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無線電子工学および電気工学の百科事典 電気駆動レギュレーター。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
負荷が変化しても速度を安定させるエンジンスピードコントローラーは、電動ドリル、電動ノコギリ、フードプロセッサーなどの家庭用機器の作業能力を大幅に向上させます。 シンプルで効果的な直列励磁の半波コントローラーモータの回転子に発生する負荷に応じた逆起電力の大きさをフィードバックして回転速度を安定させる集電電動機が知られている。 残念ながら、このようなレギュレータには重大な欠点があります。開放電流が 100 μA 未満の高感度サイリスタが使用されています。 彼の代わりを見つけるのはほぼ不可能だ。 公開された記事の中で、著者は、サイリスタのパラメータの制限を取り除いた、レギュレータ用の回路設計ソリューションの独自のバージョンを提供しています。 最新の電気駆動コントローラーの説明に進む前に、単純な制御装置の動作原理について簡単に説明します [1]。 その概略図を図に示します。 1. これはブリッジで、その左肩は主電源分圧器 R1 - R2C1 - VD1 によって形成され、右肩は VS1 サイリスタと M1 モーターによって形成されます。 サイリスタの制御遷移はブリッジの対角線に含まれます。 サイリスタを開く信号は、抵抗器 R2 エンジンによって設定される主電源電圧と、モーター ローターからの逆起電力という、逆位相で追加される信号の合計です。 電圧が変化しない場合、ブリッジは平衡しており、エンジン回転数も変化しません。 モーターシャフトの負荷が増加すると速度が低下し、それに応じて逆起電力の値が減少し、ブリッジの不均衡が生じます。 その結果、サイリスタの制御遷移への信号が増加し、次の正の半サイクルで遅延が少なく開き、モータに供給される電力が増加します。 その結果、負荷の増加によるエンジン回転数の低下は、レギュレータがない場合に比べて大幅に小さくなることがわかります。
この場合、主電源電圧の正の半サイクルごとに不整合が解消されるため、レギュレーションは非常に安定します。 何よりも安定化効果は低中回転域で発揮されます。 抵抗器Ｒ２の両端間の調整電圧が増加し、エンジン速度が増加すると、一定のエンジン速度を維持する程度が悪化する。 レギュレータのサイリスタ VS1 は 1 つの機能を実行します。2 つはブリッジの不一致信号に基づくしきい値、もう 2 つはモータを流れるスイッチング電流に基づく電力です。 抵抗器 R1 と逆起電力からの電圧の比較はモーターに電流が流れていない場合にのみ可能であるため、ダイオード VD2、VDXNUMX はデバイスの半波動作を提供します。 主電源分圧器のコンデンサ CXNUMX は低速域に向けて調整ゾーンを拡大し、サイリスタ制御電極回路のコンデンサ CXNUMX はモータ ブラシのスパークに対するレギュレータの感度を低下させます。 エンジンの半波モードは出力の低下につながります。 最大の電力と速度を達成するには、SA1 ボタンを押してサイリスタをシャントします。 この場合、主電源電圧の両方の半波がモーターに供給されます。 すでに述べたように、検討中のコントローラの主な欠点は、開放電流が 100 μA 未満の高感度サイリスタを使用する必要があることであり、実際には代替品がありません。 サイリスタのトランジスタ アナログの導入により、同じ制御特性を維持しながら、VS1 の開度パラメータの制限を取り除くことができます。 主電源分圧器にツェナー ダイオードを取り付けると、電源電圧の変動に伴うモーター速度の変化が減少します。 アップグレードされたレギュレータのスキームを図に示します。 2. 上で説明したデバイスと同様に、レギュレータは主電源電圧の正の半波でのみ動作します。
ダイオードＶＤ２および抵抗器Ｒ１０を介したブリッジの不整合電圧は、トランジスタＶＴ２のベース・エミッタ接合に供給される。 トランジスタの開放電圧はサイリスタの開放電圧よりも大幅に低いため、このデバイスの感度とレギュレーションの品質はより高くなります。 図に示すレギュレータと同様に、制御電流は次のようになります。 2 は、トランジスタの接合部を抵抗 R10 で分路することにより 2mA になるように選択されます。 エンジンからの抵抗器 R2 の電圧がモーター回転子の電圧より高い場合、トランジスタ VT2 が開き、VT1 が開きます。 これらのデバイスはサイリスタの類似物を形成し、オンになるとコンデンサ C3 の放電電流の強力なパルスを形成し、電流制限抵抗 R9 を介してトライアック VS1 の制御電極に供給されます。 トライアックがオンになり、エンジンに電圧がかかり回転数が上がります。 抵抗器 R2 の電圧がモーターローターの電圧より低い場合、トライアックはオンにならず、回転数が低下します。 