6 способов регулировки скорости электродвигателя
Любой преобразователь частоты имеет несколько каналов управления частотой выходного напряжения и, соответственно, скоростью вращения электродвигателя. Рассмотрим основные каналы на примере преобразователя VT Drive Fit.
Итак, скорость двигателя можно регулировать следующими способами.
1. Настройка параметра F0-08 в меню устройства. Заданное значение частоты программируется и запоминается. В процессе работы частоту можно оперативно менять при помощи клавиш «Вверх» и «Вниз». Этот канал управления выбирается установкой функции F0-03 = 0. Измененное значение частоты после выключения питания не сохраняется и при повторном включении вновь возвращается к значению, установленному в F0-08. Задать запоминание измененной в процессе работы частоты можно установкой параметра F0-03 = 1.
2. Использование аналоговых входов Ai1, Ai2, Ai3. Все три входа могут быть входами по напряжению, с диапазоном от 0 до 10 В./F036M_(6-90V-15A)-02.JPG)
3. Использование импульсного высокочастотного входа Di5. На этот вход могут быть поданы импульсы с напряжением от 9 до 30 В и частотой до 100 кГц. Соответствие между частотой на входе Di5 и выходной частотой преобразователя частоты VT Drive Fit определяется в параметрах F4-28…F4-31. Импульсы для работы на этом канале могут быть получены с вращающегося энкодера, с индуктивного или оптического датчика, а также с дискретного выхода другого ПЧ или контроллера. Для выбора данного канала устанавливается F0-03 = 5.
4. Если в работе требуется несколько значений частоты, их можно предварительно задать, используя многоскоростной (многоступенчатый) режим. Для этого необходимо установить F0-03 = 6. Код выбора частоты задается подачей сигналов на четыре дискретных входа Di.5. Использование датчика ПИД-регулятора. Датчиком может быть любой преобразователь давления, температуры, напряжения в сигнал напряжения или тока. При этом реализуется обратная связь, позволяющая регулировать и поддерживать постоянными различные параметры технологических процессов. Для выбора этого канала устанавливается F0-03 = 8.
6. Выходную частоту можно менять путем подачи сигналов Up / Down на соответствующие дискретные входы. Для этого нужно функцию (F00…F4-10) этих входов установить на значения 6 и 7.
Выбор между источниками частоты
В общем случае можно выбрать 3 источника частоты, каждый из которых имеет каналы управления, перечисленные выше.
- Главный источник частоты Х. Выбор канала производится в параметре Х0-03.
- Вспомогательный источник частоты Y. Выбор канала производится в параметре Х0-04.
- Сочетание (суперпозиция) главного и вспомогательного источников, X и Y.
Примеры установки канала управления скоростью приведены для главного источника частоты Х. Для вспомогательного канала Y параметры задаются аналогичным образом. Максимальная выходная частота, независимо от канала и источника, ограничена параметром, заданным в параметре F0-10 (50…320 Гц).
Возможность регулировки частоты при помощи переменного резистора (потенциометра) отсутствует. Плавная регулировка возможна только путем применения внешнего потенциометра, подключенного на аналоговый вход Ai1…Ai3.
Другие полезные материалы:
Преимущества векторного управления асинхронным двигателем
Настройка ПЧ для работы на несколько двигателей
Тонкости настройки преобразователя частоты
Как регулировать скорость вращения электродвигателя
Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя : изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора
Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = n о (1 — s).
Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.
Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 — 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.
Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя , позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U 1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения .
При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент М кр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения U рет (рис. 3 ), а скольжение от U рег не зависит.
Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора
Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре
Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора
Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении Uном или на холостом ходу.
Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до n кр.
Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.
Рис. 4. Схема замкнутой системы регулирования скорости тиристорный регулятор напряжения — асинхронный двигатель (ТРН — АД)
Замкнутая схема управления асинхронным двигателем , выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения — электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения
Так как частота вращения магнитного поля статора n о = 60 f /р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость n о магнитного поля статора.Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.
Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.
Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6.
Рис. 5. Схема частотного электропривода
Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании
С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.
Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 — 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.
Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.
Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.
В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты I вых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов
Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Из выражения n о = 60 f /р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения n о магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.
Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.
Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а — с одинарной звезды на двойную; б — с треугольника на двойную звезду
Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.
Использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.
Благодаря надежности и простоте конструкции асинхронные двигатели (АД) получили широкое распространение. В большинстве станков, промышленном и бытовом оборудовании применяются электродвигатели такого типа. Изменение скорости вращения АД производится механически (дополнительной нагрузкой на валу, балластом, передаточными механизмами, редукторами и т.д.) или электрическими способами. Электрическое регулирование более сложное, но и гораздо более удобное и универсальное.
Для многих агрегатов применяется именно электрическое управление. Оно обеспечивает точное и плавное регулирование пуска и работы двигателя. Электрическое управление производится за счет:
- изменения частоты тока;
- силы тока;
- уровня напряжения.
В этой статье мы рассмотрим популярные способы, как может осуществляться регулировка оборотов асинхронного двигателя на 220 и 380В.
Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором
Существует несколько способов:
- Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: частотное регулирование и изменение числа пар полюсов.
- Изменение скольжения электромотора за счет уменьшения или увеличения напряжения (может применяться для АД с фазным ротором).
Частотное регулирование
В данном случае регулировка производится с помощью подключенного к двигателю устройства для преобразования частоты. Для этого применяются мощные тиристорные преобразователи. Процесс частотного регулирования можно рассмотреть на примере формулы ЭДС трансформатора:
Данное выражение означает, что для сохранения постоянного магнитного потока, означающего сохранение перегрузочной способности электромотора, следует одновременно с преобразованием частоты корректировать и уровень питающего напряжения. Если сохраняется выражение, вычисленное по формуле:
то это означает, что критический момент не изменен. А механические характеристики соответствуют рисунку ниже, если вы не понимаете, что значат эти характеристики, то в этом случае регулировка происходит без потери мощности и момента.
Достоинствами данного метода являются:- плавное регулирование;
- изменение скорости вращения ротора в большую и меньшую сторону;
- жесткие механические характеристики;
- экономичность.
Недостаток один — необходимость в частотном преобразователе, т.е. увеличение стоимости механизма. К слову, на современном рынке представлены модели с однофазным и трёхфазным входом, стоимость которых при мощности 2-3 кВт лежит в диапазоне 100-150 долларов, что не слишком дорого для полноценной регулировки привода станков в частной мастерской.
Переключение числа пар полюсов
Данный метод применяется для многоскоростных двигателей со сложной обмоткой, позволяющей изменять число пар ее полюсов. Самое широкое применение получили двухскоростные, трехскоростные и четырехскоростные АД. Принцип регулировки проще всего рассмотреть на основе двухскоростного АД. В такой машине обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Скорость вращения изменяется при подключении их последовательно или параллельно.
В четырехскоростном электродвигателе обмотка выполнена в виде двух независимых друг от друга частей. При изменении числа пар полюсов первой обмотки производится изменение скорости работы электромотора с 3000 до 1500 оборотов в минуту. При помощи второй обмотки производится регулировка вращения 1000 и 500 оборотов в минуту.
При изменении числа пар полюсов происходит и изменение критического момента. Для его сохранения неизменным, требуется одновременно с изменением числа пар полюсов регулировать и питающее напряжение, например, переключением схемы звезда-треугольник и их вариациями.
Достоинства данного метода:
- жесткие механические характеристики двигателя;
- высокий КПД.
- ступенчатая регулировка;
- большой вес и габаритные размеры;
- высокая стоимость электромотора.
Способы управления скоростью АД с фазным ротором
Изменение скорости вращения АД с фазным ротором производится путем изменения скольжения. Рассмотрим основные варианты и способы.
Изменение питающего напряжения
Этот способ также применяется для АД с КЗ ротором. Асинхронный двигатель подключается через автотрансформатор или ЛАТР. Если уменьшать напряжение питания, частота вращения двигателя снизится.
Но такой режим уменьшает перегрузочную способность двигателя. Этот способ применяется для регулирования в пределах напряжения не выше номинального, так как увеличение номинального напряжения приведет к выходу электродвигателя из строя.
Активное сопротивление в цепи ротора
При использовании данного метода в цепь ротора подключается реостат или набор постоянных резисторов большой мощности. Данное устройство предназначено для плавного увеличения сопротивления.
Скольжение растет пропорционально увеличению сопротивления, а скорость вращения вала электромотора при этом снижается.
- большой диапазон регулирования в сторону понижения скорости вращения.
- снижение КПД;
- увеличение потерь;
- ухудшение механических характеристик.
Асинхронный вентильный каскад и машины двойного питания
Изменение скорости работы асинхронных электромоторов в данных случаях выполняется путем изменения скольжения. При этом скорость вращения электромагнитного поля неизменна. Напряжение подается напрямую на обмотки статора. Регулировка происходит за счет использования мощности скольжения, которая трансформируется в цепь ротора, и образует добавочную ЭДС. Такие методы используются только в специальных машинах и крупных промышленных устройствах.
Плавный пуск асинхронных электродвигателей
АД кроме безусловных преимуществ, обладают существенными недостатками. Это рывок на старте и большие пусковые токи, в 7 раз превышающие номинальные. Для мягкого старта электродвигателя используются следующие методы:
- переключение обмоток по схеме звезда – треугольник;
- включение электродвигателя через автотрансформатор;
- использование специализированных устройств для плавного пуска.
В большинстве частотных регуляторов есть функция плавного пуска двигателя. Это не только снижает пусковые токи, но и уменьшает нагрузки на исполнительные механизмы. Поэтому регулирование частоты и плавный пуск довольно сильно связаны между собой.
