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无线电电子与电气工程百科全书 单相集电器电动机的功率和转速调节器。 无线电电子电气工程百科全书
单相集电电机转子的功率和转速调节器设计用于简化 IE1032 电钻和其他使用交流集电电机的家用电机的操作（扩展功能），功率可达至 1,2 千瓦。 单相串激电动机广泛应用于需要高转速的家用电器中：吸尘器、地板抛光机、缝纫机、榨汁机、咖啡研磨机、万能厨房机械、手动木工工具（电钻）电刨和多得多。 单相集电电机在[1]中进行了描述。 它们由交流电源以及交流和直流电源（通用）供电。 如果电动机是通用的，则其励磁绕组有抽头（图1）。
IE1032钻机采用KNII-420/220-18型电机，不通用。 它是根据图2的方案制作的，只能由交流电供电，不能用直流电供电，也不能用频率为100 Hz的脉动电供电，如[2]中所述。 这个方案虽然制定了，但是没有成功。
此类电机的功率和转子旋转速度的调节可以通过使用自耦变压器（例如 LATR）调节电源电压或使用功率控制器（在这种情况下，在晶闸管）。 选择稳压电路时，应考虑以下因素： 易于制造； 在整个控制范围内平滑调节转速和功率的可能性； 将电动机方便且正确地包含在电路中流过频率为 50 Hz 的正弦电流的部分中； 工作中的可靠性。 图 3 显示了在电路的哪个部分不能打开电动机，在图 4 中 - 应该打开哪个部分。
为了控制调节器的晶闸管，选择了基于单结晶体管的张弛振荡器电路[3]。 调节器的优点：元件数量最少，易于制造，尺寸小，调节平稳，运行稳定性高，可靠性高（运行5年没有出现任何故障），负载中无需恒定元件，因为对称电流在电源电压的正半周期和负半周期流过晶闸管。 调节器原理图如图5所示。
稳压器规格：
控制器运行时，晶闸管承受最大幅值Umax=1,4Uef=310V的整流脉动电压，因此晶闸管的反向电压必须大于该值。 弛豫发生器由相同的电压供电，但受到两个串联连接的 D814V 齐纳二极管的限制，最高可达 20 V。 调节器的工作原理如下。 当从整流器的输出连接到网络时，脉动电压被施加到晶闸管，并且有限的正弦电压被施加到弛豫发生器。 电容器C1开始通过电阻器R1-R4充电。 这些电阻器的总电阻为 46 kOhm。 当电容器充电时，其两端的电压增加，当达到发射极 VT1 处的触发电压（UC1 = UE.on）时，单结晶体管解锁，电容器 C1 通过发射极-基极电路 VT1、电阻器 R1 放电。 开路状态下的发射极-基极电阻为 6 至 5 欧姆 [20]，电阻器 R3 的电阻 = 6...150 欧姆。 电容放电电路的时间常数较小，在电阻R200上形成正极性短脉冲。 通过选择电阻R6的阻值，可以调整晶体管的触发阈值UE和控制脉冲的幅度，一般应为5-7V（最适合晶闸管稳定工作）。 来自电阻器 R6 的正极性短脉冲被提供给晶闸管的控制电极，晶闸管打开，打开负载。 在开路状态下，晶闸管两端的电压降为 1,5-2 V。该电压作为弛豫发生器的电源，将其分流并关闭。 因此，张弛振荡器不会进入自振荡模式，但对于电源电压的一个半周期，它仅产生一个控制脉冲，并在下一个控制脉冲到达之前关闭。 晶闸管保持打开直到半周期结束并在半周期结束时关闭。 随着下一个半周期到达仍然闭合的晶闸管阳极，经过齐纳二极管VD7、VD8限制的电阻R1、R2的整流电压进入弛豫发生器的电源电路。 电容器C1开始充电，如此循环往复。 晶闸管开通的时刻由电容器C1充电电路的时间常数决定。 该电路中有一个可变电阻R1，通过它可以改变解锁力矩，从而调节电机轴的转速和功率。 在最小解锁角度（ψ min）时，发动机产生最大转速，解锁角度取决于发动机类型（在调节器的技术特性范围内），并且在调节范围内不会改变。 在最大触发角 phimax 处。 发动机产生最低速度，并且张角取决于发动机的类型（取决于其功率、转子重量、电刷和轴承的摩擦力等）。 发动机功率越大，转子越重，摩擦力越大，调节器需要的电流越大，因此最大触发角就越小，每种类型的电机都有自己的晶闸管最大触发角。 我们选择电容C1充电电路的元件，并确定控制角的变化范围Δφ：Δφ=φmax-φmin。 图 6 显示了正弦电源电压的一个半周期和限制为 20 V 的电压。 由于比率 20/310 = 0,0645，因此在 sinωt = 0,0645 时找到了最小可能角度 ωt = 3°45'。
