admin / 19.01.2020

Регулятор для 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.

Простой 6-ти канальный регулятор оборотов вентилятора

Идея немножко «утихомирить» компьютер появилась давно и вот результат.
Регулятор (в простонародье – реобас или RheoBus) предназначен для снижения оборотов компьютерных вентиляторов путем снижения питающего напряжения. При снижении напряжения уменьшается потребляемый ток, в результате чего снижается частота оборотов.

К регулятору можно подключить вентиляторы с двух и трех пиновыми разъемами без какой либо переделки. Имеется возможность регулировки минимального уровня напряжения, подаваемого на вентилятор. Так же имеется возможность изменения режима индикации работы каждого канала реобаса с помощью перемычек.

Схема реобаса проще некуда:

Переменным резистором R1 производится регулировка напряжения, подаваемого на вентилятор. Подстроечным резистором R2 устанавливается минимальное значение напряжения. При установке перемычки в положение 1-2 светодиод VD1 будет мигать с частотой равной удвоенной частоте вращения вентилятора, в положении 2-3 будет гореть постоянно. Если перемычку не ставить светодиод гореть не будет. Конденсатор C1 позволяет гарантированно провести запуск вентилятора при пониженном напряжении питания.

Транзистор можно использовать любой p-n-p с током коллектора от 1 ампера. При использовании вентиляторов до 80 мм включительно подойдут КТ814, КТ816, BD140. При использовании более крупных вентиляторов, или при подключении нескольких вентиляторов на один канал, лучше поставить транзистор помощнее, например КТ837, КТ835, КТ818 и др. Светодиод можно поставить любой — какой нравится, с пересчетом R4 (я использовал резистор номиналом 100 Ом, так как светодиод работает в импульсном режиме, при постоянном свечении его сопротивление желательно увеличить).

В собранном устройстве в виду простоты схемы настраивать нечего, кроме как установить резистором R2 минимальное напряжение для вентилятора. Так же необходимо перемычкой установить требуемый режим светодиода.

Печатная плата, вид со стороны элементов:

Расположение элементов, вид сверху:

Вид снизу (участок с элементами)

Разъемы под вентиляторы можно установить как прямые так и угловые, подстроечные резисторы вертикальные или горизонтальные типа СП3-38А(Б), кроме крайнего правого канала.

Фотографии собранного устройства:

Ввиду простоты схемы имеются некоторые недостатки:

— регулировка производится вручную (это скорее особенность);
— при остановке вентилятора светодиод может остаться как в светящемся состоянии, так и нет.

Иван Франк (crazzian)

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1 Биполярный транзистор КТ837А 1 КТ814, КТ816, BD140 Поиск в Aliexpress В блокнот
С1 Электролитический конденсатор 100 мкФ 25 В 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
R1 Переменный резистор 4.7 кОм 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
R2 Подстроечный резистор 2.2 кОм 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
R3 Резистор 10 кОм 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
R4 Резистор 100 Ом 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
ХТ Разъем 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
VD1 Светодиод 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
Перемычка 1 Поиск в Aliexpress В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Пропорциональное управление – залог тишины!
Какая задача ставится перед нашей системой управления? Да чтобы пропеллеры зря не вращались, чтобы зависимость скорости вращения была от температуры. Чем горячее девайс — тем быстрей вращается вентилятор. Логично? Логично! На том и порешим.

Заморачиваться с микроконтроллерами конечно можно, в чем то будет даже проще, но совершенно не обязательно. На мой взгляд проще сделать аналоговую систему управления — не надо будет заморачиваться с программированием на ассемблере.
Будет и дешевле, и проще в наладке и настройке, а главное любой при желании сможет расширить и надстроить систему по своему вкусу, добавив каналов и датчиков. Всё что от тебя потребуется это лишь несколько резисторов, одна микросхема и термодатчик. Ну а также прямые руки и некоторый навык пайки.

