Как своими руками сделать регулятор оборотов электродвигателя

При использовании электродвигателя в различных устройствах и инструментах неизменно возникает необходимость регулировки скорости вращения вала.

Самостоятельно сделать регулятор оборотов электродвигателя не составит труда. Нужно лишь подыскать качественную схему, устройство которой полностью бы подходило к особенностям и типу конкретного электрического двигателя.

Схемы подключения и выбор регулятора скорости вращения вентилятора: обзор лучших моделей и их стоимость

Вентилятор очень часто используется во многих бытовых приборах. Чтобы этот аппарат прослужил долго, применяется регулятор скорости вращения вентилятора. Он помогает установить нужную скорость вращения лопастей. Этот прием снижает шум прибора и продлевает срок его службы.

Что из себя представляют регуляторы скорости вращения вентилятора?

Регулятор скорости (его еще называют контроллер) помогает снизить обороты, когда это необходимо, либо увеличить их. По существу, он изменяет напряжение, подающееся на устройство. Этот небольшого размера прибор подсоединяется к оборудованию по специальной схеме.

Зачем нужен?

Если вентилятор постоянно работает на максимальной мощности, это уменьшает срок его службы. Прибор быстро изнашивается и ломается.

Функции регулятора скорости вращения:

уменьшение износа механизмов,
снижение шума,
экономия электроэнергии.

Как работает: принцип действия и устройство

Принцип работы регулятора скорости состоит в том, чтобы изменять напряжение и частоту оборотов двигателя. Это влияет на воздухообмен и изменяет мощность воздушного потока.

Для управления скоростью могут использоваться разные методы:

Изменение напряжения, подающегося на обмотку.
Изменение частоты тока.

Второй метод почти не используется, так как частотные приводы очень дорого стоят, во много раз больше самого вентилятора, и не всегда целесообразно их приобретать. В основном, практикуется первый способ.

princip

Виды регуляторов оборотов

По принципу регулирования скорости различают несколько видов регуляторов:

Симисторный регулятор наиболее распространенный, он может охватывать даже не один, а несколько двигателей. Главное, чтобы величина тока не превышала предельную величину.

Частотные модели могут быть использованы в любых пределах от 0 до 480 В, их применяют для трехфазных двигателей вентиляторов мощностью до 75 кВт.

Читайте так же:

Регулировка клапанов дэу матиз своими руками

Трансформаторные регуляторы применяются для более мощных вентиляторов. Они однофазные или трехфазные, позволяют плавно снижать скорость оборотов, могут регулировать несколько вентиляторов.

Схемы подключения регуляторов оборотов вентилятора

Рассмотрим схемы подключения различных регуляторов.

Самым распространенным прибором является симисторный или тиристорный контроллер. Его можно подключить самостоятельно, используя схему. Каждый из тиристоров уменьшает напряжение. Регулировка производится при помощи блока управления. Мощность прибора ограничена, большого напряжения он не выдерживает.

chema

Важные моменты:

Двигатель вентилятора должен иметь защиту от перегрева.
Нельзя использовать в качестве регуляторов диммеры от осветительных приборов.

Трансформаторный регулятор имеет следующий принцип работы:

На входе — питающее напряжение 220 В. Обмотка имеет несколько ответвлений, к которым подключается нагрузка, и тогда напряжение уменьшается. При понижении напряжения снижается и потребление электроэнергии. С помощью переключателя мотор подключается к нужной части обмотки и тогда напряжение меняется.

Трансформатор с электронным управлением работает по другой схеме. Он имеет транзисторную схему, и, модулируя импульсы, может менять напряжение плавно. Чем короче импульсы и длиннее паузы между ними, тем меньше напряжение.

chema2

Ступенчатый трансформаторный регулятор

В работе этого прибора используется трансформатор. Это обычный трансформатор, только у него одна обмотка и от части витков есть отводы.

Управление регулятора осуществляется путем ступенчатого изменения напряжения. На низких скоростях уровень шума понижен.

Обычно используется пять ступеней напряжения, то есть вентилятор будет иметь пять скоростей вращения. Такой регулятор можно использовать и для реверсивных вентиляторов, и для нескольких аппаратов одновременно. Максимальная мощность вентилятора должна быть не более 80 Вт.

