Как сделать регулятор оборотов коллекторного двигателя 220В своими руками: схемы

Множество бытовых приборов и электроинструментов не обходятся без коллекторного электродвигателя. Такая популярность подобного электродвигателя обусловлена универсальностью.

Для коллекторного электродвигателя может использование питание от тока постоянного или переменного напряжения. Дополнительным преимуществом является эффективный пусковой момент. При этом работа от постоянного или переменного тока электродвигателя сопровождается высокой частотой оборотом, что подходит далеко не всем пользователям. Чтобы обеспечить более плавный пуск и иметь возможность настраивать частоту вращения, используется регулятор оборотов. Простой регулятор вполне можно изготовить своими руками.

Но прежде чем будет обсуждаться схема, сначала нужно разобраться в коллекторных двигателях.

Коллекторные электродвигатели

Конструкция любого коллекторного двигателя включает несколько основных элементов:

• Коллектор,
• Щетки,
• Ротор,
• Статор.

Работа стандартного коллекторного электродвигателя основана на следующих принципах.

1. Осуществляется подача тока от источника напряжения 220в. Именно 220 Вольт является стандартным напряжением бытовой сети. Для большинства приборов с электромоторами более 220 Вольт не требуется. Причем подача тока идет на ротор и статор, которые соединяются один с другим.
2. В результате подачи тока от источника 220в образуется поле магнитное.
3. Под воздействием магнитного напряжения начинается вращение ротора.
4. Щетки осуществляют передачу напряжения непосредственно на ротор устройства. Причем щетки обычно изготавливают на основе графита.
5. Когда направление тока в роторе или статоре меняется, вал вращается в обратную сторону.

Кроме стандартных коллекторных электродвигателей, существуют другие агрегаты:

• Электромотор последовательного возбуждения. Их устойчивость к перегрузкам более внушительная. Часто встречаются в бытовых электроприборах,
• Устройства параллельного возбуждения. У них сопротивление не отличается большими показателями, количество витков существенно больше, чем у аналогов,
• Однофазный электромотор. Его очень легко изготовить своими руками, мощность на приличном уровне, а вот коэффициент полезного действия оставляет желать лучшего.

Регуляторы минимальных и максимальных оборотов

У дизельных двигателей грузовых автомобилей часто нет необходимости регулировать обороты между низкими оборотами холостого хода и повышенными (максимальными) оборотами холостого хода. В этой области оборотов водитель подбирает крутящий момент с помощью педали акселератора для непосредственного перемещения управляющей рейки ТНВД. Регулятор обеспечивает, чтобы двигатель не заглох в области низких оборотов холостого хода, а также регулирует повышенные (максимальные) обороты холостого хода. Руководствуясь кривыми характеристик регулятора, можно видеть, что холодный двигатель запускается в положении подачи (А).

Рис. Регуляторы минимальных и максимальных оборотов:
1. Пример; 2. Регулировка оборотов холостого хода; 3. Неконтролируемая область; 4. Регулировка оборотов при полной нагрузке; 5. Начало хода рейки; 6. Начало контроля крутящего момента; 7. Ход управляющей рейки; 8. Полная нагрузка; 9. Ход для контроля крутящего момента; 10. Частичная нагрузка; 11. Торможение двигателем; 12. Обороты двигателя.

Водитель нажимает педаль акселератора до пола и когда отпускает ее, то управляющая рейка возвращается в положение холостого хода (В). При прогреве, после колебаний около кривой управления оборотами холостого хода, низкие обороты холостого хода, в конце концов, устанавливаются в точке L. Вообще говоря, после завершения прогрева для повторного запуска больше не требуется максимальное количество топлива.

На практике, некоторые двигатели могут быть запущены даже тогда, когда рычаг управления находится в положении холостого хода. Дополнительное устройство, обозначаемое TAS (температурно-зависимое устройство ограничения для запуска) ограничивает количество топлива для запуска теплого двигателя даже при полностью нажатой педали акселератора. Когда двигатель работает, то управляющая рейка сдвигается к положению подачи при полной нагрузке, когда педаль акселератора прижимается к полу. В результате обороты двигателя повышаются и при их величине п, вступает в действие управление крутящим моментом для количества подаваемого топлива и подача максимального количества топлива немного уменьшается. Если обороты двигателя продолжают возрастать, то управление крутящим моментом прекращается при nl.

