Controlador de acionamento elétrico. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Um regulador de velocidade do motor, que estabiliza sua velocidade quando a carga muda, aumenta significativamente as capacidades operacionais de eletrodomésticos como furadeira elétrica, serra elétrica, processador de alimentos, etc. Um regulador de meia onda simples e eficaz de um comutador excitado em série é conhecido um motor elétrico que estabiliza a velocidade de rotação devido ao feedback pela magnitude do back-EMF que ocorre no rotor do motor e depende de sua carga. Infelizmente, este regulador tem uma desvantagem significativa - ele usa um tiristor altamente sensível com uma corrente de abertura inferior a 100 μA. Encontrar um substituto para ele é quase impossível. No artigo publicado, o autor oferece sua própria versão do projeto do circuito do regulador, na qual as restrições aos parâmetros do tiristor são removidas.

Antes de passarmos à descrição do controlador de acionamento elétrico modernizado, detenhamo-nos brevemente no princípio de funcionamento de um dispositivo de controle simples [1].

Seu diagrama de circuito é mostrado na Fig. 1. Trata-se de uma ponte cujo braço esquerdo é formado pelo divisor de tensão da rede R1 - R2C1 - VD1, e o braço direito é formado pelo tiristor VS1 e pelo motor M1. A junção de controle do tiristor está incluída na diagonal da ponte. O sinal de abertura do tiristor é a soma dos sinais adicionados em antifase: a tensão da rede definida pelo controle deslizante do resistor R2 e o back-EMF do rotor do motor elétrico. Quando as tensões permanecem constantes, a ponte fica equilibrada e a rotação do motor também não muda. Um aumento na carga no eixo do motor reduz sua velocidade e, consequentemente, reduz o valor do back-EMF, o que leva ao desequilíbrio da ponte. Como resultado, o sinal que chega à transição de controle do tiristor aumenta, e no próximo meio ciclo positivo ele abre com menos atraso, aumentando assim a potência fornecida ao motor. Como resultado, a redução na rotação do motor devido ao aumento da carga acaba sendo significativamente menor do que seria na ausência de um regulador.

Neste caso, a regulação acaba sendo muito estável, pois o descasamento é eliminado a cada meio ciclo positivo da tensão da rede. O efeito de estabilização é mais pronunciado em velocidades baixas e médias do motor. Com um aumento na tensão de regulação no resistor R2 e um aumento na rotação do motor, o grau em que uma rotação constante do motor é mantida se deteriora.

O tiristor VS1 no regulador executa duas funções: limite - baseado no sinal de incompatibilidade da ponte e potência - baseado na corrente comutada através do motor. Os diodos VD1, VD2 fornecem operação de meia onda do dispositivo, uma vez que a comparação das tensões do resistor R2 e do back-EMF só é possível na ausência de corrente através do motor. O capacitor C1 no divisor de tensão da rede expande a zona de controle para baixas velocidades, e o capacitor C2 no circuito do eletrodo de controle do tiristor reduz a sensibilidade do regulador às faíscas das escovas do motor.

A operação de meia onda do motor leva a uma diminuição na potência de saída. Para atingir potência e velocidade máximas, você deve desviar o tiristor pressionando o botão SA1. Neste caso, ambas as meias ondas da tensão da rede serão fornecidas ao motor.

Como já indicado, a principal desvantagem do regulador considerado é a necessidade de utilizar um tiristor altamente sensível com corrente de abertura inferior a 100 μA, que praticamente não tem nada para substituir. A introdução de um transistor análogo de um tiristor permite remover restrições nos parâmetros de abertura do VS1, mantendo as mesmas características de controle. A instalação de um diodo zener no divisor de tensão da rede elétrica reduz as alterações na velocidade do motor quando a tensão de alimentação flutua.

O diagrama do regulador modernizado é mostrado na Fig. 2. Assim como o dispositivo discutido acima, o regulador opera apenas com meia onda positiva da tensão da rede.

A tensão de incompatibilidade da ponte através do diodo VD2 e do resistor R10 é fornecida à junção base-emissor do transistor VT2. A sensibilidade deste dispositivo e a qualidade de sua regulação são maiores, pois a tensão de abertura dos transistores é significativamente menor que a dos tiristores. Controle a corrente por analogia com o regulador mostrado na Fig. 1, é selecionado igual a 0,1 mA desviando a junção do transistor com o resistor R7.

Se a tensão proveniente do motor do resistor R2 for maior que a tensão no rotor do motor, o transistor VT2 abre e abre VT1. Esses dispositivos formam um análogo de um tiristor e, quando ligados, formam um poderoso pulso de corrente de descarga do capacitor C3, que é fornecido através do resistor limitador de corrente R9 ao eletrodo de controle do triac VS1. O triac é ligado, a tensão é aplicada ao motor e sua velocidade aumenta. Se a tensão no resistor R2 for menor que no rotor do motor, o triac não ligará e a velocidade diminuirá.

