Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

В первую очередь, наверное, стоит упомянуть, что для трехфазных асинхронных электродвигателей и однофазных коллекторных, применяются принципиально отличные системы регулировки оборотов. К примеру, для асинхронных агрегатов, тиристорные схемы управления, наиболее распространённые в коллекторных, неприменимы.

Разновидности коллекторных электродвигателей и области их применения

По принципу работы их можно разделить на пять основных видов, каждый из которых, можно купить без всяких проблем.

По типу питания:

• постоянного тока;
• переменного тока.

По разновидности принципа возбуждения:

• параллельного возбуждения;
• последовательного возбуждения;
• смешанного возбуждения.

Стоит заметить, что в двигателях переменного тока используются только последовательное и параллельное возбуждение. Конструктивно такие электродвигатели состоят из четырёх основных компонентов:

• статора;
• ротора;
• коллектора;
• токопроводящих щёток.

Электрический ток, проходя через коммутированные обмотки статора и ротора, вызывает возникновение электромагнитного поля, которое, в свою очередь, приводит в движение ротор. Щётки применяются для передачи тока на обмотки ротора. Их изготавливают из мягкого токопроводящего материала. В большинстве случаев это графит или смеси графита с медью.

Если изменить направление течения тока в статоре или роторе, произойдёт реверсирование двигателя. Обычно это делают с обмотками ротора, что позволяет избежать перемагничивания сердечников. В случае изменения тока в обеих катушках – направление вращения двигателя останется прежним.

Наибольшее распространение получили коллекторные электродвигатели переменного тока. Причин такой популярности несколько. К ним можно отнести относительную простоту их изготовления и управления. Также важна их способность работать от переменного и от постоянного тока.

При подключении к источнику питания переменного тока, изменение электромагнитного поля будет происходить одновременно в обеих обмотках двигателя (статоре и роторе), что не приведёт к изменению направления вращения двигателя. Для реверсирования таких моторов делают, переполюсовку обмотки ротора.

Хотя их КПД несколько ниже, чем у собратьев, они широко применяются в массе бытовых приборов: мясорубках, вентиляторах, электроинструменте. Кроме того, стоит упомянуть об отдельном русле их применения. Речь идёт о малогабаритных двигателях для легкомоторных моделей.

Среди моделистов они заслужили всеобщее признание из-за малого потребления электроэнергии, что очень важно по причине ограниченного заряда аккумулятора, и многофункциональности систем их управления. Такой факт резко снижает вес и габариты изделий. Данные системы редко изготавливают вручную, но это с лихвой перекрывается изобилием всевозможных конструкций и модификаций, заводских устройств. Хотя, дешёвым это удовольствие не назовёшь.

По тем же причинам коллекторные электродвигатели пользуются успехом и у многих «кулибиных».

Сегодня довольно популярны коллекторные электродвигатели 220в от стиральных машин-автоматов. Однако, не все торопятся использовать их в своих самодельных конструкциях. И дело не в том, что люди не знают, как подключать такие двигатели, а скорее сомневаются в их поведении под нагрузкой и возможности регулировки оборотов. Если такая возможность есть, то как это отразиться на их мощности? И ещё много других, связанных с дальнейшим применением, и носящим сугубо практичный характер, вопросов.

Разновидностей коллекторных электродвигателей всех трёх систем возбуждения имеется множество. Равно, как и разнообразных схем управления их оборотов. Существует немало регуляторов фабричного изготовления. А на просторах интернета можно найти большое количество различных самодельных схем. В конечном итоге, вам придётся выбирать оптимальный вариант для каждого конкретного случая отдельно, исходя из собственных навыков, финансовых возможностей и параметров имеющегося двигателя.

Все нюансы в одной статье описать невозможно. Поэтому попробуем разобраться с этим вопросом на примере вышеупомянутого типа двигателей, исходя из их относительной простоты и широкой распространённости.

Что касается вопроса мощности, то стандартный электродвигатель от стиральной машины, при штатном количестве оборотов (в среднем около 12000), вам вряд ли удастся остановить или заметно снизить скорость вращения.

Способов управления оборотами коллекторных электродвигателей существует масса. Для этого можно применять:

• ЛАТРы;
• заводские платы регулировки оборотов от бытовой техники (миксеры или пылесосы);
• кнопки от электроинструментов;
• бытовые регуляторы освещения.

Одним словом — любые устройства, регулирующие напряжение. Однако, у такой системы есть весьма ощутимый изъян. При снижении оборотов, за счёт понижения напряжения питания, резко падает и выдаваемая мощность двигателя. Так, уже при 600 оборотах в минуту вы без особого труда сможете рукой остановить вал мотора. Этот нюанс может не мешать работе, к примеру, при изготовлении регулятора оборотов вентилятора 220в или маломощных насосов. Но при изготовлении самодельных станков, такая схема абсолютно не применима.