Когда педаль акселератора нажимается к полу, то количество топлива, соответствующее полной нагрузке, продолжает впрыскиваться, пока двигатель не достигнет своих максимальных оборотов при полной нагрузке nv0.

При nvo регулировка оборотов полной нагрузки вступает в действие в соответствии со снижением оборотов регулятора, из-за чего обороты двигателя слегка возрастают, ход рейки уменьшается и в результате этого подача топлива уменьшается. Повышенные обороты холостого хода (максимальные) nv0 достигаются, когда нагрузки на двигатель нет вообще. При торможении двигателем (например, при движении под уклон) обороты двигателя могут возрасти еще больше, так что ход рейки уменьшается до нуля.

Как выбрать?

Конкретная модель регулятора оборотов должна подбираться в соответствии с типом подключаемой электрической машины – коллекторный двигатель, трехфазный или однофазный электродвигатель. В соответствии с чем и подбирается определенный преобразователь частоты вращения.

Помимо этого для регулятора оборотов необходимо выбрать:

• Тип управления – выделяют два способа: скалярный и векторный. Первый из них привязывается к нагрузке на валу и является более простым, но менее надежным. Второй отстраивается по обратной связи от величины магнитного потока и выступает полной противоположностью первого.
• Мощность – должна выбираться не менее или даже больше, чем номинал подключаемого электродвигателя на максимальных оборотах, желательно обеспечивать запас, особенно для электронных регуляторов.
• Номинальное напряжение – выбирается в соответствии с величиной разности потенциалов для обмоток асинхронного или коллекторного электродвигателя. Если вы подключаете к заводскому или самодельному регулятору одну электрическую машину, будет достаточно именно такого номинала, если их несколько, частотный регулятор должен иметь широкий диапазон по напряжению.
• Диапазон частот вращения – подбирается в соответствии с конкретным типом оборудования. К примеру, для вращения вентилятора достаточно от 500 до 1000 об/мин, а вот станку может потребоваться до 3000 об/мин.
• Габаритные размеры и вес – выбирайте таким образом, чтобы они соответствовали конструкции оборудования, не мешали работе электродвигателя. Если под регулятор оборотов будет использоваться соответствующая ниша или разъем, то размеры подбираются в соответствии с величиной свободного пространства.

Что потребуется?

Чтобы отрегулировать обороты правильно, необходимо обладать специальными знаниями и опытом. Отсутствие таковых с большой долей вероятности приводит к серьёзным последствиям, которые неблагоприятным образом сказываются на функционировании бензогенератора.

Если человек, собравшийся производить регулировку, имеет представление об этом процессе и его последствиях, то сможет выполнить необходимые действия при помощи:

1. Тестера, который предназначен для замеров частоты.
2. Длинной крестовой отвёртки.

Это мнение является ошибочным, так как для получения положительного результата нужно иметь доступ только к нескольким винтам.

Однофазные преобразователи частоты

Однофазные асинхронные электродвигатели широко применяются в качестве приводов насосных агрегатов, вентиляторов, маломощных станков. Для регулирования частоты вращения этих электрических машин применяются 2 основных способа:

• Изменение величины напряжения питания.
• Изменение частоты питающего напряжения.

Для регулирования питающего напряжения применяются трансформаторные, автотрансформаторные, тиристорные, симисторные и транзисторные преобразователи. Изменение частоты вращения путем регулирования напряжения имеет ряд серьезных недостатков:

• Увеличение скольжения и сильный нагрев обмоток статора.
• Узкий диапазон регулирования.

Кроме того, постоянная составляющая питающего напряжения на выходе тиристорных и симисторных устройств вызовает увеличение шума при работе, рывки и другие нежелательные явления.

