Uniwersalny regulator obrotów silnika AC
P R O J E K T Y
Uniwersalny regulator
obrotów silnika AC
Zestaw Velleman K2636
ìStary, nie Å›ciemniajî - to
odzywka młodych ludzi
popularna obecnie. Spoko -
mÛwiÄ…c ich jÍzykiem -
Å›ciemniaĘ nie bÍdÍ. WrÍcz
przeciwnie, sprÛbujÍ co nieco
rozjaśniĘ pewien temat.
åciemniacze, to dośĘ
popularny typ ukÅ‚adÛw
Kałdemu z nas, od czasu do torach oświetlenia, jednak w przy-
budowanych przez
czasu, zdarza siÍ skorzystaĘ z urzÄ…- padku regulacji obrotÛw silnikÛw
elektronikÛw. Wynika to z ich
dzeÒ zawierajÄ…cych silniki prÄ…du komutatorowych lepszym rozwiÄ…-
przydatności w gospodarstwie
zmiennego. SÄ… one w odkurza- zaniem jest wyzwalanie triaka tyl-
domowym. Prezentowane
czach, robotach kuchennych, elek- ko w jednym punkcie cyklu (rys.
w artykule urządzenie mołe
trycznych krajalnicach czy ma- 1b lub 1c). Gdy bÍdzie to nastÍ-
wprawdzie pracowaĘ w roli
szynkach do miÍsa. Domowi maj- powaÅ‚o w zakresie maÅ‚ych obrotÛw
regulatora oświetlenia, ale
sterkowicze na pewno posiadajÄ… silnika, a wiÍc w drugiej poÅ‚Ûwce
zamysÅ‚ konstruktora byÅ‚ nieco wiertarki. My elektronicy czÍsto cyklu (rys. 1c), Å›rednie napiÍcie
uÅ‚ywamy je do najbardziej ulubio- podawane przez regulator bÍdzie
inny.
nej czynnoÅ›ci podczas wykonywa- osiÄ…gaÅ‚o wartośĘ rÛÅ‚nÄ… od zera.
nia nowego urzÄ…dzenia, jakÄ… jest Silnik jest wÛwczas zasilany ze
wiercenie otworÛw w pÅ‚ytce obwo- skÅ‚adowÄ… staÅ‚Ä…, ale wÅ‚aÅ›nie dziÍki
du drukowanego. Podczas tych temu wzrasta moment obrotowy.
prac, bardzo pomocna lub wrÍcz
nieodzowna jest mołliwośĘ regu- Zasada działania
lacji obrotÛw. Lecz tu ujawnia siÍ Schemat ideowy regulatora jest
pewna niemiÅ‚a cecha komutatoro- przedstawiony na rys. 2. WyrÛÅ‚nia-
wych silnikÛw prÄ…du zmiennego. my w nim trzy bloki funkcjonalne:
Wraz ze spadkiem obrotÛw maleje zasilacz, ukÅ‚ad ustalajÄ…cy moment
ich moment obrotowy. Postano- wyzwolenia triaka i przerzutnik ste-
wiłem tak zaprojektowaĘ układ, rujący bramką. Regulator mołe byĘ
aby maksymalnie zmniejszyĘ to zasilany z sieci energetycznej 125V
niekorzystne zjawisko. Na element lub 220...240V, poprzez transfor-
wykonawczy wybrałem triak. mator separujący i jednocześnie ob-
DziaÅ‚anie regulatorÛw zbudowa- niÅ‚ajÄ…cy napiÍcie. DziÍki dzielone-
nych na triakach polega na wÅ‚Ä…- mu uzwojeniu wtÛrnemu moÅ‚na
czaniu ich w odpowiednim mo- było zrezygnowaĘ z mostka Graetz'a
mencie cyklu napiÍcia zasilajÄ…ce- w zasilaczu. Prostowanie napiÍcia
go. W tradycyjnych ściemniaczach zapewniają diody D1 i D2, a kon-
impuls wyzwalający jest podawa- densator C1 zapewnia jego wygła-
ny w tych samych chwilach t , dzanie. Kondensator C3 powoduje
w
zarÛwno dla dodatniej, jak i ujem- gaszenie zakÅ‚ÛceÒ impulsowych.
