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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Contrôleur d'entraînement électrique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / moteurs électriques Le contrôleur de régime moteur, qui stabilise sa vitesse lorsque la charge change, augmente considérablement les capacités opérationnelles d'appareils électroménagers tels qu'une perceuse électrique, une scie électrique, un robot culinaire, etc. Un contrôleur demi-onde simple et efficace d'une excitation en série On connaît un moteur électrique à collecteur qui stabilise la vitesse de rotation en raison d'un retour d'information par l'ampleur de la force contre-électromotrice qui se produit sur le rotor du moteur et qui dépend de sa charge. Malheureusement, un tel régulateur présente un inconvénient important : il utilise un thyristor très sensible avec un courant d'ouverture inférieur à 100 μA. Il est presque impossible de lui trouver un remplaçant. Dans l'article publié, l'auteur propose sa propre version de la solution de conception de circuit pour le régulateur, dans laquelle les restrictions sur les paramètres du thyristor sont supprimées. Avant de passer à la description du contrôleur d'entraînement électrique modernisé, attardons-nous brièvement sur le principe de fonctionnement d'un dispositif de commande simple [1]. Son schéma de principe est représenté sur la fig. 1. Il s'agit d'un pont dont l'épaule gauche est formée par le diviseur de tension secteur R1 - R2C1 - VD1, et la droite - par le thyristor VS1 et le moteur M1. La transition de commande du thyristor est incluse dans la diagonale du pont. Le signal qui ouvre le thyristor est la somme des signaux qui s'ajoutent en antiphase : la tension secteur, réglée par la résistance R2 du moteur, et la force contre-électromotrice du rotor du moteur. Lorsque la tension reste inchangée, le pont est équilibré et le régime moteur ne change pas non plus. Une augmentation de la charge sur l'arbre du moteur réduit sa vitesse et, par conséquent, réduit la valeur de la force contre-électromotrice, ce qui entraîne un déséquilibre du pont. En conséquence, le signal de transition de commande du thyristor augmente et, lors du prochain demi-cycle positif, il s'ouvre avec moins de retard, augmentant ainsi la puissance fournie au moteur. De ce fait, la diminution du régime moteur due à l'augmentation de la charge s'avère nettement moindre qu'elle ne le serait en l'absence du régulateur.
Dans ce cas, la régulation est très stable, puisque le décalage est éliminé à chaque alternance positive de la tension secteur. Surtout, l’effet de stabilisation s’exprime à bas et moyen régimes. Avec une augmentation de la tension de régulation aux bornes de la résistance R2 et une augmentation du régime moteur, le degré de maintien d'un régime moteur constant se détériore. Le thyristor VS1 dans le régulateur remplit deux fonctions : seuil - en fonction du signal de discordance du pont et puissance - en fonction du courant commuté traversant le moteur. Les diodes VD1, VD2 assurent un fonctionnement demi-onde de l'appareil, car la comparaison des tensions de la résistance R2 et de la force contre-électromotrice n'est possible qu'en l'absence de courant traversant le moteur. Le condensateur C1 dans le diviseur de tension secteur élargit la zone de régulation vers les basses vitesses, et le condensateur C2 dans le circuit de l'électrode de commande du thyristor réduit la sensibilité du régulateur aux étincelles des balais du moteur. Le mode demi-onde du moteur entraîne une diminution de la puissance de sortie. Pour obtenir une puissance et une vitesse maximales, shuntez le thyristor en appuyant sur le bouton SA1. Dans ce cas, les deux alternances de la tension secteur seront fournies au moteur. Comme déjà mentionné, le principal inconvénient du contrôleur considéré est la nécessité d'utiliser un thyristor très sensible avec un courant d'ouverture inférieur à 100 μA, ce qui n'est pratiquement rien à remplacer. L'introduction d'un transistor analogique du thyristor permet de supprimer les restrictions sur les paramètres d'ouverture du VS1 tout en conservant les mêmes caractéristiques de contrôle. L'installation d'une diode Zener dans le diviseur de tension secteur réduit les changements de vitesse du moteur avec les fluctuations de la tension d'alimentation. Le schéma du régulateur amélioré est illustré à la fig. 2. Comme l'appareil évoqué ci-dessus, le régulateur fonctionne uniquement avec une demi-onde positive de la tension secteur.