Платка вид сверху

Вид снизу

Состав:

  • Чип резисторы размера 1206. Ну или просто купить в магазине – средняя цена одного резистора 30 копеек. В конце концов никто не мешает тебе чуток подправить плату, чтобы на место чип резисторов впаять обычные, с ножками, а уж их в любом старом транзисторном телевизоре навалом.
  • Многооборотный переменный резистор примерно на 15кОм.
  • Также потребуется чип конденсатор размера 1206 на 470нф (0.47мкФ)
  • Любой электролитический кондер напряжением от 16 вольт и выше и емкостью в районе 10-100мкФ.
  • Винтовые клеммники по желанию – можно просто припаять провода к плате, но я поставил клеммник, чисто по эстетическим соображениям – девайс должен выглядеть солидно.
  • В качестве силового элемента, который и будет управлять питанием кулера, мы возьмем мощный MOSFET транзистор. Например IRF630 или IRF530 его иногда можно выдрать из старых блоков питания от компа. Конечно для крохотного пропеллера его мощность избыточна, но мало ли, вдруг ты захочешь туда что-нибудь помощней всунуть?
  • Температуру будем щупать прецезионным датчиком LM335Z он стоит не более десяти рублей и дефицита из себя не представляет, да и заменить его при случае можно каким-нибудь терморезистором, благо он тоже не является редкостью.
  • Основной деталью, на которой основано все, является микросхема представляющая из себя четыре операционных усилителя в одном корпусе – LM324N очень популярная штука. Имеет кучу аналогов (LM124N, LM224N, 1401УД2А) главное убедись, чтобы она была в DIP корпусе (такой длинный, с четырнадцатью ножками, как на рисунках).

Замечательный режим – ШИМ

Образование ШИМ сигнала

Чтобы вентилятор вращался медленней достаточно снизить его напряжение. В простейших реобасах это делается посредством переменного резистора, который ставят последовательно с двигателем. В итоге, часть напряжения упадет на резисторе, а на двигатель попадет меньше как результат – снижение оборотов. Где падляна, не замечаешь? Да засада в том, что энергия выделившаяся на резисторе преобразуется не во что нибудь, а в обычное тепло. Тебе нужен обогреватель внутри компа? Явно нет! Поэтому мы пойдем более хитрым способом – применим широтно-импульсную модуляцию aka ШИМ или PWM. Страшно звучит, но не бойся, тут все просто. Представь, что двигатель это массивная телега. Ты можешь толкать его ногой непрерывно, что равносильно прямому включению. А можешь двигать пинками – это и будет ШИМ. Чем длинней по времени толчок ногой тем сильней ты разгоняешь телегу.
При ШИМ питании на двигатель идет не постоянное напряжение, а прямоугольные импульсы, словно ты включаешь и выключаешь питание, только быстро, десятки раз в секунду. Но двигатель имеет неслабую инерцию, а еще индуктивность обмоток, поэтому эти импульсы как бы суммируются между собой – интегрируются. Т.е. чем больше суммарная площадь под импульсами в единицу времени, тем большее эквивалентное напряжение идет на двигатель. Подаешь узенькие, словно иголки, импульсы – двигатель еле вращается, а если подать широкие, практически без просветов, то это равносильно прямому включению. Включать и выключать двигатель будет наш MOSFET транзистор, а формировать импульсы будет схема.
Пила + прямая = ?
Столь хитрый управляющий сигнал получается элементарно. Для этого нам надо в компаратор загнать сигнал пилообразной формы и сравнить его с каким либо постоянным напряжением. Смотри на рисунок. Допустим у нас пила идет на отрицательный выход компаратора, а постоянное напряжение на положительный. Компаратор складывает эти два сигнала, определяет какой из них больше, а потом выносит вердикт: если напряжение на отрицательном входе больше чем на положительном, то на выходе будет ноль вольт, а если положительное будет больше отрицательного, то на выходе будет напряжение питания, то есть около 12 вольт. Пила у нас идет непрерывно, она не меняет свою форму со временем, такой сигнал называется опорным.
А вот постоянное напряжение может двигаться вверх или вниз, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от температуры датчика. Чем выше температура датчика, тем больше напряжение с него выходит, а значит напруга на постоянном входе становится выше и согласно этому на выходе компаратора импульсы становятся шире, заставляя вентилятор крутиться быстрее. Это будет до тех пор, пока постоянное напряжение не перекроет пилу, что вызовет включение двигателя на полные обороты. Если же температура низкая, то и напряжение на выходе датчика низкое и постоянная уйдет ниже самого нижнего зубчика пилы, что вызовет прекращение вообще каких либо импульсов и двигатель вообще остановится. Загрузил, да? 😉 Ничего, мозгам полезно работать.

