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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Controlador de accionamiento eléctrico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos El controlador de velocidad del motor, que estabiliza su velocidad cuando cambia la carga, aumenta significativamente las capacidades operativas de electrodomésticos como un taladro eléctrico, una sierra eléctrica, un procesador de alimentos, etc. Un controlador de media onda simple y efectivo de una excitación en serie Se conoce un motor eléctrico de colector, que estabiliza la velocidad de rotación debido a la retroalimentación por la magnitud de la fuerza contraelectromotriz que se produce en el rotor del motor y depende de su carga. Desafortunadamente, dicho regulador tiene un inconveniente importante: utiliza un tiristor altamente sensible con una corriente de apertura de menos de 100 μA. Es casi imposible encontrar un reemplazo para él. En el artículo publicado, el autor ofrece su propia versión de la solución de diseño de circuitos para el regulador, en la que se eliminan las restricciones en los parámetros del tiristor. Antes de continuar con la descripción del controlador de accionamiento eléctrico modernizado, detengámonos brevemente en el principio de funcionamiento de un dispositivo de control simple [1]. Su diagrama esquemático se muestra en la fig. 1. Este es un puente, cuyo hombro izquierdo está formado por el divisor de voltaje de red R1 - R2C1 - VD1, y el derecho, por el tiristor VS1 y el motor M1. La transición de control del tiristor está incluida en la diagonal del puente. La señal que abre el tiristor es la suma de las señales que se suman en antifase: la tensión de red, establecida por la resistencia R2 del motor, y la fuerza contraelectromotriz del rotor del motor. Cuando el voltaje permanece sin cambios, el puente está equilibrado y la velocidad del motor tampoco cambia. Un aumento de la carga en el eje del motor reduce su velocidad y, en consecuencia, reduce el valor de la fuerza contraelectromotriz, lo que conduce a un desequilibrio del puente. Como resultado, la señal a la transición de control del tiristor aumenta, y en el siguiente medio ciclo positivo se abre con menos retraso, aumentando así la potencia suministrada al motor. Como resultado, la disminución de la velocidad del motor debido al aumento de la carga resulta ser significativamente menor de lo que sería en ausencia del regulador.
En este caso, la regulación es muy estable, ya que el desajuste se elimina en cada medio ciclo positivo de la tensión de red. Sobre todo, el efecto de estabilización se expresa a velocidades bajas y medias del motor. Con un aumento en el voltaje de regulación a través de la resistencia R2 y un aumento en la velocidad del motor, empeora el grado de mantenimiento de una velocidad constante del motor. El tiristor VS1 en el regulador realiza dos funciones: umbral, según la señal de desajuste del puente y potencia, según la corriente conmutada a través del motor. Los diodos VD1, VD2 proporcionan una operación de media onda del dispositivo, ya que la comparación de voltajes de la resistencia R2 y la fuerza contraelectromotriz solo es posible en ausencia de corriente a través del motor. El capacitor C1 en el divisor de voltaje de red expande la zona de regulación hacia bajas velocidades, y el capacitor C2 en el circuito del electrodo de control del tiristor reduce la sensibilidad del regulador a las chispas del cepillo del motor. El modo de media onda del motor conduce a una disminución en la potencia de salida. Para lograr la máxima potencia y velocidad, desvíe el tiristor presionando el botón SA1. En este caso, ambas semiondas de la tensión de red se suministrarán al motor. Como ya se mencionó, el principal inconveniente del controlador considerado es la necesidad de utilizar un tiristor de alta sensibilidad con una corriente de apertura de menos de 100 μA, que es prácticamente nada para reemplazar. La introducción de un transistor análogo del tiristor le permite eliminar las restricciones en los parámetros de apertura de VS1 mientras mantiene las mismas características de control. La instalación de un diodo zener en el divisor de voltaje de la red reduce los cambios en la velocidad del motor con fluctuaciones en el voltaje de suministro. El esquema del regulador actualizado se muestra en la fig. 2. Al igual que el dispositivo discutido anteriormente, el regulador funciona solo con una media onda positiva del voltaje de la red.
