Регулятор скорости вентилятора: модели, особенности и схема подключения

Тиристорные

Подключение вентилятора к тиристорному регулятору скорости имеет свои особенности. Само устройство имеет принцип фазового регулирования напряжение. Осуществляется это посредством регулировки напряжения и изменения углов открытия тиристоров. За счет этого на двигатель вентилятора подаются сигналы или полуволны синусоидальной формы с отсеченным начальным полупериодом.

Данный регулятор недопустимо использовать в комбинации с асинхронными электродвигателями, которые устанавливаются практически во всех вытяжных устройствах. Причина в том, что в нем наблюдается значительное искажение формы выходного напряжения. В результате может быть значительная нагрузка на мотор, что может спровоцировать его поломку. Однако, светлые умы человечества придумали, как нивелировать данную нагрузку. Для этого тиристорные регуляторы скорости для вентилятора незначительно модифицируют следующим образом:

• Задается минимальное напряжение, то есть снижается нагрузка.
• Устанавливается шумоподавляющий конденсатор, который также снижает уровень помех.
• Также используется демпферный конденсатор. Он необходимо для той цели, чтобы гасить импульсы напряжения, образующиеся на выходе при коммутации.
• Так, необходимо достичь того, чтобы максимальный рабочий ток тиристора не превышал ток мотора вентилятора в четыре раза.
• Что касается номинального тока, то он не должен превышать этот же показатель подключенного вытяжного агрегата на двадцать процентов.

Где же можно использовать такие модифицированные тиристорные регуляторы? Преимущественно в комбинации с однофазными электродвигателями. Но только с теми двигателями, которые имеют термическую защиту. Чтобы произвести контроль или регулировку скорости вентилятора используется регулировочное колесико. Среди положительных сторон этого регулятора скорости можно выделить следующее:

• Небольшие габариты.
• Низкая и доступная цена.

Это интересно: Схема подключения реверсивного магнитного пускателя

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора выполняет функцию плавного изменения скорости вентилятора, которое выполняется при помощи установленного потенциометра.

Не сложная принципиальная схема данного устройства, предназначена для конструирования прибора регулировки скорости вращения напольного вентилятора. Печатная плата изготавливалась с таким расчетом, чтобы свободно вместилась в корпус зарядного устройства для телефона. Компактно выполненная конструкция дала возможность добавить туда еще клеммы от стандартной электрической розетки.

Принципиальная схема прибора:

Предложенная здесь система регулировки выполнена по схеме стандартного регулятора фазы. Ну это можно сказать, что приблизительно. Вначале у меня были попытки организовать управление вентилятором с помощью не сложной схемы. В которую были включены такие полупроводниковые приборы как, двух электродный тиристор (динисторы) и симметричный тиристор «симистор», но она мне не понравилась. Так как правильного управления скоростью у меня не получилось. Потом стал тщательнее разбираться, в чем причина некорректной работы устройства.

А оказывается все было элементарно. В напольном вентиляторе используется асинхронный двигатель, в принципе это всего лишь навсего две катушки индуктивности. Если вспомнить лекции по физике, то становится ясно, что в катушках индуктивности приложенное напряжение всегда опережает токовую фазу на 90 градусов. Работа симистора происходит в следующей последовательности. На управляющий вывод подается напряжение, причем независимо какой полярности, при превышении мощности сигнала определенного порога — открывается симистор. Удерживается открытое состояние проходящим через него ток нагрузки. Поэтому для нормальной регулировки, необходимо было управляющую фазу сдвинуть на 90 градусов относительно входящего напряжения и тогда получится плавная регулировка.

Для меня легче всего это было сконструировать на микросхеме PIC10F222, которая является недорогим, высокопроизводительным, 8-битным микроконтроллером, причем изготовлен он совершено на статической основе флэш-CMOS.

Кстати, устройство для программирования микроконтроллеров (программатор) вполне можно изготовить по схеме показанной ниже:

Передача данных осуществляется через COM-порт. Напряжение питания схемы получает от источника 5v, которое можно снять с портов USB либо PS/2.

Чтобы изменять количество оборотов вентилятора, в промышленности используются преобразователи частоты. С их помощью можно повышать либо снижать частоту вращения вентилятора. Но ввиду дороговизны такого устройства в бытовых условиях его применение не целесообразно.

Прошивка и печатная плата: Скачать

Схема подключения симисторного или тиристорного регулятора скорости вентилятора

Практически во всех регуляторах стоят внутри плавкие ставки, защищающие их от токов перегрузки или короткого замыкания, при возникновении которых она перегорает. Для восстановления работоспособности необходимо будет заменить или отремонтировать плавкую ставку.

