Схема регулятора оборотов электродвигателя бегущие огни. Автоматический сверлильный станок с подсветкой

Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать - момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

Особенности регулирования скорости

Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор , но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

Обобщенная схема регулятора

Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают жесткое регулирование характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:

силовой управляемый выпрямитель;
блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
обратная связь по тахогенератору;
блок регулирования тока в обмотках двигателя.

Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.

Разновидности коллекторных двигателей

Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться , для каких целей требуется сконструировать регулятор:

Конструкция мотора

Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:

Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования. Это может пригодиться , если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

Выбор схемы

Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:

Регулирование скорости от 0 до максимума.
Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
Плавность регулирования оборотов.

Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования. Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.

Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.

Особенности конструкции

Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь привод универсальным , так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.

Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.

На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.

Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:

Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.

Принцип управления

При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы . Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

На простых механизмах удобно устанавливать аналоговые регуляторы тока. К примеру, они могут изменить скорость вращения вала мотора. С технической стороны выполнить такой регулятор просто (потребуется установка одного транзистора). Применим для регулировки независимой скорости моторов в робототехнике и источниках питания. Наиболее распространены два варианта регуляторов: одноканальные и двухканальные.

Видео №1 . Одноканальный регулятор в работе. Меняет скорость кручения вала мотора посредством вращения ручки переменного резистора.

Видео №2. Увеличение скорости кручения вала мотора при работе одноканального регулятора. Рост числа оборотов от минимального до максимального значения при вращении ручки переменного резистора.

Видео №3 . Двухканальный регулятор в работе. Независимая установка скорости кручения валов моторов на базе подстроечных резисторов.

Видео №4. Напряжение на выходе регулятора измерено цифровым мультиметром. Полученное значение равно напряжению батарейки, от которого отняли 0,6 вольт (разница возникает из-за падения напряжения на переходе транзистора). При использовании батарейки в 9,55 вольт, фиксируется изменение от 0 до 8,9 вольт.

Функции и основные характеристики

Ток нагрузки одноканального (фото. 1) и двухканального (фото. 2) регуляторов не превышает 1,5 А. Поэтому для повышения нагрузочной способности производят замену транзистора КТ815А на КТ972А. Нумерация выводов для этих транзисторов совпадает (э-к-б). Но модель КТ972А работоспособна с токами до 4А.

Одноканальный регулятор для мотора

Устройство управляет одним мотором, питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт.

Конструкция устройства

Основные элементы конструкции регулятора представлены на фото. 3. Устройство состоит из пяти компонентов: два резистор переменного сопротивления с сопротивлением 10 кОм (№1) и 1 кОм (№2), транзистор модели КТ815А (№3), пара двухсекционных винтовых клеммника на выход для подключения мотора (№4) и вход для подключения батарейки (№5).

Примечание 1. Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

Принцип работы

Порядок работы регулятора мотора описывает электросхема (рис. 1). С учетом полярности на разъем ХТ1 подают постоянное напряжение. Лампочку или мотор подключают к разъему ХТ2. На входе включают переменный резистор R1, вращение его ручки изменяет потенциал на среднем выходе в противовес минусу батарейки. Через токоограничитель R2 произведено подключение среднего выхода к базовому выводу транзистора VT1. При этом транзистор включен по схеме регулярного тока. Положительный потенциал на базовом выходе увеличивается при перемещении вверх среднего вывода от плавного вращения ручки переменного резистора. Происходит увеличение тока, которое обусловлено снижением сопротивления перехода коллектор-эмитттер в транзисторе VT1. Потенциал будет уменьшаться, если ситуация будет обратной.

Принципиальная электрическая схема

Материалы и детали

Необходима печатная плата размером 20х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита (допустимая толщина 1-1,5 мм). В таблице 1 приведен список радиокомпонентов.

Примечание 2. Необходимый для устройства переменный резистор может быть любого производства, важно соблюсти для него значения сопротивления тока указанные в таблице 1.

