Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока: Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения ДПТ НВ

Регулирование частоты вращения, пуск, реверсирование и торможение электродвигателей постоянного тока

Регулирование частоты вращения. Частоту вращения электродвигателей постоянного тока регулируют: введением резисторов в цепь якоря двигателя; изменением магнитного потока; изменением напряжения, приложенного к якорю электродвигателя.

В зависимости от способа регулирования частоты вращения получаются различные искусственные механические характеристики.

При введении резисторов в цепь якоря у двигателей с независимым и параллельным возбуждением магнитный поток не изменяется, следовательно, остается постоянной частота вращения идеального холостого хода n_x, но значение сопротивления вводимого резистора оказывает большое влияние на наклон механической характеристики, так как возрастает угловой коэффициент:

Поэтому искусственная механическая характеристика двигателей с независимым и параллельным возбуждением представляет собой прямую линию 1 (рис. 2.3), проходящую через одну точку n_x с естественной характеристикой 0 и наклоном β₁, определяемым значением сопротивления вводимого резистора.

Рис. 2.3. Механические характеристики электродвигателя с параллельным возбуждением

Изменение сопротивления цепи якоря для двигателя с последовательным возбуждением приведет к смещению характеристики вниз в сторону уменьшения n.

Магнитный поток электродвигателей можно изменить введением дополнительного резистора в цепь обмотки возбуждения, причем уменьшаются ток возбуждения и магнитный поток двигателя.

Изменение магнитного потока приводит к увеличению частоты вращения идеального холостого хода и изменению наклона механической характеристики у двигателей с независимым, параллельным и смешанным возбуждением.

Действительно, если Ф = Ф0, то для естественной характеристики

Таким образом, искусственная механическая характеристика, полученная при введении резистора в цепь обмотки возбуждения двигателя, располагается выше естественной (характеристика 2), частота вращения идеального холостого хода и наклон характеристики увеличиваются.

Изменение питающего цепь якоря напряжения при неизменном напряжении в цепи независимой обмотки возбуждения приводит у двигателей с независимым возбуждением к изменению частоты вращения идеального холостого хода при неизменном наклоне характеристики.

Следовательно, искусственная характеристика расположится ниже естественной и будет параллельна ей (характеристика 3). У двигателя, имеющего смешанное возбуждение, искусственная характеристика также будет ниже естественной.

Анализируя полученные механические характеристики электродвигателей постоянного тока, можно установить, что при одном и том же моменте на валу электродвигателя частота вращения его на разных характеристиках будет различной. Поэтому частоту вращения электродвигателей регулируют способами, используемыми для получения искусственных характеристик. Различают параметрическое и импульсное регулирование.

При параметрическом способе изменяется какой-либо параметр, который далее остается неизменным. Импульсное регулирование характеризуется периодическим ступенчатым изменением какого-либо параметра с определенной частотой.

Каждому из параметрических способов присущи свои особенности, определившие область их применения.

Введение резистора в цепь якоря приводит к уменьшению частоты вращения, причем эффективность регулирования тем больше, чем больше нагружен двигатель. Способ не экономичен из-за больших потерь энергии в дополнительном резисторе, но все же используется вследствие его простоты.

Введение резистора в цепь обмотки возбуждения приводит к увеличению частоты вращения. Этот способ экономичен, так как ток возбуждения составляет 2—5 % тока якоря и потери в резисторе невелики. Однако этот способ не позволяет получить частоту вращения двигателя меньше номинальной.

Изменение приложенного к якорю напряжения — наиболее удачный способ регулирования. Он экономичен и допускает регулирование частоты вращения в достаточно широких пределах при любых значениях нагрузки, но требует автономных источников питания с широким диапазоном изменения напряжения. Поэтому его целесообразно применять для электроприводов с частыми пусками и большим диапазоном регулирования частоты вращения электродвигателя (рулевые электроприводы, электроприводы оперативных лебедок земснарядов, гребные электрические установки и т.п.). Автономным источником питания может служить генератор постоянного тока с независимым возбуждением. Напряжение можно регулировать с помощью управляемого выпрямителя или магнитного усилителя.

