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無線電子工学および電気工学の百科事典 単相整流子電動機の出力と回転速度を調整するレギュレータ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
単相整流子電気モーターのローターの電力および回転速度レギュレーターは、最大 1032 kW の電力の AC 整流子モーターを使用する IE1,2 電気ドリルおよびその他の家庭用電気機械の操作を容易にする (機能を拡張する) ように設計されています。 。 逐次励磁を備えた単相整流子電気モーターは、掃除機、床磨き機、ミシン、ジューサー、コーヒーグラインダー、汎用キッチン機械、手持ち式の木工および金属加工工具 (電気ドリル) など、高い回転速度が必要な家庭用電化製品で広く使用されています。 ）、電気カンナなど。 単相整流子電気モーターについては、[1] で説明されています。 これらは、AC 主電源と AC および DC 主電源の両方 (ユニバーサル) から電力を供給されます。 電気モーターが汎用の場合、その界磁巻線にはタップがあります (図 1)。
IE1032 ドリルは KNII-420/220-18 タイプのモーターを使用しますが、これは汎用ではありません。 これは図 2 の回路に従って作られており、[100] で説明されているように、AC ネットワークからのみ電力を供給できますが、直流電流や周波数 2 Hz の脈流からは電力を供給できません。 この回路は作成しましたが、動作しませんでした。
このようなモーターの電力とローター速度の調整は、単巻変圧器 (LATR など) を使用して電源電圧を調整するか、電力調整器 (この場合はサイリスター) を使用する振幅位相法によって実行できます。 レギュレータ回路を選択するときは、次の点を考慮する必要があります。 製造の容易さ。 制御範囲全体にわたって回転速度と出力をスムーズに調整する機能。 周波数 50 Hz の正弦波電流が流れる回路のセクションに電気モーターを便利かつ正確に組み込むこと。 動作の信頼性。 図3は、回路のどの部分で電気モーターをオンにできないかを示しています。図4は、どのセクションをオンにする必要があるかを示しています。
レギュレータ サイリスタを制御するために、ユニジャンクション トランジスタに基づく緩和発振回路が選択されました [3]。 レギュレータの利点: 最小限の要素数、製造の容易さ、小型寸法、スムーズな調整、動作の高い安定性、高い信頼性 (5 年間の動作にわたって単一の故障はありませんでした)、負荷に一定のコンポーネントがないこと、対称な電流が電源電圧の正と負の半サイクルでサイリスタを流れるためです。 レギュレータの概略図を図5に示します。
レギュレーターの仕様:
レギュレータの動作中、サイリスタには最大振幅 Umax = 1,4 Ueff = 310 V の整流された脈動電圧がかかります。したがって、サイリスタの逆電圧はこの値より大きくなければなりません。 リラクゼーションジェネレーターには同じ電圧が供給されますが、814 V に直列接続された 20 つの DXNUMXV ツェナー ダイオードによって制限されます。 レギュレータは次のように動作します。 整流器の出力からネットワークに接続すると、脈動電圧がサイリスタに供給され、制限された正弦波電圧が緩和ジェネレータに供給されます。 コンデンサ C1 は抵抗 R1 ～ R4 を介して充電を開始します。 これらの抵抗器の合計抵抗は 46 kΩ です。 コンデンサが充電されると、その両端の電圧が増加し、エミッタ VT1 でロック解除電圧 (UC1 = UE.on) に達すると、ユニジャンクション トランジスタのロックが解除され、コンデンサ C1 がエミッタ - ベース回路 VT1、抵抗に沿って放電されます。 R1. オープン状態のエミッタ - ベース抵抗は 6 ～ 5 オーム [20]、抵抗 R3 の抵抗値は 6 ～ 150 オームです。 