Для одной самоделки понадобилось жестко поддерживать заданные обороты коллекторного двигателя от стиральной машины. При этом было необходимо использовать те радиодетали, которые имелись в наличии. Отсюда и некоторые несуразности, которые, однако, не мешают работе схемы.
Прежде всего, микронной шкуркой был отшлифован коллектор на запущенном двигателе, так как коллектор сильно искрил (шкурка на палочке-изоляторе и осторожность). Оказывается, высота пластин была неодинакова, отсюда и искры. После шлифовки искрение исчезло полностью. Кстати, значительно уменьшился и шум двигателя.
Далее. Тахометр двигателя от стиральной машины выдает 8 синусоид за один оборот двигателя. Амплитуда синусоид составляет от десятков милливольт на низких оборотах, до трех десятков вольт на максимальных оборотах. При отсутствии нагрузки на максимальных оборотах двигателя тахометр показал 2800 герц, что соответствует 30000 оборотов в минуту (не советую так крутить, страшно). При небольшой нагрузке на двигатель тахометр показал 1435 герц, что соответствует 10762 оборота в минуту.
При измерении частоты тахометра возникают две проблемы:
- А) Очень большой амплитудный диапазон измеряемого сигнала.
- Б) Синусоида сильно зашумлена игольчатыми помехами с коллектора двигателя.
Принципиальная схема регулятора мотора СМА
Была опробована следующая схема:
В процессе сборки второго регулятора схема немножко изменена, чтобы можно было настраивать без осциллографа, без подбора резисторов.
Компаратор работает хорошо, вопросов нет. А вот что совсем не понравилось, так это драйвер мотора. На некоторых частотах работа симистора попадает в резонанс с частотой сети, и получаются качели, то есть обороты плавают больше – меньше. И на самых маленьких оборотах симистор не успевает нормально отреагировать. Тоже небольшие качели. Придется собрать нормальный ШИМ и управлять им с компаратора. (Переменные резисторы многооборотные). Вот обновленный вариант:
Для нормирования амплитуды измеряемого сигнала и очистки от помех была применена схема на двух стабилитронах TL431. Правый стабилитрон с выходом 2,5 вольта задает уровень виртуальной земли , относительно которой будут происходит измерения с тахометра. Левый стабилитрон преобразует измеряемую синусоиду с непостоянной амплитудой в меандр со стабильной амплитудой. Резистор и конденсатор – это фильтр от игольчатых помех с коллектора двигателя, диоды защищают вход стабилитрона от перенапряжения и искажения выходного сигнала. Учитывая что стабилитроны с одной упаковки, то и уровни срабатывания управляющих электродов у них одинаковые. Поэтому схема срабатывает от минимального входного напряжения.
Данная схема обеспечивает устойчивый чистый меандр уже с 1,5 оборотов двигателя в секунду. При максимальных оборотах двигателя форма меандра почти не меняется. (Фактически, это индикатор перехода синусоиды через ноль, с уровнем срабатывания в несколько милливольт. Изменяя стабилизированное напряжение на правом стабилитроне, можно установить произвольный уровень срабатывания на синусоиде.)
Так как мне нужно было поддерживать заданную частоту от минимально возможных оборотов, то, для увеличения достоверности отслеживания частоты на низких оборотах, было решено удвоить измеряемую тахометром частоту. Для этого была собрана схема удвоителя частоты на двух К155ЛА3 (их у меня много).
Для задания образцовой частоты была собрана простенькая схема генератора на NE555. Правда, регулировку частоты решил производить через вход 5, так диапазон регулировки получается больше, чем при обычной схеме. В итоге генератор выдает от 60 до 3500 герц, что перекрывает нужные мне обороты. (нужно 56 – 2800).
