Схема стабилизатора для двигателя магнитофона

Наша промышленность уже не производит стабилизаторы частоты вращения вала электродвигателя для ранее выпускавшихся различных моделей магнитофонов, большое количество магнитофонов требует ремонта, где основная причина это выход из строя схемы стабилизатора частоты вращения вала электродвигателя. Автор разработал схему стабилизатора на доступных элементах рис.1.

Ранее традиционной схемой стабилизатора частоты вращения вала электродвигателя (РЧВ) в носимых магнитофонах, которая была реализованная на двух транзисторах или на транзисторной микросборке и одном транзисторе, применялась нашей промышленностью уже много лет в неизменном виде” [1]. Эта цитата, взятая из журнала актуальна и в наше время. Мы скорее согласны установить в магнитофоны импортные двигатели с внутренним стабилизатором частоты вращения , чем применять что-то свое.

Попытка усовершенствовать РЧВ была предпринята в [2]. Такой стабилизатор имеет большую нагрузочную способность, чем известные ранее схемы. Но для сохранения высоких эксплуатационных возможностей нужно соблюдать ряд условий. В том числе запитывать стабилизатор от стабильного источника питания, так как изменение напряжения питания приводит к изменению напряжения на электродвигателе.

А для устранения склонности к “засыпанию” т.к. стабилизатор не выходит в режим при включении применять только пару транзисторов КТ605 — КТ818. Замена на более дешевую и распространенную пару КТ3102 — КТ814 (816) приводило к указанному выше недостатку, после чего пришлось вводить элементы запуска.

В [1] была описана довольно удачная схема РЧВ, имеющая лишь один недостаток. Он связан с применением двухполярного ОУ в однополярном включении. Регулировка Uвых была возможна от максимального значения до определенного уровня (Uвыx. min > 1,5V), после которого стабилизатор самовозбуждался.

По этой причине на подобных ОУ невозможно создать однополярный источник питания с регулируемым выходным напряжением от 0 вольт. Совмещение двух схем [1] и [2] привело к созданию усовершенствованного стабилизатора частоты вращения электродвигателя. При этом сохранены все достоинства и устранены недостатки обоих устройств.

В предлагаемом варианте стабилизатора использовано минимальное количество элементов, в то же время удалось добиться очень высокой стабильности работы при изменении температуры окружающей среды и напряжении питания, которое может быть и нестабилизированным. Диапазон питающих напряжений от 6В до 30В при этом С1 придется заменить на 40-вольтовый, а VT1 с буквами Б, В, Г.

С повышением напряжения более 15В нужно лишь установить VT1 на радиатор. Если напряжение питания менее 15В, то VT1 можно установить так же, как и транзистор в “печально знаменитом” РЧВ-1-02.

О замене деталей.

Вместо VT1 можно применять любые транзисторы из серии КТ815 и КТ817. ОУ типа К140УД6, К140УД7. Напряжение стабилизации стабилитрона VD1 должно быть равно или меньше напряжения холостого хода М1, обычно КС 133, КС139, КС143, КС147. Сопротивление R3 для двигателей ДМ-39 и ДМ — 40 в пределах 1,5 — 4,7 Ом (меньшее значение для двухкассетника, большее для переносного магнитофона; в схеме указан оптимум для “Маяка-240”, “Весны-309”). R1 типа СП5-2 или от РЧВ-1-2 с сопротивлением от 470 Ом до 2,2 кОм.

Данный стабилизатор применяется автором более 2-х лет при замене РЧВ-1-02 при этом удаляется также плата стабилизатора напряжения в магнитофонах “Маяк-242, 249” и т.д.

1. П. Леоненко. Стабилизатор частоты вращения. “Радио” №7/1998, с.32.

2. Н. Хухтиков. Стабилизатор скорости вращения электродвигателя. “Радио” №3/1993, с.30.

