) подключаем базу n-p-n транзистора КТ315. В цепь его коллектора включаем индикаторный светодиод через ограничительный резистор 1кОм. Эмиттер подключаем на минус схемы. Запитываем схему генератора от стабилизированного источника питания 12В. Подбирая номиналы деталей, контролируем правильность работы генератора по свечению светодиода.

Контрольный светодиод можно установить и непосредственно к выходу таймера (выв.3), но следует учитывать, что таймер NE555 имеет выходной ток до 200 мА. Близкий отечественный аналог КР1006ВИ1 допускает выходной ток до 100 мА.

Читайте также:  Почему невозможно построить тепловой двигатель без холодильника

8. Сборка регулятора оборотов двигателя.
Собираем все узлы регулятора оборотов. Закрепляем плату на панели устройства, используя прокладку из тонкого текстолита для изоляции контактов платы от металлической панели. Выход регулятора присоединяем к розетке расположенной на панели. Также к ее клеммам, в обратном направлении, припаиваем диод VD3. Он будет гасить импульсы самоиндукции обмотки электродвигателя. Этот диод должен выдерживать рабочее напряжение и ток, не менее двух раз превышающие рабочие характеристики двигателя.

Роль индикатора работы регулятора будет выполнять один элемент светодиодной ленты LED1, на напряжение 12В. Разместим (приклеим) его на плечо подвески двигателя, над сверлильным патроном, для одновременной с индикацией подсветки зоны обработки.

9. Доработка конструкции сверлильного станка.
Работа на изготовленном станке показала необходимость в некоторых доработках его конструкции.

Под винт фиксации по высоте установлена дополнительная пластина, позволяющая распределить давление зажима на большую площадь, исключить заклинивания и облегчить скольжение основания подвески по стойке станка.

По предложению комментатора о контроле оптимального положения инструмента относительно обрабатываемой детали, изготовлен и установлен регулируемый упор. Он устанавливается наверху основания подвески и служит упором для верхнего рычага подвески. Упор настраивается так, чтобы сверлильный патрон и рычаги подвески не могли опуститься ниже 2-х мм от нулевой линии. В положении на упоре, сверло устанавливается в патроне, до касания столика станка. Так оно автоматически будет работать в оптимальной зоне 4мм, с минимальным боковым смещением 0,01мм.

Источник

ШИМ регулятор двигателя постоянного тока

Всем здравствуйте. Импульсные регуляторы скорости обычно используются для управления двигателями постоянного тока. Преимущество импульсного управления перед линейным управлением заключается в снижении потерь мощности на собственное регулирование и, кроме того, в сохранении крутящего момента двигателя.

При линейном управлении ток или напряжение, при которых подается питание на двигатель, ограничены, в то время как «теряется» на силовом элементе контроллера. Это рассеивание мощности, которое может достигать нескольких ватт даже с небольшими двигателями. И это одна из самых больших проблем линейного управления, потому что даже 10Вт представляют собой значительное выделяющее тепло на управляющем элементе.

Импульсные контроллеры в основном можно разделить на простые и с обратной связью. Обратная связь используется для стабилизации скорости. Это выгодно, когда необходимо обеспечить постоянную скорость двигателя независимо от его нагрузки или необходимо установить определенную скорость. В рассматриваемой схеме будет достаточно простого регулятора для небольших двигателей.

Первым каскадом схемы управления скоростью является нестабильный мультивибратор, построенный наг половине таймера 556. Это не что иное, как два известных независимых, много раз описанных таймеров 555. Время зарядки задается R1 + R2 и емкостью C1, только R2 применяется вне конденсатора во время разряда. С компонентами в соответствии на схеме генератор генерирует частоту 30,1 Гц.

По приходу фронта управляющего импульса на вход T начинается заряд конденсатора C3 через резистор R3. Во время зарядки выход находится в состоянии высокого логического уровня и тем самым открывает транзистор T1. Таким образом, двигатель постоянного тока, запускается импульсами длительностью около 0,8 мс и частотой 30,1 Гц. Однако это применимо только в том случае, если не используются другие цепи. Хотя сейчас много готовой продукции продается регуляторов ознакомится можно ниже.

Читайте также:  Схема реверса трехфазного двигателя одной кнопкой

Управление скоростью происходит таким образом, что импульсы меняют скважность. Следовательно, это широтно-импульсная модуляция управления двигателем с ограничением минимальной длины импульса, так что двигатель не получает импульсов меньше, чем достаточно для его работы.

Как известно, заряд и разряд синхронизирующего конденсатора происходит при штатном включении нестабильного мультивибратора (одновибратор) в диапазоне от 1/3 до 2/3 напряжения питания, в нашем случае от состояния полного разряда до 2/3 напряжения питания. Эти уровни контролируются двумя компараторами, которые получают свои опорные напряжения от трех резисторов, последовательно включенных между источником питания и землей. Схема стабилизатора питания регулятора на рисунке.

Резисторы имеют номинал 3 × 5 кОм в нормальном биполярном исполнении. Для версии C-MOS это значение установлено на 3 × 100 кОм, чтобы снизить потребление. Верхнее опорное напряжение, то есть 2/3 от напряжения питания, выводятся как IN и обычно используются для фильтрации. В нашем случае это напряжение подается на делитель, образованный подстроечным резистором P1, потенциометром P2 и резистором R5. Это создает два делителя, соединенных параллельно, и в результате верхний уровень смещается в зависимости от положения потенциометра.

Чем ниже это значение, тем раньше заканчивается заряд синхронизирующего конденсатора и, следовательно, тем короче выходные положительные импульсы, и наоборот. При использовании таймеров C-MOS схема также будет работать, только характер регулирования немного изменится, потому что сопротивления потенциометра и подстроечного резистора больше не будут применяться параллельно, а будут «принудительно» передавать свое напряжение непосредственно на вход IN.

Неинвертирующий вход компаратора IO2 подключен к потенциометру, инвертирующий вход имеет включен в делитель R6 / R7. Открытый коллектор выходного транзистора компаратора подключен к входу сброса одновибратор IO1B. Если бегунок потенциометра находится в таком положении, что его напряжение выше, чем напряжение, поступающее с делителя R6 / R7, выходной транзистор компаратора закрыт, и на нулевом входе IO1B имеется положительное напряжение с резистора R9.

Если напряжение с коллектора падает ниже уровня инвертирующего входа, компаратор переворачивается, его выходной транзистор открывается, и напряжение на нулевом входе IO1B близко к нулю. Это приводит к блокировке мультивибратора. Напряжение на инвертирующем входе компаратора также зависит от резистора обратной связи (R8), который вводит определенный гистерезис, поэтому на бегунке потенциометра требуется немного более высокое напряжение, чем было достаточно для блокировки.

Частью схемы также является уже упомянутый подстроечный резистор P1, который определяет диапазон регулирования потенциометра P2. Источник постоянного тока контроллера может находиться в диапазоне от 12В до примерно 24В. Компаратор и таймеры не зависят от напряжения, они будут хорошо работать при любом напряжении, но в этом случае, когда речь идет об импульсах для двигателя, вводится стабилизация, которая работает на более высоких напряжений. Монтаж контроллера выполнен на односторонней печатной плате.

Источник

Adblock
detector