La tension de désadaptation du pont à travers la diode VD2 et la résistance R10 est fournie à la jonction base-émetteur du transistor VT2. La sensibilité de ce dispositif et la qualité de sa régulation sont supérieures, puisque la tension d'ouverture des transistors est nettement inférieure à celle des thyristors. Le courant de commande, par analogie avec le régulateur illustré à la fig. 1 est choisi à 0,1 mA en shuntant la jonction du transistor avec la résistance R7. Si la tension provenant du moteur de la résistance R2 est supérieure à la tension sur le rotor du moteur, alors le transistor VT2 s'ouvre et ouvre VT1. Ces dispositifs forment un analogue d'un thyristor et, lorsqu'ils sont allumés, forment une puissante impulsion du courant de décharge du condensateur C3, qui, à travers la résistance de limitation de courant R9, est transmise à l'électrode de commande du triac VS1. Le triac s'allume, la tension est appliquée au moteur et le nombre de tours augmente. Si la tension sur la résistance R2 est inférieure à celle sur le rotor du moteur, le triac ne s'allumera pas, le nombre de tours diminuera. Le condensateur de stockage C3 est chargé depuis le réseau via la résistance R5. La diode Zener VD4 limite la tension aux bornes du condensateur à un niveau légèrement supérieur à la tension d'ouverture possible des triacs ou des thyristors. De plus, la diode Zener élimine l'apparition de tension inverse sur les transistors amplificateurs. Le condensateur C4, en plus de réduire les interférences dues aux étincelles des balais du moteur, remplit la fonction d'intégration dans le circuit de rétroaction. Une augmentation de sa capacité augmente la stabilité du régulateur, ce qui est nécessaire en cas de mauvais contact des balais, accompagné de leurs fortes étincelles, ou lors du réglage de vitesses extrêmement basses, lorsque ce qu'on appelle le « balancement » des révolutions peut se produire. Cependant, il convient de rappeler qu'avec une augmentation de la capacité du condensateur C4, les caractéristiques dynamiques du variateur se détériorent et la qualité de stabilisation de la vitesse diminue. La constante du circuit R5C3 est telle que le condensateur C3 se charge plus rapidement que la charge du condensateur C4. Ceci est fait pour qu'à tout moment possible de l'ouverture du transistor VT2, la tension de fonctionnement nécessaire pour générer une impulsion de démarrage soit déjà présente sur le condensateur C3. Parfois, une telle condition peut être violée avec un déséquilibre brutal du pont - lorsque le moteur est arrêté (faible résistance du rotor) et la tension maximale sur le moteur de la résistance R2 (courant d'ouverture important du diviseur). En conséquence, les transistors s'ouvrent avant que la charge du condensateur C3 ne soit terminée, il n'y a aucune tension sur celui-ci et l'impulsion de courant de décharge ne se forme pas. Le courant circulant à travers la résistance R5 est suffisant pour maintenir les transistors allumés, mais faible pour allumer le triac, et donc le moteur ne tourne pas. Une telle possibilité peut être considérée comme positive, puisque dans ce cas, même lorsque le variateur est bloqué, le moteur est éteint. Si cela n'est pas souhaitable, il est éliminé par une certaine diminution de la résistance des résistances R5 - R7 et (ou) une augmentation de la résistance de la résistance R1. L'amplitude et la forme de la tension aux bornes de la résistance R2 sont pratiquement indépendantes de la variation de la tension secteur due à la présence du limiteur R4 - VD1. En conséquence, les fluctuations de la tension d'alimentation n'entraînent pas d'instabilité de l'angle de phase réglé de l'ouverture du triac. L'instabilité