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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Regulador de potencia y velocidad de rotación de un motor eléctrico conmutador monofásico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos El regulador de potencia y velocidad de rotación del rotor de un motor eléctrico de conmutador monofásico está diseñado para facilitar el funcionamiento (ampliando las capacidades) del taladro eléctrico IE1032 y otras máquinas eléctricas domésticas que utilizan motores de conmutador de CA con una potencia de hasta 1,2 kW. . Los motores eléctricos de conmutación monofásicos con excitación secuencial se utilizan ampliamente en electrodomésticos cuando se requieren altas velocidades de rotación: aspiradoras, pulidoras de pisos, máquinas de coser, exprimidores, molinillos de café, máquinas de cocina universales, herramientas manuales para trabajar la madera y el metal (taladros eléctricos). ), cepillos eléctricos y mucho más. Los motores de colector monofásicos se describen en [1]. Se alimentan tanto de red CA como de red CA y CC (universal). Si el motor eléctrico es universal, entonces sus devanados inductores tienen derivaciones (Fig. 1).
El taladro IE1032 utiliza un motor tipo KNII-420/220-18, que no es universal. Está fabricado según el circuito de la Fig. 2 y puede alimentarse únicamente desde una red de CA, pero no desde corriente continua o corriente pulsante con una frecuencia de 100 Hz, como se describe en [2]. Este circuito se hizo, pero no funcionó.
La regulación de la potencia y la velocidad de rotación del rotor para dichos motores se puede llevar a cabo regulando la tensión de alimentación mediante un autotransformador (por ejemplo, LATR) o mediante el método de amplitud-fase utilizando un controlador de potencia (en este caso, en un tiristor). Al elegir un circuito regulador se debe tener en cuenta lo siguiente: facilidad de fabricación; la posibilidad de regular suavemente la velocidad de rotación y la potencia en todo el rango de control; inclusión conveniente y correcta del motor eléctrico en aquella sección del circuito por la que fluye una corriente sinusoidal con una frecuencia de 50 Hz; confiabilidad en la operación. La Figura 3 muestra en qué sección del circuito no se puede encender el motor eléctrico, en la Figura 4, cuál debe encenderse.
Para controlar el tiristor regulador se eligió un circuito oscilador de relajación basado en un transistor unijunción [3]. Ventajas del regulador: número mínimo de elementos, facilidad de fabricación, pequeñas dimensiones, ajuste suave, alta estabilidad en funcionamiento, alta confiabilidad (durante 5 años de funcionamiento no hubo ni una sola falla), ausencia de un componente constante en la carga, ya que una corriente simétrica fluye a través de los semiciclos positivo y negativo del tiristor de la tensión de alimentación. El diagrama esquemático del regulador se muestra en la Fig.5.
Especificaciones del regulador:
Cuando el regulador está funcionando, el tiristor está bajo un voltaje pulsante rectificado con una amplitud máxima Umax = 1,4 Ueff = 310 V. Por lo tanto, el voltaje inverso del tiristor debe ser mayor que este valor. El generador de relajación funciona con el mismo voltaje, pero limitado por dos diodos zener D814V conectados en serie a 20 V. El regulador funciona de la siguiente manera. Cuando se conecta a la red desde la salida del rectificador, se suministra un voltaje pulsante al tiristor y un voltaje sinusoidal limitado al generador de relajación. El condensador C1 comienza a cargarse a través de las resistencias R1 - R4. La resistencia total de estas resistencias es de 46 kOhm. A medida que el capacitor se carga, el voltaje a través de él aumenta, y cuando se alcanza el voltaje de activación en el emisor VT1 (UC1 = UE.on), el transistor unijunción se desbloquea y el capacitor C1 se descarga a través del circuito emisor-base1 VT1, resistencia R6. La