Автотрансформатор с электронным управлением

Эти модели относятся к разряду наиболее надежных и мощных. По цене это наиболее дорогой прибор. Он имеет небольшие габариты и вес.

Работает такой регулятор по принципу широтно-импульсной модуляции. Изменения импульсов и пауз между ними дает изменение напряжения и, соответственно, скорости вращения вентилятора.

Читайте так же:

Регулировка сцепления на корандо

Прибор имеет пониженный уровень шума, скорость оборотов может понижаться или повышаться ступенчато, в соответствии с понижением или повышением напряжения.

Тиристорные и симисторные контроллеры

Это самые распространенные приборы для регулировки вращения вентиляторов. Они используются для однофазных вентиляторов переменного тока. Тиристорный контроллер изменяет скорость вращения в большую или меньшую сторону в зависимости от изменения напряжения. Может быть установлен в приборах, где есть защита от перегрева.

Симисторный регулятор — это разновидность тиристорного. В нем используется симистор, который равен двум параллельно включенным тиристорам. Приборы могут применяться как для переменного, так и для постоянного тока. Скорость регулирования — от минимально необходимого напряжения до 220 В.

Они имеют небольшой размер и плавно переключают скорость, имеют простую конструкцию. К недостаткам можно отнести повышенный шум и небольшой срок службы.

Корректируем обороты

Работа с разнообразным электрическим инструментом и оборудованием в быту или на производстве непременно ставит вопрос о том, как регулировать обороты электродвигателя. Например, становится необходимым изменить скорость передвижения деталей в станке или по конвейеру, скорректировать производительность насосов, уменьшить или увеличить расход воздуха в вентиляционных системах.

Осуществлять указанные процедуры за счет понижения напряжения практически бессмысленно, обороты будут резко падать, существенно снизится мощность устройства. Поэтому используются специальные устройства, позволяющие корректировать обороты двигателя. Рассмотрим их более подробно.

Частотные преобразователи выступают в качестве надежных устройств, способных кардинальным образом менять частоту тока и форму сигнала. Их основу составляют полупроводниковые триоды (транзисторы) высокой мощности и модулятор импульсов.

Микроконтроллер управляет всем процессом работы преобразователя. Благодаря такому подходу появляется возможность добиться плавного повышения оборотов двигателя, что крайне важно в механизмах с большой нагрузкой. Медленный разгон снижает нагрузки, положительно сказываясь на сроке службы производственного и бытового оборудования.

Все преобразователи оснащаются защитой, имеющей несколько степеней. Часть моделей работает за счет однофазного напряжения в 220 В. Возникает вопрос, можно ли сделать так, чтобы трехфазный мотор вращался благодаря одной фазе? Ответ окажется положительным при соблюдении одного условия.

Читайте так же:

Чем регулировать давление насосной станции

При подаче однофазного напряжения на обмотку требуется осуществить «толчок» ротора, поскольку сам он не сдвинется с места. Для этого нужен пусковой конденсатор. После начала вращения двигателя оставшиеся обмотки будут давать недостающее напряжение.

Существенным минусом такой схемы считается сильный перекос фаз. Однако он легко компенсируется включением в схему автотрансформатора. В целом, это довольно сложная схема. Преимущество же частотного преобразователя заключается в возможности подключения моторов асинхронного типа без применения сложных схем.

Контроллер оборотов двигателя с Aliexpress

На задней панели регулятора оборотов имеется шлейф проводов, в котором одна пара – это «фаза» и «ноль» и вторая пара идёт к таходатчику электронного двигателя. Если через контроллер подсоединить к двигателю от стиральной машины только 2 основных провода, то мотор будет работать при максимальных оборотах. Для того чтобы появилась возможность регулировать обороты потребуется обязательно соединить провода, идущие от таходатчика.

Подключать к такому устройству можно не только двигатели от стиральной машины, но и моторы, снятые со старых дрелей и других ненужных электроинструментов. Главное при подготовке к работе правильно осуществить монтаж электрической системы. Работа по соединению регулирующего устройства с двигателем должна осуществляться в такой последовательности:

Соединить провода, идущие от контроллера с мотором. При этом важно не перепутать назначение каждого проводника.
Включить вилку устройства в сеть.
Перевести положение реостата в положение «0».
Нажать кнопку включения.
Плавным движением реостата выбрать оптимальный режим вращения ротора.

