3 лучшие схемы регуляторов скорости вентиляторов

3 лучшие схемы регуляторов скорости вентиляторов

  1. Простая схема
  2. С датчиком температуры
  3. Для уменьшения шума
  4. Видео

Рассмотрим ТОП-3 рабочих схемы регулятора скорости вращения вентилятора. Каждая схема не только проверена, но и отлично подойдёт для воплощения начинающими радиолюбителями. К каждой схеме прилагается список необходимых компонентов для монтажа своими руками и пошаговые рекомендации.

Виды и особенности устройства

Существует множество видов вентиляторов, они задействованы в работе систем климат-контроля, компьютеров, ноутбуков, холодильников, многой другой офисной и бытовой техники.

Чтобы контролировать скорость вращения его лопастей, часто применяется небольшой элемент – регулятор. Именно он позволяет продлить срок использования оборудования, а также, значительно снизить уровень шума в помещении.

Назначение прибора для управления скоростью

Когда кондиционер или вентилятор постоянно работает в режиме максимальной мощности, предусмотренной производителем, это неблагоприятно сказывается на сроке эксплуатации. Отдельные детали просто не могут выдержать такой ритм и быстро ломаются.

Поэтому часто можно встретить рекомендации делать запас по мощности при выборе различного рода оборудования, чтобы оно не работало на пределе.

Также часто в холодильных установках, компьютерах и другой технике определенные элементы перегреваются в процессе работы. Чтобы они не расплавились, производитель предусмотрел их охлаждение за счет работающих вентиляторов.

Но не все выполняемые задачи требуют максимальной скорости движения вентилятора/кулера. При офисной работе компьютера или поддержании постоянной температуры в холодильной установке нагрузка значительно меньше, чем при выполнении сложных математических вычислений или заморозке соответственно. А вентилятор, не имеющий регулятора, будет вращаться с одинаковой скоростью.

Скопление большого количества мощной техники, функционирующей в одном помещении, способно создавать шум на уровне 50 децибел и более за счет одновременно работающих вентиляторов на максимальных оборотах.

В такой атмосфере человеку сложно работать, он быстро утомляется. Поэтому целесообразно использовать приборы, способные снизить уровень шума вентилятора не только в производственных цехах, но и в офисных помещениях.

Помимо перегрева отдельных деталей и снижения уровня шума регуляторы позволяют рационально использовать технику, уменьшая и увеличивая при необходимости скорость вращения лопастей оборудования. Например, в системах климат-контроля, используемого во многих общественных местах и производственных помещениях.

Одной из важных деталей умных приборов потолочного вентилирования помещения являются регуляторы оборотов. Их работу обеспечивают показатели датчиков температуры, влажности, давления. Вентиляторы, используемые для перемешивания воздуха в помещении спортзала, производственного цеха или офисного кабинета, помогают экономить средства, затрачиваемые на отопление.

Это происходит за счет равномерного распределения нагретого воздуха, циркулирующего в помещении. Вентиляторы нагнетают верхние теплые слои вниз, перемешивая их с более холодными нижними. Ведь для комфорта человека важно, чтобы в нижней части комнаты, а не под потолком, было тепло. Регуляторы в таких системах следят за скоростью вращения, замедляя и ускоряя скорость движения лопастей.

Основные разновидности регуляторов

Контроллеры оборотов вентилятора востребованы. Рынок изобилует различными предложениями и рядовому пользователю, не знакомому с особенностями устройств, легко потеряться среди различных предложений.

Регуляторы отличаются по принципу действия.

Выделяют такие типы устройств:

  • тиристорные;
  • симисторные;
  • частотные;
  • трансформаторные.

Первый тип приборов применяется для корректировки оборотов однофазных приборов, имеющих защиту от перегрева. Изменение скорости происходит за счет влияния регулятора на мощность подаваемого напряжения.

Второй тип является разновидностью тиристорных устройств. Регулятор может одновременно управлять приборами постоянного и переменного тока. Характеризуется возможностью плавного понижения/повышения скорости оборотов при напряжении вентилятора до 220 В.

