Стабілізатор швидкості обертання електродвигунів типів ДПР, ДПМ та інших

Досить часто в різних пристроях механіки, автоматики потрібно дуже точно стабілізувати швидкість обертання електродвигуна (ЕД) постійного струму. Більшість пристроїв, які можна знайти в літературі, пропонують стабілізацію швидкості обертання ЕД за рахунок зміни споживаного їм струму під час зростання навантаження на валу. При цьому послідовно з ЕД включають опір. Це допустимо, якщо потужність ЕД невелика. Якщо ж ЕД більш потужний і споживаний їм струм понад 1 А, то втрати на резисторі будуть великі. До того ж подібна схема стабілізує швидкість в нешироких межах зміни навантаження на валу.

Пропонований мною стабілізатор швидкості ЕД постійного струму не має перерахованих вище недоліків і здатний з дуже високою точністю підтримувати швидкість на валу ЕД. Він дозволяє підключати ЕД з різним напругою живлення і споживаної потужністю. Подібна стабілізація забезпечується зворотним зв'язком з датчиком, розташованим на валу ЕД, а також тим, що при зростанні навантаження на валу схема збільшує напругу на ЕД аж до максимального, а при збільшенні швидкості ЕД (по будь-якої причини) напруга на ньому зменшується. Таким чином відбувається коливальний процес, в результаті якого встановлюється оптимальне напруга на ЕД при певному навантаженні. Стабілізатор використовувався з ЕД польського виробництва потужністю близько 30 Вт (не знаю його назви), а також з ЕД типу ДЛМ-30 і в обох випадках показав хороші результати.

Принципова схема стабілізатора швидкості показана на рис.1. Основою її служить мікросхема КР1108ПП1А, включена в режимі цифроаналогового перетворювача (ЦАП).

(Натисніть для збільшення)

Сигнал з датчика частоти обертання (рис.2) надходить через формувач стабільних імпульсів, виконаний на мікросхемі DD1.1, на вхід ЦАП.

На виході ЦАП (висновок 13 DA1) виходить напруга пилкоподібної форми, амплітуда якого тим вище, чим вище частота на вході DA1. Ця напруга знижується в три рази, згладжується ланцюжком R6, R7, C7 і надходить на прямий вхід ОУ DA2. На інвертується вхід ОП надходить зразкове напруга, що знімається з дільника на резисторах R8, R9, R10 і стабілізатора DA5. Зразкове напруга порівнюється з напругою, що надходять від ЦАП DA1. Якщо вхідна напруга ОУ менше зразкового, то на виході останнього встановлюється низький рівень, який через діод VD1 (захищає транзистор VT1 від негативного напруги) надходить на транзистор VT1. Транзистор залишається закритим, і струм резистора R13 через згладжує ланцюжок R3, C8 відкриває транзистори VT2, VT3. До ЕД прикладається максимальна напруга, і він починає обертатися.

У міру розгону ЕД збільшується частота сигналу з датчика і відповідно вхідна напруга на прямому вході ОУ. Як тільки воно зрівняється з зразковим, на виході ОУ встановиться високий рівень і транзистор VT1 відкриється, а транзистори VT2, VT3 почнуть закриватися в міру зарядки конденсатора С8. Швидкість ЕД зменшиться. В результаті виходить регресний коливальний процес (тривалістю приблизно 0,5 с, що залежить від ємності конденсатора С8), після закінчення якого швидкість ЕД встановиться такий, при якій частота обертання дає можливість отримати на прямому вході ОУ напруга, рівне зразковому. На виході ОУ в процесі роботи встановлюється певна шпаруватість імпульсів, що змінюється в залежності від швидкості обертання і навантаження на валу ЕД. Ці імпульси згладжуються конденсатором С8. В принципі їх можна і не згладжувати, але робота ЕД із змінним напругою на ньому, а не скважностью мені здалася більш кращою.

Схема харчується нестабілізованою напругою

20 В і стабілізованою +30 В відносно загального проводу. Напруга +30 В можна змінювати в дуже широких межах, необхідних для використовуваного типу ЕД. Якщо воно повинно перевищувати максимально допустимий вхідна напруга стабілізатора DA3 і транзисторів VT1-VT3, то необхідно замінити транзистори іншими (з більш допустимою напругою колектор-емітер), а DA3 живити від окремого нестабілізованого джерела +20 В.

Датчиком частоти обертання служить диск з непрозорого матеріалу (дуже зручно зробити його з текстоліту), в якому просвердлені 30-60 отворів по колу (рис.3).

Диск закріплюють на валу ЕД. Схема, показана на рис.2, перетворює обертання диска в імпульси прямокутної форми. Якщо використовувати диск з 60 отворами, то до виходу датчика можна підключити частотомір з часом вимірювання 1 с. Він буде показувати швидкість обертання в оборотах на хвилину.

Друкована плата показана на рис.4. На ній розташовані всі елементи з рис.1, крім транзистора VT3 і потенціометра R9.

Невикористані виводимікросхеми DD1 підключені до "землі" і джерела живлення (на схемі не показані). Транзистор VT3 повинен розташовуватися на радіаторі, площа поверхні якого вибирають в залежності від потужності ЕД. При використанні ЕД типу ДПМ-30 я застосував пластину з алюмінію розмірами 50Ч100 мм, вигнуту буквою П. Постійні резистори і конденсатори - планарні типорозміру 1206 (крім резисторів R8, R10 типу С3-23 або МЛТ-0,125). Електролітичні конденсатори типу К50-35. Підлаштування резистор типу СП-16в або інший, що підходить за розмірами.

Резистор R9 бажано використовувати типу СП5-35а, хоча можна і будь-який інший. Як стабілізатор напруги я використав схему, описану в журналі "Радіо" 2/1981, С.44-46. Як датчик (див. Рис.2) можна використовувати будь-яку іншу схему, яка видає на виході імпульси амплітудою 12. 15 В.

Для настройки схеми замість резисторів R8, R10 зручно встановити два підлаштування резистора. Спочатку їх встановлюють на мінімальний опір. Движок резистора R9 встановлюють в нижню (за схемою) положення, а опір R5 вибирають максимальним. Підключивши ЕД, обертають регулятор R9, збільшуючи швидкість обертання. При цьому потрібно контролювати напругу на виводі 13 DA1 за допомогою вольтметра. Якщо напруга на ньому досягне 10 В, а швидкість обертання ЕД ще недостатня, то зменшують опір R5 з таким розрахунком, щоб при максимальній швидкості обертання валу ЕД напруга на виводі 13 DA1 дорівнювало 10. 10,5 В. Потім за допомогою резисторів R8 і R10 встановлюють відповідно максимальний і мінімальний межі, регульовані резистором R9. Після цього заміряють опору R8, R10 і замінюють їх постійними. На цьому настройка закінчена.

Деталі. Замість мікросхеми КР1108ПП1А можна використовувати КР1108ПП1Б. ОУ КР140УД6 можна замінити будь-яким іншим, наприклад КР140УД7, КР544УД1. Стабілізатор напруги КР142ЕН8 можна замінити КР142ЕН8В; 79L15 - КР1168ЕН15, 78L05 - КР1170ЕН5, КР1157ЕН502.

Мікросхему К561ЛА7 можна замінити К561ЛЕ5. У схемі датчика (див. Рис.2) замість мікросхеми К561ТЛ1 можна використовувати К561ЛА7, К561ЛЕ5 (при цьому бажано включити три їх інвертора послідовно).