resistencia de la base del emisor en estado abierto es de 5 a 20 ohmios [3], la resistencia de la resistencia R6 = 150...200 ohmios. La constante de tiempo del circuito de descarga del condensador es pequeña y se forma un breve pulso de polaridad positiva en la resistencia R6. Al seleccionar la resistencia de la resistencia R6, puede ajustar el umbral de desbloqueo UE.on del transistor y la amplitud del pulso de control, que debe ser de 5-7 V (óptimo para el funcionamiento estable del tiristor). Se suministra un pulso corto de polaridad positiva desde la resistencia R6 al electrodo de control del tiristor, este último se abre y enciende la carga. En estado abierto, la caída de voltaje a través del tiristor es de 1,5-2 V. Este voltaje se suministra como fuente de alimentación para el generador de relajación, lo desvía y lo apaga. Por lo tanto, el generador de relajación no entra en modo de autooscilación, sino que durante un medio ciclo de tensión de red genera sólo un impulso de control y se apaga antes de que llegue el siguiente. El tiristor permanece abierto hasta el final del semiciclo y se cierra al final del semiciclo. Con la llegada del siguiente semiciclo al ánodo del tiristor, que aún está cerrado, el voltaje rectificado a través de las resistencias R7, R8, limitado por los diodos Zener VD1 VD2, ingresa al circuito de potencia del generador de relajación. El condensador C1 comienza a cargarse y el ciclo se repite. El momento en que se abre el tiristor está determinado por la constante de tiempo del circuito de carga del condensador C1. Este circuito contiene una resistencia variable R1, con la que se puede cambiar el par de desbloqueo, por tanto, regular la velocidad de rotación del eje del motor eléctrico y su potencia. Con un ángulo de desbloqueo mínimo (ϕ min), el motor desarrolla la velocidad máxima y el ángulo de desbloqueo depende del tipo de motor (dentro de las características técnicas del regulador) y no cambia dentro de los límites de ajuste. Con ángulo de desbloqueo máximo ϕmax. el motor desarrolla una velocidad mínima y el ángulo de disparo depende del tipo de motor (su potencia, peso del rotor, fricción en escobillas y cojinetes, etc.). Cuanto mayor es la potencia del motor, más pesado es el rotor, mayor es la fricción, mayor es la corriente requerida del regulador, por lo tanto, menor será el ángulo máximo de disparo. Cada tipo de motor tiene su propio ángulo máximo de disparo del tiristor. Seleccionamos los elementos del circuito de carga del condensador C1 y determinamos el rango de cambio en el ángulo de control ∆ϕ: ∆ϕ = ϕmax - ϕ min. La Figura 6 muestra un medio ciclo de la tensión de red sinusoidal y la tensión limitada a 20 V. Dado que la relación 20/310 = 0,0645, entonces para senωt = 0,0645 se encontró el ángulo mínimo posible ωt = 3°45'.
La resistencia variable R1, con cuya ayuda se cambia el ángulo de disparo en el rango ∆ϕ, es de alta resistencia y tiene un salto inicial de resistencia, es decir al girar el mando, por ejemplo, desde la posición extrema izquierda, la resistencia salta de 0 a 5 kOhm. También hay un salto desde la posición extrema derecha, y es diferente al izquierdo. El valor de este salto para cada resistencia variable es individual. La resistencia R3 se elige igual al valor del salto inicial, es decir 5,1 kOhmios. Determina el ángulo mínimo de disparo del tiristor ϕ min. Si el control deslizante de la resistencia R1 está en la posición más baja según el diagrama, entonces la resistencia del circuito de carga del condensador C1 consistirá en las resistencias R3 y R4 conectadas en paralelo con una resistencia total de 4,85 kOhm (en la otra posición extrema, como ya se indicó, la resistencia total es de 46 kOhm). Hagamos un cálculo aproximado de dos curvas de carga de condensadores (exponentes) en las posiciones extremas del potenciómetro R1, dibujemos gráficos (Fig. 7), determinemos los ángulos fmin, fmax y el rango de control f.