Как сделать устройство для изменения скорости вращения электродвигателя своими руками
Для регулировки маломощных однофазных АД можно использовать диммеры. Однако этот способ ненадежен и обладает серьезными недостатками: снижением КПД, серьезным перегревом устройства и опасностью повреждения двигателя.
Для надежного и качественного регулирования оборотов электродвигателей на 220В, лучше всего подходит частотное регулирование.
Приведенная ниже схема позволяет собрать частотное устройство для регулировки электромоторов мощностью до 500 Вт. Изменение скорости вращения производится в границах от 1000 до 4000 оборотов в минуту.
Устройство состоит из задающего генератора с изменяемой частотой, состоящего из мультивибратора, собранного на микросхеме К561ЛА7, счетчика на микросхеме К561ИЕ8, полумоста регулятора. Выходной трансформатор Т1 выполняет развязку верхнего и нижнего транзисторов полумоста.
Демпфирующая цепь С4, R7 гасит всплески напряжения опасные для силовых транзисторов VT3, VT4. Выпрямитель, удвоитель напряжения питающей сети, включает в себя диодный мост VD9, с конденсатором фильтра на которых происходит удвоение напряжения питания полумоста.
Напряжение первичной обмотки: 2×12В, вторичной обмотки 12В. Первичная обмотка трансформатора управления ключами, состоит из 120 витков медного провода сечением 0,7мм, с отводом от середины. Вторичная – две обмотки, каждая по 60 витков повода сечением 0,7 мм.
Вторичные обмотки необходимо максимально надежно заизолировать друг от друга, так как разница потенциалов между ними доходит до 640 В. Подключение выходных обмоток к затворам ключей производится в противофазе.
Вот мы и рассмотрели способы регулировки оборотов асинхронных двигателей. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!
Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.
Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.
Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:
- изменения расхода воздуха в системе вентиляции
- регулирования производительности насосов
- изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах
В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.
Способы регулирования
Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.
Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:
- изменение напряжения питания двигателя
- изменение частоты питающего напряжения
Регулирование напряжением
Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:
n1 — скорость вращения магнитного поля
n2— скорость вращения ротора
При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.
Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.
При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.
Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.
На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.
Автотрансформаторное регулирование напряжения
Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.
На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.
Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.
Преимущества данной схемы:- неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
- хорошая перегрузочная способность трансформатора
- большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
- все недостатки присущие регулировке напряжением
Тиристорный регулятор оборотов двигателя
В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.
Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.
Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.
Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).
Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.
Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:
- устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
- добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
- ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
- используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора
Достоинства тиристорных регуляторов:
Недостатки:- можно использовать для двигателей небольшой мощности
- при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
- при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
- все недостатки регулирования напряжением
Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.
Транзисторный регулятор напряжения
Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.
Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).
Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.
Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.
Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.
Плюсы электронного автотрансформатора:
- Небольшие габариты и масса прибора
- Невысокая стоимость
- Чистая, неискажённая форма выходного тока
- Отсутствует гул на низких оборотах
- Управление сигналом 0-10 Вольт
- Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
- Все недостатки регулировки напряжением
Частотное регулирование
Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.
Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.
На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.
Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.
Однофазные двигатели могут управляться:
- специализированными однофазными ПЧ
- трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора
Преобразователи для однофазных двигателей
В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.
Это модель Optidrive E2
Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.
При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:
f — частота тока
С — ёмкость конденсатора
В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:
Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.
Преимущества специализированного частотного преобразователя:
- интеллектуальное управление двигателем
- стабильно устойчивая работа двигателя
- огромные возможности современных ПЧ:
- возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
- многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
- входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
- различные выходы
- коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
- предустановленные скорости
- ПИД-регулятор
Использование ЧП для трёхфазных двигателей
Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:
Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:
Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.
В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.
При работе без конденсатора это приведёт к:
- более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
- разному току в обмотках
Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна
Преимущества:
- более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
- огромный выбор по мощности и производителям
- более широкий диапазон регулирования частоты
- все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)
Недостатки метода:
- необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
- пульсирующий и пониженный момент
- повышенный нагрев
- отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями
|
С вопросом регулировки оборотов приходится сталкиваться при работе с электроинструментом, приводом швейных машин и прочих приборов в быту и на производстве Регулировать обороты, просто понижая питающее напряжение, не имеет смысла — электродвигатель резко уменьшает обороты, теряет мощность и останавливается Оптимальным вариантом регулировки оборотов является регулирование напряжения с обратной связью по току нагрузки двигателя В большинстве случаев в электроинструменте и других приборах применены универсальные коллекторные электродвигатели с последовательным возбуждением. Они хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе. Особенностью работы коллекторного электродвигателя является то, что при коммутации обмоток якоря на ламелях коллектора во время размыкания возникают импульсы противо-ЭДС самоиндукции. Они равны питающим по амплитуде, но противоположны им по фазе. Угол смещения противо-ЭДС определяется внешними характеристиками электродвигателя, его нагрузкой и другими факторами. Вредное влияние противо-ЭДС выражается в искрении на коллекторе, потере мощности двигателя, дополнительном нагреве обмоток. Некоторая часть противо-ЭДС гасится конденсаторами, шунтирующими щеточный узел. Рассмотрим процессы, протекающие в режиме регулирования с ОС, на примере универсальной схемы (рис 1). Резистивно-емкостная цепь R2-R3-C2 обеспечивает формирование опорного напряжения, определяющего скорость вращения электродвигателя. При увеличении нагрузки скорость вращения электродвигателя падает, снижается и его крутящий момент. Противо-ЭДС, возникающая на электродвигателе и приложенная между катодом тиристора VS1 и его управляющим электродом, уменьшается. Вследствие этого напряжение на управляющем электроде тиристора возрастает пропорционально уменьшению противо-ЭДС. Дополнительное напряжение на управляющем электроде тиристора заставляет его включаться при меньшем фазовом угле (угле отсечки) и пропускать на электродвигатель больший ток, компенсируя тем самым снижение скорости вращения под нагрузкой. Существует как бы баланс импульсного напряжения на управляющем электроде тиристора, составленного из напряжения питания и напряжения самоиндукции двигателя. Переключатель SA1 позволяет при необходимости перейти на питание полным напряжением, без регулировки Особое внимание следует уделить подбору тиристора по минимальному току включения, что обеспечит лучшую стабилизацию скорости вращения электродвигателя
Литература И.СЕМЕНОВ |
Частотный регулятор для регулировки скорости вращения асинхронного двигателя
Качественный обмен воздуха в помещении в значительной мере влияет на комфорт жизни в квартире. Чистый воздух, сухие стены, мягкий микроклимат в доме напрямую зависит от наличия системы вентиляции. При этом к самой популярной на сегодняшний день системе обмена воздушных потоков в помещении относится принудительная вентиляция, работающая по приточно-вытяжному принципу.
Большинство современных вентиляторов для вытяжных систем снабжаются электродвигателем с регулируемой скоростью вращения. При этом для изменения оборотов вентилятора используют специальные регуляторы, в том числе и частотные системы изменения скорости вращения асинхронного двигателя, который используется как в вытяжных устройствах, так и в различных бытовых приборах в квартире.
Предназначение и функции регуляторов
Ещё не так давно устройства регулировки скорости вращения асинхронного электродвигателя состояли из простейших ручных выключателей и магнитного реле, благодаря которым можно было только запустить мотор на максимальных оборотах или выполнить полное его отключение.
Любой регулятор оборотов двигателя, в том числе и частотный, предназначен для изменения скорости вращения мотора. При этом основной функцией регулятора скорости является изменение производительности вытяжной системы или другого оборудования. Но помимо этого такие приборы обладают и дополнительными возможностями, о которых не стоит забывать:
- уменьшение износа оборудования в процессе эксплуатации;
- экономия потребляемой электрической энергии;
- снижение шумов на максимальных оборотах.
Большинство приборов, регулирующих скорость вращения электродвигателя, могут быть использованы как отдельный элемент системы, так и являться дополнением электронного блока управления, бытовым прибором, приводящимся в действие мотором.
Варианты регулировки скорости электродвигателя
Для изменения скорости вращения как асинхронного, так и любого другого двигателя, используется несколько вариантов регулировки оборотов:
- регулировка подачи напряжения;
- переключение обмоток асинхронных многоскоростных двигателей;
- частотная регулировка показателей тока;
- использование электронного коммутатора.
Изменение напряжения даёт возможность использовать достаточно дешёвые устройства для плавной или многоступенчатой регулировки скорости. Если говорить об асинхронных моторах, которые имеют внешний ротор, то для них лучше использовать регулятор сопротивления якоря для изменения оборотов. При этом частотная регулировка позволяет изменять скоростные показатели в достаточно широком диапазоне.
Разновидности моделей, регуляторов оборотов
Устройства регулировки скорости для однофазных, трёхфазных и асинхронных двигателей различаются по принципиальному изменению оборотов вращения:
- регуляторы, собранные на тиристорах;
- симисторные стемы изменения скорости;
- частотные регуляторы;
- регуляторы на основе трансформаторов.
Тиристорные регуляторы скорости используются для однофазных двигателей и позволяют помимо изменения оборотов вращения защищать оборудование от перегрева и перепадов напряжения.
Симисторные устройства могут управлять сразу несколькими электромоторами, работающими как на постоянном, так и переменном токе, но при условии, что параметры мощности не будут превышать предельных значений. Такой способ изменения оборотов один из самых популярных, если необходимо регулировать скорость благодаря изменению показателей напряжения от минимального до номинального значения.
Трёхфазный регулятор, более точный, и снабжается предохранителем, контролирующим, уровень тока. А чтобы снизить шумовые эффекты на низких оборотах устанавливается сглаживающий фильтр, состоящий из конденсатора.