El voltaje de desajuste del puente a través del diodo VD2 y la resistencia R10 se suministra a la unión base-emisor del transistor VT2. La sensibilidad de este dispositivo y la calidad de su regulación son mayores, ya que el voltaje de apertura de los transistores es significativamente menor que el de los tiristores. La corriente de control, por analogía con el regulador que se muestra en la fig. 1 se elige para que sea de 0,1 mA derivando la unión del transistor con la resistencia R7. Si el voltaje proveniente del motor de la resistencia R2 es mayor que el voltaje en el rotor del motor, entonces el transistor VT2 se abre y abre VT1. Estos dispositivos forman un análogo de un tiristor y, cuando se encienden, forman un poderoso pulso de la corriente de descarga del capacitor C3, que, a través de la resistencia limitadora de corriente R9, se alimenta al electrodo de control del triac VS1. El triac se enciende, se aplica voltaje al motor y aumenta el número de revoluciones. Si el voltaje en la resistencia R2 es más bajo que en el rotor del motor, el triac no se encenderá, el número de revoluciones disminuirá. El condensador de almacenamiento C3 se carga desde la red a través de la resistencia R5. El diodo Zener VD4 limita el voltaje a través del capacitor a un nivel algo más alto que el posible voltaje de apertura de triacs o tiristores. Además, el diodo zener elimina la apariencia de voltaje inverso en los transistores del amplificador. El condensador C4, además de reducir la interferencia por chispas de las escobillas del motor, cumple la función de integración en el circuito de realimentación. Un aumento de su capacidad aumenta la estabilidad del regulador, lo que es necesario en caso de contacto deficiente de las escobillas, acompañado de su fuerte chispeo, o al configurar velocidades extremadamente bajas, cuando puede ocurrir el llamado "oscilación" de revoluciones. Sin embargo, debe recordarse que con un aumento en la capacitancia del capacitor C4, las características dinámicas del variador se deterioran y la calidad de la estabilización de la velocidad disminuye. La constante del circuito R5C3 es tal que el capacitor C3 se carga más rápido que la carga del capacitor C4. Esto se hace para que en cualquier momento posible de apertura del transistor VT2, el voltaje de operación necesario para generar un pulso de arranque ya esté presente en el capacitor C3. A veces, tal condición puede violarse con un fuerte desequilibrio del puente, cuando el motor está detenido (baja resistencia del rotor) y el voltaje máximo en el motor de la resistencia R2 (gran corriente de apertura del divisor). Como resultado, los transistores se abren antes de que se complete la carga del condensador C3, no hay voltaje en él y no se forma el pulso de corriente de descarga. La corriente que fluye a través de la resistencia R5 es suficiente para mantener encendidos los transistores, pero pequeña para encender el triac y, por lo tanto, el motor no gira. Tal posibilidad puede considerarse positiva, ya que en este caso, incluso cuando la transmisión está atascada, el motor está apagado. Si no es deseable, se elimina mediante alguna disminución en la resistencia de las resistencias R5 - R7 y (o) un aumento en la resistencia de la resistencia R1. La magnitud y la forma del voltaje a través de la resistencia R2 son prácticamente independientes del cambio en el voltaje de la red debido a la presencia del limitador R4 - VD1. Como resultado, las fluctuaciones en el voltaje de suministro no conducen a la inestabilidad del ángulo de fase establecido de la apertura del triac. La inestabilidad del voltaje de red de la velocidad del motor establecida también se reduce significativamente. Con un ángulo de fase constante, la velocidad cambia solo debido a un cambio en la amplitud del voltaje en el motor. Una característica del regulador descrito es el uso de un triac. El hecho es que la conmutación de la velocidad máxima al cerrar el circuito "ánodo-cátodo" supone la presencia de contactos instantáneos SA1 con suficiente poder de corte. Si los contactos se hacen de manera diferente, pueden producirse chispas o un arco eléctrico en ellos. Este último es altamente indeseable, ya que conduce a la quema de los contactos y la placa de circuito impreso y, por lo tanto, es un riesgo de incendio. El triac le permite transferir la conmutación al circuito del electrodo de control, lo que elimina por completo las chispas en los contactos, simplifica su diseño y vinculación a la resistencia de control R2. Al regular, el triac funciona como un tiristor, y cuando los contactos están cerrados, pasa corriente alterna al motor. Los transistores durante el estado abierto del triac están bloqueados y no funcionan. La inclusión de los devanados del estator y del rotor que se muestran en el diagrama del regulador es óptima para motores con extremos de devanado de salida separados. Cuando se utilizan motores con una conexión interna de los devanados del rotor y el estator, se conectan en lugar del devanado del rotor que se muestra en el diagrama, y el circuito del devanado del estator se reemplaza con un puente. Sin embargo, debido a la presencia de un devanado de estator en el circuito de retroalimentación, la última versión del regulador tiene características de control de velocidad ligeramente peores. Los condensadores C2, C6 eliminan la interferencia y el circuito R11C5 suprime las chispas de las escobillas. La resistencia R1 limita los límites de regulación del estado abierto del triac al comienzo de un semiciclo positivo. Con un aumento en la carga en el eje, la fuerza contraelectromotriz del motor cambia adicionalmente el momento de desbloquear el triac al comienzo del semiciclo en relación con la posición establecida por la resistencia de ajuste R2 en reposo. Si la resistencia R1 se seleccionó en reposo, entonces bajo carga, el contra-EMF, por así decirlo, transfiere el momento de apertura del triac para el comienzo del medio ciclo. Como resultado, se abre después de un período y se produce una "caída" (disminución) en la velocidad en la posición superior del control deslizante de la resistencia R2. Este fenómeno se elimina aumentando la resistencia de la resistencia R1. Durante el desarrollo, el regulador se probó con varios motores colectores: DK77 (para electrodomésticos y herramientas eléctricas), MSH-2 (para máquinas de coser) e incluso con un motor de excitación paralelo SL261M. El control de motores tan significativamente diferentes no requirió ningún cambio en el regulador. Cuando se utiliza un motor con excitación en paralelo, se debe tener en cuenta que el devanado de su estator debe ser alimentado desde una fuente externa separada y, además, antes de que se aplique voltaje a través del regulador a la armadura. Las capacidades del regulador ilustran las características de carga (línea continua sin VD1, línea discontinua con VD1), tomadas con el motor DK77-280-12 a una velocidad de ralentí de 1500 rpm y varios voltajes de red (Fig. 3). Este motor de 400 W a 1200 rpm se frena fácilmente con una mano apoyada en su eje hasta detenerse por completo si se alimenta a través de un autotransformador, poniendo la misma velocidad a 1500 rpm en ralentí.