Из импульсных способов регулирования двигателей постоянного тока наиболее широкое распространение получил способ изменения времени включения приложенного к якорю напряжения при постоянной частоте включения. Этот способ называется широтно-импульсным. Среднее значение приложенного к якорю напряжения

Изменяя tp при постоянном Т (изменяя скважность), регулируют среднее значение приложенного к якорю двигателя напряжения и частоту вращения электродвигателя. Частоту включения обычно выбирают в пределах 500—1000 Гц. Возможен другой способ импульсного регулирования, когда время включения tр остается постоянным, а период Т изменяется. Такой способ принято называть частотно-импульсным.

Импульсное регулирование электродвигателей постоянного тока является перспективным для тех электроприводов, для которых применяется регулирование изменением приложенного к якорю напряжения. Основным недостатком этого способа является большое число включений, приводящих к появлению больших переходных токов и требующих специальной аппаратуры.

Пуск электродвигателей постоянного тока. Как известно из курса электротехники, вращающий момент электродвигателя при пуске

Пусковой ток может значительно превышать номинальный ток двигателя из-за отсутствия противо-э. д. с. в момент пуска.

При пуске все дополнительные резисторы в цепях независимой и параллельной обмоток возбуждения должны быть введены и последовательная обмотка не шунтирована.

Отечественная промышленность изготовляет электродвигатели, пусковой ток которых по условиям коммутации должен удовлетворять неравенству I_я.п≤2,5I_я.ном.

При этом наибольший пусковой момент двигателей с независимым и параллельным возбуждением при Ф = const будет также М_п≤2,5М_ном.

При таком же пусковом токе у двигателей со смешанным и последовательным возбуждением пусковой момент будет несколько больше вследствие увеличения магнитного потока, создаваемого последователь ной обмоткой, по сравнению с номинальным.

По мере увеличения частоты вращения двигателя растет противо- э.д.с., что приводит к уменьшению тока якоря

следовательно, будет уменьшаться вращающий момент двигателя.

Для обеспечения наиболее быстрого разгона двигателя необходимо поддерживать при пуске момент и ток якоря в определенных пределах.

Различают следующие способы пуска электродвигателей постоянного тока: прямой, с ограничением пусковых токов вследствие изменения сопротивления цепи якоря и импульсный.

Прямой пуск осуществляется непосредственно включением двигателя на полное напряжение сети при отсутствии добавочных элементов в цепях якоря и возбуждения. Преимуществами этого способа являются его простота и отсутствие дополнительной пусковой аппаратуры, недостатком — большой ток в цепи якоря в первоначальный момент пуска, что вызывает искрение на коллекторе, возникновение значительного момента на валу двигателя и колебания напряжения в судовой сети. Прямой пуск применяют для двигателей постоянного тока мощностью не более 1,5 кВт.

Рис. 2.4. Пуск двигателя постоянного тока

Параметрический пуск основан на предварительном изменении какого-либо параметра двигателя, ограничивающего пусковой ток, с последующим его приведением в процессе пуска к значению соответствующему номинальному режиму.

Для двигателей небольшой мощности применяют пуск с помощью реактора L, включенного последовательно в цепь якоря двигателя (рис. 2.4, а). При правильно подобранной индуктивности реактора время нарастания тока, определяемое электромагнитной постоянной времени электрической цепи,

T = (L_я+L)/R_я

соизмеримо с временем разгона электродвигателя, что значительно снижает пик пускового тока. Недостатками этого способа являются большие габаритные размеры и масса пускового реактора.

Наибольшее применение получил реостатный способ пуска, при этом способе в цепь якоря для ограничения пусковых токов включают дополнительный реостат (рис. 2.4, б), состоящий из трех-четырех резисторов. По мере разгона электродвигателя секции реостата поочередно закорачивают.

В некоторых случаях пользуются способом пуска, основанным на ступенчатом или плавном изменении напряжения, приложенного к якорю двигателя, от нуля до номинального значения. Этот способ возможен при питании якоря электродвигателя от отдельного источника с регулируемым напряжением. В качестве такого источника могут быть использованы генератор постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый трансформатор с выпрямителем, трансформатор с управляемым выпрямителем.

