ШИМ-регуляторы оборотов маломощных электродвигателей

Регулировать частоту вращения маломощного коллекторного электродвигателя (ЭД) можно, включая последовательно с ним резистор. Однако такой вариант дает низкий КПД, не дает возможности делать плавную регулировку (переменные резисторы в несколько десятков Ом не распространены). Главное, что эта мера иногда приводит к остановке вращения вала: ЭД «зависает» при малом напряжении питания в некотором положении ротора. Регуляторы, приведенные в этой статье, свободны от этих недостатков. Устройство можно применять и для регулировки яркости свечения ламп накаливания.

На рис.1 показана схема одного из регуляторов. На однопереходном транзисторе VT1 выполнен генератор пилообразного напряжения (частота повторения 150 Гц), а операционный усилитель (ОУ) DA1 выполняет функцию компаратора, формирующего ШИМ-последовательность на базе ключевого транзистора VT2. Регулируют частоту вращения потенциометром R5, который изменяет ширину импульсов. В связи с тем, что их амплитуда всегда равна напряжению питания, ЭД никогда не «зависает», к тому же он может вращаться намного медленнее, чем в номинальном режиме.

Вторая схема (рис.2) аналогична предыдущей, но в качестве задающего генератора используется ОУ DA1. Этот ОУ работает как генератор напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Потенциометром R7 устанавливают частоту вращения.

Интересная схема регулятора, выполненного на интегральном таймере NE555, показана на рис.3. Задающий генератор работает на частоте 500 Гц. Длительность импульсов, а значит, и частоту вращения ЭД можно регулировать в пределах от 2 до 98% периода повторения. Выход генератора через усилитель тока на транзисторе VT1 управляет ЭД М1. Недостатком вышеприведенных схем является отсутствие цепей стабилизации частоты вращения при изменении нагрузки на валу ЭД. Решить эту проблему поможет схема, показанная на рис.4.

Как и большинство подобных устройств, данный регулятор содержит задающий генератор напряжения треугольной формы с частотой повторения 2 кГц на DA1.1.DA1.2, компаратор DA1.3, электронный ключ VT1 и регулятор скважности импульсов (частоты вращения ЭД) R6. Особенность схемы - наличие положительной обратной связи через элементы R12,R11,VD1,C2, DA1.4, стабилизирующей частоту вращения вала М1 при изменении нагрузки. При налаживании с конкретным ЭД резистором R12 подбирают такую глубину ПОС, при которой еще не происходят автоколебания частоты вращения при изменении нагрузки на валу двигателя.
Детали. В приведенных выше схемах можно использовать следующие замены деталей: транзистор КТ117А можно заменить КТ117Б-Г или 2N2646; КТ817Б - КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 - К140УД6, КР544УД1 ,ТL071, TL081; таймер NE555 - С555, КР1006ВИ1; микросхему TL074 - TL064, TL084, LM324. Для подключения более мощной нагрузки ключевой транзистор КТ817 можно заменить мощным полевым транзистором, например, IRF3905 или ему подобный. Такой транзистор может коммутировать токи до 50 А.

А.В. Тимошенко, Черниговская обл., Радіоаматор №4, 2008г.