Para simplificar el cálculo y facilitar la elaboración de gráficos, haremos algunas simplificaciones: aceptamos Rtot. min = 5 kOhm, no 4,858 kOhm (error 3%), aceptamos Rtot. max = 46 kOhm, y no 45,858 kOhm (error del 3%), también tomamos la tensión sinusoidal limitada como una tensión de pulso rectangular de la misma duración que un semiciclo de la tensión de red T/2 = 10 ms. Voltaje a través del capacitor C1 en el tiempo t Nosotros \u1d U (XNUMXer -t/RC), donde U = 20 V es un voltaje sinusoidal limitado. Constante de tiempo del circuito de carga a Rtot min = 5 kOhm en τ1 = Rtot minC1= 5 H 0,1 = 0,5 ms, a Rtotal máx = 46 kOhm τ2 = Rtotal máxC1 = 46 H 0,1 = 4,6 ms. Como ejemplo, damos un procedimiento detallado para calcular el voltaje en un capacitor, por ejemplo, para el primer punto t = RC/2. Uñ = U(1º -t/RC) = U(1er -1/2) = U(1 - 1/√е) = 20(1 - 1/√2,7183) = = 20 (1 - 1/1,6487) = 20 (1 - 0,6) = 20 H 0,4 = 8 V. Esto significa que en el tiempo t = τ1/2 = 0,5/2 = 0,25 ms, el condensador C1 se cargará a un voltaje Uс = 8 V. Los datos calculados se resumen en la tabla.
El gráfico de la Fig. 7 muestra:
Además, en ordenadas está marcado Ue.on: el umbral de funcionamiento del transistor unijuntura VT1; en la abscisa - τ1 y τ2 (en milisegundos y grados eléctricos), la duración del pulso que alimenta el generador de relajación (en milisegundos y grados eléctricos), marcada como ϕmin, ϕmax y ∆ϕ para un controlador real. En la escala de fase, el precio de una división grande de 1 cm con una resistencia de -18°, el precio de una división pequeña de 1 mm es de 1,8°. Determinemos gráficamente los ángulos de disparo mínimo y máximo del tiristor ϕmín = 2⋅1,8° = 3,6° = 3°36'. ϕmáx = 20⋅1.8°° = 36°°. Tengamos en cuenta el error aproximando el voltaje sinusoidal limitado a uno rectangular. Determinemos sinωt cuando el voltaje en el capacitor C1 es igual al umbral de desbloqueo del transistor VT1. Nosotros \u7d Ue.on \uXNUMXd U \uXNUMXd XNUMX V; senωt = 7/310 = 0,0226. Según la tabla de senos, determinamos el ángulo ωt = 1°18'. Entonces ϕmin = 3°36' + 1°18' = 4°54'; ϕmáx = 36° + 1°18' = 37°18'. Teniendo en cuenta otros errores asociados con las simplificaciones adoptadas al construir los gráficos de la Fig. 7, con un grado suficiente de confiabilidad podemos aceptar los ángulos ϕmin = 6°; ϕmáx = 37°. Así, el ángulo de disparo del tiristor se puede controlar de 6 a 37°. Rango de ángulo de control ∆ϕ = ϕmáx - ϕmín = 31°, pero no 170°, como se indica en [4, p. 202]. En un ángulo ϕmax = 170° no funcionará ningún motor diseñado para una tensión de funcionamiento de 220 V. La configuración del regulador consiste en seleccionar la resistencia de las resistencias del circuito de carga del condensador C1 (R1, R2, R3, R4) para un motor colector monofásico específico en el ángulo máximo de disparo del tiristor (el motor R1 está en su extremo posición superior). Con un ángulo de apertura mínimo, no es necesario ningún ajuste. Cuando el control deslizante de la resistencia R1 está instalado en la posición más baja según el circuito (R1 está en cortocircuito), el ángulo de disparo del tiristor es mínimo y el motor eléctrico desarrolla la velocidad máxima. Al mover el motor hacia arriba, aumentamos la resistencia del circuito de carga, la velocidad de rotación disminuye y en la posición más alta del motor el motor eléctrico debe funcionar de manera estable a la velocidad mínima. Si el motor funciona de manera inestable y se detiene debido a ligeras fluctuaciones en el voltaje de la red, entonces es necesario reducir la resistencia del circuito de carga, es decir, reduzca la resistencia de la resistencia R1 conectando en lugar de R2 = 390 kOhm una resistencia de menor resistencia 360, 330 kOhm, ... etc. Y viceversa, si en la posición superior del motor la velocidad de rotación aún es alta y es necesario reducirla, entonces se debe reemplazar