Схема регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока – для новичков в радиоделе

Традиционная схема стабилизатора частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока в переносных кассетных магнитофонах, реализованная на двух транзисторах или на транзисторной микросборке и одном транзисторе, применяется нашей промышленностью уже более 15 лет в неизменном виде Современные радиоэлементы позволяют построить более простые в схемотехническом отношении стабилизаторы частоты вращения, но обладающие более совершенными характеристиками

Рис 331 Схема стабилизатора

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 При необходимости сместить диапазон регулирования скорости в область малых оборотов вала электродвигателя следует изменить полярность включения стабилитрона или заменить его другим, с меньшим напряжением стабилизации

Величина сопротивления резистора R3 зависит от сопротивления цепи якоря (Rя) применяемого двигателя н примерно равна 1,5 Rя Вместо микросхемы К140УД6 проверялась работа К140УД7 Транзистор КТ815А можно заменить транзисторами КТ815 и КТ817 с любым буквенным индексом Подстроечный резистор R1 типа CП5-2

П ЛЕОНЕНКО, г Кемерово, Радио

Как и в предыдущей главе, начнём рассказ с рассмотрения работы схемы

У коллекторных двигателей постоянного тока скорость вращения вала определяется, как правило, напряжением на двигателе Напряжение на двигателе и потребляемый им ток определят некоторое эквивалентное сопротивление, которое будет отличаться от измеренного омметром сопротивления обмотки двигателя Если у вас есть конкретный моторчик, для которого вы намерены создать схему стабилизации, то можно провести измерения и определиться с параметрами моделирования Если нет, то можно выбрать их «наугад», а позже привести к конкретному виду

С распределения напряжений в схеме и начнём

Обозначение резисторов на схеме ниже я не сохранил Двигатель заменил резистором R2 И, поскольку программа позволяет добавить много измерительных приборов, в количестве вольтметров я себя не ограничивал

Рис 332 Распределение напряжений в схеме

Рабочее напряжение стабилитрона КС133А – это 33В Если напряжение на двигателе стало больше, возрастает ток через стабилитрон, увеличивается падение напряжения на резисторе R2 При этом напряжение на выходе операционного усилителя уменьшается, что приводит к уменьшению тока базы транзистора VT1 и уменьшению напряжения на эмиттере транзистора, а, следовательно, на двигателе При уменьшении напряжения процессы проходят в обратном направлении Изменяя напряжение питания, можно получить следующие результаты:

Рис 333 Напряжения на двигателе при разных напряжениях питания

Напряжение на двигателе, измеряемое вольтметром Pr1 изменяется незначительно при существенном изменении напряжения питания

Эквивалентное сопротивление двигателя (ток через моторчик) будет зависеть от нагрузки на валу двигателя Ток будет возрастать с возрастанием нагрузки Возрастающий ток увеличит падение напряжения на резисторе R1 Что увеличит падение напряжения на резисторе R4 и приведёт к увеличению напряжения на выходе операционного усилителя, то есть, к увеличению напряжения на двигателе А это, в свою очередь, должно увеличить скорость вращения вала, замедлившегося от увеличения нагрузки на валу Увеличение нагрузки на валу я буду моделировать уменьшением сопротивления R2 с 30 до 20 Ом

Рис 334 Изменение напряжения на двигателе при изменении нагрузки

Резисторы R1 и R2 мы можем рассматривать как резисторы отрицательной обратной связи, а резисторы R5 и R4 как резисторы положительной обратной связи Отрицательная обратная связь должна следить за напряжением на двигателе при изменении питающего напряжения, а положительная менять напряжение на двигателе при изменении нагрузки на валу

Разобрав на модели работу схемы, постараемся реализовать подобную или похожую схему на микроконтроллере Вновь скажу, что менять операционный усилитель на микроконтроллер, я особенного смысла не вижу Но считаю, что полезно это выполнить хотя бы за компьютером

Итак Микроконтроллер устройство в своей основе цифровое Поэтому можно использовать такой принцип регулировки напряжения на двигателе:

Как и в других случаях с переменным напряжением, напряжение на двигателе будет действующим В данном случае средним за период колебаний

Уменьшая длительность импульса с высоким уровнем напряжения, увеличив при этом длительность импульса с низким уровнем напряжения, мы получим уменьшение среднего напряжения И наоборот