Частотное регулирование лишено этих недостатков. Однофазные ПЧ применяются в холодильном оборудовании, системах вентиляции, бытовых насосах.

Такие электроприводы обеспечивают:

• Стабильную работу однофазного двигателя при любой частоте вращения.
• Снижение потребления электроэнергии.
• Возможность автоматической регулировки частоты вращения с обратной связью по изменению одного или нескольких технологических параметров.
• Удаленное управление и контроль характеристик.
• Защиту от ненормальных режимов работы и коротких замыканий.
• Интеллектуальное управление электродвигателем в соответствии с заданным алгоритмом.
• Возможность пуска без фазосдвигающего элемента.
• Поддержание необходимого момента на валу во всем диапазоне изменения скорости.

Кроме базовых составляющих, в состав однофазного преобразователя частоты входят ПИД-регулятор, ПЛК-контроллер, устройство для обмена данными с удаленным оборудованием, пульт дистанционного управления. При введении дополнительных настроек допустимо применение трехфазного ПЧ для однофазных двигателей переменного тока.

Таким образом, управление однофазными и трехфазными асинхронными электродвигателями путем изменения частоты значительно превосходит метод регулирования величины напряжения, механические способы.

Регулятор частоты вращения типа UG-8 фирмы «ВУДВОРД»

Настоящее руководство по эксплуатации (РЭ) распространяется на регуляторы UG-8, изготавливаемые фирмой «Вудворд» и устанавливаемые на двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и вспомогательные турбины морских судов.

РЭ применяется при изучении конструкции регулятора, при наладке и регулировке регуляторов как отдельно работающих приводных двигателей, так и двигателей одинаковой или разной мощности, предназначенных для параллельной работы. РЭ может быть использовано при заказе ЗИП.

РЭ содержит описание конструкции, принципа действия и работы регулятора на различных режимах, а также указания по его использованию, наладке и техническому обслуживанию. Одновременно с РЭ следует пользоваться фирменными инструкциями, дополнениями к ним, правилами технической эксплуатации, правилами техники безопасности и др., а также фирменными инструкциями на дополнительные устройства к регулятору (синхронизирующие электродвигатели, стоп-устройства, усилители и др.).

Для технического обслуживания (ТО) регулятора принята непрерывная система технического обслуживания, характеризующаяся периодичностью и составом работ, выполняемых как судовым экипажем, так и базой технического обслуживания (БТО) или другими специализированными береговыми предприятиями.

Состав и периодичность работ каждого вида ТО зависят от фактического технического состояния регулятора. Поэтому при планировании ТО следует планировать осмотр и контроль технического состояния и только по его результатам принимать решение о составе и времени проведения более сложных работ.

Как правило, БТО или специализированным береговым предприятием выполняются работы, связанные с демонтажем, полной разборкой и ремонтом деталей.
Остальные работы должны выполняться судовым составом в период эксплуатации судна.

При передаче регулятора с судна на береговое предприятие (или обратно) следует выполнить следующее:
заполнить регулятор тем маслом, которым он обычно заполнен при эксплуатации. Указать марку масла в сопроводительной документации;
приводной и выходной валы смазать минеральным цилиндровым маслом типа М. С-20, обернуть одним слоем парафинированной бумаги и обшить деревянными брусками для предохранения от забоин и изгибов и для возможности транспортировки регулятора ч вертикальном положении;
в сопроводительной документации записать заводские номера регуляторов и их принадлежность к соответствующим двигателям, а также необходимые уставки ограничения нагрузки и статизма для предварительной настройки регулятора.

Доставленный на береговое предприятие регулятор должен храниться в вертикальном положении в специально отведенном месте, исключающем порчу деталей от коррозии и механических повреждений.

При хранении свыше 6 мес консервация и упаковка регулятора должны выполняться в соответствии с ОСТ 5.9583—75 «Единая система защиты от коррозии и старения. Механизмы и оборудование судовые. Типовые технологические процессы консервации и расконсервации».
Регулятор UG-8 фирмы «Вудворд» предназначен для автоматического поддержания частоты вращения валов приводных двигателей в заданых пределах на всех режимах работы.