コンデンサ放電回路の時定数は小さく、抵抗 R200 の両端に正極性の短いパルスが形成されます。 抵抗器 R6 の抵抗値を選択することで、トランジスタのロック解除しきい値 UE.on と制御パルスの振幅を調整できます。制御パルスの振幅は 5 ～ 7 V (サイリスタの安定した動作に最適) になります。 抵抗器 R6 からの正極性の短いパルスがサイリスタの制御電極に供給され、サイリスタが開き、負荷がオンになります。 開放状態では、サイリスタ両端の電圧降下は 1,5 ～ 2 V です。この電圧は緩和ジェネレータに電力を供給し、それを分路してオフにします。 したがって、緩和発生器は自励発振モードにはなりませんが、主電源電圧の半サイクル中に制御パルスを XNUMX つだけ生成し、次の制御パルスが到着する前にオフになります。 サイリスタは半サイクルの終わりまで開いたままになり、半サイクルの終わりに閉じます。 サイリスタのアノードはまだ閉じているが、次の半サイクルが到来すると、ツェナー ダイオード VD7 VD8 によって制限された抵抗 R1、R2 を通る整流電圧が緩和発生器の電源回路に入ります。 コンデンサ C1 が充電を開始し、このサイクルが繰り返されます。 サイリスタが開く瞬間は、コンデンサ C1 の充電回路の時定数によって決まります。 この回路には可変抵抗器 R1 が含まれており、これを使用してロック解除トルクを変更できるため、電動モーターのシャフトの回転速度と出力を調整できます。 最小ロック解除角度 (ϕ min) では、エンジンは最大速度に達します。ロック解除角度は (レギュレーターの技術的特性の範囲内で) エンジンのタイプに依存し、調整限界内では変化しません。 最大ロック解除角度 ϕmax 時エンジンは最低速度を発生し、点火角度はエンジンのタイプ (出力、ローターの重量、ブラシとベアリングの摩擦など) によって異なります。 エンジン出力が大きくなるほど、ローターが重くなり、摩擦が大きくなり、レギュレーターから必要な電流が大きくなるため、最大点火角度は小さくなります。モーターのタイプごとに独自の最大点火角度があります。サイリスタ。 コンデンサ C1 の充電回路の要素を選択し、制御角 Δϕ の変化範囲を決定します: Δϕ = ϕmax - ϕ min。 図 6 は、正弦波ネットワーク電圧の半サイクルと 20 V に制限された電圧を示しています。 比 20/310 = 0,0645 であるため、sinωt = 0,0645 の場合、可能な最小角度 ωt = 3°45' が見つかりました。
可変抵抗器 R1 は、点弧角が Δϕ の範囲で変化するのを利用して高抵抗であり、抵抗の初期ジャンプがあります。 たとえばノブを左端の位置から回すと、抵抗が 0 から 5 kΩ まで急激に変化します。 右端の位置からのジャンプもあり、左端とは異なります。 このジャンプの大きさは可変抵抗器ごとに異なります。 抵抗 R3 は、最初のジャンプの値と等しく選択されます。 5,1キロオーム。 これにより、サイリスタの最小点弧角 ϕ min が決まります。 抵抗器 R1 のスライダーが図に従って最も低い位置にある場合、コンデンサ C1 の充電回路の抵抗は、並列接続された抵抗器 R3 と R4 で構成され、合計抵抗は 4,85 kΩ になります (他の極端な位置では、すでに示したように、合計抵抗は 46 kΩです)。 ポテンショメータ R1 の両端の 7 つのコンデンサ充電曲線 (指数) を近似計算し、グラフ (図 XNUMX) を描き、角度 fmin、fmax、および制御範囲 f を決定しましょう。
