Výkonný PWM regulátor. Digitální PWM kartáčovaný regulátor otáček motoru Reverzibilní PWM regulátor otáček motoru

Při práci s mnoha různými technologiemi často vyvstává otázka: jak řídit výkon, který je k dispozici? Co dělat, když je třeba snížit nebo zvednout? Odpovědí na tyto otázky je PWM regulátor. Co je zač? Kde se používá? A jak si takové zařízení sestavit sami?

Co je pulzně šířková modulace?

Bez objasnění významu tohoto pojmu nemá smysl pokračovat. Modulace šířky pulzu je tedy proces řízení výkonu, který je dodáván do zátěže, prováděný úpravou pracovního cyklu pulzů, který se provádí při konstantní frekvenci. Existuje několik typů pulzně šířkové modulace:

1. Analogové.

2. Digitální.

3. Binární (dvouúrovňové).

4. Trojice (tříúrovňová).

Co je PWM regulátor?

Nyní, když víme, co je pulsně šířková modulace, můžeme mluvit o hlavním tématu článku. Regulátor PWM se používá k regulaci napájecího napětí a k zabránění silnému setrvačnému zatížení v automobilech a motocyklech. Může to znít složitě a nejlépe se to vysvětluje na příkladu. Řekněme, že potřebujete, aby lampy vnitřního osvětlení neměnily svůj jas okamžitě, ale postupně. Totéž platí pro obrysová světla, světlomety aut nebo ventilátory. Toto přání lze realizovat instalací tranzistorového regulátoru napětí (parametrického nebo kompenzačního). Ale s velkým proudem bude generovat extrémně vysoký výkon a bude vyžadovat instalaci dalších velkých radiátorů nebo doplnění v podobě systému nuceného chlazení pomocí malého ventilátoru odstraněného z počítačového zařízení. Jak vidíte, tato cesta s sebou nese mnoho důsledků, které bude třeba překonat.

Skutečnou záchranou z této situace byl PWM regulátor, který pracuje na výkonných výkonových tranzistorech s efektem pole. Mohou spínat vysoké proudy (až 160 A) pouze s 12-15V hradlovým napětím. Je třeba poznamenat, že odpor otevřeného tranzistoru je poměrně nízký a díky tomu lze výrazně snížit úroveň ztrátového výkonu. K vytvoření vlastního PWM regulátoru budete potřebovat řídicí obvod, který dokáže zajistit rozdíl napětí mezi zdrojem a hradlem v rozsahu 12-15V. Pokud toho nelze dosáhnout, výrazně se zvýší odpor kanálu a výrazně se zvýší ztrátový výkon. A to zase může způsobit přehřátí a selhání tranzistoru.

Vyrábí se celá řada mikroobvodů pro PWM regulátory, které snesou zvýšení vstupního napětí na úroveň 25-30V i přes to, že napájení bude pouze 7-14V. To umožní, aby byl výstupní tranzistor zapnut v obvodu spolu se společným kolektorem. To je zase nutné pro připojení zátěže se společným mínusem. Příklady zahrnují následující vzorky: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Většina zátěží neodebírá více než 10 ampér proudu, takže nemohou způsobit poklesy napětí. A díky tomu můžete používat jednoduché obvody bez úprav v podobě přídavné jednotky, která zvýší napětí. A právě o těchto vzorcích PWM regulátorů bude v článku řeč. Mohou být postaveny na bázi asymetrického nebo pohotovostního multivibrátoru. Stojí za to mluvit o regulátoru otáček motoru PWM. Více o tom později.

Schéma č. 1

Tento obvod regulátoru PWM byl sestaven pomocí čipových invertorů CMOS. Jedná se o obdélníkový generátor impulzů, který pracuje na 2 logických prvcích. Díky diodám se zde samostatně mění časová konstanta vybíjení a nabíjení frekvenčně nastavujícího kondenzátoru. To umožňuje změnit pracovní cyklus výstupních impulsů a v důsledku toho hodnotu efektivního napětí, které je přítomno na zátěži. V tomto obvodu je možné použít libovolné invertující prvky CMOS, stejně jako NOR a AND.Příklady zahrnují K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5. Můžete použít jiné typy, ale předtím si budete muset dobře rozmyslet, jak správně seskupit jejich vstupy, aby mohly plnit přiřazenou funkcionalitu. Výhodou schématu je dostupnost a jednoduchost prvků. Nevýhodou je obtížnost (téměř nemožnost) úpravy a nedokonalost ohledně změny rozsahu výstupního napětí.