Третий тип устройств изменяет частоту подаваемого напряжения. Основная задача – получить питающее напряжение в пределах 0-480 В. Контроллеры применяются для трехфазного оборудования в системах вентилирования помещений и в мощных кондиционерах.

Трансформаторные контроллеры могут работать с одно- и трехфазным током. Они изменяют выходное напряжение, регулируя работу вентилятора и защищая прибор от перегрева. Могут использоваться в автоматическом режиме для регулировки оборотов нескольких мощных вентиляторов, учитывая показатели датчиков давления, температуры, влажности и прочие.

Чаще всего в быту применяются симисторные регуляторы. Их относят к типу XGE. Можно обнаружить много предложений от разных производителей – они компактные и надежные. Причем диапазон цен также будет весьма широк.

Трансформаторные же устройства довольно дорогие – в зависимости от дополнительных возможностей они могут стоить 700 долларов и более. Они относятся к регуляторам типа RGE и способны регулировать обороты очень мощных вентиляторов, используемых в промышленности.

Особенности использования приборов

Регуляторы оборотов вентилятора используются в промышленном оборудовании, в офисных помещениях, спортзалах, кафе, других местах общественного пользования. Также часто можно встретить такие контролеры в системах климат-контроля для домашнего использования.

Системы вентилирования, используемые в фитнес-центрах, а также, кондиционеры, включаемые для обогрева в офисных помещениях, чаще всего содержат регулятор скорости вращения. Причем это не простой дешевый вариант, а дорогостоящее трансформаторное устройство, способное регулировать скорость вращения мощных приборов.

Схемы вращения

Так как в основе работы вентилятора используется явление ЭДС, то это приводит к тому, что возникают паразитные вихревые токи, нагревающие металлические части электродвигателя, при изменении формы сигнала напряжения сети. Использование диммеров, служащих для управления светосилой яркости ламп, не рекомендуется из-за повышенного нагрева двигателя. Поэтому при изготовлении регулятора скорости вентилятора на 220 В, применяются полупроводниковые элементы.

Регулятор скорости на симисторе

Регулирующим полупроводником служит симистор. Работает он в ключевом режиме, то есть или включён, или выключен. Симистор состоит из двух тиристоров, включённых встречно — параллельным способом. Каждый тиристор пропускает через себя только одну полуволну сигнала. Такая схема обладает маленькими размерами и имеет низкую стоимость.

В таком регуляторе используется принцип фазового управления, изменение момента включения и выключения симистора относительно фазового перехода в нулевой точке.

Управление симистором осуществляется с помощью переменного резистора, в зависимости от поворота последнего задаётся порог срабатывания полупроводникового прибора. В результате чего отсекается часть синусоидального сигнала, поступающего на электродвигатель вентилятора, величина значение напряжения уменьшается и соответственно обороты двигателя тоже уменьшаются.

При управлении частотой вращения электродвигателя контроль работы тиристора происходит длительными импульсами.

Благодаря чему, кратковременные отключения активной нагрузки не изменяют режим работы схемы. Схема подразумевает разделение включения электродвигателя с тиристором VS2 и питающего напряжения 220 вольт, через диодный мост.

Управление тиристором осуществляется с помощью генератора, собранного на транзисторе VT1. Питание генератора реализуется сигналом трапециевидной формы, полученным после прохождения через стабилитрон VD1 с частотой 100 кГц. В то время как на конденсаторе C1 появится напряжение, величины которого станет достаточно для открытия транзистора, на управляющий электрод тиристора поступит положительный сигнал. Тиристор VS2 откроется и с него поступит напряжение на электродвигатель, приводящее к его запуску.

Резисторы R1, R2, R3, образуют цепочку разряда конденсатора C1. Управляя значением сопротивления R1, в качестве которого используется переменный резистор, изменяется скорость разряда конденсатора, а значит и частота оборотов вентилятора. Диод VD2, подключённый параллельно к обмотке L1, предотвращает ложное срабатывание тиристора, возникающее из-за использования нагрузки индуктивного рода.