Далее обе частоты (с генератора и тахометра) поступают на компаратор частот, выполненный на двух К155ИЕ1 и одной К155ЛА3. (У меня полно этих микросхем, надо же использовать). Суть работы компаратора следующая: Поступающая с тахометра удвоенная частота измеряется ИЕ1, и через десять импульсов, (это чуть больше пол-оборота двигателя), выдает на выходе ИЕ1 импульс, который перебрасывает триггер на ЛА3 и параллельно обнуляет вторую ИЕ1. Для частоты, поступающей с генератора принцип работы тот же. Суть в чем: обе ИЕ1 ВСЕГДА начинают счет СИНХРОННО, с нуля, и триггер будет срабатывать от того счетчика, на котором интервал измерения периода из десяти импульсов меньше. (то есть, его частота больше). Период из 10 импульсов выбран, чтобы повысить достоверность сравнения частот, да и схема проще. Ну а дальше, оптопара включает или НЕ включает двигатель. Чем то напоминает ШИМ.
Последовательно с двигателем у меня включены балластные сопротивления для уменьшения ударной нагрузки при работе симистора. Схема управления балластом отслеживает напряжение на пятом электроде задающего генератора и включает реле, которые шунтируют эти балластные сопротивления. От ноля до 30% от максимальных оборотов включены оба балласта, от 30% до 70% включен один балласт, и выше балласты отключены. В принципе, это излишество, но мне кажется, что с ними двигатель работает мягче.
Да, еще. Обороты можно точно устанавливать, измеряя напряжение на ножке 5 NE555. Для этого встроен маленький китайский вольтметр, у которого подстроен входной делитель.
Промежуточная плата, без блоков балласта:
- Место для схемы выключения балласта
- Схема генератора
- Схема компаратора
- Схема удвоителя частоты
- Схема формирователя меандра
Дополнение 18.04.2025
После испытания нескольких вариантов регулятора, я пришел к следующему выводу: использовать в качестве источника сигнала амплитуду тахометра можно, но на низких оборотах они слишком забита помехами от коллектора двигателя. Точности уже не получишь. А мне нужны были обороты буквально от 60 оборотов в минуту. Следовательно, нужно измерять частоту. Тахометр выдает 8 синусоид за оборот. Значит, диапазон измерения должен быть от 8 герц, до 1600 герц (при 12000 оборотов в минуту). Последний вариант регулятора прекрасно обеспечивал эти условия.
Схема состоит из следующих узлов:
- Преобразователь на стабилитроне Д1 и ОУ ОР1 преобразует синусоиду тахометра с разной амплитудой в меандр с постоянной амплитудой.
- Одновибратор Т2 закрывается спадом меандра всегда на одно время, независимо от частоты.
- Генератор тока Т1 заряжает С3 за время, которое задается резисторами R5, R6. Этими резисторами задаем частоту оборотов двигателя. Чем ниже будут обороты двигателя в зависимости от установленных резисторами, тем выше будет амплитуда пилы на С3. Эта амплитуда сравнивается с образцовым напряжением ОУ ОР2. Если частота меньше заданной, на выходе ОР2 плюс. Если больше – то минус. Качество сравнения определял, задавая частоту с генератора Г3-110. Настройка получается очень острой.
- Следующий узел – RC цепочка R10 и С4. При недостаточных оборотах на выходе ОР2 потенциал почти 24 вольта. Транзистор Т3 заряжает С4, при этом открывается Д6 и оптрон подключает двигатель через какой-нибудь драйвер к питанию. После спада импульса на R10, С4 еще остается напряжение, которое открывает оптрон. Они задают время, во время которого будет поступать питание на мотор. То есть, они определяют динамику.
Что касается драйвера. Испытал ШИМ, и он мне не понравился. Свистит, но крутить нормально не хочет. Возможно, в чем-то ошибся. Поэтому драйвер подключил напрямую на выходе Д6. Получилось нормально.
Со схемой драйвера возможно перемудрил, однако, работает как надо. Вот так, и никаких контроллеров, тем более, что их у меня нет. Автор проекта: Попов Владимир.
