Как можно регулировать обороты асинхронного двигателя: обзор способов

Как можно регулировать обороты асинхронного двигателя: обзор способов

Благодаря надежности и простоте конструкции асинхронные двигатели (АД) получили широкое распространение. В большинстве станков, промышленном и бытовом оборудовании применяются электродвигатели такого типа. Изменение скорости вращения АД производится механически (дополнительной нагрузкой на валу, балластом, передаточными механизмами, редукторами и т.д.) или электрическими способами. Электрическое регулирование более сложное, но и гораздо более удобное и универсальное.

Для многих агрегатов применяется именно электрическое управление. Оно обеспечивает точное и плавное регулирование пуска и работы двигателя. Электрическое управление производится за счет:

• изменения частоты тока;
• силы тока;
• уровня напряжения.

В этой статье мы рассмотрим популярные способы, как может осуществляться регулировка оборотов асинхронного двигателя на 220 и 380В.

Устройство

Коллекторный двигатель состоит обычно из ротора (якоря), статора, щёток и тахогенератора:

1. Ротор — это вращающаяся часть, статор — это внешний магнит.
2. Щётки, сделанные из графита – это основная часть скользящих контактов, через которую на вращающийся якорь подаётся напряжение.
3. Тахогенератор – это прибор, который отслеживает характеристики вращения. В случае нарушения равномерности движения, он корректирует поступающее в двигатель напряжение, тем самым делая его более плавным.
4. Статор может содержать не один магнит, а, например, 2 (2 пары полюсов). Также, вместо статических магнитов, здесь могут быть использованы и катушки электромагнитов. Работать такой мотор может как от постоянного, так и от переменного тока.

Простота регулировки скорости коллекторного двигателя определяется тем, что скорость вращения прямо зависит от величины поданного напряжения.

Кроме этого, важной особенностью является то, что ось вращения непосредственно можно присоединять к вращающемуся инструменты без использования промежуточных механизмов.

Если говорить об их классификации, то можно говорить о:

1. Коллекторных двигателях постоянного тока.
2. Коллекторных двигателях переменного тока.

В этом случае, речь идёт о том, каким именно током происходит питание электродвигателей.

Разница состоит в том, как организованы эти подключения.

Тут принято различать:

• Параллельное возбуждение.
• Последовательное возбуждение.
• Параллельно-последовательное возбуждение.

Сборка регуляторов вращения кулера

Сегодня мы рассмотрим три интересные схемы для регулятора скорости вентилятора – одна обычная, вторая с термодатчиком и третья для уменьшения шума.

Не будем томить и сразу приступим к делу.

Обычная схема для регулятора оборотов кулера

Эта схема обеспечивает регулировку скорости вентилятора без контроля оборотов.

Схема размещается прямо внутри блока питания и имеет дополнительные посадочные места для подключения внешних датчиков, также есть возможность добавить стабилитрон, что будет ограничивать минимальное напряжение вентилятора.

Вот все комплектующие, что вам понадобятся для сборки этой схемы:

• Биполярные транзисторы;
• Стабилитрон;
• Диод;
• Электролитический конденсатор;
• 8 резисторов;
• Терморезистор;
• Сам вентилятор;

А вот и сама схема:

Схема регулятора оборотов кулера с термодатчиков

Вентилятор в блоках питания вращается с постоянной скоростью, она не зависит от температуры высоковольтных резисторов, что вентилятор должен охлаждать.

Как правило, блок питания всегда подаёт на вентилятор мощность, необходимую для поддержания этой скорости.

Блоки питания, что ставятся в компьютеры, выбираются с запасом даже при максимуме энергопотребления. Соответственно, блок питания работает не на всю и высоковольтные резисторы не сильно нагреваются.

Поэтому кулер впустую гоняет воздух и поднимает пыль внутри компьютера.

Решить эту проблему поможет автоматический регулятор частоты оборотов вентилятора с термодатчиком, чья схема располагается ниже.

Список радиодеталей, что понадобится вам при сборке:

• Два биполярных транзистора;
• Четыре диода;
• Два резистора;
• Ну и сам вентилятор;

Датчиком в этом регуляторе служат германиевые диоды VD1-VD4.

Этот выбор обусловлен рядом плюсов германиевых диодов перед терморезисторами. Во-первых, зависимость обратного тока у них более выражена, чем у тех же терморезисторов, а во-вторых, стеклянный корпус диодов позволяет обойтись без диэлектрических прокладок.

Резистор R1 нужен для исключения возможности поломки транзисторов VT1 и VT2, в случае теплового пробоя диодов. Сопротивление резистора выбирается из максимально допустимого значения тока базы VT1.

Резистор R2 в свою очередь определяет порог, когда вентилятор должен сработать.

Устройство вставляется напрямую в блок питания.