Schéma č. 2

Má lepší vlastnosti než první vzorek, ale je obtížnější implementovat. Dokáže regulovat napětí efektivní zátěže v rozsahu 0-12V, na které se mění z výchozí hodnoty 8-12V. Maximální proud závisí na typu tranzistoru s efektem pole a může dosáhnout významných hodnot. Vzhledem k tomu, že výstupní napětí je úměrné řídicímu vstupu, lze tento obvod použít jako součást řídicího systému (pro udržení úrovně teploty).

Důvody šíření

Co přitahuje automobilové nadšence na PWM regulátoru? Je třeba poznamenat, že existuje potřeba zvýšit účinnost při konstrukci sekundárních zařízení pro elektronická zařízení. Díky této vlastnosti lze tuto technologii nalézt i při výrobě počítačových monitorů, displejů v telefonech, noteboocích, tabletech a podobném vybavení, a to nejen v automobilech. Je třeba také poznamenat, že tato technologie je při použití výrazně levná. Také pokud se rozhodnete nekupovat, ale sestavit si PWM regulátor sami, můžete ušetřit peníze při vylepšování vlastního auta.

Závěr

Nyní víte, co je regulátor výkonu PWM, jak funguje, a dokonce si můžete sami sestavit podobná zařízení. Pokud tedy chcete experimentovat se schopnostmi svého vozu, lze k tomu říci jediné – udělejte to. Kromě toho můžete zde uvedené diagramy nejen používat, ale také je výrazně upravovat, pokud máte odpovídající znalosti a zkušenosti. Ale i když vše nevyjde napoprvé, můžete získat velmi cennou věc - zkušenosti. Kdo ví, kde by se mohla hodit příště a jak důležitá bude její přítomnost.

Hladký chod motoru, bez trhání nebo přepětí, je klíčem k jeho životnosti. Pro ovládání těchto indikátorů se používá regulátor otáček elektromotoru pro 220V, 12V a 24V, všechny tyto frekvence lze vyrobit vlastníma rukama nebo si můžete zakoupit hotovou jednotku.

Proč potřebujete regulátor rychlosti?

Regulátor otáček motoru, frekvenční měnič, je zařízení s výkonným tranzistorem, které je nezbytné pro invertování napětí a také pro zajištění plynulého zastavení a rozběhu asynchronního motoru pomocí PWM. PWM – širokopulzní řízení elektrických zařízení. Slouží k vytvoření specifické sinusoidy střídavého a stejnosměrného proudu.

Nejjednodušším příkladem měniče je běžný stabilizátor napětí. Ale diskutované zařízení má mnohem širší rozsah provozu a výkonu.

Frekvenční měniče se používají v jakémkoli zařízení, které je napájeno elektrickou energií. Regulátory zajišťují extrémně přesné ovládání elektrického motoru, takže lze otáčky motoru upravovat nahoru nebo dolů, udržovat otáčky na požadované úrovni a chránit přístroje před náhlým přetočením. Elektromotor v tomto případě využívá pouze energii potřebnou k provozu, místo aby jej běžel na plný výkon.

Proč potřebujete regulátor otáček pro asynchronní elektromotor:

1. Pro úsporu energie. Řízením rychlosti motoru, plynulosti jeho startu a zastavení, síly a rychlosti můžete dosáhnout značných úspor osobních prostředků. Například snížení rychlosti o 20 % může vést k 50% úsporám energie.
2. Frekvenční měnič lze použít k řízení procesní teploty, tlaku nebo bez použití samostatného regulátoru;
3. Pro měkký start není potřeba žádný další ovladač;
4. Náklady na údržbu jsou výrazně sníženy.

Zařízení se často používá pro svářečku (hlavně pro poloautomatické stroje), elektrický sporák, řadu domácích spotřebičů (vysavač, šicí stroj, rádio, pračka), domácí topení, různé modely lodí atd.

Princip činnosti regulátoru otáček

Regulátor rychlosti je zařízení skládající se z následujících tří hlavních subsystémů:

1. AC motor;
2. Hlavní ovladač pohonu;
3. Pohon a přídavné díly.

Při spuštění střídavého motoru na plný výkon se proud přenese s plným výkonem zátěže, to se opakuje 7-8x. Tento proud ohýbá vinutí motoru a vytváří teplo, které se bude generovat po dlouhou dobu. To může výrazně snížit životnost motoru. Jinými slovy, konvertor je druh krokového invertoru, který zajišťuje dvojitou přeměnu energie.