Частотный регулятор скорости для асинхронного двигателя используется при преобразовании входного напряжения в диапазоне от 0 до 480 вольт, а непосредственный контроль оборотов осуществляется благодаря изменению подаваемой электрической энергии. Чаще всего такие регуляторы используются в трёхфазных двигателях, систем кондиционирования и вентиляции достаточно большой мощности.
Также для мощных электромоторов используют регулятор на основе однофазного или трёхфазного трансформатора. Благодаря такому устройству появляется возможность ступенчатой регулировки скорости двигателей. При этом одним трансформатором можно управлять сразу несколькими устройствами в автоматическом режиме.
Частотные регуляторы асинхронных моторов
Ещё нет так давно встретить частотный регулятор скорости для асинхронного двигателя было практически невозможно, а стоимость таких устройств была неоправданно высокой. При этом основной причиной дороговизны таких устройств было отсутствие качественных транзисторов и модулей высокого напряжения. Но благодаря разработкам в сфере твердотельных электронных устройств этот вопрос был решён. Вследствие этого рынок электроники заполонили сварочные инверторы, инверторные кондиционеры и частотные преобразователи.
На сегодняшний день, частотные регуляторы – самый распространённый метод регулировки, мощностных характеристик оборотов и уровня производительности большинства механизмов, которые приводятся в действие асинхронным трёхфазным электродвигателем.
При таком методе изменения скоростных показателей в электродвигателе, к нему подключается специальный частотный регулятор. В большинстве случаев это тиристорные преобразователи частоты. При этом сама регулировка оборотов осуществляется посредством изменения частотных показателей напряжения, которые непосредственно влияют на скорость вращения асинхронного электромотора.
Хочется отметить, что во время снижения частотных показателей падает, и перегрузочная способность электродвигателя и поэтому для компенсации мощностных потерь нужно увеличивать напряжение. При этом величина напряжения зависит от конструктивных особенностей привода. Если регулировка выполняется на моторе, работающем с постоянным уровнем нагрузки на валу, то величина напряжения увеличивается пропорционально падению частоты. Но при увеличении оборотов это недопустимо и может привести к выходу из строя двигателя.
В случае, когда частотная регулировка выполняется на электродвигателе постоянной мощности, то увеличение напряжения производится пропорционально корню квадратному падения частоты. При изменении оборотов в вентиляционных установках подаваемое напряжение изменяется пропорционально квадрату снижения частоты.
Частотные регуляторы скорости для асинхронных электродвигателей – единственно правильный способ изменения оборотов мотора. В первую очередь это обусловлено возможностью изменения скорости в максимально широком диапазоне практически без потери мощности и уменьшения перегрузочных характеристик мотора.
Особенности использования регуляторов скорости
В качестве элемента системы, автоматического изменения скорости вращения, вентиляционных устройств частотный регулятор обеспечивает контроль функционирования всего вытяжного механизма. При этом в процессе использования устройства для регулировки оборотов любых, в том числе и асинхронных двигателей, появляются дополнительные шумы, которые можно устранить, только используя трансформаторный регулятор.
Также кроме шума во время работы электродвигателя на разных скоростях могут появиться электромагнитные помехи, устранить которые можно за счёт экранированного кабеля. При использовании трёхфазного регулятора с шумом проблем не возникает, но обязательна дополнительная установка сглаживающих фильтров. Но вне зависимости от модели используемого регулятора существуют рекомендации по их эксплуатации.
- Прежде чем включать устройство в сеть переменного тока важно проверить все соединительные элементы и провода на качество заземления.
- Чтобы устранить различные помехи в сети важно устанавливать специальный фильтр.
- Для недопущения перегрева регулятора оборотов мотора, его размещают в месте, куда не попадает солнце. В противном случае из-за повышения температуры устройство будет работать на предельной нагрузке и может перестать реагировать на показатели датчиков.
- Любой регулятор, в том числе и частотный для асинхронного двигателя должен размещаться вертикально, что позволит качественно рассеивать тепло, выделяемое, в процессе работы прибора.
- Не рекомендовано очень часто производить включение или выключение регуляторов, так как в процессе непрерывной работы они функционируют в оптимальных условиях и поэтому реже выходят из строя.
В настоящее время всё чаще используют частотные регуляторы, так как они имеют компактные размеры и невысокую стоимость по сравнению с трансформаторными аналогами. При этом во время работы такие устройства подают номинальное напряжение на электромотор.
Вы спрашивали: Как определить скорость вращения электродвигателя?
Как было сказано выше, частоту оборотов двигателя можно оценить по диаметру вала. Но есть и другие способы. Согласно известной формуле, скорость вращения электродвигателя равна 60F/P, где F — частота питающей сети (50 Гц), Р – количество пар полюсов статора. Полюсы можно посчитать, сняв переднюю или заднюю крышку.
Как измерить скорость вращения электродвигателя?
Узнать обороты вала двигателя, можно посчитав количество полюсов. Для этого нам понадобится миллиамперметр — подключаем измерительный прибор к обмотке статора. При вращении вала двигателя стрелка амперметра будет отклонятся. Число отклонений стрелки за один оборот – равно количеству полюсов.
Как определить частоту вращения?
Частота вращения — это физическая величина, равная числу полных оборотов за единицу времени. Единица частоты вращения — секунда в минус первой степени (с−1, s−1), оборот в секунду. Часто используются такие единицы, как оборот в минуту, оборот в час и т. д.
Как определить мощность и обороты двигателя?
Для определения реального показателя мощности, которую выдает двигатель, необходимо найти скорость валового вращения, измеряемую в числе оборотов за секунду, тяговое усилие двигателя. Частота вращения умножается последовательно на 6,28, показатель силы и радиус вала, который можно вычислить при помощи штангенциркуля.
Как изменить скорость вращения электродвигателя?
Легче всего изменять обороты электродвигателя постоянного тока. Они меняются простым изменением напряжения питания. Причем неважно где: на якоре или на возбуждении, но это касается только маломощных машин с минимальной нагрузкой. В основном управление скоростью вращения производят по цепи якоря.
Как определить частоту вращения двигателя?
Исходя из формулы n = (1 — S)60f/p где n — скорость вращения ротора, S — скольжение, f- частота питающей сети, p — количество пар полюсов. Существует три способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя: — изменение скольжения. Этот способ используется в двигателях с фазным ротором.
Как определить мощность двигателя формула?
Для определения мощности двигателя в киловаттах, когда известен крутящий момент, можно по формуле такого вида: P = Mкр * n/9549, где: Mкр – крутящий момент (Нм), n – обороты коленвала (об./мин.), 9549 – коэффициент для перевода оборотов в об/мин.
Как определить частоту вращения шпинделя?
V = πDN/1000 (мм/мин). Частота вращения шпинделя N (об/мин) равняется числу оборотов фрезы в минуту. Вычисляется в соответствии с рекомендованной для данного типа обработки скоростью резания: N = 1000V/nD (об/мин).
Как устанавливается определенная частота вращения шпинделя?
По расчетной скорости резания определяется расчетная частота вращения шпинделя nр, об/мин: пр = 1000 ·Vр /p·D, … В результате этого незначительно снижается скорость резания, но при этом значительно повышается стойкость инструмента.
Как найти частоту вращения ротора формула?
s = (n — nr )/n . Здесь: n — частота вращения магнитного поля. nr — частота вращения ротора.
Как определить мощность и обороты асинхронного электродвигателя?
Если при работающем двигателе счетчик делает 20 оборотов в минуту, умножьте эту цифру на 60 (количество минут в часу). Получается 1200 оборотов в час. Разделите 1600 на 1200 (1.3) – это и есть мощность двигателя.
Как определить мощность 3 х фазного электродвигателя?
Мощность трехфазного тока равна тройной мощности одной фазы. При соединении в звезду PY=3·Uф·Iф·cosфи =3·Uф·I·cosфи. При соединении в треугольник P=3·Uф·Iф·cosфи=3·U·Iф·cosфи. На практике применяется формула, в которой ток и напряжение обозначают линейные величины и для соединения в звезду и в треугольник.
Как определить мощность электродвигателя мультиметром?
Запишите показания до включения мотора, дайте ему поработать ровно 10 минут (лучше воспользоваться секундомером). Снимите новые показания счетчика и путем вычитания узнайте разницу. Умножьте эту цифру на 6. Полученный результат отображает мощность двигателя в кВт.
Как изменить скорость вращения асинхронного двигателя?
Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.
Как уменьшить обороты электродвигателя 12 вольт?
Чтобы уменьшить обороты, достаточно на якоре понизить напряжение. Оно меняется от номинального и вниз. Эта схема имеет название «двигатель-генератор». Таким образом можно менять параметры на двигателе 220в.
Можно ли Диммером регулировать обороты вентилятора?
Почему нельзя регулировать скорость вращения вентилятора диммером … Диммер (симисторный светорегулятор), в свою очередь, разработан для управления резистивной нагрузкой и должен применяется только как регулятор яркости свечения ламп.
Регулировка скорости вращения вентиляторов — официальный сайт VENTS
Изменение скорости вращения вентиляторов достигается использованием тиристорных или трансформаторных регуляторов скорости.
Тиристорное управление вентиляторами.
Плавные регуляторы скорости предназначены для ручного регулирования скорости вращения электродвигателей вентиляторов и, соответственно, расхода воздуха, создаваемого вентилятором. Работа регуляторов скорости основана на плавном изменении выходного напряжения с помощью симистора. Допускается управление несколькими двигателями, если общий потребляемый ток двигателей не превышает предельно допустимой величины. Эти регуляторы отличаются высокой эффективностью и точностью управления. При использовании в нижнем диапазоне скоростей может усилиться шум, издаваемый вентилятором. Поэтому данный регулятор не рекомендуется использовать в составе систем с повышенными требованиями к уровню шума. При работе электродвигателя с низким напряжением питания срок службы подшипников снижается. Рекомендуемый интервал регулирования: 60-100% от номинального напряжения.