Выводы диодов спаиваются вместе, после чего приклеиваются к теплоотводу высоковольтных транзисторов с обратной стороны. К выводам транзистора VT2 припаиваются резисторы R1 и R2, а также транзистор VT1.

Сам же транзистор VT2 устанавливается эмиттером в отверстие «cooler», что находится на плате блока питания.

При настройке регулятора, что происходит в основном в подстройке резистора R2 и выбору подходящего количества диодов.

Настраивая резистор R2, вам необходимо подобрать сопротивление введенной части, чтобы при номинальной нагрузке кулер крутился с небольшой скоростью.

Также вам нужно добиться, чтобы при подаче питания вентилятор вращался с небольшой частотой (если слишком быстро вращается – уменьшите количество диодов, если не вращается – увеличьте).

Рекомендую следующее видео, в котором автор самостоятельно изготавливает регулятор скорости вращения компьютерного вентилятора:

Какой шуруповерт лучше: 12 В, 18 В или 24 В?

Ассортимент аккумуляторных шуруповертов сейчас настолько большой, что в любой ценовой категории можно найти инструмент с хорошими техническими характеристиками. Но, сравнивая в каталоге параметры разных моделей, поневоле задумаешься о том, какой из шуруповертов лучше, и почему они комплектуются аккумуляторами с разным напряжением. Мы решили разобраться, как устроены батареи аккумуляторного инструмента, и в чем между ними разница.

Конструкция батарей аккумуляторного инструмента

Все аккумуляторные блоки, которые используются для питания ручного электроинструмента, устроены примерно одинаково. Внутри блока находится несколько стандартных элементов — так называемых «банок». Например, в литий-ионных батареях в качестве элементов используются «банки» стандарта 18650 с номинальным напряжением 3.6 В и высокой токоотдачей, а в никель-кадмиевых — элементы напряжением 1.2 В.

Конструкция современной батареи для аккумуляторного инструмента.

Изменяя количество элементов и способ их соединения между собой (последовательно или параллельно), можно получить батареи с разными характеристиками. Они будут отличаться по рабочему напряжению (на практике используются блоки напряжением от 10.8 В до 24 В) и емкости (аккумуляторы ручного электроинструмента имеют емкость от 1 Ач до 12 Ач). Некоторые производители (например, DeWALT) даже выпускают преобразуемые аккумуляторные системы, у которых порядок соединения «банок» через клеммы автоматически меняется в зависимости от того, к какому инструменту подключена батарея: 18-вольтовому или 54-вольтовому.

Способы соединения «банок» в аккумуляторах на примере батарей DeWALT Flexvolt.

Зависимость между напряжением и мощностью шуруповерта: есть или нет?

Из курса электротехники известно, что мощность электродвигателя прямо пропорциональна напряжению, которое подается на обмотки. Из этого можно сделать вывод, что чем больше вольт в аккумуляторе — тем мощнее шуруповерт. Правда ли это? Между голой теорией и практикой лежит целая пропасть. На деле на мощность аккумуляторного инструмента также влияют:

• ток разряда — дешевые высокотоковые «банки» отдают до 15 А, а токоотдача элементов, из которых состоят батареи качественных шуруповертов, достигает 25 – 30 ампер, необходимых для того, чтобы закрутить саморез до упора или сорвать прикипевшую гайку;
• конструкция редуктора — передаточное число редукторного механизма и прочность шестеренок, которые находятся внутри него, определяют, сможет ли инструмент развивать большой крутящий момент и справляться с задачами, требующими значительных усилий;
• качество двигателя — хорошие моторы, способные без повреждения выдержать большие токи и нагрузки, стоят значительно дороже, чем простенькие электромоторчики из дешевых шуруповертов;
• настройки электроники — плата управляющей электроники, которая регулирует токоотдачу, защищает двигатель от перегрузок и не допускает чрезмерного нагрева элементов батареи, накладывает ограничения на возможности инструмента.

Учитывая сказанное выше, несложно сделать вывод, что напряжение аккумуляторного блока — это далеко не единственный фактор, влияющий на отдаваемую мощность электроинструмента. Поэтому нередко случается, что «брендовый» 12-вольтовый шуруповерт на практике оказывается значительно более мощным и полезным в работе, чем дешевый 18-вольтовый «китаец».

Шуруповерт Makita DF330DWE и его китайский клон идентичны по напряжению и конструкции, но существенно отличаются по цене и характеристикам.