Con una ligera complicación en relación con el prototipo, el controlador es completamente acrítico a la difusión de los parámetros de los elementos. Como triacs son aplicables TS, TS2, 2TS112 y TS106 para corrientes de 6,3-10-16 A, así como KU208G o 2U208G para 5 A. También se pueden utilizar tiristores KU201L, 2U201L, KU202N-M, 2U202N-M, KU228I y otros siempre que se instale un contactor a lo largo del circuito "ánodo-cátodo". La necesidad de eliminación de calor está determinada por la magnitud de la corriente de carga. Los transistores deben permitir una corriente de al menos 250 mA y un voltaje de al menos 15 V. Las funciones VT1 pueden ser realizadas por KT350A, KT209 (A-M), KT501A, KT502A (B-E), KT661 A, KT681A y otros, y VT2 - KT503A (B -E), KT645A, KT660A (B), KT684A (B) y otros de similares características. Los diodos pueden ser para una corriente de al menos 10 mA y un voltaje de al menos 400 V - KD105 (B-G), KD209 (A-V), KD221 (V-G), KD226 (V-D), D209, D210, D211, D226, D237 ( ANTES DE CRISTO). El diodo zener VD1 es adecuado para una tensión de estabilización de 120 ... 180 V (KS630A, KS650A, KS680A, 2S920A, 2S950A, 2S980A) y puede sustituirse por una cadena de diodos zener de baja potencia conectados en serie para una tensión total de 150v Diodo Zener VD4: cualquier potencia baja con un voltaje de estabilización de 9 ... 11 V, excepto los compensados térmicamente. Condensadores C1-C4: cerámica KM, KM-6, K10-17 o película K73-17. Condensadores C5, C6 - K73-17 con una tensión nominal de 630 V (no se pueden utilizar condensadores de otros tipos y K73-17 para una tensión nominal inferior). Resistencias fijas - MLT o cualquier otra. Resistencia R2 - RP1-64A, puede ser reemplazada por cualquier resistencia variable sin cable con una característica lineal (SPZ-4M, SPZ-6, SPZ-9, etc.). La elección de una resistencia con una característica logarítmica inversa (B) ampliará la suavidad de la regulación en la zona de bajas velocidades del motor. Resistencia de corte R3 - SPZ-27, SPZ-38. Se puede reemplazar con una resistencia constante seleccionada. El interruptor de velocidad máxima SA1 está hecho en forma de un contacto de placa de resorte móvil y un soporte fijo en el tablero del regulador. Entre la resistencia R2 y el contacto móvil hay un manguito de plástico adaptador con una leva, que asegura el cierre del contacto móvil con la cremallera en la posición superior de la resistencia variable R2 según el esquema. Al ajustar el regulador, el control deslizante de la resistencia R2 debe colocarse en la posición más baja de acuerdo con el diagrama y la velocidad mínima deseada del motor debe establecerse con la resistencia de sintonización R3. Además, al cambiar la posición del control deslizante de la resistencia R2, debe verificar el cambio de velocidad de mínimo a máximo, la ausencia de una "oscilación" de revoluciones a la velocidad mínima sin carga, la ausencia de una "caída" en revoluciones a la máxima velocidad del modo de media onda bajo carga, así como el funcionamiento de los contactos de máxima velocidad. La oscilación se elimina aumentando la capacitancia del condensador C4, y la caída se elimina aumentando la resistencia de la resistencia R1, después de lo cual se especifica nuevamente la posición del control deslizante de la resistencia R3. En conclusión, cabe señalar que en los reguladores de este tipo, el tacómetro es el motor eléctrico ejecutivo y la tensión de realimentación está determinada por la magnetización residual del circuito magnético del motor y la estabilidad del contacto de la escobilla. Por esta razón, la calidad de la regulación depende directamente de las características especificadas del motor utilizado. Sin embargo, la extrema simplicidad del dispositivo de control y las buenas características de carga compensan completamente esta deficiencia. Literatura
Autor: V. Zhgulev, Serpukhov, Región de Moscú
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