Температурная математика

Регулирование

В качестве датчика у нас используется LM335Z. По сути это термостабилитрон. Прикол стабилитрона в том, что на нем, как на ограничительном клапане, выпадает строго определенное напряжение. Ну, а у термостабилитрона это напряжение зависит от температуры. У LM335го зависимость выглядит как 10mV * 1 градус по Kельвину. Т.е. отсчет ведется от абсолютного нуля. Ноль по Цельсию равен двести семьдесят три градуса по Кельвину. А значит, чтобы получить напряжение выходящее с датчика, скажем при плюс двадцати пяти градусах Цельсия, то нам надо к двадцати пяти прибавить двести семьдесят три и умножит полученную сумму на десять милливольт.
(25+273)*0.01 = 2,98В
При других температурах напряжение будет меняться не сильно, на те же 10 милливольт на градус. В этом заключается очередная подстава:
Напряжение с датчика меняется несильно, на какие то десятые доли вольта, а сравнивать его надо с пилой у которой высота зубьев достигает аж десяти вольт. Чтобы получить постоянную составляющую напрямую с датчика на такое напряжение нужно нагреть его до тысячи градусов — редкостная лажа. Как тогда быть?
Так как у нас температура все равно вряд ли опустится ниже двадцати пяти градусов, то все что ниже нас не интересует, а значит можно из выходного напряжения с датчика выделить лишь самую верхушку, где происходят все изменения. Как? Да просто вычесть из выходного сигнала две целых девяносто восемь сотых вольта. А оставшиеся крохи умножить на коэффициент усиления, скажем, на тридцать.
В аккурат получим порядка 10 вольт на пятидесяти градусах, и вплоть до нуля на более низких температурах. Таким образом, у нас получается своеобразное температурное “окно” от двадцати пяти до пятидесяти градусов в пределах которого работает регулятор. Ниже двадцати пяти – двигатель выключен, выше пятидесяти – включен напрямую. Ну а между этими значениями скорость вентилятора пропорциональна температуре. Ширина окна зависит от коэффициента усиления. Чем он больше, тем уже окно, т.к. предельные 10 вольт, после которых постоянная составляющая на компараторе будет выше пилы и мотор включится напрямую, наступят раньше.
Но ведь мы не используем ни микроконтроллера, ни средства компьютера, как же мы будем делать все эти вычисления? А тем же операционным усилителем. Он ведь не зря назван операционным, его изначальное назначение это математические операции. На них построены все аналоговые компьютеры — потрясающие машины, между прочим.
Чтобы вычесть одно напряжение из другого нужно подать их на разные входы операционного усилителя. Напряжение с термодатчика подаем на положительный вход, а напряжение которое надо вычесть, напряжение смещения, подаем на отрицательный. Получается вычитание одного из другого, а результат ещё и умножается на огромное число, практически на бесконечность, получился еще один компаратор.
Но нам же не нужна бесконечность, так как в этом случае наше температурное окно сужается в точку на температурной шкале и мы имеем либо стоящий, либо бешено вращающийся вентилятор, а нет ничего более раздражающего чем включающийся и выключающийся компрессор совкового холодильника. Аналог холодильника в компе нам также не нужен. Поэтому будем понижать коэффициент усиления, добавляя к нашему вычитателю обратные связи.
Суть обратной связи в том, чтобы с выхода сигнал загнать обратно на вход. Если напряжение с выхода вычитается из входного, то это отрицательная обратная связь, а если складывается, то положительная. Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления, но может привести к генерации сигнала (автоматчики называют это потерей устойчивости системы). Хороший пример положительной обратной связи с потерей устойчивости это когда ты включаешь микрофон и тычешь им в динамик, обычно сразу же раздается противный вой или свист – это и есть генерация. Нам же надо уменьшить коэффициент усиления нашего операционника до разумных пределов, поэтому мы применим отрицательную связь и заведем сигнал с выхода на отрицательный вход.
Соотношение резисторов обратной связи и входа дадут нам коэффициент усиления влияющий на ширину окна регулирования. Я прикинул, что тридцати будет достаточно, ты же можешь пересчитать под свои нужды.