Подключается регулятор довольно просто, как обычный выключатель. На первый контакт (с изображением стрелки) подключается фаза от электропроводки квартиры. На второй (с изображением стрелки в обратном направлении) при необходимости подключается прямой вывод фазы без регулировки. Он используется для включения, например дополнительно освещения при включении вентилятора. На пятый контакт (с изображением наклонной стрелки и синусоиды) подключается фаза, отходящая на вентилятор. При использовании такой схемы необходимо использовать для подключения распределительную коробку, с которой Ноль и при необходимости Земля заводятся напрямую на вентилятор, минуя сам регулятор, для подключения которого понадобится всего-то 2 провода.

Но если распределительная коробка электропроводки находится далеко, а сам регулятор стоит рядом с вентилятором, тогда рекомендую использовать вторую схему. На регулятор приходит кабель электропитания, а затем с него уходит сразу на вентилятор. Фазные провода подключаются аналогично. А 2 нуля садятся на контакты № 3 и № 4 в любой последовательности.

Подключение регулятора скорости вращения вентилятора довольно просто сделать и своими руками, не вызывая специалистов. Обязательно изучите и всегда соблюдайте правила электробезопасности- работайте только на обесточенном участке электропроводки.

Схема самодельного РН 220 В с тиристорами

Тиристорные сборки также эффективные, одновременно они не отличаются особой сложностью. Силовым ключом тут выступает тиристор. Главное отличие от самоделок на симисторах — каждая полуволна имеет свой индивидуальный ключ, снабженный динистором для управления.

Для схемы взяли отечественные детали. При установке тиристора VS1, диодов VD1–VD4 на радиаторы (охладители), то устройство сможет работать с нагрузкой в 10 А: при 220 В можно будет обслуживать 2.3 кВт.

В сборке лишь 2 силовых элемента: диодный мост, тиристор. Детали рассчитаны на 400 В, ток 10 А. мост трансформирует переменное напряжение в однополярное пульсирующее, фазовую настройку полупериодов обеспечивает тиристор.

R1 и 2, стабилитрон VD5 — это параметрический стабилизатор, ограничивающий напряжение, подаваемое в узел управления на отметке 15 В. Последовательное размещение резисторов требуется для повышения пробивного напряжения и рассеиваемой мощности.

C1 без заряда, в месте соединения R6 и 7 тоже нулевое напряжение, но постепенно оно там растет. Чем ниже сопротивление на резисторе R4, тем быстрее через эммитер VT1 перегонится напряжение на его базе, транзистор откроется. VT1 и 2 (транзисторы) — это состав маломощного тиристора. При достижении значения на переходе база/эмиттер VT1 пороговой отметки транзистор открывается и отпирает VT2, а тот в свою очередь — тиристор.

Второй вариант

Описанным ниже регулятором настраивают скорость вращения электродвигателей, нагрев паяльника и подобное. Такой прибор отчасти верно назвать регулятором мощности, но правильно будет также именовать его и РН, так как, по сути происходит регулировка фазы — времени, за которое сетевая полуволна попадает в нагрузку

С одной стороны настраивается напряжение через скважность импульса, с иной — мощность появляющаяся на нагрузке

Наиболее результативный прибор для резистивной нагрузки — лампочек, нагревателей. С индуктивной будет справляться, но не так эффективно, при слишком малой величине точность диапазона настройки снизится. Существуют две почти идентичные схемы по описываемому варианту:

Схема регулятора состоит из доступных деталей, ее можно полностью собрать из таковых даже советского периода. При включении (как на изображении) выпрямительных диодов прибор выдержит до 5 А, что соответствует 800 Вт…1  кВт. Но надо поставить радиаторы для охлаждения.

Основа изделия:

• тирист. КУ202Н;
• Т1–Т2 (КТ315 и КТ361) — это аналог 1-переходного транзистора.

Алгоритм:

1. Когда напряжение на конд. С1 (470 nF) сравнивается таковому в точке соединения резист. R3 и 4 (10 кОм и 2.2 кОм), тогда транзисторы открываются.
2. От них подается импульс управляющему электроду тиристора.
3. При этом C1 тратит свой заряд, тиристор открывается до следующего полупериода.

Мощность можно повысить, если заменить диоды, рассчитанные на больший необходимый ток. Также можно вместо тиристора КУ202 с пределом в 10 А поставить помощнее: Т122, Т132, Т142.

Деталей не много, допустим навесной монтаж, но с платой сборка будет красивее и комфортнее. Стабилитрон Д814В можно поменять на любой с 12–15 В. Из коробочки выведен разъем для вилки.

Модификация, особенности, демонстрация работы

Схема также может поместиться в корпусе наружной розетки, в маленькой пластиковой распаячной коробке. Мощность самоделки ограничена диодным мостом (1000 В, 4 А), тиристором. Напомним, в нашем примере предел чуть больше 800 Вт, максимум — 1000 Вт. Для бытовых условий этого более чем достаточно.