Трансформаторное управление вентиляторами.
Работа трансформаторных регуляторов скорости основана на использовании пятиступенчатого автотрансформатора для управления напряжением питания электродвигателей (частота сети при этом остается неизменной). Они предназначены для регулирования скорости вращения электродвигателей вентиляторов, управляемых напряжением. С помощью одного трансформатора можно управлять несколькими вентиляторами, если общий потребляемый ток двигателей не превышает номинального тока регулятора. При регулировании скорости с помощью трансформаторов шум электродвигателя не увеличивается в нижнем диапазоне скоростей. Тем не менее, срок службы подшипников электродвигателя может уменьшиться из-за работы при низких напряжениях питания в течение длительного времени (скорость 1 или 2).
Регулирование скорости вращения
Содержание:
Регулирование скорости вращения
Регулирование скорости вращения. Как установлено выше, частота вращения асинхронного двигателя n = n0. Из этого уравнения видно, что можно управлять скоростью n, изменяя частоту(и число пар полюсов p и скольжения 5). Управление скоростью осуществляется путем изменения частоты (и основано на изменении скорости вращения поля статора) 60б Пирог-он гладкий и в широком диапазоне. Однако этот способ регулировки не получил широкого распространения, так как необходимо менять специальный преобразователь частоты (тиристорный или электромеханический), с которым соединены 1 или более одновременно регулируемых асинхронных двигателей.
Регулировка скорости вращения путем изменения числа полюсов обмотки статора происходит постепенно. Людмила Фирмаль
- Количество пар полюсов в обмотке статора двигателя может быть изменено путем размещения 2 обмоток разных пар полюсов в пазу статора, или одной из 1 обмоток, где вы можете получить разное количество полюсов в двигателе. 0 By = = = 750 об / мин, правая сторона-p = 2, n0 = 1500 об / мин. Асинхронный двигатель, который может переключать обмотки на другое число полюсов, называется многоскоростным. Его можно использовать на 2, 3, и 4 уровнях скорости.
Ротор многоскоростного двигателя имеет клеточный тип. Недостатки многоскоростных двигателей: большие габариты, повышенная стоимость, сложность конструкции переключателя обмотки статора, пошаговая регулировка скорости вращения. Скорость вращения короткозамкнутого асинхронного двигателя можно регулировать путем изменения напряжения питания и*.В основе метода лежит зависимость электромагнитного момента от мощности 2-го источника (на рисунке 7.11 показаны механические свойства, полученные при различных напряжениях Vy и Vt> > 0 > 1), Если статический момент не изменяется, то скорость вращения равна u> Pn> Pi. РНС. 7.11.О проблеме регулирования скорости вращения из-за колебаний напряжения.
- Недостатками данного способа являются малый диапазон регулирования скорости и необходимость применения трехфазного регулятора напряжения-автоматического трансформатора или индукционного регулятора. n Значение / 0tn можно отрегулировать автоматически Например, его можно популяризировать с помощью электронного таймера.
Уменьшение / 0 уменьшает среднюю частоту вращения двигателя. Это связано с тем, что Ротор долго вращается по инерции и теряет скорость. В асинхронном двигателе с фазным ротором скорость вращения регулируется введением активного сопротивления настроенного реостата в цепь Ротора. Механические свойства двигателя, построенного при различных значениях активного сопротивления цепи ротора (см. рис. 7.8), показывают, что с увеличением gd при L / CT = SOP81 увеличивается и частота вращения двигателя decreases. At при этом потери энергии управляющего реостата возрастут, но это нецелесообразно.
Недостатками данного способа являются повышенные потери и снижение КПД двигателя, относительная сложность аппаратуры управления. Людмила Фирмаль
- Анализ различных методов управления скоростью вращения асинхронных двигателей показывает, что каждый из них не лишен отрицательных качеств. Асинхронные трехфазные маломощные двигатели автоматических устройств в большинстве случаев выполняют вспомогательные функции, не требующие регулирования скорости. В СССР выпускается серия трехфазных маломощных асинхронных двигателей (50-600 Вт), например AOL, AB, APN и др. Эти серии включают моторы конструированные для различных напряжений тока (127, 220 и 380 V) и синхронной скорости / t0 = 1500 n 3000 rpm.
Смотрите также:
Предмет электрические машины
Какие факторы влияют на скорость вращения электродвигателя? — MVOrganizing
Какие факторы влияют на скорость вращения электродвигателя?
1 Ответ. Скорость вращения катушки в двигателе постоянного тока может быть увеличена: (i) увеличением силы тока, (ii) увеличением количества витков в катушке, (iii) увеличением площади катушки, (iv) посредством увеличение напряженности магнитного поля.
Что увеличивает скорость вращения мотора?
Скорость вращения электродвигателя можно увеличить, изменив сопротивление цепи, уменьшив сопротивление электродвигателя, произойдет увеличение тока, затем сила тока будет увеличиваться.Значит, скорость вращения электродвигателя увеличится.
Что влияет на скорость двигателя?
Число витков провода в якоре, рабочее напряжение двигателя и сила магнитов влияют на скорость двигателя. Если двигатель постоянного тока работает от батареи 12 В, это максимальное напряжение, доступное для устройства, и двигатель сможет работать только на скорости, рассчитанной на 12 В.
Как можно увеличить скорость вращения катушки в электродвигателе?
Скорость вращения электродвигателя может быть увеличена: (i) увеличением силы тока, (ii) увеличением количества витков в катушке.Пошаговое решение от экспертов, которое поможет вам в устранении сомнений и получении отличных оценок на экзаменах.
Как увеличить вращение катушки?
способы увеличения вращения катушки следующие:
- за счет увеличения силы тока.
- за счет увеличения площади катушки.
- , увеличив № витков в катушке.
- за счет увеличения силы магнитного поля.
Как можно увеличить мощность электродвигателя, объяснить любыми тремя пунктами?
Мы можем увеличить вращающую силу (или крутящий момент), создаваемую двигателем, тремя способами: либо у нас может быть более мощный постоянный магнит, либо мы можем увеличить электрический ток, текущий через провод, либо мы можем сделать катушку так, чтобы она имеет много «витков» (петель) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.
Как можно увеличить мощность электродвигателя?
Вот несколько способов повышения производительности электродвигателей:
- Устранение несимметрии напряжений.
- Устранение несимметрии напряжений.
- Подключение двигателей к частотно-регулируемым приводам (ЧРП) для повышения эффективности.
- Подключение двигателей к частотно-регулируемым приводам (ЧРП) для повышения эффективности.
- Выберите двигатели подходящего размера.
Какая часть увеличивает мощность мотора?
Мощность двигателя постоянного тока увеличивается за счет увеличения крутящего момента, развиваемого валом / ротором, который, в свою очередь, зависит от тока прямо пропорционально.
Какова роль щеток в электродвигателе?
В ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕ функция щеток — контактировать с вращающимися кольцами и через них подавать ток на катушку. Функция коммутатора в электродвигателе — периодически менять направление тока через катушку.
Сколько л.с. у однофазного двигателя?
100 л.с.
Что такое малый двигатель постоянного тока?
Малые двигатели постоянного тока используются в инструментах, игрушках и приборах.Универсальный двигатель может работать от постоянного тока, но это легкий щеточный двигатель, используемый для портативных электроинструментов и бытовой техники. В настоящее время более крупные двигатели постоянного тока используются в приводах электромобилей, лифтов и подъемников, а также в приводах сталепрокатных станов.
Сколько стоит двигатель постоянного тока 775?
Стандартный двигатель 775 постоянного тока 12В-36В 3500-9000об / мин Двигатель с большим крутящим моментом и высокой мощностью
| M.R.P .: | 999,00 |
|---|---|
| Цена: | ₹ 209.00 |
| Вы экономите: | 790,00 (79%) |
| С учетом всех налогов |
Какая частота вращения двигателя постоянного тока 775?
Номинальный ток напряжения: 12 В постоянного тока, ток холостого хода: 0,6 А при токе нагрузки: 2 А. Скорость холостого хода: 14000 об / мин при скорости нагрузки: 7000 об / мин рабочее напряжение: 9-15 В постоянного тока….
| Ширина | 8 см |
|---|---|
| Высота | 2 см |
| Масса | 350 |
Какая частота вращения мотора 775?
В таблице ниже показаны технические характеристики двигателя 775:
| Название компонента | 775 двигатель постоянного тока |
|---|---|
| Скорость (нестандарт.) * | |
| Скорость при 12 В | ~ 4100 об / мин |
| Скорость при 24 В | ~ 8400 об / мин |
| Коммутация | Матовый / Без кисти |
Сколько ватт в двигателе 775?
288 Вт
Сколько ампер у двигателя 775?
775 обычно имеет номинальную мощность 300 Вт, поэтому при полной мощности 24 В будет около 12-15 А.
Как изменить скорость на электродвигателе переменного тока
Берт Маркграф Обновлено 16 марта 2018 г.
Двигатели переменного тока являются устройствами с постоянной скоростью, но их скорость может измениться, если вы измените входное напряжение или частоту или обмотки, из которых изготовлен двигатель повернуть.Наиболее распространенный и эффективный способ изменения скорости — изменение частоты с помощью инвертора в качестве источника питания. Этот метод стал популярным с развитием и удешевлением силовой электроники. Способы, включающие снижение напряжения на обмотках двигателя с помощью резисторов, трансформаторов или отводов обмоток двигателя, все еще используются и являются низкозатратными и предпочтительными методами для определенных четко определенных приложений.