nej poÅ‚Ûwki przebiegu napiÍcia Tranzystor T1 pracuje jako klucz
(rys. 1a). Taki typ sterowania - od zatkania do nasycenia. Jest
Rys. 1. Przykłady włączania triaka
w regulatorach napiÄ™cia. doskonale sprawdza siÍ w regula- on wÅ‚Ä…czany i wyÅ‚Ä…czany prawie
Elektronika Praktyczna 7/2002
37
Uniwersalny regulator obrotów silnika AC
Rys. 2. Schemat elektryczny regulatora.
dokÅ‚adnie na poczÄ…tku i na koÒcu tranzystor T4, ktÛry wraz z tranzys- tyka ukÅ‚adu jest przedstawiona na
dodatniej poÅ‚Ûwki napiÍcia wystÍ- torem T3 i przylegÅ‚ymi elementami rys. 4.
pujÄ…cego w dolnej sekcji uzwoje- tworzy przerzutnik Schmitta. DziÍ- WrÛĘmy do omÛwienia efektÛw
nia wtÛrnego transformatora (miÍ- ki dodatniemu sprzÍÅ‚eniu zwrotne- zwiÄ…zanych z Å‚adowaniem konden-
dzy masÄ… a diodÄ… D2 i rezystorem mu realizowanemu przez rezystor satora C2. AnalizÍ rozpoczniemy,
R1). Dzieje siÍ tak, gdyÅ‚ uzwojenie R8, ukÅ‚ad ten pracuje tylko gdy jest on caÅ‚kowicie rozÅ‚adowa-
to jest poÅ‚Ä…czone poprzez rezystor w dwÛch stanach: I - wÅ‚Ä…czony T4, ny (T2 - rys. 3). NapiÍcie na nim
R1 z bazÄ… T1. W efekcie, na ko- wyÅ‚Ä…czony T3; II - wyÅ‚Ä…czony T4, - jak wiadomo - bÍdzie narastaÅ‚o
lektorze tego tranzystora uzyskuje wÅ‚Ä…czony T3. Dzieje siÍ tak nawet wykÅ‚adniczo do wartoÅ›ci wyzna-
siÍ przebieg prostokÄ…tny (rys. 3). w przypadku wolnozmiennego na- czonej przez napiÍcie zasilajÄ…ce
Kolektor tranzystora T1 jest poÅ‚Ä…- piÍcia sterujÄ…cego, podawanego na (ok. 8V). Po przekroczeniu wartoÅ›-
czony poprzez ukÅ‚ad rÛÅ‚niczkujÄ…cy wejÅ›cie przerzutnika. Dla U mniej- ci progowej dla przerzutnika
we
C5, R4 z bazÄ… T2. Tranzystor T2, szego od napiÍcia na bazie T3 (ok. Shmitta nastÄ…pi jego przerzut, a co
pracujÄ…cy rÛwnieÅ‚ jako klucz, jest 3.5V), ustalonego przez dzielnik za tym idzie wÅ‚Ä…czenie triaka.
