Регулятор частоты вращения коллекторного двигателя с ОС по противоЭДС якоря

В большинстве публикуемых схемных решений для стабилизации частоты вращения вала электродвигателя по­стоянного тока при изменении нагрузки используется положительная обратная связь (ОС) по току якоря (см., напри­мер, статью Гуреева С. «Устройство питания сверлилки» в «Радио», 2011, № 5, с. 33). В промышленных электро­приводах, как правило, используется обеспечивающая высокую стабильность отрицательная ОС по частоте вращения. Проще всего её реализовать с по­мощью тахогенератора. Известен ещё один способ получения сигнала, про­порционального частоте вращения, который практически не используется радиолюбителями, — это выделение напряжения противоЭДС якоря. Он ос­нован на том, что противоЭДС якоря при постоянном потоке возбуждения про­порциональна частоте вращения якоря.

Схемное решение способа получения этого сигнала изображено на рис. 1.

Рис. 1

Электродвигатель постоянного тока здесь изображён в виде последова­тельной цепи, состоящей из источника противоЭДС Е и из символизирующего обмотку якоря резистора R_я. Последо­вательно с электродвигателем включён резистор RЗ. Если выполняется условие:

RЗ/R_я = R2/R1 = k,   (1)

то можно записать следующие уравнения:

U = Е + IR_я(1+k);

u₁ = Еk/(k+1)+IR_яk;

u₂=IR_яk,

где Е, I и R_я— соответственно про­тивоЭДС, ток и активное сопротивление якоря. Тогда напряжение между точками 1 и 2 равно u₁-u₂ = Еk/(k+1), т. е. пропорционально противоЭДС и не зави­сит от тока якоря. Это напряжение мож­но использовать в качестве напряжения ОС. Для электродвигателей постоянно­го тока с напряжением питания 24 В значение коэффициента к целесооб­разно выбрать в пределах от 0,05 до 0,2. Для двигателей с более высоким напряжением питания оно может быть меньше.

Схема возможного варианта регуля­тора частоты вращения электродвига­теля, в котором использован описан­ный способ регулирования, показана на рис. 2. Транзистор VТ1 работает в режиме микротоков. Функцию регуля­тора тока якоря выполняет канал полевого транзистора VТ2. Переменным ре­зистором R3 устанавливают частоту вращения двигателя, подстроечным ре­зистором R7 добиваются выполнения условия (1), а подбором R2 изменяют интервал регулирования.

Рис. 2

Устройство обеспечивает хорошую стабильность частоты вращения двига­теля при изменении нагрузки на его валу в широких пределах. Указанный на схеме номинал резистора R8 рассчитан на применение электродвигателя Д-5М (сопротивление обмотки якоря — при­близительно 14 0м). Транзистор VТ2 размещают на теплоотводе.

К недостаткам регулятора можно отнести зависимость коэффициента к от температуры: при нагреве якоря его сопротивление изменяется, а это вызы­вает нарушение условия (1). Для умень­шения влияния этого фактора можно ре­зистор намотать медным проводом подходящего сечения и обеспечить его тепловой контакт с корпусом двигателя.

При необходимости построения бо­лее сложных устройств управления мож­но выделить сигнал, пропорциональ­ный противоЭДС, с помощью операци­онного усилителя, например LМ358, в дифференциальном включении.

Автор: А. ЗЫКОВ, г. Йошкар-Ола, Республика Марий Эл