可变电阻器 R1 具有高阻值，并且具有初始阻值跳变，在该电阻器的帮助下，触发角在 Δψ 范围内变化。 例如，当从最左位置转动旋钮时，电阻会从 0 kOhm 跃升至 5 kOhm。 还有一种是从右侧极限位置跳起，与左侧不同。 每个可变电阻器的跳跃值都是单独的。 选择电阻 R3 等于初始跳跃值，即5,1 欧姆它决定了晶闸管的最小触发角 ψ min。 如果如图所示，电阻器 R1 的滑块位于最低位置，则电容器 C1 充电电路的电阻将由电阻器 R3 和 R4 并联组成，总电阻为 4,85 kOhm（在另一个极端中）位置，如前所述，总电阻为 46 kOhm）。 我们将对电位器R1发动机极限位置处的两条电容器充电曲线（指数）进行估计计算，绘制图形（图7），确定角度fmin、fmax和控制范围f。
为了简化计算和方便绘图，我们将进行一些简化：我们接受 Rtot。 min = 5 kOhm，而不是 4,858 kOhm（3% 误差），我们接受 Rtot。 最大 46 kOhm，而不是 45,858 kOhm（3% 误差），我们还接受有限的正弦电压作为相同持续时间的矩形脉冲，以及电源电压 T / 2 10 ms 的一个半周期。 在时间 t 时电容器 C1 两端的电压 我们\u1d U（第一 -t/RC), 其中 U = 20 V 是有限的正弦电压。 Rtot min = 5 kOhm 时的充电电路时间常数 在 τ1 = Rtot minC1= 5 H 0,1 = 0,5 ms 时， 在 Rtotal 最大值 = 46 kOhm τ2 = Rtotal maxC1 = 46 H 0,1 = 4,6 ms。 例如，我们给出了计算电容器两端电压的详细过程，例如，对于第一点t = RС/2。 我们 = U(1st -t/RC) = U(第一个 -1/2) = U(1 - 1/√e) = 20(1 - 1/√2,7183) = = 20 (1 - 1/1,6487) = 20 (1 - 0,6) = 20 × 0,4 = 8 V。 这意味着在 t = τ1/2 = 0,5/2 = 0,25 ms 期间，电容器 C1 将充电至电压 Uc = 8 V。 计算的数据总结在表中。
图 7 中的图表显示：
另外，y轴上标注Ue.on——单结晶体管VT1的工作阈值； 在横坐标轴 - τ1 和 τ2（以毫秒和电角度为单位）上，为弛豫发生器供电的脉冲持续时间（以毫秒和电角度为单位）被标记为实控制器的 Φmin、Φmax 和 ΔΦ。 在相位刻度上，电阻为-1°的18厘米大格的价格，1毫米的小格的价格为1,8°。 让我们以图形方式确定最小和最大晶闸管触发角 φmin = 2⋅1,8° = 3,6° = 3°36'。 φmax = 20⋅1.8°° = 36°°。 让我们通过将有限正弦电压近似为矩形电压来考虑误差。 当电容C1两端的电压等于晶体管VT1的触发阈值时，我们确定sinωt。 我们 \u7d Ue.on \uXNUMXd U \uXNUMXd XNUMX V; sinωt = 7/310 = 0,0226。 根据正弦表，我们确定角度 ωt = 1°18'。 那么 φmin = 3°36' + 1°18' = 4°54'； φmax = 36° + 1°18' = 37°18'。 考虑到与图 7 中图表构造中可接受的简化相关的其他错误，具有足够的可靠性，可以接受角度 Φmin = 6°； 最大角 = 37°。 