Пристрій керування частотою обертання потужного колекторного електродвигуна

Огляд статті А.Л. Бутова, опублікованій
в Радіоаматор № 12 за 2004, с. 22-23.

А.Л. Бутов, с. Курбе, Ярославська обл

Описана в статті конструкція призначена для широтно-імпульсного управління частотою обертання колекторних електродвигунів потужністю до 150 Вт, що застосовуються в електроустаткуванні автомобілів з напругою бортової мережі 12 В. Це пристрій можна також використовувати для регулювання температури низьковольтних паяльників, а при незначній модернізації – для керування яскравістю світіння автомобільних ламп розжарювання.

Принципова електрична схема пристрою показана на малюнку. Воно з успіхом може замінити дискретні перемикачі швидкості обертання електродвигунів на дві-три і більше позицій, як правило, містять потужні, що гасять надлишок струму резистори.

./240820101200002023.jpg

Розробка потужних недорогих р-канальних польових транзисторів збагаченого типу з ізольованим затвором дозволила різко спростити такі пристрої і одночасно значно поліпшити їх параметри. У цієї конструкції, спочатку призначеної для плавного регулювання частоти обертання електродвигунів салонного автомобільного вентилятора і вентиляторів обдування теплим повітрям лобового і заднього стекол, використані польові транзистори типу IRF9Z34, що допускають постійний струм стоку до 18 А.

У даному випадку керування кутовою швидкістю обертання валу колекторного електродвигуна відбувається за допомогою широтно-модульованих імпульсів прямокутної форми з амплітудою, що дорівнює напрузі живлення.

Регулювання частоти обертання електродвигуна Ml проводиться зміною опору здвоєного змінного резистора R2. Коли його опір максимально, розряд конденсатора С1 через резистор R3 і вихід DA1 (висновок 7), виконаний як біполярний транзистор з відкритим колектором, відбувається швидше, ніж його заряд. Тому на виході DA1 (висновок 3) більшу частину часу присутній високий рівень (Шпаруватості імпульсів близько 4, частота перемикання близько 50 Гц).

Коли на виведення 3 DA1 високий рівень, польові транзистори закриті, і напруга живлення на навантаження не подається. При зменшенні опору змінного резистора R2 швидкість заряду конденсатора С1 збільшується, на виході DA1 частота перемикання зростає. При частоті 100 Гц форма імпульсів наближається до меандр, на навантаження надходить приблизно половина від максимальної потужності. При подальшому зменшенні опору резистора R2 час заряду конденсатора С1 до порогового напруги перемикання мікросхеми стає менше, ніж швидкість його розряду. Це призводить до того, що на виході DA1 велику частину часу присутній низький рівень, а значить, більшу частину часу польові транзистори відкриті, на навантаження надходить ще велика потужність, частота обертання двигуна збільшується.

При опорі резистора R2, близькому до мінімального, конденсатор С1 вже не може розрядитися через резистор R3 і висновок 7 DA1 до напруги нижче порогового напруги перемикання виходу DA1, і коливальний процес DA1 зривається. На виході мікросхеми постійно присутня низький рівень, польові транзистори постійно відчинені, на навантаження підступає 100% потужності (без урахування втрат на VT1, VT2, LI, FU1, FU2).

Перемикач SA1 для включення навантаження на максимальну потужність (світлодіод HL1 змінює колір свого свічення із зеленого на жовтий).

Резистор R4 і оксидні конденсатори С2, СЗ утворюють фільтр живлення мікросхеми. VD1, VD2, R7 – захист польовики і м / с. VD3 гасить імпульси самоіндукції двигуна Ml.

Втрати потужності на регулюючих ключах малі. Теплоотвод розмірами 40x45x2, 5 мм. При роботі пристрою з двигуном, що споживає потужність 65 Вт, температура корпусів транзисторів перевищує температуру навколишнього повітря не більше ніж на 8 … 12 ° С.

Заміна:
IRF9Z34 – пара однотипних IRF9540, IRF9532, IRF9Z34, 2SJ176, КП784А, КП785А або один IRF4905
КР1006ВІ1 – NE555, XR-L555
VD3 – будь-яким КД226, КД257, КД411, КД213, BY398, HFA08TB60S
VD1 – КС213Ж, 2С516В, TMZC-13, 2C213E
VD2 – 2С215Ж, КС515А, 2С215Ж
світлодіод – L59, L119, L799 (наприклад, L59EGW, L799SRSGW/CC або аналогічний)
варистор R7 – будь-яким на напругу обмеження 20 … 35 В, наприклад FNR-14K270, FNR-10K330, FNR-20K330
С1 поліетілентерефта-латний К73-17, К73-24В, К73-39
С4, С5 – К10-17
Решта конденсатори – К50-35 або аналоги.
С6, С7 доцільно збільшити до 1000 … 4700 мкФ
постійні резистори – С1-4, С2-23, МЛТ
змінний резистор R2 хорошої якості (ППБ-ЗА, ППБ-1А, СП5-35А, СП5-40А та ін), але можна спробувати СП-1, СП3-30, СП3-33.

Дросель L1 намотаний на залізному кільцевому сердечнику К43х30х22, взятому з імпульсного блоку живлення від комп'ютера "Корвет". Обмотка намотується вчетверо складеним проводом ПЕВ-2 діаметром 0,56 мм і містить 45 витків.

Перемикач SA1 будь-який малопотужний. Самовідновлюються полімерні запобіжники можна замінити одним плавким на 15 … 20 А або електромагнітним размикателем на такий же струм.

Пристрій можна змонтувати в корпусі розмірами 95x95x38 мм з ударостійкого полістиролу. Плату з боку пайки потрібно обов'язково покрити декількома шарами лаку МЛ-92, ФО-98, цапонлаком або клеєм БФ-2, а з боку монтажу – тонким шаром епоксидного клею. Такі заходи необхідні для безвідмовної тривалої роботи конструкції, щоб забезпечити вібро-і влагоустойчівость вироби. Цим же лаком або клеєм потрібно просочити та дросель L1.

Якщо пристрою належить працювати з масивним колекторним електродвигуном потужністю більше 50 Вт, то частоту перемикання мікросхеми бажано зменшити, змінивши номінали елементів R2, Cl, R3. Для більш "м'якого" ходу електродвигуна Ml, по можливості, між виходом пристрої та Ml встановлюють потужний LC-фільтр, що складається, наприклад, з дроселя фільтра харчування або вихідного трансформатора каналу звукового супроводу лампового телевізора, перемотана проводом ПЕВ-2 діаметром 1,35 мм до повного заповнення каркасу (немагнітні зазор для такого дроселя – один шар звичайної офісного паперу щільністю 80 г/м2) і чотирьох конденсаторів ємністю 2200 мкФх25 У кожен, підключених з дотриманням полярності паралельно джерела живлення електродвигуна.

Література

1. Бутов А.Л. Таймер КР1006ВІ1 в управлінні освітленням / / Схемотехніка. – 2003. – № 6. – С.34-37.

2. Голіков В.Ф., гріли І.М., Десницький Е.А., Кузьмич В.І. Найпростіші пристрої на інтегральних мікросхемах. – Мінськ: Білорусь, 1997. -С.86-97.

3. Стабілітрони / / Електрик. – 2002. – № 10.-С. 18-19.

Повний текст статті читайте в журналі Радіоаматор № 12, 2004 р., стор 22-23.