При импульсном пуске, так же как и при импульсном регулировании частоты вращения, может быть использован как широтно-импульсный, так и частотно-импульсный способ. В том и другом случае пуск осуществляется изменением скважности от нуля до номинального значения.

Реверсирование электродвигателей постоянного тока. Реверсирование— изменение направления вращения на противоположное. Для реверсирования необходимо изменить направление вращающего момента М = С_мФI_я, что возможно осуществить изменением направления тока в якоре электродвигателя или изменением направления магнитного потока путем изменения направления тока в обмотках возбуждения.

Для двигателей с независимым и параллельным возбуждением предпочтительнее первый способ по сравнению со вторым по сле-дующим причинам:

во-первых, при размыкании обмотки возбуждения, предшествующем ее переключению, возникает значительная э. д. с. самоиндукции

затрудняющая процесс коммутации и увеличивающая вероятность пробоя изоляции;

во-вторых, при реверсировании двигатель сначала необходимо остановить, а затем он начинает вращаться в обратную сторону. Но уменьшение магнитного потока вызовет не уменьшение, а увеличение частоты вращения.

Для двигателей со смешанным возбуждением реверсирование изменением направления магнитного потока еще более затруднено по сравнению с двигателем с параллельным возбуждением, так как у него необходимо переключать две обмотки возбуждения. Для двигателей с последовательным возбуждением оба способа равноценны.

Торможение электродвигателей постоянного тока. При режиме торможения электромагнитный момент на валу электродвигателя направлен в сторону, противоположную направлению вращения.

Режимы торможения используются, когда необходимо: остановить электропривод, вращающийся по инерции; остановить электропривод, вращающийся под действием момента, создаваемого рабочей машиной, например: под действием опускаемого подъемным краном груза; замедлить вращение электропривода при воздействии момента, создаваемого рабочей машиной.

Чтобы осуществить режим торможения электродвигателя, нужно изменить направление вращающего момента на его валу, при этом двигатель переходит в генераторный режим работы. В зависимости от использования энергии различают три вида торможения: рекуперативное, динамическое и противовключением. Рекуперативное торможение сопровождается возвратом энергии в питающую сеть. При динамическом торможении и торможении противовключением энергия превращается в тепловую в элементах цепи якоря двигателя.

Торможение с отдачей энергии в сеть, или рекуперативное торможение, наступает, тогда, когда электродвигатель под действием момента рабочей машины (идущий под уклон железнодорожный состав, опускающийся на подъемном кране груз) разгоняется до частоты вращения, превышающей частоту вращения идеального холостого хода. В этом случае э.д.с. якоря будет больше напряжения в сети, ток изменит свое направление и машина будет работать в режиме генератора, отдавая энергию в сеть. При этом направление вращения двигателя не изменится. Механическая характеристика двигателя с параллельным возбуждением О (рис. 2.5) при торможении с отдачей энергии в сеть будет являться продолжением характеристики

Рис. 2.5. Механические характеристики двигателя постоянного тока при рекуперативном торможении

в область отрицательных моментов. Область режима торможения обозначена цифрой II, область двигательного режима — цифрой I.

У двигателей со смешанным возбуждением при переходе в режим торможения ток в последовательной обмотке меняет свое направление, и поэтому она противодействует параллельной обмотке, размагничивая машину и уменьшая момент торможения (штриховая линия). Во избежание этого последовательную обмотку закорачивают или отключают (характеристика I).

Двигатели с последовательным возбуждением не могут работать в режиме торможения с отдачей энергии в сеть, так как с увеличением частоты вращения ток двигателя уменьшается и он размагничивается. Его э.д.с. никогда не может быть больше напряжения в сети.
Динамическое торможение осуществляют отключением якоря от сети и замыканием его на резистор. Различают два вида динамического торможения: с независимым возбуждением и с самовозбуждением.

Рис. 2.6. Схемы включения и механические характеристики двигателей при динамическом торможении

При торможении двигателей с независимым и параллельным возбуждением применяют торможение с независимым возбуждением (рис. 2.6, а).