計算を簡素化し、グラフのプロットを容易にするために、いくつかの単純化を行います。Rtot を受け入れます。 min = 5 kOhm、4,858 kOhm (誤差 3%) ではなく、Rtot を受け入れます。 46 kOhm (誤差 45,858%) ではなく、max = 3 kOhm であるため、制限された正弦波電圧も、ネットワーク電圧の 2 つの半サイクル T/10 = XNUMX ms と同じ持続時間の方形パルス電圧として取得されます。 時間 t におけるコンデンサ C1 の両端の電圧 私たち\u1dU（XNUMXst -t / RC), ここで、U =20Vは制限された正弦波電圧です。 Rtot での充電回路の時定数 min = 5 kOhm τ1=RtotminC1 = 5 H 0,1 = 0,5 msで、 Rtotal で最大 = 46 kOhm τ2 = Rtotal maxC1 = 46 H 0,1 = 4,6 ミリ秒。 例として、最初の点 t = RC/2 などのコンデンサの電圧を計算する詳細な手順を示します。 Uс = U(1番目 -t / RC) = U(1st -1/2) = U(1 - 1/√е) = 20(1 - 1/√2,7183) = = 20 (1 - 1/1,6487) = 20 (1 - 0,6) = 20 H 0,4 = 8 V。 これは、t = τ1/2 = 0,5/2 = 0,25 ms 以内に、コンデンサ C1 が電圧 Uс = 8 V まで充電されることを意味します。 計算されたデータを表にまとめます。
図 7 のグラフは次のことを示しています。
さらに、Ue.on は縦軸にマークされています - ユニ接合トランジスタ VT1 の動作しきい値です。 横軸 - τ1 と τ2 (ミリ秒および電気度)、緩和ジェネレータに供給するパルスの継続時間 (ミリ秒および電気度)、実際のコントローラーの ϕmin、ϕmax、および ∆ϕ でマークされます。 位相スケールでは、抵抗付きの 1 cm の大きな分割の価格は -18°、1 mm の小さな分割の価格は 1,8° です。 サイリスタの最小および最大の点弧角をグラフィカルに決定しましょう ϕmin=2⋅1,8°=3,6°=3°36'。 ϕmax=20⋅1.8°°=36°°。 制限された正弦波電圧を矩形波に近似して誤差を考慮してみましょう。 コンデンサ C1 の電圧がトランジスタ VT1 のロック解除しきい値に等しいときの sinωt を求めてみましょう。 私たち\u7dUe.on \ uXNUMXd U \ uXNUMXd XNUMX V; sinωt=7/310=0,0226。 正弦の表に従って、角度ωt=1°18'を決定します。 次に、ϕmin=3°36'+1°18'=4°54'; φmax = 36° + 1°18' = 37°18'. 図 7 のグラフを作成するときに採用した単純化に関連する他の誤差を考慮すると、十分な信頼性で角度 ϕmin = 6° を受け入れることができます。 ϕmax = 37°。 したがって、サイリスタの点弧角は6〜37°に制御できます。 制御角度範囲 ∆ϕ = ϕmax-ϕmin = 31°、 しかし、[170、p. 4 で述べられているように 202° ではありません。 170]。 角度 ϕmax = 220° では、動作電圧 XNUMX V 用に設計されたエンジンは動作しません。 レギュレータの設定は、サイリスタの最大点弧角における特定の単相整流子電気モータ用のコンデンサ充電回路 C1 (R1、R2、R3、R4) の抵抗値を選択することから構成されます (最上部のモータ R1)。位置）。 最小開き角度では調整は必要ありません。 抵抗器 R1 スライダーが回路に従って最も低い位置に取り付けられている場合 (R1 が短絡されている場合)、サイリスターの点火角度は最小となり、電気モーターは最大速度を発生します。 エンジンを上昇させることで充電回路の抵抗が増加し、回転速度が低下し、エンジンの最高位置では電気モーターが最低速度で安定して動作するはずです。 エンジンの動作が不安定で、主電源電圧のわずかな変動により停止する場合は、充電回路の抵抗を減らす必要があります。 R1 = 2 kOhm の代わりに、より低い抵抗値の 390、360 kOhm などの抵抗を接続して、抵抗 R330 の抵抗を減らします。 