la resistencia R2 por una resistencia de mayor resistencia 430, 470 kOhm, etc., hasta retirarla del circuito. Esto completa el ajuste. El regulador fabricado según este esquema funciona de manera estable y durante 5 años de funcionamiento no ha habido ni una sola falla, ha mostrado buenos resultados tanto a altas como a bajas velocidades con carga variable en el taladro. Al fabricar el regulador, es necesario asegurarse de que cuando se gira la perilla de control de velocidad (resistencia R1) hacia la derecha, la velocidad de rotación aumenta, para esto se debe crucificar la resistencia R1 de manera que cuando se gira la perilla hacia la derecha, la resistencia disminuye. El uso del método de amplitud-fase conduce a una distorsión significativa de la tensión sinusoidal y a la aparición de muchos armónicos más altos, por lo que existe la necesidad de protección adicional contra interferencias introduciendo dos filtros adicionales en el circuito de alimentación del taladro C2, R9. y al circuito de alimentación del regulador C3, R10. Diseño de regulador. El regulador se fabrica en dos versiones. La primera opción se describe arriba, la única diferencia está en el tipo de diodos rectificadores utilizados (indicados entre paréntesis en el diagrama del circuito). Las placas de circuito impreso están hechas de láminas de fibra de vidrio y getinax con un espesor de 1,5 a 2 mm. La figura 8 muestra dos placas de circuito impreso para la primera versión del regulador.
El tablero de la Fig. 8,a se usa cuando los filtros C2, R9 y C3, R10 se fabrican mediante montaje montado, el tablero de la Fig. 8,b se usa cuando los filtros se colocan en el tablero. La figura 9 muestra una placa de circuito impreso para la segunda versión del regulador.
Los filtros se fabrican mediante montaje con bisagras. Puede hacer un tablero junto con filtros de manera similar (Fig. 8, b) para la primera opción. La placa de circuito impreso y otras partes del regulador se colocan en una caja de plástico. Al cuerpo de la caja se fijan una resistencia variable R1 y R2, un enchufe para conectar un taladro y un cable de alimentación de 1,5 m de largo con un enchufe en el extremo. Los filtros C2, R9 y C3, R10 se montan en bastidores de montaje muy cerca del cable de alimentación y del enchufe para conectar un taladro. En el cuerpo de la caja, debajo del mango de la resistencia R1, hay una escala con divisiones convencionales. Detalles. El rectificador utiliza diodos KD202R, diseñados para una corriente rectificada promedio de 5 A. En su lugar, puede utilizar KD202K, KD202M. En la segunda versión del regulador se utilizan diodos D231. Puede utilizar D231A, D231B, D232, D233, D234 con cualquier índice de letras y otros tipos de diodos, diseñados para una corriente rectificada promedio de 10 A y un voltaje inverso de 300 V o más. El tiristor KU202M se puede reemplazar con KU202 N, diodos Zener D814V, por cualquier otro con un voltaje de estabilización total de 18-20 V. KT117 se puede usar con cualquier índice de letras. El condensador C1 se puede utilizar del tipo KLS, KM, K10U-5. Los condensadores C2 y C3 del tipo K40P-2B se pueden reemplazar por otros de papel con un voltaje de funcionamiento de al menos 400 V. Una resistencia variable del tipo SP-1 se puede reemplazar con una resistencia de cualquier otro tipo y de cualquier tamaño. Para operar un taladro con este regulador, no es necesario instalar interruptores adicionales. Un interruptor bipolar instalado en un taladro es suficiente. El voltaje se suministra al regulador y se elimina mediante el interruptor del taladro. A pesar de que el regulador fue diseñado para alimentar motores eléctricos monofásicos con escobillas, si es necesario, se le puede conectar cualquier carga activa (calentadores) de la potencia adecuada. Literatura:
Autor: VV Pershin
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