蓄積コンデンサ C3 は、抵抗器 R5 を介してネットワークから充電されます。 ツェナー ダイオード VD4 は、コンデンサの両端の電圧を、トライアックまたはサイリスタの可能な開放電圧よりも若干高いレベルに制限します。 さらに、ツェナー ダイオードにより、アンプのトランジスタに逆電圧が発生することがなくなります。 コンデンサ C4 は、モーター ブラシのスパークによる干渉を軽減することに加えて、フィードバック回路に統合する機能も果たします。 容量の増加により、レギュレータの安定性が向上します。これは、ブラシの接触不良や強いスパークを伴う場合、または回転のいわゆる「スイング」が発生する可能性のある極低速設定時に必要です。 ただし、コンデンサ C4 の静電容量が増加すると、ドライブの動特性が低下し、速度安定化の品質が低下することに注意してください。 回路定数Ｒ５Ｃ３は、コンデンサＣ３がコンデンサＣ４の充電よりも早く充電されるような定数である。 これは、トランジスタＶＴ２が開くあらゆる可能な瞬間に、始動パルスを生成するために必要な動作電圧がすでにコンデンサＣ３に存在するように行われる。 場合によっては、エンジンが停止しているとき（ロータ抵抗が低い）、エンジンの抵抗器R5の最大電圧がかかっているとき（分圧器からの大きな開放電流）、ブリッジの急激なアンバランスによってそのような条件に違反することがあります。 その結果、コンデンサC3の充電が完了する前にトランジスタが開き、コンデンサC3には電圧がかからず、放電電流パルスは形成されません。 抵抗器 R4 を流れる電流はトランジスタをオンに保つのに十分ですが、トライアックをオンにするには小さいため、モーターは回転しません。 この場合、ドライブが詰まっている場合でもエンジンがオフになるため、そのような可能性は肯定的に見なすことができます。 それが望ましくない場合は、抵抗器 R2 ～ R3 の抵抗値をいくらか減少させたり、(または) 抵抗器 R2 の抵抗値を増加させたりすることによって除去されます。 抵抗器 R2 にかかる電圧の大きさと形状は、リミッター R4 - VD1 の存在による主電源電圧の変化とは実質的に無関係です。 その結果、電源電圧の変動によってトライアック開度の設定位相角が不安定になることはありません。 設定されたモーター速度のネットワーク電圧の不安定性も大幅に減少します。 位相角が一定の場合、速度はモーターの電圧の振幅の変化によってのみ変化します。 記載されたレギュレータの特徴は、トライアックの使用である。 実際のところ、「アノード - カソード」回路を閉じることによる最大速度の切り替えは、十分な遮断電力を持つ瞬間接点 SA1 の存在を前提としています。 接点が異なる方法で作られている場合、接点内でスパークまたは電気アークが発生する可能性があります。 後者は、接点やプリント基板の焼損につながり、火災の危険があるため、非常に望ましくないものです。 トライアックを使用すると、スイッチングを制御電極回路に転送できるため、接点でのスパークが完全に排除され、接点の設計と制御抵抗器 R2 への結合が簡素化されます。 調整時には、トライアックはサイリスタのように動作し、接点が閉じるとモーターに交流が流れます。 トライアックがオープン状態の間、トランジスタはブロックされ、機能しません。 レギュレータの図に示されているステータ巻線とロータ巻線を含めることは、別々の出力巻線端を持つモータに最適です。 回転子巻線と固定子巻線が内部接続されているモータを使用する場合は、図に示す回転子巻線の代わりに接続し、固定子巻線回路をジャンパに置き換えます。 ただし、フィードバック回路に固定子巻線が存在するため、最新バージョンのレギュレータの速度制御特性は若干劣ります。 コンデンサC2、C6は干渉を排除し、R11C5回路はブラシのスパークを抑制します。 抵抗 R1 は、正の半サイクルの開始までにトライアックの開放状態の制御限界を制限します。 シャフトの負荷が増加すると、モーターの逆起電力により、トライアックのロックが解除される瞬間が、アイドル時に調整抵抗器 R2 によって設定された位置に対して半サイクルの始まりにさらにシフトされます。 抵抗器 R1 がアイドル時に選択され、その後負荷がかかった場合、いわば逆起電力が半サイクルの開始時にトライアックを開く瞬間を伝達します。 その結果、一定期間後に開き、抵抗器 R2 スライダの上部位置で速度の「ディップ」（減少）が発生します。 この現象は、抵抗R1の抵抗値を大きくすることで解消されます。 開発中、レギュレーターはさまざまなコレクタモーター、DK77 (家電製品および電動工具用)、MSH-2 (ミシン用)、さらには並列励磁モーター SL261M を使用してテストされました。 このように大きく異なるエンジンの制御には、レギュレーターを変更する必要はありませんでした。 並列励磁でモーターを使用する場合、その固定子巻線には、レギュレーターを介してアーマチュアに電圧が印加される前に、別の外部電源から電力を供給する必要があることに留意する必要があります。 レギュレータの機能は、DK1-1-77 エンジンを 280 rpm のアイドル速度およびさまざまな主電源電圧で使用して取得した負荷特性 (VD12 なしの実線、VD1500 ありの破線) を示しています (図 3)。 400 rpm のこの 1200 W モーターは、単巻変圧器を介して電力が供給され、アイドル時に同じ速度を 1500 rpm に設定すると完全に停止するまで、シャフトに手を置くだけで簡単にブレーキをかけることができます。