Используйте инвертор для питания двигателя переменного тока. Выберите инвертор, который может подавать напряжение и ток двигателя, включая пусковой ток.Используйте диапазон изменения скорости, необходимый для выбора диапазона частоты, которую инвертор должен обеспечивать. Управление инвертором будет изменять частоту, подаваемую на двигатель, и соответственно изменяется скорость двигателя.
Добавьте в цепь двигателя переменное сопротивление, чтобы снизить напряжение на основной обмотке, если инвертор слишком дорог и точное регулирование скорости не требуется. «Скольжение» двигателя, обычно близкое к нулю, будет увеличиваться по мере того, как на двигатель подается уменьшенная мощность, а полюса двигателя не получают достаточной мощности для создания силы, необходимой для поддержания их нормальной скорости.Двигатель должен быть рассчитан на высокое скольжение, а сопротивление и схема схемы должны быть индивидуальными для конкретного применения.
Используйте трансформатор переменного напряжения для изменения напряжения, подаваемого на главную обмотку, если вы хотите более эффективное управление скоростью с высоким скольжением и пониженным напряжением. Трансформатор переменного напряжения имеет низкие потери по сравнению с переменным резистором. Трансформатор может иметь серию ответвлений, которые yolu может переключать вручную для управления скоростью двигателя, или он может иметь устройство переключения ответвлений с электроприводом.В любом случае скорость двигателя изменяется дискретно, и подробный проект снова зависит от установки, в которой он используется.
Используйте двигатель переменного тока с резьбовыми обмотками для изменения скорости, если это возможно. Такой двигатель имеет определенное количество ответвлений на основной обмотке, что позволяет ему работать с различными напряжениями, приложенными к его магнитному полю. Количество отводов и количество скоростей, доступных для конкретного двигателя, обычно не превышает четырех. Этот метод распространен для вентиляторов с низкой, средней и высокой скоростью вращения с переключателем.Точная скорость в этих устройствах не важна, а метод управления скоростью стоит недорого.
Как отрегулировать скорость вращения мотор-редукторов постоянного тока?
Как отрегулировать скорость вращения мотор-редукторов постоянного тока? — мотор-редуктор VEER- Скорость вращения мотор-редуктора постоянного тока можно отрегулировать самостоятельно. Если мотор-редуктор не является мотор-редуктором постоянного тока, скорость вращения которого можно регулировать с помощью источника постоянного тока с функцией регулируемого напряжения.Высокое или низкое напряжение питания влияет на скорость вращения мотор-редуктора постоянного тока.
- Существуют разные скорости понижения с регулировкой скорости мотор-редуктора постоянного тока. Регулировка скорости вращения, которая изменяет напряжение питания или параметры схемы привода двигателя постоянного тока, затем для достижения цели регулировки скорости вращения. Но для понижающей скорости (в большинстве случаев), которая устанавливается редуктором с некоторым передаточным числом на конце выходного вала двигателя, то для уменьшения скорости вращения, но в то же время для увеличения крутящего момента. Двигатель постоянного тока
- делится на щеточный двигатель и бесщеточный двигатель, первый можно регулировать путем изменения напряжения питания; напряжение последнего питания должно быть постоянным, а скорость вращения регулируется водителем.
- Существует два типа драйверов бесщеточного двигателя постоянного тока: встроенные и встроенные. Для встроенного типа, скорость вращения которого не регулируется, но скорость вращения встроенного типа может регулироваться или нет, что зависит от внутренней структуры привода.
- Магнитный двигатель постоянного тока — это в основном щеточный двигатель. Если номинальное рабочее напряжение составляет 12 В, вы можете использовать стабилизированный источник питания постоянного тока 0 ~ 12 В для питания, а затем двигатель можно регулировать скорость в бесступенчатой ситуации.
2-1-3. Скорость вращения двигателя постоянного тока и противодействующая электродвижущая сила
Рис. 2.6 Двигатель становится генератором Рис. 2.7 Правило правой руки Флемингаe = BLv …… (2.5)
e: Генерируемое напряжение, противодействующее электродвижущей силе
[В] B: Магнитная плотность потока
[ T]
L: Длина провода в поле [м] v:
скорость [м / с] Рис.2.8 Скорость вращения и генерируемое напряжение
(противоэлектродвижущая сила
)
Подключите два двигателя, как показано на рис. 2.6. Подключите миниатюрную лампу к одному из двигателей, а другой двигатель — к источнику питания и проверните двигатель. Загорится миниатюрная лампа.
Из этого эксперимента вы узнаете, что двигатель постоянного тока может генерировать энергию .
Теперь мы перемещаем провод по полю со скоростью v, не запитывая двигатель, как показано на рис.2.7 показывает. Узнаем, что в проводе генерируется напряжение е. Сравним это с предыдущим рис. 2.2.
Направление напряжения определяется правилом правой руки Флеминга . Направление тока противоположно направлению тока, показанному на рис. 2.2. Поскольку эта функция снижает ток, она называется противоэлектродвижущей силой. Предполагая, что провод является частью обмотки двигателя, мы можем выразить скорость провода v как v = ωR, обратившись к рис.2.3. Следовательно, противодействующая электродвижущая сила, возникающая в этом проводе, будет выражена в соответствии со следующим уравнением:
е = BLRω …… (2,6)
ω: Скорость вращения [рад / с] R: Радиус поворота [м]
Это означает, что противоэлектродвижущая сила пропорциональна скорости вращения ω.
В случае реального двигателя постоянного тока противоэлектродвижущие силы, действующие на все катушки, объединяются и возникают между выводами.
Поскольку он также пропорционален скорости вращения, он выражается с помощью постоянной обратной ЭДС K E .
e = K E ω …… (2,7)
e: Напряжение, генерируемое на клеммах двигателя (противоэлектродвижущая сила) [В]
K E : Константа обратной ЭДС [Vs / рад]
ω: Скорость вращения [рад / с]
Когда вы измеряете эту зависимость на реальном двигателе, она образует чистую прямую линию, как показано на рис. 2.8.
Фактически, постоянная противо-ЭДС K E и постоянная крутящего момента K T — это одно и то же, что можно проверить следующим образом:
Предположим, что количество витков катушки равно N, соотношение между генерируемым напряжением e и постоянной обратной ЭДС K E будет следующим:
e = 2RNBLω = K E ω…… (2,8)
Здесь, подставляя уравнение (2.7) для K T = 2RNBL уравнения (2.4) и деля обе части на ω, получаем
K T = K E …… (2.9).
Если K T и K E одинаковы для двигателей постоянного тока, что это будет значить?
Проще говоря, это означает, что двигатель — это двунаправленный преобразователь энергии между электричеством и машиной.
Мы можем интерпретировать, что правило левой руки Флеминга рассматривает преобразование энергии в направлении «электричество в машину», коэффициент преобразования которого составляет K T .
Между тем, правило правой руки Флеминга рассматривает его в направлении «машина в электричество», коэффициент преобразования которого будет K E .Таким образом, K T и K E — это одно и то же. Однако в этой книге мы продолжим использовать K T и K E по отдельности, чтобы четко указать направление преобразования.
Как изменить скорость однофазного двигателя переменного тока?
Двумя основными способами управления скоростью одинарного фазного двигателя переменного тока — являются либо изменение частоты сетевого напряжения, которое видит двигатель , либо изменение напряжения, видимого двигатель , тем самым изменяя скорость вращения двигателя .
Щелкните, чтобы увидеть полный ответ
Кроме того, как изменить скорость однофазного двигателя?
Два основных способа управления скоростью однофазного двигателя — это либо изменение частоты сетевого напряжения, которое видит двигатель , либо изменение напряжения, воспринимаемого двигателем . , тем самым изменяя скорость вращения двигателя .
Можно также спросить, как изменить скорость асинхронного двигателя переменного тока? Существует несколько способов управления скоростью асинхронного двигателя.
- Уменьшите напряжение, подаваемое на двигатель.
- Управляйте током двигателя.
- Используйте двигатель с фазным ротором и контролируйте сопротивление, прилагаемое к обмоткам ротора.
- Управляйте частотой и напряжением, подаваемым на двигатель.
Следовательно, может ли однофазный двигатель иметь регулируемую скорость?
Управление скоростью одинарных — фаз индукционные двигатели желательно в большинстве приложений управления двигателем , поскольку оно не только обеспечивает регулируемую скорость , но также снижает потребление энергии и звуковой шум.Большинство одинарных — фаз индукционных двигателей однонаправленные, что означает, что они предназначены для вращения в одном направлении.
Как снизить частоту вращения электродвигателя?
3 ответа
- Используйте шестерни для изменения передаточного числа, что вы собираетесь делать.
- Используйте шаговый двигатель, который обычно используется для приложений с высоким крутящим моментом и низкой частотой вращения.
- Найдите какую-нибудь схему управления ШИМ, чтобы замедлить его, хотя вы, вероятно, не сможете снизить его до 5-10 об / мин.
23.3: Обратная ЭДС в электродвигателе
Электродвигатели и генераторы имеют много общего, и на самом деле их можно рассматривать как одно и то же устройство. В электродвигателе ток проходит через катушку в магнитном поле, так что на катушку действует крутящий момент, и она начинает вращаться. В генераторе прикладывают крутящий момент, чтобы вращать катушку, таким образом индуцируя ток.