Примечание 3 . Для регулировки токов выше 1,5А транзистор КТ815Г заменяют на более мощный КТ972А (с максимальным током 4А). При этом рисунок печатной платы менять не требуется, так как распределение выводов у обоих транзисторов идентично.

Процесс сборки

Для дальнейшей работы нужно скачать архивный файл, размещенный в конце статьи, разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора (файл ), а монтажный чертеж (файл ) – на белом листе офисной (формат А4).

Далее чертеж монтажной платы (№1 на фото. 4) наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы (№2 на фото. 4). Необходимо сделать отверстия (№3 на фото. 14) на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпадать. На фото.5 показана цоколёвка транзистора КТ815.

Вход и выход клеммников-разъемов маркируют белым цветом. Через клипсу к клеммнику подключается источник напряжения. Полностью собранный одноканальный регулятор отображен на фото. Источник питания (батарея 9 вольт) подключается на финальном этапе сборки. Теперь можно регулировать скорость вращения вала с помощью мотора, для этого нужно плавно вращать ручку регулировки переменного резистора.

Для тестирования устройства необходимо из архива распечатать чертеж диска. Далее нужно наклеить этот чертеж (№1) на плотную и тонкую картонную бумагу (№2). Затем с помощью ножниц вырезается диск (№3).

Полученную заготовку переворачивают (№1) и к центру крепят квадрат черной изоленты (№2) для лучшего сцепления поверхности вала мотора с диском. Нужно сделать отверстие (№3) как указано на изображении. Затем диск устанавливают на вал мотора и можно приступать к испытаниям. Одноканальный регулятор мотора готов!

Двухканальный регулятор для мотора

Используется для независимого управления парой моторов одновременно. Питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт. Ток нагрузки рассчитан до 1,5А на каждый канал.

Конструкция устройства

Основные компоненты конструкции представлены на фото.10 и включают: два подстроечных резистора для регулировки 2-го канала (№1) и 1-го канала (№2), три двухсекционных винтовых клеммника для выхода на 2-ой мотор (№3), для выхода на 1-ый мотор (№4) и для входа (№5).

Примечание.1 Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

Принцип работы

Схема двухканального регулятора идентична электрической схеме одноканального регулятора. Состоит из двух частей (рис.2). Основное отличие: резистор переменного сопротивления замен на подстроечный резистор. Скорость вращения валов устанавливается заранее.

Примечание.2. Для оперативной регулировки скорости кручения моторов подстроечные резисторы заменяют с помощью монтажного провода с резисторами переменного сопротивления с показателями сопротивлений, указанными на схеме.

Материалы и детали

Понадобится печатная плата размером 30х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. В таблице 2 приведен список радиокомпонентов.

Процесс сборки

После скачивания архивного файла, размещенного в конце статьи, нужно разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора для термоперевода (файл termo2), а монтажный чертеж (файл montag2) – на белом листе офисной (формат А4).

Чертеж монтажной платы наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы. Формируют отверстия на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпасть. Производится цоколёвка транзистора КТ815. Для проверки нужно временно соединить монтажным проводом входы 1 и 2 .

Любой из входов подключают к полюсу источника питания (в примере показана батарейка 9 вольт). Минус источника питания при этом крепят к центру клеммника. Важно помнить: черный провод «-», а красный «+».

Моторы должны быть подключены к двум клеммникам, также необходимо установить нужную скорость. После успешных испытаний нужно удалить временное соединение входов и установить устройство на модель робота. Двухканальный регулятор мотора готов!

В представленные необходимые схемы и чертежи для работы. Эмиттеры транзисторов помечены красными стрелками.

Ранее мы рассматривали в этой статье.

Сегодня рассмотрим доработку к настольному сверлильному станку для печатных плат.

А именно: установка светодиодной подсветки места для сверления и добавления автоматического регулятора оборотов двигателя станка.

Светодиодная подсветка для станка

Светодиоды для подсветки удобно использовать из светодиодного светильника на пальчиковых батарейках размера ААА китайского производства.