Пила
Осталось изготовить пилу, а точнее собрать генератор пилообразного напряжения. Состоять он будет из двух операционников. Первый за счет положительной обратной связи оказывается в генераторном режиме, выдавая прямоугольные импульсы, а второй служит интегратором, превращая эти прямоугольники в пилообразную форму.
Конденсатор в обратной связи второго операционного усилителя определяет частоту импульсов. Чем меньше емкость конденсатора, тем выше частота и наоборот. Вообще в ШИМ генерации чем больше тем лучше. Но есть один косяк, если частота попадет в слышимый диапазон (20 до 20 000 гц) то двигатель будет противно пищать на частоте ШИМ, что явно расходится с нашей концепцией бесшумного компьютера.
А из добиться из данной схемы частоты больше чем пятнадцать килогерц мне не удалось – звучало отвратительно. Пришлось пойти в другую сторону и загнать частоту в нижний диапазон, в район двадцати герц. Движок начал чуток вибрировать, но это не слышно и ощущается только пальцами.
Схема.

Такс, с блоками разобрались, пора бы и на схемку поглядеть. Думаю большинство уже догадались что тут к чему. А я все равно поясню, для большей ясности. Пунктиром на схеме обозначены функциональные блоки.
Блок #1
Это генератор пилы. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, чтобы подать в генератор половину питающего, в принципе они могут быть любого номинала, главное, чтобы были одинаковыми и не сильно большого сопротивления, в пределах сотни килоом. Резистор R3 на пару с конденсатором С1 определяют частоту, чем меньше их номиналы тем больше частота, но опять повторюсь, что мне не удалось вывести схему за звуковой диапазон, поэтому лучше оставь как есть. R4 и R5 это резисторы положительной обратной связи. Также они влияют на высоту пилы относительно нуля. В данном случае параметры оптимальные, но если не найдешь таких же то можно брать примерно плюс минус килоом. Главное соблюдать пропорцию между их сопротивлениями примерно 1:2. Если сильно снизить R4 то придется снизить и R5.
Блок #2
Это блок сравнения, тут происходит формирование ШИМ импульсов из пилы и постоянного напряжения.
Блок #3
Это как раз схема устраивающая вычисление температуры. Напряжение с термодатчика VD1 подается на положительный вход, а на отрицательный вход подается напряжение смещения с делителя на R7. Вращая ручку подстроечного резистора R7 можно сдвигать окно регулирования выше или ниже по температурной шкале.
Резистор R8 может быть в пределах 5-10кОм больше нежелательно, меньше тоже – может сгореть термодатчик. Резисторы R10 и R11 должны быть равны между собой. Резисторы R9 и R12 также должны быть равны между собой. Номинал резисторов R9 и R10 может быть в принципе любым, но надо учитывать, что от их отношения зависит коэффициент усиления определяющий ширину окна регулирования. Ku = R9/R10 исходя из этого соотношения можно выбирать номиналы, главное, чтобы он был не меньше килоома. Оптимальным, на мой взгляд, является коэффициент равный 30, что обеспечивается резисторами на 1кОм и 30кОм.
Монтаж

Печатная плата

Девайс выполнен печатным монтажом, чтобы быть как можно компактней и аккуратней. Рисунок печатной платы в виде Layout файла выложентут же на сайте, программу Sprint Layout 5.1 для просмотра и моделирования печятных плат можно скачать от сюда

Сама же печатная плата выполняется на раз-два посредством лазеро-утюжной технологии.
Когда все детали будут в сборе, а плата вытравлена, то можно приступать к сборке. Резисторы и конденсаторы можно припаивать без опаски, т.к. они почти не боятся перегрева. Особую осторожность следует проявить с MOSFET транзистором.
Дело в том, что он боится статического электричества. Поэтому прежде чем его доставать из фольги, в которую Вам его должны завернуть в магазине, рекомендую снять с себя синтетическую одежду и коснуться рукой оголенной батареи или крана на кухне. Микруху можно перегреть, поэтому когда будешь паять ее, то не держи паяльник на ножках дольше пары секунд. Ну и еще, напоследок, дам совет по резисторам, а точнее по их маркировке. Видишь цифры на его спинке? Так вот это сопротивление в омах, а последняя цифра обозначает число нулей после. Например 103 это 10 и 000 то есть 10 000 Ом или 10кОм.
Апгрейд дело тонкое.
Если, например, захочешь добавить второй датчик для контроля другого вентилятора, то совершенно не обязательно городить второй генератор, достаточно добавить второй компаратор и схему вычисления, а пилу подать из одного и того же источника. Для этого, конечно, придется перерисовать рисунок печатной платы, но я не думаю, что для тебя это составит большого труда.

FILED UNDER : Статьи

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*