Радиаторы на тиристоры и диоды крайне рекомендованы — в данном случае они не просто желательные, а жизненно необходимые, так как перегрев может быть значительным. Минимальная мощность резистора R1 — 2 Вт

Демонстрация:

Схема симисторного (тиристорного) контроллера

Работа данных устройств основана на фазовом регулировании напряжения за счет изменяющегося угла открытия тиристоров. В результате, к электродвигателю поступают волны, имеющие синусоидальную форму, у которых начальный полупериод получается отсеченным. Регулировка выполняется с помощью симметричного триодного тиристора, известного как симистор.

Данный способ позволяет регулировать, нагрев отопительных приборов и яркость свечения лампочек накаливания. Однако он совсем не подходит к асинхронным двигателям, установленным во многих конструкциях вентиляторов. Это связано с сильным искажением формы выходного напряжения, идущего к нагрузке, вызывающего различные неисправности, вплоть до полного отказа устройства.

В связи с этим регуляторы на основе симисторов подлежат обязательной модификации, дающей возможность их дальнейшего использования совместно с вентиляторами. В первую очередь задается минимальное значение напряжения, поступающего к нагрузке. Помехи в питающей сети снижаются путем применения дополнительного шумоподавляющего конденсатора. Величина максимального рабочего тока тиристора должна быть выше рабочего тока двигателя примерно в 4 раза.

Использование тиристорных регуляторов хорошо подходит к однофазным двигателям, имеющим встроенную термическую защиту. Для непосредственного управления используется специальное регулировочное колесо, с возможностью установки минимальной скорости вращения вентилятора. Максимально допустимая мощность таких электродвигателей составляет 220 ватт.

Как изготовить своими руками?

Существуют различные варианты схем регулировки. Приведём один из них более подробно.

Вот схема его работы:

Первоначально, это устройство было разработана для регулировки коллекторного двигателя на электротранспорте. Речь шла о таком, где напряжение питания составляет 24 В, но эта конструкция применима и для других двигателей.

Слабым местом схемы, которое было определено при испытаниях её работы, является плохая пригодность при очень больших значениях силы тока. Это связано с некоторым замедлением работы транзисторных элементов схемы.

Рекомендуется, чтобы ток составлял не более 70 А. В этой схеме нет защиты по току и по температуре, поэтому рекомендуется встроить амперметр и контролировать силу тока визуально. Частота коммутации составит 5 кГц, она определяется конденсатором C2 ёмкостью 20 нф.

При изменении силы тока, эта частота может изменяться между 3 кГц и 5 кГц. Переменный резистор R2 служит для регулировки тока. При использовании электродвигателя в бытовых условиях, рекомендуется использовать регулятор стандартного типа.

При этом, рекомендуется подобрать величину R1 таким образом, чтобы правильно настроить работу регулятора. С выхода микросхемы, управляющий импульс поступает на двухтактный усилитель на транзисторах КТ815 и КТ816, далее идёт уже на транзисторы.

Печатная плата имеет размер 50 на 50 мм и изготавливается из одностороннего стеклотекстолита:

На этой схеме дополнительно указаны 2 резистора по 45 ом. Это сделано для возможного подключения обычного компьютерного вентилятора для охлаждения прибора. При использовании в качестве нагрузки электродвигателя, необходимо схему заблокировать блокирующим (демпферным) диодом, который по своим характеристикам соответствует удвоенному значению тока нагрузки и удвоенному значению питающего напряжения.

Работа устройства при отсутствии такого диода может привести к поломке вследствие возможного перегрева. При этом, диод нужно будет поместить на теплоотвод. Для этого, можно воспользоваться металлической пластиной, которая имеет площадь 30 см2.

Регулирующие ключи работают так, что потери мощности на них достаточно малы. В оригинальной схеме, был использован стандартный компьютерный вентилятор. Для его подключения использовалось ограничительное сопротивление 100 Ом и напряжение питания 24 В.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

При изготовлении силового блока (на нижнем рисунке), провода должны быть присоединены таким образом, чтобы было минимум изгибов тех проводников по которым проходят большие токи.Мы видим, что изготовление такого прибора требует определённых профессиональных знаний и навыков. Возможно, в некоторых случаях имеет смысл воспользоваться покупным устройством.

Конструкция мотора

Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:

• Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
• Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
• Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования. Это может пригодиться, если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

Особенности регулирования скорости

Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки

В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор, но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

Как подключить регулятор скорости вращения к вентилятору

Установку бытовых регуляторов вращения вполне возможно выполнить самостоятельно, не прибегая к услугам профессионального электрика. Данная процедура по своей сложности сравнима с заменой розетки или выключателя.

Все регулирующие устройства имеют три основные модификации. Первые два вида являются настенными и могут устанавливаться без углубления или в углубление. Третий вариант предусматривает монтаж прибора на DIN-рейку. Подключение регулятора скорости вращения вентилятора в любом случае не вызовет каких-либо затруднений.