V závislosti na vstupním napětí usměrňuje frekvenční regulátor otáček třífázového nebo jednofázového elektromotoru proud 220 nebo 380 voltů. Tato akce se provádí pomocí usměrňovací diody, která je umístěna na vstupu energie. Dále je proud filtrován pomocí kondenzátorů. Dále se generuje PWM, za to je zodpovědný elektrický obvod. Nyní jsou vinutí indukčního motoru připravena vysílat pulzní signál a integrovat je do požadované sinusovky. I u mikroelektrického motoru jsou tyto signály vydávány doslova v dávkách.

Jak vybrat regulátor

Existuje několik charakteristik, podle kterých si musíte vybrat regulátor rychlosti pro auto, elektromotor stroje nebo domácí potřeby:

1. Typ ovládání. Pro komutátorové motory existují regulátory s vektorovým nebo skalárním systémem řízení. První se používají častěji, ale ty druhé jsou považovány za spolehlivější;
2. Napájení. To je jeden z nejdůležitějších faktorů pro výběr elektrického frekvenčního měniče. Je nutné zvolit frekvenční generátor s výkonem, který odpovídá maximálnímu přípustnému na chráněném zařízení. Ale pro nízkonapěťový motor je lepší zvolit regulátor výkonnější, než je přípustná hodnota wattu;
3. Napětí. Přirozeně je zde vše individuální, ale pokud je to možné, musíte si koupit regulátor otáček pro elektromotor, jehož schéma zapojení má široký rozsah přípustných napětí;
4. Frekvenční rozsah. Převod frekvence je hlavním úkolem tohoto zařízení, proto se snažte vybrat model, který bude nejlépe vyhovovat vašim potřebám. Řekněme, že pro ruční router bude stačit 1000 Hertzů;
5. Podle jiných charakteristik. Jedná se o záruční dobu, počet vstupů, velikost (pro stolní stroje a ruční nářadí je speciální nástavec).

Zároveň musíte také pochopit, že existuje takzvaný univerzální regulátor otáčení. Jedná se o frekvenční měnič pro bezkomutátorové motory.

V tomto obvodu jsou dvě části - jedna je logická, kde je mikrokontrolér umístěn na čipu, a druhá je napájecí. V podstatě se takový elektrický obvod používá pro výkonný elektromotor.

Video: regulátor otáček elektromotoru se SHIRO V2

Jak vyrobit domácí regulátor otáček motoru

Můžete si vyrobit jednoduchý regulátor otáček triakového motoru, jeho schéma je uvedeno níže a cena se skládá pouze z dílů prodávaných v jakémkoli obchodě s elektronikou.

K práci potřebujeme výkonný triak typu BT138-600, doporučuje jej radiotechnický časopis.

V popsaném zapojení se budou otáčky nastavovat pomocí potenciometru P1. Parametr P1 určuje fázi příchozího pulzního signálu, který následně otevírá triak. Toto schéma lze použít jak v polním zemědělství, tak doma. Tento regulátor můžete použít pro šicí stroje, ventilátory, stolní vrtačky.

Princip činnosti je jednoduchý: v okamžiku, kdy motor trochu zpomalí, jeho indukčnost klesne a tím se zvýší napětí v R2-P1 a C3, což následně vede k delšímu rozepnutí triaku.

Tyristorový zpětnovazební regulátor funguje trochu jinak. Umožňuje energii proudit zpět do energetického systému, což je velmi ekonomické a prospěšné. Toto elektronické zařízení zahrnuje zahrnutí výkonného tyristoru do elektrického obvodu. Jeho schéma vypadá takto:

Zde je pro napájení stejnosměrného proudu a usměrnění zapotřebí generátor řídicího signálu, zesilovač, tyristor a obvod pro stabilizaci otáček.

Napájecí napětí výkonných spotřebičů je vhodné regulovat pomocí regulátorů s pulzně šířkovou modulací. Výhodou těchto regulátorů je, že výstupní tranzistor pracuje ve spínacím režimu, což znamená, že má dva stavy - otevřený nebo zavřený. Je známo, že k největšímu zahřívání tranzistoru dochází v pootevřeném stavu, což vede k nutnosti instalovat jej na velkoplošný radiátor a chránit jej před přehřátím.