逆も同様で、エンジンの上部位置で回転速度がまだ高く、減速する必要がある場合は、抵抗器 R2 をエンジンから取り外すまで、より高い抵抗値の 430、470 kOhm などの抵抗器に交換する必要があります。回路。 これで調整は完了です。 このスキームに従って製造されたレギュレータは安定して動作し、5 年間の運用を通じて一度も故障はなく、ドリルにかかる負荷が変動する高速および低速の両方で良好な結果を示しました。 レギュレータを製作する際、速度調整つまみ（抵抗器R1）を右に回すと回転数が上がるようにする必要があり、そのためには、つまみを右に回すと回転数が上がるように抵抗器R1を十字架にかける必要があります。抵抗が減少します。 振幅位相法の使用により、正弦波電圧が大幅に歪み、多くの高調波が発生するため、ドリル C2、R9 の電源回路に 3 つの追加フィルタを導入して、干渉に対する追加の保護が必要です。そしてレギュレータC10、RXNUMXの電源回路に接続されます。 レギュレーターの設計。 レギュレーターは XNUMX つのバージョンで製造されています。 最初のオプションは上で説明されていますが、唯一の違いは、使用される整流ダイオードのタイプ (回路図の括弧内に示されています) です。 プリント基板は、厚さ 1,5 ～ 2 mm のフォイルグラスファイバーと getinax でできています。 図 8 は、レギュレータの最初のバージョン用の XNUMX つのプリント基板を示しています。
図8(a)の基板はフィルタC2、R9、C3、R10を実装実装する場合に使用し、図8(b)の基板はフィルタを基板上に配置する場合に使用します。 図9は、レギュレータのXNUMX番目のバージョン用のXNUMXつのプリント回路基板を示しています。
フィルターは吊り下げ設置で製作されます。 最初のオプションの (図 8b) と同様のフィルターを備えたボードを作成できます。 レギュレータのプリント基板とその他の部品はプラスチックの箱に入れられています。 ボックス本体には、可変抵抗器R1、R2、ドリル接続用ソケット、先端プラグ付き長さ1,5mの電源コードが固定されています。 フィルタ C2、R9 および C3、R10 は、電源コードとドリル接続用ソケットの近くの取り付けラックに取り付けられます。 抵抗器 R1 のハンドルの下のボックス本体には、従来の目盛りが付いています。 詳細。 整流器には、平均整流電流が 202 A になるように設計された KD5R ダイオードが使用されています。代わりに、KD202K、KD202M を使用することもできます。 レギュレータの 231 番目のバージョンでは、D231 ダイオードが使用されます。 任意の文字インデックスを持つ D231A、D232B、D233、D234、D10 や、平均整流電流 300 A、逆電圧 XNUMX V 以上向けに設計された他のタイプのダイオードを使用できます。 サイリスタ KU202M は、KU202 N、ツェナー ダイオード D814V、合計安定化電圧 18 ～ 20 V の他のダイオードと置き換えることができます。KT117 は、任意の文字インデックスで使用できます。 コンデンサ C1 は、KLS、KM、K10U-5 タイプを使用できます。 タイプ K2P-3B のコンデンサ C40 および C2 は、動作電圧が少なくとも 400 V の紙製コンデンサと置き換えることができます。タイプ SP-1 の可変抵抗器は、他のタイプおよび任意のサイズの抵抗器と置き換えることができます。 このレギュレーターでドリルを操作する場合、追加のスイッチを取り付ける必要はありません。 ドリルに取り付けられた XNUMX 極スイッチで十分です。 レギュレータへの電圧はドリルスイッチによって供給および除去されます。 レギュレーターは単相ブラシ付き電気モーターに電力を供給するように設計されていますが、必要に応じて、適切な電力のアクティブ負荷 (ヒーター) をレギュレーターに接続できます。 文学：
著者：V。V. Pershin
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