O capacitor de armazenamento C3 é carregado da rede através do resistor R5. O diodo Zener VD4 limita a tensão no capacitor a um nível ligeiramente superior à possível tensão de abertura de triacs ou tiristores. Além disso, o diodo zener elimina o aparecimento de tensão reversa nos transistores amplificadores.

O capacitor C4, além de reduzir a interferência das centelhas das escovas do motor, desempenha a função de integração no circuito de realimentação. Aumentar sua capacidade aumenta a estabilidade do regulador, o que é necessário no caso de mau contato das escovas, acompanhado de fortes faíscas, ou ao ajustar velocidades extremamente baixas, quando pode ocorrer a chamada “oscilação” de velocidade. Porém, deve-se lembrar que à medida que a capacitância do capacitor C4 aumenta, as características dinâmicas do inversor se deterioram e a qualidade da estabilização da velocidade diminui.

A constante do circuito R5C3 é tal que o capacitor C3 carrega mais rápido do que o capacitor C4. Isso é feito para que a qualquer momento possível na abertura do transistor VT2, a tensão de operação necessária para gerar um pulso de partida já esteja presente no capacitor C3. Às vezes, essa condição pode ser violada quando a ponte fica repentinamente desequilibrada - com o motor parado (baixa resistência do rotor) e a tensão máxima no motor do resistor R2 (alta corrente de abertura do divisor). Como resultado, os transistores abrem antes que o carregamento do capacitor C3 seja concluído, não há tensão nele e um pulso de corrente de descarga não é formado. A corrente que flui através do resistor R5 é suficiente para manter os transistores abertos, mas pequena o suficiente para ligar o triac e, portanto, o motor não gira. Esta possibilidade pode ser considerada positiva, pois neste caso, mesmo que o acionamento emperre, o motor desliga. Se for indesejável, pode ser eliminado reduzindo ligeiramente a resistência dos resistores R5 - R7 e (ou) aumentando a resistência do resistor R1.

A magnitude e a forma da tensão no resistor R2 são praticamente independentes das mudanças na tensão da rede devido à presença do limitador R4 - VD1. Como resultado, as flutuações na tensão de alimentação não levam à instabilidade no ângulo de fase definido da abertura do triac. A instabilidade da velocidade definida do motor em termos de tensão de rede também é significativamente reduzida. Com um ângulo de fase constante, a velocidade muda apenas devido a uma mudança na amplitude da tensão no motor.

A peculiaridade do regulador descrito é a utilização de um triac. O fato é que a comutação da velocidade máxima fechando o circuito ânodo-cátodo requer a presença de contatos SA1 instantâneos com poder de interrupção suficiente. Se os contatos forem projetados de forma diferente, podem ocorrer faíscas ou arco elétrico neles. Este último é extremamente indesejável, pois provoca queima dos contatos e da placa de circuito impresso e, portanto, representa risco de incêndio. O triac permite que a comutação seja transferida para o circuito do eletrodo de controle, o que elimina completamente as faíscas nos contatos, simplifica seu projeto e conexão ao resistor de ajuste R2. Quando regulado, o triac funciona como um tiristor e, quando os contatos estão fechados, passa corrente alternada para o motor. Durante o estado aberto do triac, os transistores ficam bloqueados e não funcionam.

A conexão dos enrolamentos do estator e do rotor mostrada no diagrama do controlador é ideal para motores com extremidades dos enrolamentos roteadas separadamente. Ao utilizar motores com conexão interna dos enrolamentos do rotor e do estator, eles são conectados no lugar do enrolamento do rotor mostrado no diagrama, e o circuito do enrolamento do estator é substituído por um jumper. Porém, devido à presença de um enrolamento do estator no circuito de realimentação, a última versão do controlador possui características de controle de velocidade um pouco piores.

Os capacitores C2, C6 eliminam a interferência e o circuito R11C5 suprime as faíscas das escovas.

O resistor R1 limita os limites de controle do estado aberto do triac ao início do semiciclo positivo. À medida que a carga no eixo aumenta, o back-EMF do motor desloca adicionalmente o momento de destravamento do triac para o início do meio ciclo em relação à posição especificada pelo resistor de ajuste R2 em marcha lenta. Se o resistor R1 foi selecionado em modo inativo, então sob carga o back-EMF parece deslocar o momento de abertura do triac além do início do meio ciclo. Como resultado, ele abre após um período e ocorre uma “queda” (diminuição) na velocidade na posição superior do controle deslizante do resistor R2. Este fenômeno é eliminado aumentando a resistência do resistor R1.

Durante o desenvolvimento, o regulador foi testado com diversos motores elétricos comutadores: DK77 (para eletrodomésticos e ferramentas elétricas), MSh-2 (para máquinas de costura) e ainda com motor de excitação paralela SL261M. O controle de motores tão diferentes não exigiu nenhuma alteração no regulador. Ao utilizar um motor com excitação paralela, deve-se ter em mente que seu enrolamento do estator deve ser alimentado por uma fonte externa separada e, além disso, antes de aplicar tensão através do regulador à armadura.