プロトタイプに比べて若干の複雑さはあるものの、レギュレーターは要素のパラメーターの広がりに対してまったく重要ではありません。 トライアックとして、TS、TS2、2TS112、TS106 は 6,3-10-16 A の電流に適用でき、KU208G または 2U208G は 5 A に適用できます。また、サイリスタ KU201L、2U201L、KU202N-M、2U202N-M、KU228I も使用できます。その他、コンタクタが「アノード - カソード」回路に沿って設置されていることが条件となります。 熱除去の必要性は、負荷電流の大きさによって決まります。 トランジスタは、少なくとも 250 mA の電流と少なくとも 15 V の電圧を許容する必要があります。VT1 機能は、KT350A、KT209 (A-M)、KT501A、KT502A (B-E)、KT661 A、KT681A など、および VT2 - KT503A で実行できます。 (B -E)、KT645A、KT660A (B)、KT684A (B) および同様の特性を持つその他の製品。 ダイオードは、少なくとも 10 mA の電流と少なくとも 400 V の電圧に対応できます - KD105 (B-G)、KD209 (A-V)、KD221 (V-G)、KD226 (V-D)、D209、D210、D211、D226、D237 (紀元前）。 VD1 ツェナー ダイオードは、120 ～ 180 V の安定化電圧 (KS630A、KS650A、KS680A、2S920A、2S950A、2S980A) に適しており、総電圧に対して直列接続された低電力ツェナー ダイオードのチェーンに置き換えることができます。 150Vの ツェナー ダイオード VD4 - 熱補償されたものを除く、9 ～ 11 V の安定化電圧を持つ低電力。 コンデンサC1〜C4 - セラミックKM、KM-6、K10〜17またはフィルムK73〜17。 コンデンサ C5、C6 - 定格電圧 73 V の K17-630 (他のタイプのコンデンサおよび定格電圧の低い K73-17 は使用できません)。 固定抵抗 - MLT またはその他。 抵抗器 R2 - RP1-64A は、線形特性を持つノンワイヤー可変抵抗器 (SPZ-4M、SPZ-6、SPZ-9 など) に置き換えることができます。 逆対数特性 (B) を備えた抵抗器を選択すると、低エンジン回転数領域での調整のスムーズさが拡大します。 トリマー抵抗器 R3 - SPZ-27、SPZ-38。 選択した定抵抗器に置き換えることができます。 最高速スイッチ SA1 は、可動バネ板接点とレギュレータ基板上の固定スタンドの形で作られています。 抵抗器 R2 と可動接点の間にはカム付きアダプタープラスチックスリーブがあり、スキームに従って可変抵抗器 R2 の上部位置で可動接点がラックに確実に閉じるようにします。 レギュレーターを調整するときは、抵抗器 R2 のスライダーを図に従って低い位置に設定し、必要な最低エンジン速度を調整抵抗器 R3 で設定する必要があります。 さらに、抵抗器 R2 のスライダの位置を変更することによって、最小速度から最大速度までの速度の変化、負荷のない最小速度での回転の「スイング」がないこと、回転速度の「ディップ」がないことを確認する必要があります。負荷時の半波モードの最高速度での回転数と最高速度接点の動作を測定します。 コンデンサＣ４の容量を大きくすることで揺れを解消し、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくすることでディップを解消し、再度抵抗Ｒ３のスライダの位置を指定する。 結論として、このタイプのレギュレータでは、タコメータが実行電気モータであり、フィードバック電圧はモータ磁気回路の残留磁化とブラシ接触の安定性によって決定されることに注意する必要があります。 このため、調整の質は、使用されるモーターの指定された特性に直接依存します。 ただし、制御装置の極めて単純さと優れた負荷特性により、この欠点は完全に補われます。 文学
著者：V。Zhgulev、セルプホフ、モスクワ地方
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