Такой принцип регулирования напряжения на двигателе наилучшим образом подходит для цифрового устройства

Конечно, как и в случае аналогового управления, схема пополнится управляющим транзистором

Рис 335 Принцип регулировки напряжения на коллекторном двигателе

Воспроизвести такое напряжение с помощью программы не составляет труда Мы собирали такую программу для генератора прямоугольных импульсов Ту часть аналоговой схемы, которая следит за напряжением питания, можно пока оставить без внимания: микроконтроллер лучше питать стабилизированным напряжением

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Стабилизаторы вращения двигателей ЛПМ

В широко распространенных ныне переносных магнитолах производства стран Юго-Восточной Азии и некоторых стран Европы используются коллекторные двигатели постоянного тока (КДПТ) со встроенными регуляторами частоты вращения (с правым или левым вращением) на напряжение 6, 9 и 12В.

Рис. 1. Регулятор частоты двухскоростного электродвигателя на напряжение 12 В

Надежность этих стабилизаторов, мягко говоря, оставляет желать лучшего, и они довольно часто (особенно при интенсивной эксплуатации) выходят из строя. Стоимость двигателей в сборе довольно существенна. По моему мнению, проще заменить интегральную микросхему стабилизатора. Для упрощения ремонта и возможной модернизации привожу принципиальные схемы наиболее часто встречающихся КДПТ фирм «Matsuschita» и «Mabushi». На рис.1 — регулятор частоты двухскоростного электродвигателя на напряжение 12 В, на рис.2 — односкоростного, на 9 В. Схемы составлены непосредственно по печатным платам стабилизаторов. Включение дополнительных элементов для регулировки скорости вращения в первой схеме показано на рис.3.

Рис. 2. Регулятор частоты односкоростного электродвигателя на напряжение 9 В

Направление вращения вала КДПТ определяется по обозначению в правом нижнем углу заводской таблички: двигатель левого вращения обозначается CCW («contra clock way» — «против часовой стрелки»), правого вращения — CW («clock way» — «по часовой стрелке»).Описанные здесь стабилизаторы можно использовать и в отечественных кассетных магнитофонах и магнитолах взамен устаревших регуляторов РЧВ-1-02 и РС-1-09. К сожалению, примененные в них интегральные микросхемы не имеют отечественных аналогов.

Рис. 3. Включение дополнительных элементов для регулировки скорости вращения

Автор: В.ХАРЬКОВСКИЙ, г. Лиски, Воронежской обл.

Мнения читателей

А какие данные дросселя L1.

mirkomilmm@mail.ru / 20.07.2007 — 10:42

нужна схема от регулятор скорости трёхфазного двигателя — желателно мошныйспасибо за совет

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя

Стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя

Предлагаемый стабилизатор частоты вращения предназначен для работы с коллекторными двигателями и представляет собой полностью аналоговое устройство. Стабилизатор имеет обратную связь по частоте вращения, в то же время он не требует установки никакого тахогенератора.

Наиболее распространенным типом стабилизаторов частоты вращения ведущего двигателя кассетных магнитофонов является регулятор с положительной обратной связью по току [1]. Регулирование происходит параметрически, поэтому частота довольно сильно меняется при изменении нагрузки на валу двигателя. Для повышения качества работы стабилизатора необходимо ввести обратную связь по частоте вращения. Обычно при этом на вал двигателя устанавливается специальный датчик, чаще всего оптический [2]. Такой датчик включает в себя оптопару, световой поток которой прерывается крыльчаткой (или диском с отверстиями), которая насаживается на вал двигателя. Крыльчатка прерывает световой поток, и на выходе оптопары формируются импульсы с частотой вращения двигателя, умноженной на количество прорезей в крыльчатке. Иногда применяется и другой вид датчиков — магнитный. Тогда на вал двигателя устанавливается шестеренка из ферромагнитного материала, рядом с которой крепится магнитная головка. При вращении шестеренки на выводах головки появляется переменное напряжение с амплитудой около милливильта и частотой, равной частоте вращения двигателя, умноженной на количество зубъев на шестеренке. Однако, при доработке готового ЛПМ часто бывает трудно найти место для установки какого-либо датчика. Но это и не обязательно. Дело в том, что информацию о частоте вращения коллекторного двигателя можно извлечь из потребляемого им тока. Этот ток содержит переменную составляющую, первая гармоника которой имеет частоту, равную частоте вращения двигателя, умноженную на число пластин коллектора. Двигатели, которые чаще всего применяются в магнитофонах, имеют три пластины коллектора. Поэтому эта частота равна утроенной частоте вращения двигателя. Именно на этом принципе и построен описываемый регулятор.

Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора частоты вращения.

Для получения сигнала обратной связи в цепь питания двигателя включен датчик тока R1 (рис. 1). Ток, потребляемый двигателем, создает на этом резисторе падение, которое имеет переменную составляющую около 100 мВ peak-to-peak (рис.2, график 1). Основная гармоника выделяется с помощью простейшего ФНЧ R2C1 и через разделительный конденсатор C2 поступает на вход усилителя, собранного на ОУ U1A. Коэффициент усиления задан резисторами R4R5 так, чтобы усилитель работал в режиме ограничения. На его выходе формируетя практически прямоугольный сигнал с частотой, равной утроенной частоте вращения двигателя (рис. 2, график 2). Этот сигнал дифференцируется с помощью цепочки C3R6R7R8 (рис. 2, график 3). Отрицательный выброс ограничивается диодом VD1. Далее сигнал поступает на компаратор, в роли которого использован ОУ U1B. Опорное напряжение задается с помощью делителя R9R10. На выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы постоянной длительности (рис. 2, график 4). Постоянная составляющая такой импульсной последовательности пропорциональна частоте следования импульсов, т.е. частоте вращения двигателя. Импульсная последовательность интегрируется с помощью цепочек R11R12C5 и R13C6. Постоянное напряжение, пропорциональное частоте вращения, поступает на пропорционально-интегрирующий регулятор, собранный на ОУ U1C. Для получения образцового напряжения применен регулируемый стабилитрон U2. Нужную частоту вращения устанавливают регулировкой этого напряжения с помощью переменного резистора R19. Выход ОУ U1C умощнен комплементарным эмиттерным повторителем на транзисторах VT1VT2. Казалось бы, направление тока питания двигателя всегда одно и то же и достаточно было бы одиночного эмитерного повторителя, который обеспечивал бы вытекающий ток. Но на самом деле с двухтактным эмиттерным повторителем гораздо лучше поведение системы во время переходных процессов (при пуске двигателя или при резких колебаниях нагрузки на валу) [2].

Рис.2. Форма сигналов в контрольных точках.

Нужно отдельно остановиться на проблеме устойчивости системы автоматического регулирования. В данной ситуации дело усложняется тем, что на устойчивость влияют и механические параметры системы, которые количественно учесть очень трудно. Поэтому в некоторых случаях придется подобрать АЧХ регулятора с помощью элементов R16C7 или даже ограничить коэффициент усиления, включив параллельно этой цепочке резистор. Подбор нужно вести по критерию устойчивости регулятора как в установившемся режиме, так и во время переходных процессов. Для этого нужно с помощью осциллографа контролировать напряжение питания двигателя. При включении оно должно плавно достичь номинального значения, причем без колебательного процесса. Если при работающем двигателе изменить нагрузку на валу, напряжение питания также должно принять новое значение без колебательного процесса. В регуляторе вместо LM324 можно применить практически любые ОУ, например, LM2902, или сдвоенные LM358, LM2904, или даже обычные KP140УД6, УД7. В зависимости от потребляемого двигателем тока может понадобиться установить транзистор VT1 на теплоотвод. Транзистор VT2 теплоотвода не требует.

Литература:
1. З. Гасымов. Стабилизатор частоты вращения электродвигателя. Радио, №12, 1987 г., стр. 48.
2. В. Псурцев. Модернизация ЭПУ G-602. Радиоежегодник, 1987 г., стр. 132 – 140.