Автоматическая стабилизация оборотов двигателя

Обычно минидрели строятся на базе обычных двигателей постоянного тока. А обороты таких двигателей зависят от нагрузки и приложенного напряжения. В результате на холостых оборотах двигатель раскручивается очень сильно, а в моменты сверления обороты двигателя плавают в большом диапазоне.

Если снижать напряжение на двигателе, когда не нем нет нагрузки, можно добиться увеличения ресурса как свёрл, так и самих двигателей. Кроме того, даже точность сверления повышается. Самый простой способ добиться этого — измерение тока, потребляемого двигателем.

В интернете много схем подобных регуляторов, но большинство из них используют линейные регуляторы напряжения. Они массивные и требуют охлаждения. В соавторстве с TinyElectronicFriends нам захотелось сделать компактную плату на базе импульсного стабилизатора, чтобы она могла быть просто «надета» на двигатель.

Что такое функция поддержки оборотов и зачем она нужна?

Если вы когда-нибудь работали болгаркой, то знаете, что для шлифовки разных материалов нужно разное количество оборотов диска УШМ. Лучше всего, если частота вращения на протяжении всего процесса обработки не будет сильно отличаться от нормы. Однако на практике достигнуть стабильных оборотов не получается. Когда оператор прижимает болгарку к поверхности, двигатель тратит часть энергии на преодоление сопротивления трения. В результате, число оборотов в минуту изменяется в зависимости от нажима. Если нужно работать на низких оборотах, диск может остановиться даже под весом УШМ. В свою очередь, при работе инструментом на высоких оборотах вы получите некачественный результат, вызванный перегревом материала.

Функция стабилизации оборотов справляется с этой проблемой, позволяя работать под нагрузкой на конкретной стабильной скорости. Вы можете сколько угодно надавливать на инструмент, торможение двигателя будет исключено. Это помогает добиться равномерной обработки поверхности. Как показывает практика, УШМ с поддержкой оборотов чрезвычайно сложно «задавить». Инструмент будет выдавать достаточно оборотов даже при значительном усилии оператора.

Близкие по конструкции и схемным решениям (а также частично взаимозаменяемые) широко распространённые АБСУ-145 самолётов типа Ту-22М и АБСУ-154 самолётов типа Ту-154 были построены по принципу аналогового вычисления на интегральных операционных усилителях серии 140 и 153, мажоритарной логике на диодах и коммутации сигналов на микрореле серии РЭС-49 (последние оказались самыми ненадёжными элементами в схемотехнике АБСУ). Впервые в отечественной практике на подвижных объектах был применён двусторонний печатный монтаж и широкое применение разнообразных микромодулей (усилители постоянного тока УПТ-9, блоки реле, блоки питания, преобразователи тока, сигнализаторы напряжения и др.). Основным недостатком данных АБСУ можно считать применение локальных (для каждого вычислителя) интегрированных нестабилизированных блоков питания — от любых скачков напряжения в бортовой сети зависели параметры вычисления и итоговый результат управления самолётом, а также резко страдала отказоустойчивость. Физически данные АБСУ представляли собой монтажные рамы с рядами легкосъемных блоков кассетного исполнения с курковыми замками и ножевыми электрическими разъемами в задней части (на 50 или 100 контактов на каждый блок), пульты в кабине экипажа, а также комплекс разнообразных датчиков по всей конструкции самолёта.

Катастрофа под Сианем [ править | править код ]

На машине Ту-154 рег. № B-2610 было перепутано подключение однотипных блоков датчиков линейных ускорений крена и рыскания, установленных рядом и имеющих в силу однотипности одинаковые штепсельные разъёмы. В результате элероны пытались демпфировать колебания по курсу, а руль направления — по крену, в результате чего колебания только прогрессирующе росли и самолёт разрушился в воздухе от перегрузок. Погибли 160 находившихся на борту человек.

Происшествие с бортом RA-85563 [ править | править код ]

На машине RA-85563 было перепутано подключение двух питающих фазных проводов в системе электроснабжения 36 вольт, что вызвало отказ системы демпфирования.