Если регулятор оборотов будет использоваться только с одним потребителем электроэнергии, то после окончания работ достаточно выключить устройство на передней панели, а также отключить его от сети.

Многие самодельные мастера при подключении контроллера этого типа сталкиваются с одной проблемой. Провода, идущие от реостата, оформляются в разъём, который не подходит к штатному гнезду двигателей большинства моделей стиральных машин. Решается эта проблема перепайкой подходящей штекерной колодки, которую можно приобрести в специализированных магазинах либо снять со стиралки, с который был удалён двигатель.

Читайте так же:

Как мне отрегулировать клапана 2109

Коммутация обмоток

Это простейший способ изменения скорости двигателя, но затратный по сборке. Часто применяется в напольных вентиляторах как максимально незаметный. В результате пара-тройка кнопок на стойке позволяют выполнить необходимые манипуляции. Обычно двигатели указанного типа показывают две, три или четыре скорости. Как правило, это модели с короткозамкнутым ротором.

Минус описанного технического решения в том, что теряется мощность на низких скоростях, используется лишь часть обмотки. На практике тяжело найти мотор с числом обмоток более двух. Анализ показывает, что уже в этом случае расходуется наполовину больше меди, а стали – на 30-40%. Одновременно наблюдается эффект снижения КПД за счёт падения коэффициента мощности (увеличивается реактивное сопротивление). Это прослеживается на примере асинхронных двигателей 220 В с пусковой обмоткой, неизменно отключающейся, когда ротор наберёт обороты. Это делается для снижения доли реактивной мощности.

Две отдельные обмотки дают и преимущества, иначе бы их не использовали. Схема коммутации получается проще, а технические характеристики мотора максимально приближены к заданным. В двигателях с отношением скоростей 1 к 2 непременно применяется единственная обмотка. Две обмотки встречаются в трёхскоростных моделях. Особенно сложны трёхфазные двигатели, где при одинаковом числе номиналов оборотов встречается разное число выводов, что зависит от схемы включения (треугольник, звезда и пр.).

Именно на процесс сборки обращают внимание при конструировании. К примеру, для получения четырёх скоростей с минимальным количеством выводов требуется брать соотношения, как 1 к 2: 500, 750, 1000, 1500 или 500, 1000, 1500, 3000. Иначе количество контактов коммутационного реле сильно возрастает. В итоге большая часть многоскоростных двигателей демонстрирует две обмотки.

Общий принцип использования ШИМ

Управляя скоростью модуляции ШИМ (Pulse Width Modulation, PWM) можно регулировать, к примеру, силу свечения светодиода – данный принцип пояснен на следующем рисунке. Аналогичный механизм используется и для управления скоростью вращения двигателя.

Читайте так же:

Как сделать регулировка на диск сцепление на нексии

Если на представленном рисунке выключатель будет замкнут на протяжении некоторого времени, то на протяжении этого же времени лампочка будет гореть. Если переключатель будет замкнут в течение 8ms и будет разомкнут 2ms в течение интервала 10ms, тогда лампочка будет гореть только в течение интервала 8ms. В рассмотренном примере можно сказать, что среднее выходное напряжение (на лампочке) будет составлять 80% от напряжения батареи.

В другом случае выключатель замыкается на 5ms и размыкается на эти же самые 5ms в течение интервала 10ms, таким образом среднее напряжение на лампочке будет составлять 50% от напряжения батареи. Принято говорить, что если напряжение батареи 5В и цикл занятости составляет 50%, то среднее напряжение на оконечном устройстве (лампочке) будет составлять 2.5В.

В третьем рассмотренном на рисунке случае цикл занятости составляет 20% и поэтому среднее напряжение на оконечном устройстве (лампочке) будет составлять 20% от напряжения батареи.

Применяя все сказанное к рассматриваемому нами примеру управления скоростью вращения двигателем можно сказать, что чем больше будет коэффициент заполнения ШИМ (отношение длительности ON состояния к периоду), тем выше будет скорость вращения двигателя.