Рассмотрим электродвигатель. Когда мы подаем ток на двигатель, катушка начинает вращаться.Но вращающаяся катушка в магнитном поле вызывает индуцированный ток. По закону Ленца индуцированный ток в катушке двигателя должен быть в направлении, противоположном току, который мы вводим, поскольку в противном случае двигатель начал бы вращаться бесконечно быстро. Мы называем этот эффект «обратной ЭДС», поскольку двигатель эффективно действует как батарея, противодействующая току, как показано на Рисунке \ (\ PageIndex {1} \)
. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Простая схема, иллюстрирующая, как двигатель с сопротивлением \ (R_ {motor} \) будет генерировать «обратную ЭДС», эквивалентную батарее, которая вырабатывает напряжение в направлении для противодействия току от фактической батареи, питающей двигатель, \ (∆V \).Если вы подключаете электродвигатель к источнику напряжения, сначала электродвигатель находится в состоянии покоя, поэтому не будет обратной ЭДС, а ток в цепи будет очень большим (электродвигатели имеют небольшое сопротивление, так что электрическая энергия преобразуется в работу а не на прогрев мотора). Когда двигатель начинает вращаться быстрее, обратная ЭДС двигателя растет, уменьшая ток в цепи. Если на двигатель нет нагрузки (т.е. двигатель может вращаться свободно без трения), то скорость вращения двигателя будет увеличиваться до тех пор, пока противоэдс не будет точно соответствовать напряжению, подаваемому на двигатель.Затем двигатель будет вращаться с постоянной скоростью при (почти) отсутствии тока в цепи (если двигатель замедляется, ЭДС уменьшится, а ток увеличится, чтобы ускорить двигатель). Если на двигатель есть нагрузка (потому что он заставляет что-то вращаться), то двигатель будет вращаться со скоростью ниже, чем та, которая привела бы к нулевому току, поскольку некоторая часть этого тока теперь используется двигателем для создания крутящий момент.
Вы можете заметить, что свет в вашем доме на короткое время приглушается, когда включается холодильник.Это связано с тем, что в вашем холодильнике используется электродвигатель, который изначально потребляет большой ток при включении, достаточно большой, чтобы вызвать падение напряжения в цепи вашего дома, чтобы наблюдать затемнение вашего света. Вы также можете заметить, что если вы подключите вход или выход фена, фен быстро выключится. В этом случае, перекрывая поток воздуха, вы предотвращаете вращение мотора фена; это приводит к сильному току через его катушку, так как нет обратной ЭДС.В большинстве фенов есть автоматический выключатель, который обнаруживает этот большой ток и размыкает цепь, чтобы предотвратить перегрев и плавление катушки в двигателе. В общем, не следует препятствовать вращению электродвигателя, так как это приведет к протеканию большого тока через двигатель, который может расплавить его внутренние компоненты.
Двигатели постоянного тока и шаговые двигатели, используемые в качестве приводов
Электрические двигатели постоянного тока — это исполнительные механизмы непрерывного действия, которые преобразуют электрическую энергию в механическую.Электродвигатель постоянного тока обеспечивает это за счет непрерывного углового вращения, которое можно использовать для вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, колес и т. Д.
Наряду с обычными роторными двигателями постоянного тока доступны также линейные двигатели, которые способны производить непрерывное движение гильзы. В основном доступны три типа обычных электродвигателей: двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока и шаговые двигатели.
А Типичный малый двигатель постоянного тока
Двигатели переменного тока обычно используются в одно- или многофазных промышленных системах большой мощности, где постоянный крутящий момент и скорость требуются для управления большими нагрузками, такими как вентиляторы или насосы.
В этом руководстве по электродвигателям мы рассмотрим только простые легкие двигатели постоянного тока и Шаговые двигатели , которые используются во многих различных типах электронных схем, схем позиционного управления, микропроцессоров, PIC и роботизированных схем.
Базовый двигатель постоянного тока
Двигатель постоянного тока или двигатель постоянного тока , чтобы дать ему его полное название, является наиболее часто используемым приводом для обеспечения непрерывного движения, скорость вращения которого можно легко контролировать, что делает их идеальными для использования в приложениях, где регулирование скорости, требуется сервоуправление и / или позиционирование.Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: «статора», который является неподвижной частью, и «ротора», который является вращающейся частью. В результате существует три основных типа двигателей постоянного тока.
- Щеточный двигатель — Этот тип двигателя создает магнитное поле в намотанном роторе (часть, которая вращается), пропуская электрический ток через коллектор и узел угольной щетки, отсюда и термин «щеточный». Магнитное поле статора (неподвижной части) создается либо с помощью намотанной обмотки возбуждения статора, либо с помощью постоянных магнитов.Обычно щеточные электродвигатели постоянного тока дешевы, компактны и просты в управлении.
- Бесщеточный двигатель — Этот тип двигателя создает магнитное поле в роторе с помощью прикрепленных к нему постоянных магнитов, а коммутация осуществляется электронным способом. Как правило, они меньше, но дороже обычных щеточных двигателей постоянного тока, поскольку в статоре используются переключатели с эффектом Холла для обеспечения требуемой последовательности вращения поля статора, но они имеют лучшие характеристики крутящего момента / скорости, более эффективны и имеют более длительный срок службы. чем эквивалентные матовые типы. Серводвигатель
- — Этот тип двигателя в основном представляет собой щеточный двигатель постоянного тока с некоторой формой позиционного управления с обратной связью, подключенной к валу ротора. Они подключаются и управляются контроллером типа PWM и в основном используются в системах позиционного управления и радиоуправляемых моделях.
Обычные двигатели постоянного тока имеют почти линейные характеристики: их скорость вращения определяется приложенным напряжением постоянного тока, а их выходной крутящий момент определяется током, протекающим через обмотки двигателя.Скорость вращения любого двигателя постоянного тока может варьироваться от нескольких оборотов в минуту (об / мин) до многих тысяч оборотов в минуту, что делает их пригодными для применения в электронике, автомобилестроении или робототехнике. Соединяя их с коробками передач или зубчатыми передачами, их выходная скорость может быть уменьшена, в то же время увеличивая выходной крутящий момент двигателя на высокой скорости.
«Матовый» двигатель постоянного тока
Обычный щеточный двигатель постоянного тока состоит в основном из двух частей: неподвижного корпуса двигателя, называемого статором , и внутренней части, которая вращается, создавая движение, называемое ротором или «якорем» для машин постоянного тока.
Двигатель с обмоткой статора представляет собой цепь электромагнита, которая состоит из электрических катушек, соединенных вместе в круговой конфигурации для получения необходимого северного полюса, затем южного полюса, затем северного полюса и т. Д., Типа стационарной системы магнитного поля для вращения, в отличие от машин переменного тока. поле статора которого постоянно вращается с приложенной частотой. Ток, протекающий в этих катушках возбуждения, известен как ток возбуждения двигателя.
Эти электромагнитные катушки, которые образуют поле статора, могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или оба вместе (составные) с якорем двигателя.В двигателе постоянного тока с последовательной обмоткой обмотки возбуждения статора серии соединены с якорем. Аналогичным образом, обмотки возбуждения статора двигателя постоянного тока с шунтовой обмоткой соединены параллельно с якорем, как показано.
Двигатель постоянного тока сериии шунтирующий двигатель
Ротор или якорь машины постоянного тока состоит из токоведущих проводов, соединенных вместе на одном конце с электрически изолированными медными сегментами, называемыми коммутатором .Коммутатор позволяет выполнять электрическое соединение через угольные щетки (отсюда и название «щеточный» двигатель) к внешнему источнику питания во время вращения якоря.
Магнитное поле, устанавливаемое ротором, пытается выровняться со стационарным полем статора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси, но не может выровняться из-за задержек коммутации. Скорость вращения двигателя зависит от силы магнитного поля ротора, и чем больше напряжения приложено к двигателю, тем быстрее будет вращаться ротор.Изменяя это приложенное напряжение постоянного тока, можно также изменять скорость вращения двигателя.
Обычный (щеточный) двигатель постоянного тока
Щеточный электродвигатель постоянного тока с постоянным магнитом (PMDC), как правило, намного меньше и дешевле, чем его аналогичные аналоги электродвигателей постоянного тока с обмоткой статора, поскольку они не имеют обмотки возбуждения. В двигателях постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) эти катушки возбуждения заменены сильными редкоземельными магнитами (например, самарий-коболт или неодим-железо-бор), которые имеют очень сильные магнитные поля.
Использование постоянных магнитов дает двигателю постоянного тока гораздо лучшую линейную характеристику скорости / крутящего момента по сравнению с эквивалентными двигателями с обмоткой из-за постоянного, а иногда и очень сильного магнитного поля, что делает их более подходящими для использования в моделях, робототехнике и сервоприводах.
Хотя щеточные двигатели постоянного тока очень эффективны и дешевы, проблемы, связанные с щеточными двигателями постоянного тока, заключаются в том, что в условиях большой нагрузки между двумя поверхностями коллектора и угольных щеток возникает искрение, что приводит к самогенерированию тепла, короткому сроку службы и электрическому шуму из-за искрение, которое может повредить любое полупроводниковое переключающее устройство, такое как полевой МОП-транзистор или транзистор.Чтобы преодолеть эти недостатки, были разработаны бесщеточные двигатели постоянного тока .
Бесщеточный двигатель постоянного тока
Бесщеточный двигатель постоянного тока (BDCM) очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток, которые необходимо заменить или изнашивать из-за искрения коллектора. Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей. Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках за счет использования более сложной схемы привода, в которой магнитное поле ротора представляет собой постоянный магнит, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно регулировать скорость и крутящий момент.
Тогда конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока очень похожа на двигатель переменного тока, что делает его истинным синхронным двигателем, но одним недостатком является то, что он более дорогой, чем конструкция эквивалентного «щеточного» двигателя.