Сверлильный станок со включенной светодиодной подсветкой

Автоматический регулятор оборотов для станка

Автоматический регулятор оборотов работает следующим образом - на холостых оборотах сверло вращается со скоростью около 15-20 оборотов/мин. (в зависимости от типа, мощности двигателя), как только сверло касается заготовки для сверления, обороты двигателя увеличиваются до максимальных. Когда отверстие просверлено и нагрузка на двигатель ослабевает, обороты вновь падают.

Принципиальная схема автоматического регулятора оборотов двигателя

Советы:

Транзистор КТ805 можно заменить на КТ815, КТ817, КТ819. КТ837 можно заменить на КТ814, КТ816, КТ818.
Вместо R1 ставим временно перемычку. Резистором R3 настраиваем холостой ход чем меньше сопротивление, тем меньше холостой ход. Впаиваем R1 и уменьшаем его пока моторчик не уменьшит обороты.
Подбором резистора R3 устанавливаются минимальные обороты двигателя на холостом ходу.
Подбором конденсатора С1 регулируется задержка включения максимальных оборотов двигателя при появлении нагрузки в двигателе.
Транзистор Т1 обязательно размещать на радиаторе, греется довольно сильно.
Резистор R4 подбирается в зависимости от используемого напряжения для питания станка по максимальному свечению светодиодов.
Для каждого типа двигателя нужно подбирать R1, R3: под моторчик от принтера R1 - 7,7 Oм; R3 - 520 Oм; Питание 12,6 В. Для двигателя ДПР-42-Ф1-03 R1 — 15 Ом.
Если транзистор Т1 греется — необходимо поставить его на радиатор.
R1 — от 1 до 5Вт (в зависимости от мощности двигателя)

Схема работоспособна со многими типами двигателя. Я проверял ее на 4 различных типах, на всех работает отлично!

Я собрал схему с указанными номиналами и меня работа автоматики вполне устроила, единственное конденсатор С1 заменил на два конденсатора по 470 мкф включенных параллельно (они были меньше габаритами).

Рисунок печатной платы регулятора оборотов

Печатная плата схемы автоматического регулятора оборотов двигателя выглядит вот так.

Добрый день. Представляю Вашему вниманию регулятор для ковырялоки печатых плат, схема взята из журнала Радио за 2010 год. Собрал и испытал - работает отлично. В схеме нет дефицитных деталей - всего 4 распространённых транзистора и несколько пассивных радиоэлементов, которые можно выпаять из любой нерабочей аппаратуры. Принципиальная схема регулятора оборотов:

Работа схемы регулятора минидрели

На элементах vd1, vd2, r2, r3, vt1, r11 собран регулятор холостых (далее ХО) оборотов. Диод vd3 является разобщителем регулятора ХО и токовым тригером собранным на vt2, r4, r7. Диод vd5 облегчает температурный режим датчика тока r7. Конденсатор С2 и резистор r6 обеспечиваю плавное возвращение к режиму ХО. На vd4, r5, c1 выполнен ограничитель стартового тока (т.е плавный пуск). Составной транзистор образованный vt3 и vt4 усиливает токи предыдущих узлов. Паралельно моторчику обязательно надо включить защитный диод vd6 в обратном направлении, чтобы ЭДС, возникающая в нём, не пожгла редиоэлементы регулятора.

Все резисторы кроме R7 применены на 0,125вт, R7 на 0,5вт. Сопротивление R7 желательно подбирать для каждого моторчика индивидуально, чтобы было чёткое срабатывание токового тригера в нужный момент, т.е. сверло не соскальзывало с кернения и не клинило.

Прилагаю фото регулятора оборотов минидрели в сборе и разведёную мной топологию печатной платы. Транзистор П213 необходино включать именно так, как написано на плате с названием "п213" (из-за обратного диода).

При использовании планарных компонентов, размеры платы можно уменьшить до такой степени, что она поместится в корпус (или снаружи) дрельки. Как вариант, данный регулятор оборотов допустимо использовать для управления оборотами любых электромоторчиков постоянного тока - в игрушках, вентиляции и т.д. Желаю всем удачи. С уважением, Жданов Андрей (Мастер665).