Читайте также  Расшиватель швов для плитки

Управление с использованием автотрансформатора

В качестве основного элемента схемы используется автотрансформатор. Он представляет собой трансформатор, в котором соединение первичной и вторичной обмотки выполнено напрямую. В результате чего одновременно осуществляется магнитная и электрическая связь. Обмотка автотрансформатора имеет несколько ответвлений с разными на них значениями величины напряжения. Преимущество такого использования заключается в достижении более высокого коэффициента полезного действия из-за преобразования лишь части мощности.

Принцип работы регулятора, скорости вращения вентилятора состоит в следующем. На первичную обмотку автотрансформатора T1 поступает питающее напряжение сети. Обмотка имеет как минимум три ответвления от части витков. При подсоединении нагрузки к разным ответвлениям получается уменьшенное напряжение питания. Используя переключатель SW1, двигатель вентилятора M коммутируется к одной из части обмотки, при этом его скорость вращения меняется. При такой работе выходной сигнал не изменяет своей формы, оставаясь синусоидальным, что положительно влияет на обмотки двигателя.

Переключатель представляет собой ступенчатую шкалу, не позволяя плавно управлять скоростью вращения. Устройства такого типа имеют большие габариты и массу, по сравнению с другими видами.

Усовершенствованной моделью является использование электронного управления.

В основе работы лежит принцип широтно-импульсной модуляции. Изменяя состояние режима работы ключевых транзисторов, образовываются импульсы, позволяющие совершать плавную регулировку выходного сигнала. Чем меньше длительность импульса и длиннее период, тем меньше мощности передаётся вентилятору, а значит и обороты вращения его снижаются. В качестве ключей применяются малошумящие полевые транзисторы, имеющие значительно большие входные сопротивления по сравнению с биполярными.

Из-за плохой помехозащищенности узел автотрансформатора выполняется непосредственно в близости от вентилятора, но обладает компактными размерами и невысокой стоимостью.

Необходимые материалы и инструменты

В некоторых ситуациях понадобятся навыки изготовления сложной печатной платы. Простейшие схемы собирают за несколько минут с применением паяльника и технологии навесного монтажа. До выполнения рабочих операций необходимо приобрести:

  • комплектующие детали;
  • расходные материалы;
  • измерительную аппаратуру.

Список покупок составляют на основе выбранной электрической схемы. Для защиты устройства от неблагоприятных внешних воздействий и улучшения внешнего вида создают соответствующий корпус.

Немного о назначении определенных элементов

RC-цепочка, С1 + R1 + R6, определяет частоту тактового генератора на элементе DD1.1.
R6 служит для точной подстройки генератора.
R2 — R3 — C3: обвязка микросхемы DA2.
С2 — блокирующий конденсатор (необходимо установить между выводами 1-8 DA2).
C5 – C6: фильтры по питанию.
Дроссель T1 и конденсаторы C4 — C7: выходные фильтры канала питания вентилятора.
R4 — защита затвора полевого транзистора.
D1 — защита транзистора от само-Э.Д.С нагрузки.

Вроде с теорией разобрались и мы приступим к сборке устройства по имеющейся принципиальной схеме. Картинка кликабельна.

Температурный датчик для 12В вентилятора.

Схемы температурных датчиков для 12В вентиляторов.

Температурный датчик для компьютерных вентиляторов

Многие радиолюбители сталкиваются с вопросом, каким образом сделать так, чтобы вентилятор, охлаждающий радиатор, например, блока питания, или зарядного устройства, не “молотил” постоянно, а включался по необходимости, когда действительно установленный на радиатор элемент уже нагрелся до определенной температуры. Поэтому в этой статье мы решили опубликовать несколько схем, решающих эти задачи.

В первом варианте рассмотрим схему, собранную на операционном усилителе К157УД1, в качестве датчика температуры здесь используется кремневый транзистор КТ814 (VT1 по схеме). Принципиальная схема термодатчика на этих элементах изображена ниже.