Рис. 2.7. Механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением при торможении противовключением

В этом случае якорь Двигателя отключается от питающей сети и включается на тормозной резистор R1, обмотка возбуждения остается включенной в сеть.

У двигателя со смешанным возбуждением последовательная обмотка отключается или закорачивается.

Торможение двигателя с последовательным возбуждением при питании обмотки возбуждения от сети (рис. 2.6, б) более эффективно, чем торможение с самовозбуждением (рис. 2.6, в), однако для ограничения тока в обмотке необходимо ее подключать через дополнительный резистор R2, мощность рассеяния которого должна равняться мощности электродвигателя

Уравнение механической характеристики при динамическом торможении (при U = 0)

При Ф = const (независимое возбуждение) оно представляет собой уравнение прямой линии.

При самовозбуждении в связи с изменением магнитного потока характеристика искривляется, а при некотором значении частоты вращения самовозбуждение и торможение двигателя прекращаются.

На рис. 2.6, г показаны механические характеристики для динамического торможения: 0 — для торможения с независимым возбуждением; 1 — для торможения с самовозбуждением. Штриховой линией показан участок, на котором торможение прекращается.

Торможение противовключением производится быстрым реверсированием двигателя по ходу, когда якорь по инерции продолжает вращаться в одном направлении, а обмотки включаются на противоположное. При этих режимах знаки пх и п противоположны, э. д. с. якоря двигателя совпадает по направлению с напряжением и ток якоря

так как в начале торможения Е ≈ U, сопротивление резистора R₁ необходимое для ограничения тока до допустимых пределов, должно быть примерно в 2 раза больше пускового сопротивления двигателя. Механическая характеристика при этом способе торможения двигателя с параллельным возбуждением приведена на рис. 2.7 (характеристика 2).

Если двигатель предварительно работал с М₁>0 и n₁>0 на характеристике 1, то при торможении противовключением уравнение механической характеристики будет

При быстром реверсировании частота вращения двигателя не успеет измениться и режим торможения будет соответствовать точке с моментом М₂ и частотой вращения n₁ на характеристике 2.

Из рис. 2.7 видно, что при торможении противовключением в момент остановки двигателя (n = 0) момент на его валу не обращается в нуль. Поэтому после остановки двигатель может начать вращаться в обратную сторону. Во избежание этого двигатель после остановки должен быть отключен от сети.

Пуск, торможение и регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока —

Пуск двигателей постоянного тока осуществляется с помощью специального пускового сопротивления, включенного в цепь якоря. Сопротивление пускового реостата подбирается так, чтобы пусковой ток был не более 200— 250% номинального и чтобы за период пуска двигателя реостат не перегревался. В процессе пуска величина сопротивления реостата постепенно уменьшается до 0. При данном способе пуска часть энергии расходуется па нагрев реостата.

Применяется и другой, более совершенный и экономичный способ — плавное повышение напряжения па зажимах двигателя. Этот способ возможен при наличии управляемого преобразователя.

Оба эти способа могут применяться и для регулирования частоты вращения двигателей.

Широкое распространение в электроприводе рудничных машин получил способ регулирования частоты вращения двигателя независимого возбуждения путем изменения величины напряжения, подводимого к зажимам якоря. Питание якоря осуществляется от индивидуального, регулируемого источника постоянного тока: машинного генератора (система генератор — двигатель, Г—Д), тиристного преобразователя (система управляемый кремниевый выпрямитель — двигатель, КУВ — Д) и др.

Схема простейшей системы Г — Д и ее характеристики приведены на рис. 8.2.

Приводной двигатель ПД (синхронный или асинхронный) вращает с постоянной частотой якори генератора Г и возбудителя 5. От возбудителя В питаются обмотки возбуждения двигателя ОВД и генератора ОВГ. Генератор подает напряжение непосредственно на якорь двигателя Д, который приводит в движение машину РМ.

Регулирование частоты вращения двигателя Д производится за счет изменения величины напряжения на зажимах якоря. Изменение величины напряжения достигается изменением величины магнитного потока генератора Г с помощью реостата R1. С помощью переключателя П возможно изменение направления магнитного потока возбуждения генератора Г, а значит полярности подаваемого на двигатель напряжения. Так достигается реверсирование двигателя Д.