wiÍc wÅ‚Ä…czany na krÛtko w chwi- R12, R3, tranzystor T4 bÍdzie Czas, po ktÛrym to nastÄ…pi (T2 -
lach pojawiania siÍ narastajÄ…cego wyÅ‚Ä…czony, T3 zaÅ› bÍdzie wÅ‚Ä…czo- rys. 3), mierzony od chwili roz-
zbocza na kolektorze T1. O tym ny. JeÅ›li napiÍcie wejÅ›ciowe nawet poczÍcia Å‚adowania kondensatora
jak dÅ‚ugo jest wÅ‚Ä…czony tranzystor minimalnie przekroczy napiÍcie C2, bÍdzie zaleÅ‚aÅ‚ od staÅ‚ej cza-
T2, decyduje stała czasowa R4, C5 UBT3, to tranzystor T3 zostanie sowej ustawionej potencjometrami
(T1 na rys. 3). W porÛwnaniu przytkany, gdyÅ‚ wzroÅ›nie potencjaÅ‚ RV1 i RV2. W chwili t1 (rys. 3)
z okresem napiÍcia zasilajÄ…cego, emiterÛw obu tranzystorÛw. Baza tranzystor T1 zostaje wyÅ‚Ä…czony,
czas ten jest bardzo krÛtki. WÅ‚Ä…- T3 pozostaje nadal na niezmien- co jak juÅ‚ byÅ‚o powiedziane wczeÅ›-
czenie tranzystora T2 powoduje nym (prawie) potencjale ustalonym niej, powoduje rozładowanie kon-
natychmiastowe rozÅ‚adowanie kon- przez wspomniany dzielnik napiÍ- densatora C2. NapiÍcie sterujÄ…ce
densatora C2, natomiast, gdy T2 ciowy. Przytkanie tranzystora T3 przerzutnikiem Shmitta spada wiÍc
jest wyÅ‚Ä…czony, kondensator C2 oznacza wzrost napiÍcia na jego
jest Å‚adowany poprzez potencjo- kolektorze, a to z kolei zwiÍksza
metry RV1 i RV2 oraz rezystory R7 (poprzez R8) napiÍcie wysterowu-
i R6. DziÍki zastosowaniu poten- jÄ…ce T4. WidaĘ tu dziaÅ‚anie dodat-
cjometrÛw moÅ‚na zmieniaĘ staÅ‚Ä… niego sprzÍÅ‚enia zwrotnego, gwa-
czasowÄ… Å‚adowania, a to z kolei, rantujÄ…cego bardzo szybki przerzut
jak siÍ przekonamy pÛüniej, ma regeneracyjny tranzystorÛw, po
wpÅ‚yw na ustalenie napiÍcia za- przekroczeniu progowej wartoÅ›ci
silajÄ…cego doÅ‚Ä…czony do regulatora napiÍcia wejÅ›ciowego. Przerzutnik
odbiornik. Diody D3 i D4 zabez- Schmitta cechuje siÍ wystÍpowa-
pieczają złącza baza-emiter tran- niem histerezy w jego charakterys-
zystorÛw T1 i T2, gdy sÄ… one tyce przejÅ›ciowej. Oznacza to, Å‚e
spolaryzowane ujemnie. aby ukÅ‚ad powrÛciÅ‚ do stanu po-
Elementem wykonawczym opi- przedniego, napiÍcie wejÅ›ciowe mu-
sywanego regulatora jest triak TR1. si spaśĘ do wartości duło niłszej
Aby mÛgÅ‚ on przewodziĘ, obwÛd niÅ‚ wspomniana wyÅ‚ej wartośĘ
do ktÛrego jest doÅ‚Ä…czona jego progowa. W tym konkretnym przy-
bramka powinien umoÅ‚liwiaĘ prze- padku rÛÅ‚nicÍ napiÍĘ wyznaczajÄ…
pÅ‚yw prÄ…du. Jak widaĘ ze schema- napiÍcia przewodzenia diod D5
Rys. 3. Przebiegi czasowe
tu, bramka jest sterowana poprzez i D6 (razem ok. 1,2V). Charakterys-
w wybranych punktach układu.
Elektronika Praktyczna 7/2002
38
Uniwersalny regulator obrotów silnika AC
Podczas montału naleły zwra-
WYKAZ ELEMENTÓW
caĘ uwagÍ na polaryzacjÍ konden-
Rezystory
satorÛw elektrolitycznych i diod.
R1: 4,7k&!
Wydaje siÍ maÅ‚o prawdopodobne,
R2: 3,3k&!
łeby wyprowadzenia triaka mogły
Rys. 4. Charakterystyka
R3: 680&!
siÍ zewrzeĘ z radiatorem, lecz
U(wy)=f(Uwe) przerzutnika Schmitta.