На микросхеме собран компаратор, на один вход подается сигнал с датчика (VT1), на второй напряжение снимается с делителя, образованного резисторами R4, R5, и R6. Потенциометром R5 выбирается порог срабатывания, то есть при какой температуре сработает датчик и включатся вентиляторы. Микросхема К157УД1 относится к операционным усилителям средней мощности, что дас вам возможность подключения двух компьютерных вентиляторов, ток которых не будет превышать 300 мА. Гистерезис компаратора зависит от резистора R7 в цепи обратной связи, так что неопределенных состояний на выходе быть не должно в тот момент, когда на обоих входах микросхемы будет присутствовать одинаковый потенциал.

При установке платы внутри вашего устройства, имейте ввиду, что при работе датчика на 2 вентилятора, микросхема будет слегка греться, поэтому плату датчика лучше установить поблизости от обдуваемого радиатора. Для соединения VT1 с платой используются гибкие медные провода с изоляцией, а крепление его выполняется в непосредственной близости от установленного на радиатор охлаждаемого элемента.

Похожая схема на такой же микросхеме, только в качестве датчика температуры применен терморезистор 20 кОм. Смотри следующую схему:

Третий вариант термодатчика для 12 вольтовых вентиляторов собран на операционном усилителе UA741. Выход операционника управляет ключом (транзистор Q1 по схеме), в цепи которого стоит реле, управляющее вентилятором. Смотрим схему:

Параллельно обмотке реле можно поставить светодиод (через резистор номиналом 1,8 кОм), он будет выполнять роль индикатора включения вентилятора.

Возможные замены элементов:

Q1 = 2N3053, 2N3904, NTE123A, ECG123A, NTE128, ECG128, ВС109 и другие.
D1 = 1N4001, NTE519, ECG519, NTE116 и другие.
Th1 = Термистор, 22…100 кОм.
Re1 = Реле, 12В

Или вот такое подключение датчика температуры (термистора):

Порог срабатывания регулируется потенциометром на 100 кОм.

Вообще вариантов схем управления вентиляторами с использованием этого операционного усилителя довольно много. Принцип работы в них один и тот же, разница только в конфигурации входных цепей, то есть применяются разные элементы в делителях. Для разнообразия приведем еще один пример:

В этом варианте промежуточное реле отсутствует, и вентилятором управляет непосредственно транзистор.

Ну и последняя схема, которая имеется в нашем архиве. Она реализована на интегральном стабилизаторе TL431. Ее можно заменить отечественным аналогом КР142ЕН19А. В качестве датчика служит терморезистор ММТ-4 номиналом 1,1 кОм.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

ЖК дисплей подключен к плате Arduino в 4-битном режиме, более подробно об этом можно прочитать в статье про подключение ЖК дисплея к Arduino. Контакты ЖК дисплея RS, EN, D4, D5, D6 и D7 подсоединены к цифровым контактам Arduino 7, 6, 5, 4, 3 и 2. Датчик DHT11 подсоединен к контакту 12 Arduino через подтягивающий резистор. Контакт 9 Arduino используется для управления скоростью вращения вентилятора (с помощью транзистора).

Шаг 1: Отрезаем, откусываем, отстригаем

Сначала отрежьте штекер вентилятора, при этом оставьте провода как можно более длинными.

Вентилятор имеет один провод (плюсовой) – красный, второй провод (минусовой) – обычно черный.

Можете подключить несколько вентиляторов к одному компьютерному разъему питания Molex. Обрежьте провода, как показано на фото.

Регулирование оборотов вентилятора радиатора hot end

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Статья относится к принтерам:

Вентилятор hot end один из самых маленьких в 3D принтере, но зачастую является одним из самых шумных вентиляторов. К тому же он обычно подключается напрямую к 12 вольтовой линии блока питания и молотит без перерыва, даже тогда, когда принтер не печатает, а просто включен в розетку.

Читайте также  Как проверить трубку домофона

Китайские вентиляторы, работающие на полных оборотах при простое принтера, приносят нам не только неприятное жужжание, но и осаждают лишнюю пыль на радиаторе hot end.