Автоматический регулятор оборотов для двигателей типа ДПМ.

Решил я как-то сделать автоматический регулятор оборотов для своего моторчика, которым дырки в платах делаю, надоело на кнопку жать постоянно. Ну, регулировать как нужно, я думаю, понятно: нет нагрузки – малые обороты растет нагрузка – растут обороты.
Начал искать схему в сети, нашел несколько. Смотрю, народ часто жалуется, что с моторами ДПМ не работает, ну думаю, закон подлости никто не отменял – дай посмотрю какой у меня. Точно: ДПМ-25. Ладно, раз есть проблемы, то чужие ошибки повторять - смысла нет. Буду делать “новые”, но свои.
Решил начать с получения исходных данных, а именно, с замеров тока при различных режимах работы. Выяснилось, что мой моторчик на ХХ (холостой ход) берет 60мА, а при средней нагрузке – 200мА, и даже больше, но это уже когда начинаешь конкретно тормозить его. Т.е. рабочий режим 60-250мА. Ещё я заметил такую особенность: у данных моторов число оборотов сильно зависит от напряжения, а вот ток – от нагрузки.
Значит, нам надо следить за потреблением тока и в зависимости от его значения менять напряжение. Посидел – подумал, родился примерно такой проект:

Согласно расчетам схема должна была повышать напряжение на двигателе от 5-6В на ХХ, до 24-27В при росте тока до 260мА. И соответственно понижать - при его уменьшении.
Получилось, конечно, не сразу, пришлось повозиться с подбором номиналов интегрирующей цепочки R6, C1. Ввести дополнительно диоды VD1 и VD2 (как выяснилось, LM358 плохо отрабатывает свои функции при приближении напряжений на входах к верхней границе напряжения её питания). Но, к счастью, мои мучения были вознаграждены. Результат мне очень понравился. Мотор тихонько крутился на ХХ и очень активно сопротивлялся попыткам его затормозить.
Попробовал на практике. Оказалось, на таких оборотах можно было неплохо прицелиться даже без кернения, а уж хоть с маленькой зацепкой... Причем запас регулировки был настолько велик, что число оборотов зависело от твердости материала. Пробовал на разных породах дерева, если было мягкое – максимальных оборотов не набирал, твердое – крутил на всю катушку. В итоге получалось, что независимо от материала скорость сверления была примерно одинакова. Короче, сверлить стало очень комфортно.
Транзистор VT2 и резистор R3 грелись градусов до 70. Причем первый грелся на ХХ, а второй при нагрузке. Символический радиатор в виде жестянки (она же корпус) уменьшил температуру транзистора до 42 градусов. Резистор пока оставил в таком режиме, если сгорит - заменю на 2 штуки по 5,1Ом последовательно.
Вот фото получившего устройства:

Если кто не догадался по фото, корпус – это жестянка от использованной кроны.
Да, и ещё, больше 30В на схему не подавать – это максимальное напряжение для LM358. Меньше можно – у меня нормально сверлило и на 24В.
Вот собственно и всё. Если у кого мотор более мощный надо уменьшить сопротивление R3 примерно во столько раз – во сколько раз больше у вас ток холостого хода. Если максимальное напряжение ниже 27В, надо уменьшать напряжение питания и номинал резистора R2. Это на практике не опробовано, но по расчетам должно быть так. Формула приведена рядом со схемой. Коэффициент 100 верен при указанных на схеме номиналах R1, R2 и R3. При других номиналах будет такой: R2*R3/R1.
Соответственно, при значительном отличии параметров вашего двигателя от моего, возможно придется подобрать R6 и C1. Признаки такие: если мотор работает рывками (обороты то растут, то падают) номиналы надо увеличить, если схема очень задумчива (долго разгоняется, долго уменьшает обороты при изменении нагрузки) номиналы надо уменьшать.
Печатка

Спасибо за внимание, желаю успехов в повторении конструкции.
P.S. Залил печатку сюда.