Методическое пособие 703

2.3.5.Практические схемы систем стабилизации бытовой электронной техники с применением коллекторного электродвигателя

Увеличить стабильность скорости движения ленты, уменьшить коэффициент детонации позволяет схема питания ведущего двигателя (рис. 2.27). Переменное напряжение с таходатчика поступает на двухкаскадный усилитель формирователь, выполненный на микросхеме DA1-1. Полоса усилителя ограничена фильтром нижних частот, выполненном на резисторах R6, R3 и конденсаторе С3.

Сформированная последовательность импульсов поступает на частотный детектор с дифференцирующей цепью С5, R10, R12, VD1, компаратором на микросхеме DA2-2 и фильтром R24, R26, R31, С13, С15. Порог компаратора устанавливается делителем R27, R28, R29. Напряжение с выхода дискриминатора подается на сумматор, выполненный на микросхеме DA3-2. На сумматор подается также напряжение с фазового детектора, выполненного на формирователе импульсов VT3 триггере на микросхеме DA2-1. Второй вход триггера через формирователь VT2, делитель частоты на DD1 связан с опорным кварцевым генератором на микросхеме DA3-1. Фильтр нижних частот R23, R25, R30, С12, С14 выделяет среднее значение напряжения, пропорциональное фазовому сдвигу опорной и сигнальной последовательностей импульсов.

111

Рис. 2.27. Принципиальная схема стабилизации оборотов двигателя магнитофона “Маяк 010”

На рис. 2.28 представлена схема импульсного стабилизатора частоты вращения электродвигателя .

Импульсные стабилизаторы частоты вращения обладают повышенным КПД, а используемые в них регулирующие транзисторы работают в более лёгком тепловом режиме, что значительно повышает их надёжность. Устройство состоит из тахометрического моста, образованного резисторами R4-R7 и якорной обмоткой электродвигателя M1, источника опорного напряжения (диоды V7, V8 и резистора R3), управляемого мультивибратора на транзисторах V5, V6 и цепи запуска (диоды V1-V4 и резистор R1).

Датчиком частоты вращения служит уравновешенный тахометрический мост, напряжение на диагонали которого (между точками б и в) зависит только от частоты вращения двигателя. Это напряжение сравнивается с опорным. Получающийся в результате управляющий сигнал используется для регулирования частоты вращения.

112

Рис. 2.28. Импульсный стабилизатор частоты вращения электродвигателя

На рис. 2.29 представлена схема стабилизатора частоты вращения двигателя с увеличением усиления в цепи регулирования.

Рис. 2.29. Стабилизатор частоты вращения двигателя

Увеличение усиления в цепи регулирования позволило

113

повысить момент нагрузки на валу электродвигателя, расширить диапазон регулирования частоты его вращения. Стабилизатор обеспечивает частоту вращения 2000±15 мин-1 при изменении нагрузки на валу двигателя от 0 до 0,15 Н∙см, а напряжение питания – от 5 до 10 В. Нестабильность частоты вращения в интервале температур -10…+60°С не превышает ±1,25%. На рис. 2.30 представлена схема простого стабилизатора частоты вращения, но обладающего более высокими техническими характеристиками .

Рис. 2.30. Стабилизатор частоты вращения.

В предлагаемом варианте стабилизатора использовано всего шесть радиоэлементов (не считая электродвигателя), но удалось добиться более высокой стабильности работы при изменении температуры окружающей среды и напряжения источника питания. Диапазон питающих напряжений для данной схемы составляет 6...20 В.

На рис. 2.31 представлен ещё один вариант стабилизатора скорости вращения электродвигателя,

114

построенного по мостовой схеме .

Рис. 2.31. Стабилизатор скорости вращения электродвигателя

Широкое применение в бытовой кассетной аппаратуре магнитной записи нашли электронные стабилизаторы угловой скорости вала электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Они представляют собой стабилизаторы постоянного напряжения с дополнительной положительной обратной связью (ПОС) по току якоря двигателя, компенсирующей изменение падения напряжения на сопротивлении обмотки медного провода якоря при изменении тока якоря.

Всхеме стабилизатора частоты вращения вала

электродвигателя, представленного на рис. 2.32 принцип работы стабилизатора заключается в сравнении периода следования импульсов напряжения, снимаемого с индукционного интегрального тахометрического датчика частоты вращения вала, с образцовым интервалом времени.. Если период следования импульсов таходатчика больше образцового интервала времени, электродвигатель включается, а как только период следования превысит образцовый интервал

– выключается

115

Рис. 2.32. Стабилизатор частоты вращения вала электродвигателя

.