В таких случаях можно применить тахогенератор. В упомянутых электродвигателях, он установлен изначально на заводе. Его функция – сообщать количество оборотов якоря двигателя и передавать их на плату управления, которая уже будет устанавливать их на необходимом уровне, с помощью силовых симисторов.

С таким регулятором оборотов электродвигателя не будет теряться мощность даже при значительном снижении частоты вращения ротора. Таких схем существует достаточное количество, а их изготовление в домашних условиях не должно вызвать лишних проблем и финансовых затрат. На каком, из предлагаемых вариантов, регуляторов оборотов остановить свой выбор, зависит только от вас.

Отдельно стоит упомянуть малогабаритные коллекторные двигатели, применяемые в моделизме. Их огромное разнообразие, включая габариты, вес, максимальные обороты и энергопотребление, порождают соответствующее количество систем их управления. В этом случае, количество функций, возлагаемых на регулятор оборотов, значительно возрастает, а их комбинации могут значительно отличаться, в зависимости от типа модели, на которой будут использоваться.

На модельных двигателях, как и на бытовых, и промышленных, применяются несколько вариантов систем управления.

Реостатные регуляторы оборотов коллекторных двигателей

Самый простой вариант — включение пассивной нагрузки последовательно электродвигателю. Такие системы обычно состоят из реостата (переменного резистора) и сервопривода, механически регулирующего сопротивление.

При подключении нагрузки, излишек электроэнергии превращается в тепло. Но такие регуляторы применяются лишь на дешёвых моделях, в которых стоят моторы малой мощности, зато очень важна цена.

Из-за неоправданных тепловых потерь, ресурс аккумуляторной батареи модели заметно снижается. Не улучшают положение и потери на движущихся контактах реостата. А ведь долговечность аккумулятора является одним из основных критериев выбора систем управления оборотами мотора.

Отдельная неприятность — нежелательный перегрев всей конструкции, что не лучшим образом влияет на её долговечность и как следствие, необходимость принудительного отвода тепла. На серьёзные модели такие механически системы управления двигателем давно не устанавливают.

Полупроводниковые регуляторы оборотов коллекторных двигателей

Здоровой альтернативой вышеупомянутым устройствам, служат полупроводниковые системы. В них питание на двигатель подаётся импульсами, а управление частотой вращения достигается за счёт изменения их длительности. Это позволяет значительно снизить потребление драгоценной энергии аккумулятора. И вот на этом варианте, пожалуй, стоит остановиться подробней.

В связи с ростом популярности моделизма, а вследствие, и спроса на всевозможную автоматику для моделей, количество предложений на рынке резко выросло. Сейчас, совсем нетрудно приобрести регуляторы оборотов, фактически, под любой двигатель. Кроме того, возможно купить варианты с расширенным функционалом — надёжным вентилятором и другими приспособлениями.

Среди дополнительных возможностей можно выделить несколько основных

1. Реверс

В некоторых случаях на модели необходим задний ход. Поэтому многие регуляторы имеют возможность «переполюсовки» электродвигателя. Иногда реверс осуществляется не на полную мощность, ведь крайне редко есть необходимость такого режима на полных оборотах.

2.Тормоз

Нередко, на моделях возникает необходимость не только в быстром наборе оборотов двигателя, но и в его остановке. Такие системы часто применяют в автомоделизме. Торможение осуществляется за счёт закорачивания обмотки двигателя регулятором. Иногда делают «мягкий» тормоз. В таком случае закорачивание происходит импульсами, что позволяет плавно снижать обороты.

3.ВЕС-система

Устанавливается в моделях с низковольтным питанием. Её встраивают в цепь вторичного питания, что позволяет запитывать платы радиоуправления и сервопривод с одной батареи, вместо установки добавочной. Хоть эта функция не имеет отношения к управлению двигателем, может избавить вас от лишней головной боли.

4.Опторозвязка

Применяется в регуляторах, рассчитанных на повышение напряжение. В таких системах, с помощью гальванической развязки, разделяют силовые цепи и питание радиоприёмника. Делается это с целью обезопасить очень чувствительное радиооборудование от мощных импульсных наводок из силовых цепей регулятора и электродвигателя, и таким образом, увеличить стабильность их работы, что очень важно.

Какие же выводы?

Конечно, это далеко не все разновидности регуляторов оборотов для вышеупомянутого типа двигателей. Да и самих двигателей тоже очень много. В каждом конкретном случае будет применяться отдельно подобранный комплект с ответствующими характеристиками, которые способны уменьшать энергозатраты.

Универсального ответа на этот вопрос нет, но купить изделие можно тогда, когда обладаешь вышеизложенной информацией.