К тому же, во многих случаях не требуется работа этого вентилятора на полных оборотах. Если запитать его от 5 вольт шум значительно уменьшается, но это заканчивается забитым расплавленным пластиком трактом в процессе печати. Охлаждения перестает хватать во время печати участков с большим количеством откатов или просто из за повышенной температуры в помещении.

Хочу поделиться своим решением регулировки оборотов с обратной связью

1) Позволяет полностью остановить вентилятор, когда радиатор остынет до комнатной температуры

2) Во время печати вентилятор преимущественно работает на низких бесшумных оборотах

3) Обороты повышаются с ростом температуры на радиаторе hot end, например, во время частых откатов или при печати в закрытой камере

Реализация максимально проста и не требует подключения к ШИМ на плате управления (RAMPS) и внесения изменения в прошивку принтера или G-код.

Потребуется два резистора и транзистор, но резисторы не простые:

1) Терморезистор, такой же, как и в нагревательном блоке hot end. Если в хозяйстве его нет, то советую в любом случае заказать десяток — пригодится при ремонте нагревательного блока или стола.

2) Переменный резистор номинала порядка 30КОм

3) n-p-n транзистор, например КТ315, широко распространенный на постсоветском пространстве. Можно мощнее, но слабее нельзя, КТ315 работает на пределе.

Установку рассмотрю на примере китайского e3d v6.

1) На кусочке фольгированного с одной стороны текстолита размером 10 на 8 мм или в виде ‘вороньего гнезда’ собирается схема.

Монтаж на плате фото 1

Монтаж на плате фото 2

2) На ножки терморезистора надеваются изоляторы, хороший вариант использовать тефлоновые, но у меня нормально себя зарекомендовали и обычные кусочки изоляции снятые с проводников витой пары.

3) В двух нижних пластинах радиатора, прямо над нагревательным блоком, просверливается два отверстия диаметром 2.5мм. В одном из отверстий нарезается резьба под М3. Терморезистор крепится по тому же принципу что и в нагревательном блоке — выводы прижаты головкой винтика. Перед установкой терморезистора рекомендую его обильно смазать термопастой.

Отверстия для терморезистора

Терморезистор прижат винтом

4) Подключается вентилятор и питание, переменный резистор выкручивается в положение в котором вентилятор начинает вращаться.

5) Дать радиатору остыть до комнатной температуры и плавно вращая переменный резистор найти положение в котором вентилятор начнет останавливаться и в итоге остановится.

Будьте аккуратны при сборке схемы, особенно в виде ‘вороньего гнезда’, КТ315 легко сжечь подав на базу больше 6 вольт. Пока отлаживался, убил не один транзистор, благо он сам копеечный и ничего за собой не тянет. Лучше изолируйте цепь базы.

Видео демонстрации работы

Характеристики и надёжность

Данный регулятор трудится у меня уже довольно давно, экструдер успел пропустить через себя не один килограмм PLA и ABS. Проверено временем.

Специально для вас провел ‘лабораторную работу’ чтобы снять зависимость тока проходящего через вентилятор и температур радиатора и нагревательного блока. Ток замерял миллиамперметром в разрыве цепи вентилятора, а температура радиатора замерялась термопарой зажатой между второй и третьей пластиной. Каждый из режимов выдерживался более 10 минут.

Т блока (град.С) Т радиатора (град.С) Ток (мА) Комментарий

27 27 10 Вентилятор не вращается

60 35 30 Вентилятор не вращается

100 35 40 Вентилятор начал вращение

150 39 44 Обороты возросли, и будут расти далее

260 49 55 Максимальные обороты не достигнуты (70ма по паспорту вентилятора)

В заключение хочу показать высоту плавления PLA и ABS в тракте экструдера, прутки извлечены после 10 минут простоя в экструдере на 210 и 260 градусов соответственно. Пластик не вытекал под собственным весом т.к. сопло было закрыто столом. Белый кусочек прутка это ABS, зеленый — PLA.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.