АБСУ-154 питается трёхфазным напряжением 36 В обратной фазировки (фазные напряжения принимают положительные значения в порядке A, C, B) и аварийные источники 36 В (преобразователи ПТС-250 27/36 В) сразу вырабатывают напряжение обратной фазировки, а основные источники (трансформаторы ТС330СО4Б 208/36 В) вырабатывают напряжение прямой фазировки и требуется их обратное подключение на переключающем контакторе (приходящие на колодку контактора провода — A-C-B, по цветам — жёлтый-красный-зелёный, а отходящие — в обычном порядке жёлтый-зелёный-красный). Но подготавливавший машину к перелёту на капремонт сотрудник этого исключения не учёл и подключил провода «цвет к цвету» — жёлтый против жёлтого и так далее. В результате часть АБСУ была запитана неправильной фазировкой, БДГ-26 (блоки демпфирующих гироскопов) выдавали сигналы обратной полярности и АБСУ вместо демпфирования раскачивала самолёт. Экипаж проявил профессионализм в пилотировании, посадив практически неуправляемый самолёт, но полный непрофессионализм в знании матчасти, не распознав причины раскачки и просто не отключив выключателями в кабине рулевые агрегаты АБСУ.

Принцип работы электромеханического стабилизатора

Принцип действия сервоприводного стабилизатора напряжения легко понять зная, как работает регулируемый автотрансформатор. Если коротко, то получается следующее:

1. Электрический ток поступает из сети, на плату управления, где встроенный вольтметр измеряет его напряжение.

2. В зависимости от полученных результатов подаётся сигнал на сервопривод, который перемещает подвижный контакт по обмотке, тем самым меняя коэффициент трансформации автотрансформатора, пока на выходе не будет 220В. Или, проще говоря, изменяется количество витков первичной обмотки, при этом вторичная обмотка не изменняется.

Как видите, конструкция довольно простая, а как известно, чем меньше разнообразных элементов участвуют в работе, тем выше общая надежность устройства. Давайте же рассмотрим все основные достоинства и недостатки электромеханического стабилизатора напряжения.

Устройство ESP и ESC

Система динамической стабилизации охватывает возможности более простых систем, таких как ABS, TCS, EBD, и EDS. Чтоб лучше разобраться нужно воспользоваться электрической схемой.

Если рассматривать по отдельности, то ABS (антиблокировочная тормозная система) предназначена для предотвращения блокировки тормозной системы. Благодаря ей даже у самого неопытного водителя останется возможность управлять машиной. Даже если водитель начал экстренное торможение, если к примеру неожиданно появилось препятствие на дороге, в таком случае, водитель инстинктивно нажмёт на педаль тормоза, машина при этом не уйдет в занос. Если в автомобиле не предусмотрена система ABS следует практиковать прерывистое торможение.

Схема ESP и ESC

ABS контролирует вращение всех колес, сохраняя требуемое сцепление с дорожным покрытием или асфальтом, когда это требуется.

TCS (система контроля тяги) — предназначена для предотвращения пробуксовки колес машины. TCS работает следующим образом: электронные датчики, контролируют и регистрируют положение колес. Также, контролю подвергается угловая скорость и проскальзывание колес, вернее их степень. Если зафиксирована потеря сцепления с асфальтом или другим дорожным покрытием, или обнаружена пробуксовка, TCS максимально быстро устраняет этот факт.

EBD (электронная система распределения тормозных усилий) — распределяет тормозные усилия в момент торможения. EBD отличается от ABS тем, что способна помогать водителю в постоянном управление автомобилем, не только в моменте резкого, экстренного торможения.

Основными задачами EBD являются: снизить риски и вероятности заноса при непредвиденном торможении, сохранить курсовую устойчивость используя боковые силы, и определить степень проскальзывания колес машины.

EDS (электронная блокировка дифференциала) — предназначена для блокировки дифференциалов при участии электронных датчиков и предотвращает пробуксовку колёс автомобиля. EDS работает в скоростном диапазоне до 80 км/ч. В случае если EDS зафиксировала проскальзывание одного из колес, то происходит притормаживание скользящего колеса. На подтормаживающем колесе увеличивается крутящий момент. Из-за того, что колеса соединены дифференциалом, крутящий момент передаётся на соседнее.

Так можно наверное догадаться EDS построена на базе ABS. Отличие в том, что в EDS есть возможность создания давления в тормозной системе. Создаётся давление самостоятельно.

В систему ESP и ESC также входят следующие компоненты:

• чувствительные сенсоры;
• блок управления;
• гидроблок.

Автоматическая стабилизация оборотов двигателя

Что такое регулятор (контроллер) скорости и для чего он нужен можно почерпнуть из предыдущей статьи про основные элементы радиоуправляемых моделей. А сегодня речь пойдет о типичных настройках регулей и способах их изменения.