因此，晶闸管的触发角可以控制在 6° 到 37° 之间。 控制角度范围 Δϕ = ϕmax - ϕmin = 31°, 但不是 170°，如 [4，第 202 页中所述。 170]。 当角度 phimax = 220° 时，工作电压为 XNUMX V 的电机将无法工作。 设置调节器包括为特定单相集电极电机在最大晶闸管触发角（R1 发动机处于其极限状态）选择电容器 C1 充电电路的电阻器（R2、R3、R4、R1）的电阻。上位置）。 具有最小打开角度，无需调整。 当发动机按照方案将电阻R1设置到最低位置时（R1短接），晶闸管触发角最小，电动机产生最大转速。 通过将发动机向上移动，充电电路的电阻增大，转速下降，在发动机的最高位置，电动机应以最低转速稳定工作。 如果市电电压稍有波动，发动机就不稳定、停车，那么就需要减小充电电路的电阻，即降低充电电路的电阻。 通过连接较低电阻 1、2 kΩ 等电阻器代替 R390 = 360 kΩ，降低电阻器 R330 的电阻。 反之亦然，如果在发动机的上部位置转速仍然较高，需要降低，则必须将电阻R2更换为阻值较大的电阻430、470kOhm等，直至将其去掉从电路。 这样就完成了调整。 按照该方案制作的调节器工作稳定，运行5年没有出现一次故障，在钻机变负载高、低速下均表现出良好的效果。 在调节器的制造中，需要规定，当调速器的旋钮（电阻R1）向右转动时，转速增加，为此需要串接电阻R1，以便当旋钮向右转动时，转速增加。向右转动，阻力减小。 采用幅相法会导致正弦电压明显畸变，并出现很多高次谐波，因此需要在电钻C2的供电电路中引入两个额外的滤波器来进行额外的抗干扰保护， R9并入电源电路的稳压器C3、R10。 调节器设计。 该调节器有两个版本。 第一个选项如上所述，区别仅在于所使用的整流二极管的类型（在电路图的括号中指示）。 印刷电路板由箔玻璃纤维和厚度为1,5-2毫米的getinaks制成。 图 8 显示了第一版稳压器的两个印刷电路板。
当滤波器C8、R2和C9、R3采用装配式安装时，使用图10，a中的板，当滤波器放置在板上时，使用图8，b中的板。 图 9 显示了第二版稳压器的印刷电路板。
过滤器通过铰链安装制成。 对于第一个选项，您可以类似地制作一块带有过滤器的板（图 8，b）。 印刷电路板和调节器的其他部件放置在塑料盒中。 箱体上固定有可变电阻R1和R2、连接电钻的插座，并牢固固定有一根1,5m长、尾部有插头的电源线。 滤波器 C2、R9 和 C3、R10 安装在安装架上，靠近电源线和用于连接钻头的插座。 电阻R1手柄下方的盒体上固定有一个带有条件刻度的刻度。 细节。 整流器使用 KD202R 二极管，设计平均整流电流为 5 A。您也可以使用 KD202K、KD202M。 在调节器的第二个版本中，使用了二极管 D231。 您可以将 D231A、D231B、D232、D233、D234 与任何字母索引和其他类型的二极管一起使用，设计用于 10 A 的平均整流电流和 300 V 或更高的反向电压。 晶闸管 KU202M 可以替换为 KU202N、齐纳二极管 D814V - 以及总稳定电压为 18-20 V 的任何其他二极管。KT117 可以与任何字母索引一起使用。 电容器C1可选用KLS、KM、K10U-5型。 K2P-3B型电容器C40和C2可以用工作电压至少为400V的任何纸质电容器代替。SP-1型可变电阻器可以用任何其他类型和任何尺寸的电阻器代替。 要使用该调节器操作钻机，无需安装额外的开关。 安装在电钻上的两极开关就足够了。 电压提供给调节器并由电钻开关移除。 尽管调节器设计用于为单相集电极电动机供电，但如有必要，可以将任何适当功率的有源负载（加热器）连接到其上。 参考文献：
作者：V. V. Pershin
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