Управление бесщеточными двигателями постоянного тока сильно отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока, поскольку этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимых для создания сигналов обратной связи, необходимых для управления полупроводником. коммутационные устройства.Наиболее распространенным датчиком положения / полюса является «датчик эффекта Холла», но в некоторых двигателях также используются оптические датчики.
Используя датчики на эффекте Холла, полярность электромагнитов переключается схемой управления двигателем. Затем двигатель можно легко синхронизировать с цифровым тактовым сигналом, обеспечивая точное управление скоростью. Бесщеточные двигатели постоянного тока могут иметь внешний ротор с постоянными магнитами и статор внутреннего электромагнита или внутренний ротор с постоянными магнитами и статор внешнего электромагнита.
Преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока по сравнению с его «щеточным» собратом — это более высокая эффективность, высокая надежность, низкий электрический шум, хорошее управление скоростью и, что более важно, отсутствие щеток или коммутатора, которые изнашиваются, обеспечивая гораздо более высокую скорость. Однако их недостаток в том, что они более дорогие и их сложнее контролировать.
Серводвигатель постоянного тока
Серводвигатели постоянного тока используются в приложениях с замкнутым контуром, в которых положение выходного вала двигателя передается обратно в схему управления двигателем.Типичные устройства позиционной «обратной связи» включают резольверы, энкодеры и потенциометры, которые используются в моделях радиоуправления, таких как самолеты, лодки и т. Д.
Серводвигатель обычно включает в себя встроенный редуктор для снижения скорости и способен напрямую передавать высокие крутящие моменты. Выходной вал серводвигателя не вращается свободно, как валы двигателей постоянного тока, из-за присоединенной коробки передач и устройств обратной связи.
Блок-схема серводвигателя постоянного токаСерводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, редуктора, устройства обратной связи по положению и некоторой формы коррекции ошибок.Скорость или положение регулируются в зависимости от входного сигнала положения или опорного сигнала, подаваемого на устройство.
Серводвигатель с дистанционным управлением
Усилитель обнаружения ошибок смотрит на этот входной сигнал и сравнивает его с сигналом обратной связи от выходного вала двигателя и определяет, находится ли выходной вал двигателя в состоянии ошибки, и, если да, контроллер вносит соответствующие корректировки, либо ускоряя двигатель, либо замедляя его. Эта реакция на устройство обратной связи по положению означает, что серводвигатель работает в «замкнутой системе».
Помимо крупных промышленных приложений, серводвигатели также используются в небольших моделях дистанционного управления и робототехнике, при этом большинство серводвигателей могут вращаться примерно на 180 градусов в обоих направлениях, что делает их идеальными для точного углового позиционирования. Однако эти сервоприводы RC-типа не могут постоянно вращаться с высокой скоростью, как обычные двигатели постоянного тока, если не были внесены специальные изменения.
Серводвигатель состоит из нескольких устройств в одном корпусе, двигателя, коробки передач, устройства обратной связи и коррекции ошибок для управления положением, направлением или скоростью.Они широко используются в робототехнике и небольших моделях, поскольку ими легко управлять с помощью всего трех проводов: Power , Ground и Signal Control .
Коммутация и управление двигателями постоянного тока
Малые двигатели постоянного тока могут быть включены или выключены с помощью переключателей, реле, транзисторов или цепей MOSFET, причем простейшей формой управления двигателем является «линейное» управление. Этот тип схемы использует биполярный транзистор в качестве переключателя (транзистор Дарлингтона также может использоваться, если требуется более высокий номинальный ток) для управления двигателем от одного источника питания.
Изменяя величину базового тока, протекающего в транзистор, можно управлять скоростью двигателя, например, если транзистор включен «наполовину», то только половина напряжения питания поступает на двигатель. Если транзистор включен «полностью» (насыщен), то все напряжение питания поступает на двигатель, и он вращается быстрее. Затем для этого линейного типа управления мощность постоянно подается на двигатель, как показано ниже.
Контроль скорости двигателя
Простая схема переключения выше показывает схему для однонаправленной цепи управления скоростью двигателя (только в одном направлении).Поскольку скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна напряжению на его выводах, мы можем регулировать это напряжение на выводах с помощью транзистора.
Два транзистора соединены как пара Дарлингтона для управления основным током якоря двигателя. Потенциометр 5 кОм используется для управления величиной базового возбуждения первого контрольного транзистора TR 1 , который, в свою очередь, управляет главным переключающим транзистором TR 2 , позволяя при этом изменять напряжение постоянного тока двигателя от нуля до Vcc. например от 9 до 12 вольт.
Дополнительные диоды маховика подключаются к переключающему транзистору TR 2 и клеммам двигателя для защиты от любой обратной ЭДС, генерируемой двигателем при его вращении. Регулируемый потенциометр может быть заменен сигналом непрерывной логической «1» или логического «0», подаваемым непосредственно на вход схемы для переключения двигателя «полностью ВКЛЮЧЕНО» (насыщение) или «полностью ВЫКЛЮЧЕНО» (отключение) соответственно. от порта микроконтроллера или ПОС.
Помимо этого базового управления скоростью, та же схема может также использоваться для управления скоростью вращения двигателей.Путем многократного переключения тока двигателя в положение «ВКЛ» и «ВЫКЛ» с достаточно высокой частотой, скорость двигателя можно изменять между неподвижным (0 об / мин) и полной скоростью (100%), изменяя отношение метки к промежутку его поставка. Это достигается изменением пропорции времени «ВКЛ» (t ВКЛ ) к времени «ВЫКЛ» (t ВЫКЛ ), и это может быть достигнуто с помощью процесса, известного как широтно-импульсная модуляция.
Регулировка скорости по ширине импульса
Ранее мы говорили, что скорость вращения двигателя постоянного тока прямо пропорциональна среднему (среднему) значению напряжения на его выводах, и чем выше это значение, вплоть до максимально допустимого напряжения двигателя, тем быстрее двигатель будет вращаться.Другими словами, больше напряжения — больше скорость. Изменяя соотношение между временем включения (t ON ) и длительностью времени выключения (t OFF ), называемое «Коэффициент заполнения», «Соотношение метки / пространства» или «Рабочий цикл», среднее значение напряжения двигателя и, следовательно, его скорость вращения можно изменять. Для простых униполярных приводов коэффициент заполнения β имеет следующий вид:
., а среднее выходное напряжение постоянного тока, подаваемое на двигатель, определяется как: Vmean = β x Vsupply. Затем, изменяя ширину импульса a, можно управлять напряжением двигателя и, следовательно, мощностью, подаваемой на двигатель, и этот тип управления называется широтно-импульсной модуляцией или PWM .
Другим способом управления скоростью вращения двигателя является изменение частоты (и, следовательно, периода времени управляющего напряжения), в то время как продолжительность включения «ВКЛ» и «ВЫКЛ» остается постоянной. Этот тип управления называется частотно-импульсной модуляцией или ЧИМ .
При частотно-импульсной модуляции напряжение двигателя регулируется путем подачи импульсов переменной частоты, например, с низкой частотой или с очень небольшим количеством импульсов, среднее напряжение, подаваемое на двигатель, низкое, и поэтому скорость двигателя низкая.При более высокой частоте или при большом количестве импульсов среднее напряжение на клеммах двигателя увеличивается, а также увеличивается скорость двигателя.
Затем транзисторы могут использоваться для управления мощностью, подаваемой на двигатель постоянного тока, с режимом работы либо «Линейный» (изменение напряжения двигателя), «Широтно-импульсная модуляция» (изменение ширины импульса), либо «Импульсный». Частотная модуляция »(изменение частоты импульса).
Изменение направления двигателя постоянного тока
Хотя управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью одного транзистора имеет много преимуществ, оно также имеет один главный недостаток: направление вращения всегда одно и то же, это «однонаправленная» схема.Во многих приложениях нам нужно управлять двигателем в обоих направлениях — вперед и назад.
Чтобы управлять направлением двигателя постоянного тока, полярность мощности постоянного тока, подаваемой на соединения двигателя, должна быть изменена на обратную, позволяя его валу вращаться в противоположном направлении. Один очень простой и дешевый способ контролировать направление вращения двигателя постоянного тока — использовать различные переключатели, расположенные следующим образом:
Управление направлением двигателя постоянного тока
В первой цепи используется одинарный двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT) для управления полярностью соединений двигателей.При переключении контактов питание на клеммы двигателя меняется на противоположное, и двигатель меняет направление. Вторая схема немного сложнее и использует четыре однополюсных однонаправленных переключателя (SPST), расположенных по схеме «H».
Механические переключатели расположены в парах переключения и должны работать в определенной комбинации, чтобы приводить в действие или останавливать двигатель постоянного тока. Например, комбинация переключателей A + D управляет вращением вперед, а переключатели B + C управляют вращением назад, как показано.Комбинации переключателей A + B или C + D закорачивают клеммы двигателя, вызывая его быстрое торможение. Однако использование переключателей таким образом сопряжено с опасностями, поскольку рабочие переключатели A + C или B + D вместе вызвали бы короткое замыкание источника питания.
В то время как две приведенные выше схемы будут очень хорошо работать для большинства небольших двигателей постоянного тока, действительно ли мы хотим использовать различные комбинации механических переключателей только для изменения направления двигателя, НЕТ !. Мы могли бы изменить ручные переключатели для набора электромеханических реле и иметь одну кнопку или переключатель прямого / обратного хода или даже использовать четырехконтактный твердотельный двусторонний переключатель CMOS 4066B.
Но еще один очень хороший способ достижения двунаправленного управления двигателем (а также его скоростью) — это подключить двигатель к схеме типа Н-моста на транзисторе , как показано ниже.