de la tension réseau de la vitesse du moteur réglée est également considérablement réduite. Avec un angle de phase constant, la vitesse ne change qu'en raison d'un changement de l'amplitude de la tension sur le moteur. Une caractéristique du régulateur décrit est l'utilisation d'un triac. Le fait est que la commutation de la vitesse maximale par fermeture du circuit « anode-cathode » suppose la présence de contacts instantanés SA1 avec un pouvoir de coupure suffisant. Si les contacts sont établis différemment, des étincelles ou un arc électrique peuvent se produire. Ce dernier est hautement indésirable, car il conduit à un grillage des contacts et du circuit imprimé et constitue donc un risque d'incendie. Le triac vous permet de transférer la commutation vers le circuit de l'électrode de commande, ce qui élimine complètement les étincelles dans les contacts, simplifie leur conception et leur liaison à la résistance de commande R2. Lors de la régulation, le triac fonctionne comme un thyristor et, lorsque les contacts sont fermés, il transmet le courant alternatif au moteur. Les transistors pendant l'état ouvert du triac sont bloqués et ne fonctionnent pas. L'inclusion des enroulements du stator et du rotor illustrés dans le schéma du régulateur est optimale pour les moteurs avec des extrémités d'enroulement de sortie séparées. Lors de l'utilisation de moteurs avec une connexion interne des enroulements du rotor et du stator, ils sont connectés à la place de l'enroulement du rotor indiqué dans le schéma et le circuit des enroulements du stator est remplacé par un cavalier. Cependant, en raison de la présence d'un enroulement de stator dans le circuit de rétroaction, la dernière version du régulateur présente des caractéristiques de contrôle de vitesse légèrement pires. Les condensateurs C2, C6 éliminent les interférences et le circuit R11C5 supprime les étincelles des balais. La résistance R1 limite les limites de contrôle de l'état ouvert du triac par le début d'un demi-cycle positif. Avec une augmentation de la charge sur l'arbre, la FEM arrière du moteur décale en outre le moment de déverrouillage du triac au début du demi-cycle par rapport à la position fixée par la résistance de réglage R2 au ralenti. Si la résistance R1 a été sélectionnée au ralenti, alors sous charge, le contre-EMF, pour ainsi dire, transfère le moment d'ouverture du triac pour le début du demi-cycle. En conséquence, il s'ouvre après un certain temps et un « creux » (diminution) de la vitesse se produit dans la position supérieure du curseur de la résistance R2. Ce phénomène est éliminé en augmentant la résistance de la résistance R1. Au cours du développement, le régulateur a été testé avec différents moteurs collecteurs : DK77 (pour appareils électroménagers et outils électriques), MSH-2 (pour machines à coudre) et même avec un moteur d'excitation parallèle SL261M. Le contrôle de moteurs aussi différents n’a nécessité aucune modification du régulateur. Lors de l'utilisation d'un moteur à excitation parallèle, il convient de garder à l'esprit que son enroulement statorique doit être alimenté par une source externe distincte et, de plus, avant que la tension ne soit appliquée à l'induit via le régulateur. Les capacités du régulateur illustrent les caractéristiques de charge (ligne continue sans VD1, ligne pointillée avec VD1), prises avec le moteur DK77-280-12 au ralenti de 1500 tr/min et différentes tensions secteur (Fig. 3). Ce moteur de 400 W à 1200 1500 tr/min se freine facilement avec une main posée sur son arbre jusqu'à son arrêt complet si l'alimentation lui est fournie via un autotransformateur, réglant la même vitesse à XNUMX XNUMX tr/min au ralenti.