Каждый контакт обозначен собственной маркировкой, дополнительные провода вообще не нужны. В большинстве случаев на место обычного выключателя вентилятора устанавливается регулятор скорости. Дополнительная проводка требуется только тогда, когда регулятор и блок управления расположены в отдельных корпусах. Подключение силового кабеля к регулятору осуществляется непосредственно от щита, а для подключения контроллера используется слаботочный сигнальный провод.

Регулятор мощности

Схемы подключения вентилятора в ванной – ошибки и правила установки выключателя вытяжки в санузле

Регулятор тока

Что такое ПИД-регулятор

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

Как подключить выключатель с регулятором яркости

Схема подключения регулятора скорости вентилятора

Нередко в домашнем хозяйстве требуется установка регулятора скорости вращения вентилятора. Сразу следует отметить, что обычный диммер для регулировки яркости освещения не подойдет для вентилятора

Современному электродвигателю, особенно асинхронному, важно иметь на входе правильной формы синусоиду, но обычные диммеры для освещения искажают ее довольно сильно. Для  эффективной и правильной организации регулировки скорости вентиляторов необходимо:

1. Использовать специальные регуляторы, предназначенные для вентиляторов.
2. Учитывайте, что эффективно и безопасно регулировке поддаются только специальные модели асинхронных электромоторов, поэтому перед покупкой узнавайте из технических характеристик о возможности регулировки числа оборотов методом понижения напряжения.

Способы регулировки скорости вращения бытовых вентиляторов

Существует достаточно много различных способов регулировки частоты вращения вентилятора, но практически применяются в домашних условиях только два из них. В любом случае Вы сможете только понизить число оборотов вращения двигателя только ниже максимально возможной по паспорту к устройству.

Разогнать электродвигатель возможно только с использованием частотного регулятора, но он не применяется в быту, потому что у него высокая как собственная  стоимость, так и цена на услугу по его установке и наладке. Все это  делают использование частотного регулятора не рациональным в домашних условиях.

К одному регулятору допускается подключение нескольких вентиляторов, если только их суммарная мощность не будет превышать величину номинального тока регулятора. Учитывайте при выборе регулятора, что пусковой ток электродвигателя в несколько раз выше рабочего.

Способы регулировки вентиляторов в быту:

1. С использованием симисторного регулятора скорости вентилятора- это самый распространенный способ, позволяющий постепенно увеличивать или уменьшать скорость вращения в пределах от 0 до 100 %.
2. Если электродвигатель вентилятора на 220 Вольт оборудован термозащитой (защитой от перегрева), тогда для управления оборотами применяется тиристорный регулятор.
3. Наиболее эффективным методом регулировки скорости вращения электродвигателя является применение моторов с несколькими выводами обмоток. Но многоскоростные электродвигатели в бытовых вентиляторах Я пока не встречал. Но В интернете можно найти схемы подключения для них.

Очень часто электродвигатель гудит на низких оборотах при использовании первых двух методов регулировки- старайтесь не эксплуатировать долго вентилятор в таком режиме. Если снять крышку, то при помощи находящегося под ней специального регулятора, Вы сможете, его вращая, установить нижний предел частоты вращения мотора.

Схема подключения симисторного или тиристорного регулятора скорости вентилятора

Практически во всех регуляторах стоят внутри плавкие ставки, защищающие их от токов перегрузки или короткого замыкания, при возникновении которых она перегорает. Для восстановления работоспособности необходимо будет заменить или отремонтировать плавкую ставку.

Подключается регулятор довольно просто, как обычный выключатель. На первый контакт (с изображением стрелки) подключается фаза от электропроводки квартиры. На второй (с изображением стрелки в обратном направлении) при необходимости подключается прямой вывод фазы без регулировки. Он используется для включения, например дополнительно освещения при включении вентилятора. На пятый контакт (с изображением наклонной стрелки и синусоиды) подключается фаза, отходящая на вентилятор. При использовании такой схемы необходимо использовать для подключения распределительную коробку, с которой Ноль и при необходимости Земля заводятся напрямую на вентилятор, минуя сам регулятор, для подключения которого понадобится всего-то 2 провода.

Но если распределительная коробка электропроводки находится далеко, а сам регулятор стоит рядом с вентилятором, тогда рекомендую использовать вторую схему. На регулятор приходит кабель электропитания, а затем с него уходит сразу на вентилятор. Фазные провода подключаются аналогично. А 2 нуля садятся на контакты № 3 и № 4 в любой последовательности.

Подключение регулятора скорости вращения вентилятора довольно просто сделать и своими руками, не вызывая специалистов. Обязательно изучите и всегда соблюдайте правила электробезопасности- работайте только на обесточенном участке электропроводки.