Таходатчик укреплён на валу электродвигателя и вырабатывает 170 периодов синусоидального напряжения за один оборот вала. Стабильность образцового интервала времени обеспечена применением кварцевого резонатора.

Основным достоинством устройства является высокая стабильность средней скорости в широких температурных пределах.

На рис. 2.33 представлена схема регулятора частоты вращения вала электродвигателя на микроконтроллере .

116

Рис. 2.33. Регулятор частоты вращения вала электродвигателя.

Устройство выполнено на микроконтроллере (МК) PIC16F873. Его тактовую частоту (10 МГц) задает кварцевый резонатор ZQ1. Питание на основной электродвигатель М1 подается через мощный полевой транзистор VT2, на затвор которого через согласующий каскад на транзисторе VT1 поступают прямоугольные импульсы с выхода ССР1 микроконтроллера. Частота импульсов постоянна, а скважность можно изменять, регулируя, таким образом, частоту вращения ротора двигателя. Вал электродвигателя М1 механически (через зубчатую двухступенчатую передачу 1:1) связан со вторым электродвигателем, который используется в качестве генератора. Вырабатываемое им напряжение через диодный мост VD1 и делитель напряжения R1—R3 поступает на вход ANO аналого-цифрового преобразователя, входящего в

117

состав МК. Стабилитрон VD2 с напряжением стабилизации 5В защищает этот вход от повреждения, конденсатор С5 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Требуемую частоту вращения устанавливают переменным резистором R2 с функциональной характеристикой А. Рост напряжения, поступающего на вход ANO, свидетельствует о том, что частота вращения вала двигателя увеличивается. В ответ на это МК уменьшает длительности импульсов на выходе ССР1, и частота вращения возвращается к прежнему значению. При уменьшении напряжения вырабатываемого двигателемгенератором, длительность импульсов возрастает, и частота вращения повышается. Линейка светодиодов HL1—HL8 позволяет визуально контролировать частоту вращения вала двигателя: число светящихся светодиодов растет с ее увеличением. Питается устройство стабилизированным напряжением 5В, снимаемым с выхода интегрального стабилизатора DA1. На двигатель М1 поступает нестабилизированное напряжение от отдельного источника.

На рис. 2.34 представлена схема регуляторастабилизатора частоты вращения сверла . Устройство, изображённое на рисунке 8 позволяет регулировать частоту вращения сверла и обеспечивает независимость частоты вращения от нагрузки. Во время вращения ротора электродвигателя обмотка Д датчика вырабатывает переменное напряжение частотой, пропорциональной частоте вращения ротора. Устройство почти моментально реагирует на колебания нагрузки на вал электродвигателя. Это достигнуто тем, что инвертирующий вход компаратора напряжения подключен через резистор R9 к цепи нагрузки регулирующего элемента. Резистор R9 вместе с резистором R3 образуют делитель напряжения ОС. Резистор R9 также входит в одну из цепей разрядки конденсатора C3.

118

Рис. 2.34. Регулятор-стабилизатор частоты вращения сверла

На рис. 2.35 представлена схема тринисторного регулятора частоты вращения коллекторного электродвигателя.

Рис. 2.35. Тринисторный регулятор частоты вращения коллекторного электродвигателя.

Данный регулятор специально предназначен для управления коллекторным электродвигателем (электродрель, вентилятор и т.д.), имеет некоторые особенности. Во-первых, электродвигатель с силовым тринистором включены в одну из диагоналей выпрямительного моста, а на другую подано сетевое напряжение. Кроме того, этот тринистор управляется не короткими импульсами, как в традиционных устройствах, а более широкими, благодаря чему кратковременные отключения нагрузки, характерные для работающего

119

коллекторного электродвигателя, не сказываются на стабильности работы регулятора.

На рис. 2.36 представлена схема стабилизированного регулятора частоты вращения .

Рис. 2.36. Стабилизированный регулятор частоты вращения

Устройство, схема которого представлена на рис. 2.36, позволяет в некоторых пределах изменять частоту вращения якоря подключенного к нему электродвигателя. Кроме того оно способно существенно уменьшить зависимость частоты вращения якоря от механической нагрузки на валу двигателя.

На рис. 2.37 приведена схема устройства, позволяющего регулировать частоту вращения вала электродвигателя в автоматическом режиме и задавать практически любую скорость вращения. Необходимую частоту вращения якоря электродвигателя М1 устанавливают переменным резистором

R1.

120