Navrhuji jednoduchý obvod regulátoru PWM. Zařízení je napájeno ze zdroje stejnosměrného napětí 12V. Se zadanou instancí tranzistoru vydrží proud až 10A.

Zvažme provoz zařízení: Na tranzistorech VT1 a VT2 je sestaven multivibrátor s nastavitelným pracovním cyklem. Opakovací frekvence pulzu je asi 7 kHz. Z kolektoru tranzistoru VT2 jsou impulsy odesílány do klíčového tranzistoru VT3, který řídí zátěž. Pracovní cyklus je regulován proměnným rezistorem R4. Když je jezdec tohoto rezistoru v krajní levé poloze, viz horní schéma, jsou pulzy na výstupu zařízení úzké, což udává minimální výstupní výkon regulátoru. V krajní pravé poloze, viz spodní schéma, jsou pulsy široké, regulátor pracuje na plný výkon.

Schéma provozu PWM v KT1

Pomocí tohoto regulátoru můžete ovládat 12V domácí žárovky, stejnosměrný motor s izolovaným pouzdrem. Pokud je regulátor použit v autě, kde je mínus připojen k tělu, mělo by být připojení provedeno přes pnp tranzistor, jak je znázorněno na obrázku.
Podrobnosti: V generátoru mohou pracovat téměř všechny nízkofrekvenční tranzistory, například KT315, KT3102. Klíčový tranzistor IRF3205, IRF9530. Tranzistor pnp P210 můžeme nahradit KT825 a zátěž lze připojit na proud až 20A!

A závěrem je třeba říci, že tento regulátor mi v autě s motorem na vytápění interiéru funguje více než dva roky.

Seznam radioprvků

Další elektronické zařízení s širokým uplatněním.
Jedná se o výkonný PWM (PWM) regulátor s plynulým ručním ovládáním. Pracuje při konstantním napětí 10-50V (raději nepřekračujte rozsah 12-40V) a je vhodný pro regulaci výkonu různých spotřebičů (lampy, LED, motory, topidla) s maximálním odběrem proudu 40A.

Odesláno ve standardní polstrované obálce




Pouzdro drží pohromadě pomocí západek, které se snadno zlomí, proto jej otevírejte opatrně.


Uvnitř obvodové desky a vyjmutého knoflíku regulátoru


Plošný spoj je oboustranný sklolaminát, pájení a instalace jsou v pořádku. Připojení přes výkonnou svorkovnici.




Větrací štěrbiny v pouzdře jsou neúčinné, protože... téměř zcela zakryta deskou s plošnými spoji.


Po sestavení to vypadá asi takto


Skutečné rozměry jsou o něco větší než udávané: 123x55x40mm

Schematické schéma zařízení


Deklarovaná frekvence PWM je 12 kHz. Skutečná frekvence se při úpravě výstupního výkonu pohybuje v rozsahu 12-13kHz.
V případě potřeby lze pracovní frekvenci PWM snížit připájením požadovaného kondenzátoru paralelně s C5 (počáteční kapacita 1nF). Není vhodné zvyšovat frekvenci, protože spínací ztráty se zvýší.
Variabilní odpor má vestavěný vypínač v levé krajní poloze, který umožňuje vypnout zařízení. Na desce je také červená LED, která se rozsvítí, když regulátor pracuje.
Z nějakého důvodu byly značky na čipu ovladače PWM pečlivě vymazány, i když je snadné uhodnout, že jde o analog NE555 :)
Rozsah regulace se blíží udávaným 5-100%
Element CW1 vypadá jako proudový stabilizátor v těle diody, ale nejsem si jistý přesně...
Stejně jako u většiny regulátorů výkonu se regulace provádí přes záporný vodič. Neexistuje žádná ochrana proti zkratu.
Na sestavě mosfetů a diod zpočátku nejsou žádné značky, jsou umístěny na jednotlivých radiátorech s tepelnou pastou.
Regulátor může pracovat na indukční zátěži, protože Na výstupu je sestava ochranných Schottkyho diod, která potlačuje samoindukci EMF.
Test s proudem 20A ukázal, že radiátory se mírně zahřívají a mohou odebírat více, pravděpodobně až 30A. Naměřený celkový odpor otevřených kanálů terénních pracovníků je pouze 0,002 Ohm (pokles 0,04 V při proudu 20 A).
Pokud snížíte frekvenci PWM, vytáhnete všech deklarovaných 40A. Promiň, nemůžu to zkontrolovat...

Závěry si můžete udělat sami, zařízení se mi líbilo :)