Avec une légère complication par rapport au prototype, le régulateur n'est absolument pas critique pour la répartition des paramètres des éléments. Comme triacs, TS, TS2, 2TS112 et TS106 sont applicables pour des courants de 6,3-10-16 A, ainsi que KU208G ou 2U208G pour 5 A. Vous pouvez également utiliser des thyristors KU201L, 2U201L, KU202N-M, 2U202N-M, KU228I et d'autres à condition qu'un contacteur soit installé le long du circuit « anode-cathode ». Le besoin d'évacuation de la chaleur est déterminé par l'ampleur du courant de charge. Les transistors doivent permettre un courant d'au moins 250 mA et une tension d'au moins 15 V. Les fonctions VT1 peuvent être exécutées par KT350A, KT209 (A-M), KT501A, KT502A (B-E), KT661 A, KT681A et autres, et VT2 - KT503A (B -E), KT645A, KT660A (B), KT684A (B) et autres avec des caractéristiques similaires. Les diodes peuvent être pour un courant d'au moins 10 mA et une tension d'au moins 400 V - KD105 (B-G), KD209 (A-V), KD221 (V-G), KD226 (V-D), D209, D210, D211, D226, D237 ( AVANT JC). La diode Zener VD1 est adaptée à une tension de stabilisation de 120 ... 180 V (KS630A, KS650A, KS680A, 2S920A, 2S950A, 2S980A) et peut être remplacée par une chaîne de diodes Zener basse consommation connectées en série pour une tension totale de 150 V. Diode Zener VD4 - toute faible puissance avec une tension de stabilisation de 9 ... 11 V, à l'exception de celles à compensation thermique. Condensateurs C1-C4 - céramique KM, KM-6, K10-17 ou film K73-17. Condensateurs C5, C6 - K73-17 avec une tension nominale de 630 V (les condensateurs d'autres types et K73-17 pour une tension nominale inférieure ne peuvent pas être utilisés). Résistances fixes - MLT ou autres. Résistance R2 - RP1-64A, elle peut être remplacée par n'importe quelle résistance variable sans fil à caractéristique linéaire (SPZ-4M, SPZ-6, SPZ-9, etc.). Le choix d'une résistance avec une caractéristique logarithmique inverse (B) augmentera la douceur de régulation dans la zone des bas régimes moteur. Résistance ajustable R3 - SPZ-27, SPZ-38. Elle peut être remplacée par une résistance constante sélectionnée. Le commutateur de vitesse maximale SA1 se présente sous la forme d'un contact à plaque à ressort mobile et d'un support fixe sur la carte régulateur. Entre la résistance R2 et le contact mobile se trouve un manchon adaptateur en plastique avec une came, qui assure la fermeture du contact mobile avec la crémaillère en position haute de la résistance variable R2 selon le schéma. Lors du réglage du régulateur, le curseur de la résistance R2 doit être réglé en position basse selon le schéma et le régime moteur minimum souhaité doit être réglé avec la résistance de réglage R3. De plus, en changeant la position du curseur de la résistance R2, il faut vérifier le changement de vitesse du minimum au maximum, l'absence de « balancement » de tours à la vitesse minimale sans charge, l'absence de « creux » dans tours à la vitesse maximale du mode demi-onde sous charge, ainsi que le fonctionnement des contacts à vitesse maximale. L'oscillation est éliminée en augmentant la capacité du condensateur C4, et le creux est éliminé par une augmentation de la résistance de la résistance R1, après quoi la position du curseur de la résistance R3 est à nouveau spécifiée. En conclusion, il convient de noter que dans les régulateurs de ce type, le tachymètre est le moteur électrique exécutif et que la tension de retour est déterminée par la magnétisation résiduelle du circuit magnétique du moteur et la stabilité du contact des balais. Pour cette raison, la qualité de la régulation dépend directement des caractéristiques spécifiées du moteur utilisé. Cependant, l'extrême simplicité du dispositif de commande et les bonnes caractéristiques de charge compensent pleinement cet inconvénient. littérature
Auteur : V. Zhgulev, Serpukhov, région de Moscou
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