ОГЛАВЛЕНИЕ:

1. Введение.
2. Общие указания.
3. Назначение регулятора UG-8.
4. Технические данные регулятора UG-8.
5. Состав и устройство регулятора UG-8.
6. Указания мер безопасности.
7. Работа регулятора UG-8.

7.1. Принципиальная схема.
7.2. Работа регулятора на установившемся режиме.
7.3. Работа регулятора при уменьшении нагрузки.
7.4. Работа регулятора при уменьшении затяжки пружины.
7.5. Работа регулятора при увеличении нагрузки.
7.6. Работа регулятора при увеличении затяжки пружины.
7.7. Работа регулятора при степени неравномерности, отличной от нуля
7.8. Работа гибкой обратной связи (изодрома).

8. Устройство и работа составных частей регулятора UG-8.

8.1. Верхняя крышка (узел A).
8.2. Панель управления (узел В).
8.3. Корпус (узел С) 35.
8.4. Узел чувствительного элемента (узел D).
8.5. Узел регулирования (узел Е).
8.6. Основание (узел F).
8.7. Приводной вал (узел G).

9. Использование регулятора вудворд UG-8.

9.1. Подготовка и включение регулятора в работу.
9.2. Наблюдение во время работы.

10. Регулирование и настройка регулятора UG-8, установленного на двигателе.

10.1. Объем и последовательность регулировок.
10.2 Регулировка максимума частоты вращения.
10.3. Регулировка минимума частоты вращения.
10.4. Установка степени неравномерности.
10.5. Регулировка времени изодрома.

11. Техническое обслуживание регулятора UG-8 (ТО).

11.1. Виды и периодичность технического обслуживания.
11.2. Общие требования к производству работ по техническому обслуживанию.
11.3. Техническое обслуживание на судне.
11.4. Неполадки регулятора и меры их устранения.
11.5. Техническое обслуживание специализированными предприятиями.
11.6. Демонтаж узла А.
11.7. Демонтаж узла В.
11.8. Демонтаж узла С.
11.9. Демонтаж узла D.
11.10. Демонтаж узла Е.
11.11. Демонтаж узла F.
11.12. Демонтаж узла G.
11.13. Устранение неисправностей.
11.14. Регулировка узлов регулятора.
11.15. Сборка узлов регулятора.
11. 16 Общие указания.
11.17. Сборка узла основания F и узла регулирования £.
11.18. Сборка узла D с узлом Е.
11.19. Сборка узла С с узлами G, F, E и D.
11.20. Сборка узла В с узлами G, F, Е, D и С.
11.21. Предварительная регулировка после сборки регулятора.

12. Установка регулятора на двигатель.

12.1. Соединение регулятора с двигателем.
12.2. Согласование положения рейки топливных насосов двигателя с выходным валом регулятора.

Как работают пневматические регуляторы двигателей

Устройство для измерения скорости на пневматическом регуляторе представляет собой подвижную воздушную лопасть, выполненную из металла или пластика. Эта деталь двигателя малого объема регистрирует изменение давления воздуха вокруг вращающегося маховика.

Для того чтобы переместить дроссель в открытое положение, пневматический регулятор также использует одну или две пружины. По мере того, как нагрузка уменьшается, скорость двигателя увеличивается, количество воздуха, выдуваемого маховиком, также начинает увеличиваться, что заставляет лопасть регулятора переместить дроссельную заслонку в закрытое положение, чтобы поддерживать постоянную скорость двигателя. Конструкция пневматического регулятора проще, а детали легче получить.

У вас есть другие вопросы о регуляторах двигателей малого объема для газонокосилок & наружного силового оборудования?
Узнайте, используется ли в вашей газонокосилке или наружном силовом оборудовании механический или пневматический регулятор, в руководстве вашего двигателя.

Свяжитесь с ближайшим дилером Briggs & Stratton для получения помощи!