R4, R5: 22k&!
przed podÅ‚Ä…czeniem napiÍcia na-
R6: 1,5k&!
leÅ‚y sprawdziĘ, czy tak siÍ jednak
R7: 47k&! (dla 50Hz), 10k&! (60Hz)
poniÅ‚ej dolnej wartoÅ›ci progowej, nie staÅ‚o. Na wstÍpie pisaÅ‚em, Å‚e
R8: 100k&!
powodując tym samym ponowny układ mołe byĘ zasilany z sieci
R9: 100&!
jego przerzut, a wiÍc i wyÅ‚Ä…czenie 125V lub 220...240V. W naszym
triaka. Jak widaĘ z rysunku 4, triak przypadku bÍdziemy mieli do czy- R10: 120&!
pozostaje włączony od momentu nienia raczej z tą drugą mołliwoś- R11: 68&!
t3 do t1 i jak nie trudno zauwałyĘ, cią. Wyboru dokonujemy wluto- R12: 1k&!
przedziaÅ‚ ten moÅ‚e siÍ rozciÄ…gaĘ wujÄ…c zworkÍ w odpowiednie
R13: 27&!
na prawie caÅ‚y okres cyklu napiÍ- miejsce na pÅ‚ytce. Po zamontowa-
R14: 390k&!
cia zasilajÄ…cego. Praktycznie, za- niu wszystkich elementÛw naleÅ‚y
RV1: 100k&! potencjometr
kres ten wynosi od 5 do 95% włołyĘ bezpieczniki w specjalnie
RV2: 100k&! potencjometr
okresu. W takim teł przedziale do tego przeznaczone podstawki.
montażowy
moÅ‚emy wpÅ‚ywaĘ na napiÍcie po- JeÅ›li ktÛryÅ› z nich ulegnie prze-
Kondensatory
dawane na obciąłenie układu. paleniu, mołna go zastąpiĘ tylko
C1: 470µF/25V
identycznym. Przed dołączeniem
C2: 1µF/16V
MontaÅ‚ i uruchomienie napiÍcia, warto jeszcze sprawdziĘ
C3: 100nF
Przyznam szczerze, łe opisy- poprawnośĘ montału. Jeśli wszyst-
C5: 47nF MKM
wany tu układ był pierwszym ko jest w porządku, mołna przy-
C6: 100nF/400V
kitem Vellemana, ktÛry osobiÅ›cie stÄ…piĘ do uruchomienia ukÅ‚adu.
C7: 47nF/400V
zmontowałem i uruchomiłem. Mu- I tu wałna informacja: dołączany
Półprzewodniki
szÍ przyznaĘ, Å‚e jestem pod wra- do regulatora odbiornik moÅ‚e byĘ
D1, D2, D7: dioda z serii 1N4000
Å‚eniem. CaÅ‚ośĘ jest bardzo staran- zasilany napiÍciem zmiennym
D3...D6: 1N914 lub 1N4148
nie przygotowana, począwszy od o wartości skutecznej od 24 do
T1, T3: BC547, (545/549/238/239)
opakowania, poprzez krÛtki, ale 240V. WaÅ‚ne tylko, aby napiÍcie
T4: BC517
wystarczajÄ…cy opis ukÅ‚adu, aÅ‚ po to miaÅ‚o tÍ samÄ… czÍstotliwośĘ co
TR1: BT137F
zgromadzenie elementÛw do mon- napiÍcie zasilajÄ…ce i byÅ‚o z nim
Różne
tału. Mołe nawet śmieszyĘ bar- w zgodnej lub przeciwnej fazie.