Классы шуруповертов по напряжению аккумулятора

После небольшого экскурса в конструкцию батарей и основы электротехники самое время рассмотреть поподробнее аккумуляторные шуруповерты. Они комплектуются батареями с напряжением:

• 10.8 В (12 В) — инструмент данного класса отличается компактными размерами и малым весом за счет небольших батарей. Он используется преимущественно для монтажных и сборочных работ;
• 14.4 В — это промежуточный класс, который занимает место между компактным инструментом и высокопроизводительными моделями. Подобные шуруповерты выпускают всего несколько производителей;
• 18 В (20 В) — это самый массовый сегмент, здесь огромный выбор моделей с разными параметрами и характеристиками. Шуруповерты данного класса пользуются наибольшим спросом, потому что они универсальнее остальных;
• 24 В — моделей с аккумуляторными блоками такого напряжения пока немного, несмотря на то, что увеличенный вольтаж позволяет улучшить характеристики инструмента.

Отдельно стоит сказать о разнице в методах измерения напряжения. Японские и европейские производители, руководствуясь правилами EPTA (European Power Tools Association), указывают номинальное напряжение, а американские — напряжение полного заряда. Поэтому один и тот же инструмент в Европе получает маркировку «10.8 В», а за океаном — «12 В». То же касается шуруповертов с батареями на 18 В и 20 В — это инструмент одного класса, просто напряжение измерено разными способами.

Влияние напряжения батареи на другие характеристики шуруповерта

Все параметры аккумуляторного инструмента «увязаны» между собой. Чем больше напряжение и емкость батареи — тем больше ее вес и размеры. К примеру, батарея 10.8-вольтового шуруповерта может состоять всего из трех литий-ионных «банок» по 3.6 В каждая, а для 18-вольтового аккумулятора их нужно как минимум пять (на практике «банок» внутри батареи обычно больше ради увеличения ее емкости). К тому же, повышенное напряжение требует более мощного электродвигателя и более массивного редуктора, а это также приводит к увеличению веса и размеров инструмента. Поэтому для работы в ограниченном пространстве или над головой стоит купить шуруповерт с батареей на 10.8 В, потому что он будет более компактным и легким. А 18-вольтовые модели лучше брать тем, у кого на рабочем месте достаточно пространства для использования более крупного инструмента.

Разница в размерах между 18-вольтовыми батареями Bosch емкостью 4 Ач, 8 Ач и 12 Ач.

Есть и другие нюансы, которые следует учитывать при выборе шуруповерта. Например, большое значение имеет конструкция двигателя. Современные инструменты с бесщеточными двигателями даже при напряжении 10.8 В имеют больше мощности и крутящего момента, чем многие 18-вольтовые модели с обычными коллекторными моторами, благодаря уменьшенному энергопотреблению и меньшим потерям на трение и нагрев.

Совместимость батарей с другими видами инструмента

Стоимость батареи (особенно, если речь об аккумуляторных блоках большой емкости) нередко достигает половины цены самого инструмента. Поэтому стоит сразу же задуматься о том, как выбрать шуруповерт таким образом, чтобы впоследствии экономить на аккумуляторах.

К счастью, производители электроинструмента уже позаботились об этом. Многие из них вокруг одного типа аккумулятора строят целую «экосистему» из разных видов инструмента. То есть, одна и та же батарея может подходить к шуруповерту, дрели, шлифовальной машине, электролобзику, реноватору и другим устройствам. Некоторые фирмы выпускают даже мощные перфораторы, бетонорезы, газонокосилки и электровелосипеды, работающие на одном, двух или трех стандартных аккумуляторах от шуруповерта. У Milwaukee, например, «экосистема» 18-вольтового инструмента состоит из более чем 200 моделей.

Более 200 моделей инструмента и садовой техники Milwaukee могут работать от одной и той же батареи 18 В.

Выводы

Невозможно однозначно ответить на вопрос о том, какой шуруповерт лучше: на 12 В, 18 В или 24 В. Каждый из них — это некий компромисс между мощностью, временем работы на одной зарядке, размерами и весом. Хотя 18-вольтовые модели самые популярные, не всегда есть смысл переплачивать за них. Лучше выбирать инструмент исходя из того, какие работы вы будете выполнять с его помощью. Шуруповерт — ваш основной помощник, и вы работаете день напролет? В таком случае, стоит купить качественную 18-вольтовую модель с емким аккумулятором и запасной батареей. Используете шуруповерт в качестве вспомогательного инструмента для отдельных операций, не требующих особой мощности? Тогда недорогое 12-вольтовое устройство от какого-нибудь бюджетного бренда будет в самый раз.

Самодельный регулятор

Самостоятельно можно сделать регулятор оборотов электродвигателя 12В. Для этого потребуется переключатель на несколько положений и проволочные резисторы. С помощью последних меняется напряжение питания (а вместе с ним и частота вращения). Аналогичные системы можно использовать и для асинхронных двигателей, но они менее эффективны. Много лет назад широко применялись механические регуляторы – на основе шестеренчатых приводов или вариаторов. Но они были не очень надежными. Электронные средства намного лучше себя показывают. Ведь они не такие громоздкие и позволяют более тонко настраивать привод.