Настройки регуляторов скорости

• Brake (тормоз) . Варианты — включен, выключен, иногда также есть «плавный тормоз». При включенном тормозе при убирании газа в ноль регулятор будет принудительно останавливать двигатель, при выключенном — двигатель некоторое время будет продолжать вращаться по инерции.
• Batterry type (тип батареи). Варианты — Li-xx, Ni-xx, иногда Li-Fe. Выбор типа аккумулятора между литиевыми (литий-ионные, литий-полимерные) и никелевыми (никель-металлгидридные, никель-кадмиевые). Данный параметр влияет на пороговые напряжения отсечки.
• Cut off type (тип отсечки). Варианты — Soft-cut, Cutt-off, иногда также Middle-cut. Тип срабатывания отсечки двигателя при падении напряжения питания — жесткая, когда двигатель просто отрубается сразу, либо мягкая, когда он постепенно снижает обороты.
• Cut off voltage (напряжение отсечки). Варианты — Low, Middle, High, либо напрямую напряжение отсечки. Задает порог напряжения при котором происходит отсечка. На этот параметр также влияет выставленный тип аккумуляторов — напряжения отсчки для никелевых аккумуляторов ниже, чем для литиевых. Высокий порог отсечки наименее опасен для аккумулятора, но опасней всего для модели.
• Start mode (режим старта). Варианты — Normal, Soft, Very soft. Режим старта мотора. В нормальном режиме мотор сразу раскручивается на полную мощность, при мягком старте — вносится искусственная задержка. Нормальный режим в основном используется для моторов с пропеллерами, мягкий режим — для моторов вертолетов, чтобы не угробить зубцы на пластиковой шестерне.

Это основные настройки. У некоторых специфичных моделей (особенно дорогих), могут быть и другие возможности настроек, которые обычно указываются в инструкции на регулятор.

Способы программирования регуляторов скорости

Вариантов программирования ESC несколько:

1. Программирование ручкой газа. Этот вариант не требует никаких дополнительных устройств, но он кошмарно неудобен. Смысл в том, что регулятор присоединяется к приемнику, включается при задранном на 100% газе, при этом он переходит в режим программирования и начинает издавать писки. По количеству писков и по паузам между ними определяется какой параметр сейчас изменяется, а движением ручки газа производятся действия по изменению настроек. В общем, это сродни программированию некоторых древних Российских мини-АТС, которые также программировались по телефону на основе гудков и писков. Честно говоря этот способ настолько заморочен и неудобен, что я даже не стал в нем разбираться, потому что есть способ №2.
2. Программирование контроллеров с помощью карты программирования. Это самый простой и наглядный способ, но для него понадобится приобрести специальное устройство — карту программирования. Стоит она недорого: 5-15$. Беда в том, что для разных производителей регуляторов нужны свои карты программирования. Более того, для различных линеек регуляторов от одного производителя порой нужны различные карты программирования. Для хоббикинговских регуляторов нужны соответственно хоббикинговские карты программирования, они же поддерживают регуляторы фирм H-Wing, OEMRC и Turnigy Speed. Для регуляторов фирмы Hobbywing нужна соответствующая карта, она же программирует RCtimer’овские регуляторы. Как правило, все карты программирования имеют индикаторы для показа текущих установок, несколько кнопок для перемещения между настройками и изменения их, а также кнопку для сохранения настроек. Поэтому процесс программирования в данном случае значительно более простой и удобный, чем с помощью ручки газа, поэтому задумайтесь о приобретении карты программирования, если собираетесь настраивать свои ESC.
3. Третий способ экзотический — он доступен как правило только для дорогих регуляторов. Это программирование с помощью адаптера USB, или через ИК пульт. В этом случае вместе с устройством идет специальный адаптер (либо он приобретается отдельно), а настройки изменяются с помощью пульта, либо с помощью программы на компьютере. Некоторые регуляторы с программированием через USB имеют весьма продвинутые настройки, например, возможность задать кривую газа непосредственно для регулятора, или загрузить мелодию для проигрывания при старте.

Программирование регулятора с помощью карты программирования

Покажу как программируется регулятор на примере карты для регуляторов Hobbywing, которая также подходит и к регуляторам RCtimer. Для регуляторов со встроенным стабилизатором достаточно просто подключить управляющий шлейф регулятора к разъему «BEC» на карте программирования, затем подключить к регулятору аккумулятор. Через несколько секунд на карте загораются лампочки и показывают текущие настройки.

Программирование ESC со встроенным BEC

При программировании регуляторов без стабилизатора питания, или с отключенным проводом питания, необходимо подать на карту программирования питание со стороны. Это можно сделать, например, с приемника, или еще откуда-нибудь. Напряжение питания: 5-6 Вольт. Мне показалось удобней всего использовать для этих целей кассету под АА аккумуляторы с разъемом под приемник, вот эту. В остальном процесс ничем не отличается.

Программирование ESC без стабилизатора питания

Ну вот, про программирование ESC написал, теперь можно со спокойной совестью программировать свои 6 регуляторов для квадрика.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Originally posted 2018-07-04 07:13:04.