As capacidades do regulador são ilustradas pelas características de carga (linha sólida sem VD1, linha tracejada com VD1) obtidas com o motor DK77-280-12 em marcha lenta de 1500 rpm e diferentes tensões de rede (Fig. 3). Este motor com potência de 400 W a uma velocidade de 1200 rpm é facilmente freado colocando a mão em seu eixo até parar completamente se a energia for fornecida através de um autotransformador, ajustando a mesma velocidade de marcha lenta para 1500 rpm.

Com uma ligeira complicação em relação ao protótipo, o regulador é completamente acrítico quanto à variação dos parâmetros dos elementos. TS, TS2, 2TS112 e TS106 para correntes de 6,3-10-16 A, bem como KU208G ou 2U208G para 5 A são aplicáveis ​​​​como triacs. Você também pode usar tiristores KU201L, 2U201L, KU202N-M, 2U202N-M, KU228I e outros, desde que seja instalado um contator no circuito ânodo-cátodo. A necessidade de remoção de calor é determinada pela magnitude da corrente de carga.

Os transistores devem permitir uma corrente de pelo menos 250 mA e uma tensão de pelo menos 15 V. As funções do VT1 podem ser executadas por KT350A, KT209 (A-M), KT501A, KT502A (B-E), KT661 A, KT681A e outros, e VT2 - KT503A (B -E), KT645A, KT660A (B), KT684A (B) e outros com características semelhantes.

Os diodos podem ter uma corrente de pelo menos 10 mA e uma tensão de pelo menos 400 V - KD105 (BG), KD209 (AV), KD221 (VG), KD226 (VD), D209, D210, D211, D226, D237 (BC ).

O diodo zener VD1 é adequado para uma tensão de estabilização de 120...180 V (KS630A, KS650A, KS680A, 2S920A, 2S950A, 2S980A) e pode ser substituído por uma cadeia de diodos zener de baixa potência conectados em série para uma tensão total de 150 V.

Diodo Zener VD4 - qualquer um de baixa potência com tensão de estabilização de 9...11 V, exceto aqueles com compensação de temperatura.

Capacitores C1-C4 - cerâmica KM, KM-6, K10-17 ou filme K73-17. Capacitores C5, C6 - K73-17 com tensão nominal de 630 V (não podem ser utilizados capacitores de outros tipos e K73-17 para tensão nominal inferior).

Resistores fixos - MLT ou quaisquer outros. O resistor R2 é RP1-64A, pode ser substituído por qualquer resistor variável sem fio com característica linear (SPZ-4M, SPZ-6, SPZ-9, etc.). A escolha de um resistor com característica log-rítmica inversa (B) expandirá a suavidade da regulação na zona de baixa rotação do motor. Resistor trimmer R3 - SPZ-27, SPZ-38. Ele pode ser substituído por um resistor fixo selecionado.

O contator de velocidade máxima SA1 é feito na forma de um contato de placa de mola móvel e um suporte fixo na placa controladora. Entre o resistor R2 e o contato móvel existe uma luva plástica adaptadora com um came que garante o fechamento do contato móvel com o suporte na posição superior do resistor variável R2 no diagrama.

Ao configurar o regulador, o controle deslizante do resistor R2 deve ser colocado na posição inferior de acordo com o diagrama e o resistor de compensação R3 deve ser usado para definir a velocidade mínima de rotação do motor desejada. A seguir, alterando a posição do controle deslizante do resistor R2, deve-se verificar a mudança nas revoluções do mínimo para o máximo, a ausência de “oscilação” nas revoluções na velocidade mínima sem carga, a ausência de “queda” nas revoluções em a velocidade máxima do modo meia onda sob carga, bem como a ativação dos contatos de velocidade máxima. A oscilação é eliminada aumentando a capacitância do capacitor C4, e a queda é eliminada aumentando a resistência do resistor R1, após o que a posição do controle deslizante do resistor R3 é novamente esclarecida.

Concluindo, deve-se destacar que em reguladores deste tipo o tacômetro é o motor elétrico executivo e a tensão de realimentação é determinada pela magnetização residual do circuito magnético do motor e pela estabilidade do contato das escovas. Por este motivo, a qualidade da regulação depende diretamente das características especificadas do motor utilizado. No entanto, a extrema simplicidade do dispositivo de controle e as boas características de carga compensam completamente esta desvantagem.

Literatura

1. Tiristores. Livro de referência técnica / Trad. do inglês V. A. Labuntsova e outros - M.: Energia, 1971.
2. Conte R. Circuitos eletrônicos, 1300 exemplos / trad. do inglês V. A. Loginova. - M.: Mundo, 1989.
3. Tiristores. Manual, v. Nº 1155. - M.: Rádio e comunicação, 1990 (MRB).

Autor: V. Zhgulev, Serpukhov, Região de Moscou

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