Базовая двунаправленная H-мостовая схема
Н-мостовая схема выше названа так потому, что базовая конфигурация четырех переключателей, либо электромеханических реле, либо транзисторов, напоминает конфигурацию буквы «H» с двигателем, расположенным на центральной планке.H-мост на транзисторах или полевых МОП-транзисторах, вероятно, является одним из наиболее часто используемых типов двунаправленных схем управления двигателем постоянного тока. Он использует «комплементарные пары транзисторов» как NPN, так и PNP в каждой ветви, при этом транзисторы переключаются попарно для управления двигателем.
Управляющий вход A управляет двигателем в одном направлении, т. Е. Вращением вперед, в то время как вход B управляет двигателем в другом направлении, т. Е. Вращением в обратном направлении. Затем переключение транзисторов в положение «ВКЛ» или «ВЫКЛ» в их «диагональных парах» приводит к направленному управлению двигателем.
Например, когда транзистор TR1 находится в состоянии «ВКЛ», а транзистор TR2 в положении «ВЫКЛ», точка A подключена к напряжению питания (+ Vcc), и если транзистор TR3 находится в состоянии «ВЫКЛ», а транзистор TR4 «ВКЛ», точка B. до 0 вольт (GND). Затем двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положительной клемме A двигателя и отрицательной клемме B двигателя.
Если состояния переключения меняются местами, так что TR1 находится в положении «ВЫКЛ», TR2 в положении «ВКЛ», TR3 в положении «ВКЛ», а TR4 в положении «ВЫКЛ», ток двигателя теперь будет течь в противоположном направлении, заставляя двигатель вращаться в противоположное направление.
Затем, применяя противоположные логические уровни «1» или «0» ко входам A и B, можно управлять направлением вращения двигателей следующим образом.
Таблица истинности H-моста
| Вход A | Вход B | Функция двигателя |
| TR1 и TR4 | TR2 и TR3 | |
| 0 | 0 | Двигатель остановлен (ВЫКЛ) |
| 1 | 0 | Мотор вращается вперед |
| 0 | 1 | Мотор вращается назад |
| 1 | 1 | НЕ РАЗРЕШЕНО |
Важно, чтобы никакая другая комбинация входов не была разрешена, так как это может вызвать короткое замыкание источника питания, т.е. оба транзистора, TR1 и TR2, будут включены в одно и то же время (предохранитель = взрыв!).
Как и в случае однонаправленного управления двигателем постоянного тока, как показано выше, скорость вращения двигателя также можно контролировать с помощью широтно-импульсной модуляции или ШИМ. Затем, комбинируя переключение H-моста с ШИМ-управлением, можно точно контролировать как направление, так и скорость двигателя.
Коммерческие готовые микросхемы декодеров, такие как микросхема с четырьмя полумостами SN754410 или L298N, имеющая 2 Н-моста, доступны со всеми необходимыми встроенными логическими схемами управления и безопасности и специально разработаны для управления двигателем в двух направлениях. схемы.
Шаговый двигатель постоянного тока
Как и двигатель постоянного тока, описанный выше, шаговые двигатели также являются электромеханическими приводами, которые преобразуют импульсный цифровой входной сигнал в дискретное (инкрементное) механическое движение, широко используются в промышленных системах управления. Шаговый двигатель — это тип синхронного бесщеточного двигателя, в котором он не имеет якоря с коллектором и угольными щетками, но имеет ротор, состоящий из многих, некоторые типы имеют сотни постоянных магнитных зубцов и статор с отдельными обмотками.
Шаговый двигатель
Как следует из названия, шаговый двигатель не вращается непрерывно, как обычный двигатель постоянного тока, а движется дискретными «шагами» или «приращениями», причем угол каждого вращательного движения или шага зависит от количества полюсов статора и зубья ротора шагового двигателя.
Поскольку шаговые двигатели работают с дискретным шагом, их можно легко вращать на конечную долю оборота за один раз, например, 1,8, 3,6, 7,5 градуса и т. Д.Так, например, предположим, что шаговый двигатель совершает один полный оборот (360 o ровно за 100 шагов.
Тогда угол шага двигателя определяется как 360 градусов / 100 шагов = 3,6 градуса на шаг. Это значение обычно известно как шаговые двигатели , Угол шага .
Существует три основных типа шаговых двигателей: с переменным сопротивлением , постоянный магнит и гибридный (своего рода комбинация обоих). Шаговый двигатель особенно хорошо подходит для приложений, требующих точного позиционирования и повторяемости с быстрой реакцией на запуск, остановку, реверсирование и управление скоростью, а еще одной ключевой особенностью шагового двигателя является его способность удерживать нагрузку стабильно, когда это необходимо. позиция достигнута.
Обычно шаговые двигатели имеют внутренний ротор с большим количеством «зубцов» постоянного магнита с рядом «зубцов» электромагнита, установленных на статоре. Электромагниты статоров поляризованы и деполяризованы последовательно, заставляя ротор вращаться на один «шаг» за раз.
Современные многополюсные шаговые двигатели с несколькими зубьями способны обеспечивать точность менее 0,9 градуса на шаг (400 импульсов на оборот) и в основном используются для высокоточных систем позиционирования, подобных тем, которые используются для магнитных головок в дисководах гибких / жестких дисков. , принтеры / плоттеры или роботизированные приложения.Наиболее часто используемый шаговый двигатель — это шаговый двигатель с 200 шагами на оборот. Он имеет ротор с 50 зубьями, 4-фазный статор и угол шага 1,8 градуса (360 градусов / (50 × 4)).
Конструкция и управление шаговым двигателем
В нашем простом примере шагового двигателя с регулируемым сопротивлением, приведенном выше, двигатель состоит из центрального ротора, окруженного четырьмя катушками электромагнитного поля, обозначенными A, B, C и D. Все катушки с одной и той же буквой соединены вместе, так что подача питания, скажем, катушки, помеченные буквой A, заставят магнитный ротор выровняться с этим набором катушек.
Путем подачи питания на каждый набор катушек по очереди ротор можно заставить вращаться или «шагать» из одного положения в другое на угол, определяемый его конструкцией угла шага, а при последовательном включении катушек ротор будет производить вращательное движение.
Драйвер шагового двигателя управляет как углом шага, так и скоростью двигателя, запитывая катушки возбуждения в заданной последовательности, например, «ADCB, ADCB, ADCB, A…» и т. Д., Ротор будет вращаться в одном направлении (вперед) и при изменении последовательности импульсов на «ABCD, ABCD, ABCD, A…» и т. д. ротор будет вращаться в противоположном направлении (в обратном направлении).
Итак, в нашем простом примере, приведенном выше, шаговый двигатель имеет четыре катушки, что делает его четырехфазным двигателем с числом полюсов на статоре, равным восьми (2 x 4), которые разнесены с интервалом 45 градусов. На роторе шесть зубцов, разнесенных на 60 градусов.
Тогда существует 24 возможных положения или «ступеней» (6 зубцов x 4 витка) для ротора, чтобы он совершил один полный оборот. Следовательно, указанный выше угол ступени задается как: 360 o /24 = 15 o .
Очевидно, что чем больше зубьев ротора и / или обмоток статора, тем лучше управляемость и угол шага будет меньше. Также при соединении электрических катушек двигателя в различных конфигурациях возможны углы полного, половинного и микрошага. Однако для достижения микрошагового режима шаговый двигатель должен приводиться в действие (квази) синусоидальным током, реализация которого требует больших затрат.
Также можно управлять скоростью вращения шагового двигателя, изменяя временную задержку между цифровыми импульсами, подаваемыми на катушки (частоту), чем больше задержка, тем меньше скорость на один полный оборот.Подавая на двигатель фиксированное количество импульсов, вал двигателя будет вращаться на заданный угол.
Преимущество использования импульсов с задержкой по времени состоит в том, что нет необходимости в какой-либо форме дополнительной обратной связи, потому что при подсчете количества импульсов, подаваемых на двигатель, будет точно известно конечное положение ротора. Эта реакция на заданное количество входных цифровых импульсов позволяет шаговому двигателю работать в «системе разомкнутого контура», что упрощает и удешевляет управление.
Например, предположим, что наш шаговый двигатель выше имеет угол шага 3,6 градуса на шаг. Чтобы повернуть двигатель на угол, скажем, 216 градусов, а затем снова остановиться в требуемом положении, потребуется всего: 216 градусов / (3,6 градуса / шаг) = 80 импульсов, приложенных к катушкам статора.
Существует множество ИС контроллеров шаговых двигателей, которые могут управлять скоростью шага, скоростью вращения и направлением двигателей. Одной из таких микросхем контроллера является SAA1027, которая имеет все необходимые встроенные счетчики и преобразователи кода и может автоматически управлять 4 полностью управляемыми мостовыми выходами на двигатель в правильной последовательности.
Направление вращения также можно выбрать вместе с пошаговым режимом или непрерывным (бесступенчатым) вращением в выбранном направлении, но это накладывает некоторую нагрузку на контроллер. При использовании 8-битного цифрового контроллера также возможно 256 микрошагов на шаг
SAA1027 Микросхема управления шаговым двигателем
В этом руководстве о поворотных приводах мы рассмотрели щеточный и бесщеточный двигатель постоянного тока , серводвигатель постоянного тока и шаговый двигатель в качестве электромеханического привода, который можно использовать в качестве выходного устройства для позиционного управления или регулирования скорости. .
В следующем руководстве по устройствам ввода / вывода мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами , и, в частности, одного устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в звуковые волны с помощью электромагнетизма. Тип устройства вывода, который мы рассмотрим в следующем уроке, — это громкоговоритель.
.