Для изготовления регулятора вращения электродвигателя потребуется несколько электронных устройств, которые можно либо приобрести в магазине, либо снять со старых инверторных приборов. Неплохие результаты показывает симистор ВТ138-600 в схемах таких электронных устройств. Чтобы произвести регулировку, потребуется включить в схему переменный резистор. С его помощью изменяется амплитуда входящего на симистор сигнала.

Что такое регулятор оборотов двигателя (ESC) и на что обращать внимание при выборе

При покупке готовой RC-модели в полной комплектации вопрос о выборе регулятора скорости неактуален. Совсем другое дело, когда модель собирается «с нуля» или нужно заменить пришедшую в негодность комплектующую.

ESC (англ. «Electronic Speed Control») – это составляющая любой радиоуправляемой модели на электротяге. Регулятор оборотов (или «регулятор скорости», или «контроллер», он же в простонародье «регуль») отвечает за плавное, без лишних скачков управление двигателем.

Немного теории

Регулятор скорости – это передаточное звено между установленным аккумулятором и электродвигателем. И нужно отметить, что последний без него долго не протянет.

Электродвигатель плюс регулятор оборотов – это силовая установка модели, ее сердце и движущая сила.

Параметры ESC нужно учитывать при выборе аккумулятора, то есть четко следовать инструкции к модели. И да, от параметров регулятора зависит выбор типа АКБ и ее напряжение.

Регулятор скорости может относиться к категории «специализированных», но может быть и универсальным, то есть перепрограммироваться (настраиваться) на разную RC-технику – автомодели, судомодели или авиамодели.

Кстати, если имеем модель с задним ходом, то на ней установлен регулятор с реверсом. Такой контроллер меняет направление вращения электромотора, пуская на него напряжение противоположной полярности.

Как выбрать регулятор скорости

Выбор контроллера зависит от установленного двигателя и аккумулятора.

Первое, на что обратить внимание – максимальный рабочий ток регулятора. Проверьте характеристики АКБ – от номинального напряжения на акуме зависит и выбор контроллера. Если на модели установлена батарея с напряжением 4S , то и рабочее напряжение регулятора должно быть не ниже. Ни в коем случае нельзя к 4S аккумулятору подключать контроллер, с параметрами рабочего тока 2-3S – он просто сгорит.

Электродвигатели подразделяются на коллекторные (brushed) и бесколлекторные (brushless). Для каждого типа предназначены свои регуляторы оборотов, которые отличаются принципом работы и даже схемой.

Сразу отметим, что контроллеры для двигателей бесколлекторного типа предназначены только для одного мотора, в то время как регуляторы для бесщеточных электродвигателей (они, кстати, значительно дешевле) могут работать с несколькими движками.

Чтобы оценить выбранный регулятор оборотов, пройдитесь по следующим параметрам:

Напряжение

Номинальное покажет, при каком токе ESC сможет проработать длительное время (длительное, в понимании электроники – это несколько секунд, а не часов).

Пиковое напряжение – это характеристика для оценки максимальной нагрузки на контроллер в определенный момент (запуск, быстрый старт, резкое торможение).

Рабочее напряжение мы уже упоминали – это параметр для определения совместимости с АКБ.

Сопротивление

Внутреннее сопротивление играет важную роль для профессиональных моделистов. За счет разных схем переключения электрических соединений, происходит высвобождение энергии, иными словами – установка греется и энергия теряется. Внутреннее сопротивление регулятора у спортивных моделей невелико (около 0,0006 Ом), но даже эти потери могут сыграть решающую роль на серьезных соревнованиях.

У регуляторов с реверсом внутреннее сопротивление обычно выше, поэтому спортивные модели и не имеют заднего хода. Так что, если вы настроены серьезно на победу в гонках, то учитесь сразу обходиться без реверса, хоть без заднего хода поначалу и неудобно.

Настройка

Современные регуляторы оборотов поддаются настройке. Некоторые можно настроить прямо с пульта радиоуправления, на других есть кнопки на корпусе. Как вариант — вхождение в режим настройки при подключении или съеме джампера (перемычки). В роли индикатора настройки выступает свето- или звукоиндикация.

Подбирая регулятор оборотов для своей модели, внимательно изучите в инструкции ее характеристики и рекомендации по подбору комплектующих. Ну, а если возникают вопросы – лучше все-таки посоветоваться со специалистом.

Ремонт оборотов болгарок своими руками

Для болгарки всегда найдется применение в домашних условиях, на даче, в гараже или в качестве профессионального инструмента в производственных мастерских. Использование различного рабочего инструмента повышает функционал выполняемых работ. Соблюдение правил эксплуатации увеличивает срок службы электроинструмента.