TRAFO: transformator 125V/220V/2x6V
dzo szczegÛÅ‚owe wymienianie Na pÅ‚ytce znajdujÄ… siÍ trzy Å‚Ä…-
L1: dławik przeciwzakłóceniowy
w instrukcji kolejnoÅ›ci montowa- czÛwki Å›rubowe. Pierwsza z nich
nych elementÛw. DziÍki temu jed- (opisana ìMAINSî) sÅ‚uÅ‚y do do-
nak mogÄ… sobie z tym poradziĘ Å‚Ä…czenia napiÍcia zasilajÄ…cego wadzamy do uzyskania minimal-
nawet zupeÅ‚ni laicy nie rozrÛÅ‚nia- ukÅ‚ad, do drugiej (ìLOADî) do- nych obrotÛw silnika. DziÍki temu
jÄ…cy kondensatora od rezystora. Å‚Ä…czamy odbiornik, a do trzeciej ograniczymy iskrzenie szczotek,
JeÅ›li w instrukcji jest napisane, Å‚e (ìVACî) napiÍcie zasilajÄ…ce od- a tym samym przedÅ‚uÅ‚ymy ich
ìprzylutuj najpierw rezystor R1î, biornik. Na elementach wlutowa- Å‚ywot. Gdyby okazaÅ‚o siÍ, Å‚e
to wiadomo, Å‚e element ten bÍ- nych do pÅ‚ytki wystÍpuje niebez- w minimalnym poÅ‚oÅ‚eniu poten-
dzie na poczÄ…tku tasiemki ze pieczne dla Å‚ycia napiÍcie siecio- cjometru, moment obrotowy silni-
sklejonymi podzespoÅ‚ami. KaÅ‚dy we. NaleÅ‚y zachowaĘ szczegÛlnÄ… ka jest za maÅ‚y, zalecam zamieniĘ
kolejny element bÍdzie odpowia- ostroÅ‚nośĘ podczas uruchamiania miejscami przewody doprowadzo-
daÅ‚ kolejnej pozycji wymienionej ukÅ‚adu. Pod Å‚adnym pozorem nie ne do Å‚Ä…czÛwki ìVACî. MoÅ‚na
w instrukcji. Dodatkowo - chyba moÅ‚na wymieniaĘ bezpiecznikÛw, uznaĘ, Å‚e na tym uruchamianie
na wszelki wypadek - podawany gdy ukÅ‚ad nie jest odÅ‚Ä…czony od ukÅ‚adu zostaÅ‚o zakoÒczone. Teraz
jest kod kolorowy, jeśli taki właś- sieci. Jeśli odbiornik ma byĘ pozostaje juł tylko zamknąĘ ca-
nie rodzaj oznakowania zastoso- zasilany napiÍciem 220...240V, to Å‚ośĘ w jakÄ…Å› obudowÍ, nakleiĘ na
waÅ‚ producent. W zestawie znaj- sieĘ naleÅ‚y doprowadziĘ jedno- niÄ… tabliczkÍ znamionowÄ… (zawar-
dziemy wszystko, Å‚Ä…cznie ze Å›rub- czeÅ›nie do Å‚Ä…czÛwek ìMAINSî tÄ… w zestawie elementÛw), zaÅ‚oÅ‚yĘ
kami potrzebnymi do przykrÍce- i ìVACî. Maksymalne obciÄ…Å‚enie wiertÅ‚o do wiertarki i wierciĘ,
nia radiatora. Uruchamiając układ układu to 5.5A (ok. 1200W). Re- wierciĘ, wierciĘ...
wykryÅ‚em jednak drobnÄ… rÛÅ‚nicÍ gulator jest przeznaczony gÅ‚Ûwnie JarosÅ‚aw DoliÅ„ski, AVT
miÍdzy zamieszczonym w instruk- dla silnikÛw AC. Najlepiej wiÍc [e-mail]
cji schematem ideowym, a połą- uruchamiaĘ układ, dołączając taki
czeniami na płytce drukowanej. właśnie typ odbiornika. Przed Zestawy firmy Velleman są
Aktualny schemat jest przedsta- wÅ‚Ä…czeniem zasilania potencjometr dostÍpne w ofercie handlowej
wiony w niniejszym artykule. Dla RV1 naleÅ‚y skrÍciĘ w lewe, skraj- AVT - szczegÛÅ‚y w Internecie
porzÄ…dku wiÍc dodam tylko, Å‚e ne poÅ‚oÅ‚enie. Teraz moÅ‚na wÅ‚Ä…- www.sklep.avt.com.pl oraz pod
rÛÅ‚nice dotyczyÅ‚y wyprowadzeÒ czyĘ napiÍcie zasilajÄ…ce. Regulu- numerami telefonÛw opublikowa-
Å‚Ä…czÛwek ìVACî i ìLOADî. jÄ…c potencjometrem RV2, dopro- nych na str. 103.
Elektronika Praktyczna 7/2002
39