Известно, что при изменении величины напряжения 2 можно получить любое количество искусственных характеристик двигателя Д, т. е. регулировать частоту вращения его в широких пределах.

Изменяя величину сопротивления R2 в обмотке возбуждения двигателя, получаем изменение величины магнитного потока Ф двигателя. В этом случае характеристики располагаются выше естественной характерна тики двигателя, т. е. частота вращения двигателя регулируется и в сторону увеличения ее но сравнению с номинальной.

Система Г — Д и ее варианты применяются для привода подъемных машин, экскаваторов, прокатных станов и др. Не недостатки: высокая первоначальная стоимость, относительно низкий к. п. д. и громоздкость.

Для привода горных машин получила применение система КУВ — Д. В этой системе источником питания двигателя служит кремниевый управляемый вентиль — тиристор. Изменение напряжения на зажимах якоря осуществляется путем изменения времени открывания тиристора.

На схеме (рис. 8.3, а) изображены двигатель постоянного тока Д с обмоткой независимого возбуждения ОВД, трансформатор Тр, группа тиристоров Т, блок управления ими БУ. График изменения средней величины напряжения ил на зажимах двигателя приведен на рис. 8.3, б.

Регулирование напряжения на зажимах якоря осуществляется путем изменения продолжительности пребывания тиристоров Т в закрытом состоянии t. Сигнал на открытие тиристора в проводящем направлении подается регулируемым блоком управления БУ.

При включении трансформатора Тр напряжение подается на аноды тиристоров. Когда на анод поступает отрицательная полуволна напряжения, тиристор закрыт. Во время подачи положительное полуволны тиристор будет закрыт еще некоторое время, пока с блока БУ не поступит сигнала на открывание его.

С момента подачи сигнала тиристор будет пропускать ток в течение времени 2, а затем снова закроется. Так будет происходить каждую положительную полуволну.

Изменение продолжительности нахождения тиристоров в открытом состоянии вызывает изменение среднего значения выпрямленного напряжения 1 л, подаваемого на зажимы якоря, благодаря чему возможно плавное регулирование частоты вращения электродвигателя.

Так как тиристоры имеют малые габариты и массу при большой мощности, высокий к. п. д., большой срок службы, в них отсутствуют движущиеся и нормально искрящие части, они получают все большее применение в электроприводе рудничных машин. Так, например, система КУВ — Д уже нашла применение в приводе горных комбайнов.

Регулирование — частота — вращение — двигатель — постоянный ток

Регулирование — частота — вращение — двигатель — постоянный ток

Cтраница 1

Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением осуществляется изменением магнитного потока возбуждения за счет шунтирования обмотки якоря или обмотки полюсов.  [1]

Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока посредством изменения подводимого напряжения требует применения специальных схем, которые рассмотрены в следующей главе.  [3]

Если регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока должно выполняться с повышенной точностью, например в реверсивных позиционных электроприводах, применение микропроцессоров может оказаться особенно эффективным. Фактическая частота вращения либо сразу преобразуется в частотнозависимый сигнал ( например, с помощью датчика импульсов), либо измеряется тахогенератором и преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровой сигнал. Ток якоря измеряется в аналоговой форме и затем преобразуется в цифровой код. С помощью микропроцессора можно рассчитать для каждой длительности импульса среднее значение постоянного тока и скорость нарастания тока в цепи якоря, амплитудные значения тока могут быть записаны в память. В функции этих величин вычисляются управляющие импульсы для преобразователя. Синхронизирующее напряжение получается непосредственно от питающей сети с помощью фильтра или же микропроцессор по заранее составленной таблице, хранящейся в его запоминающем устройстве, вычисляет значения периодического сигнала, напряжение, частота и фаза которого сравниваются с напряжением, частотой и фазой сети. При этом искажения напряжения сети уже не оказывают влияния на работу преобразователя.  [4]

Для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением малой мощности иногда используется схема, изображенная на рис. 9.47, а.  [5]

Для регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока с независимым возбуждением малой мощности иногда используется установка, схема которой изображена на рис. 9.51, а. В этой установке АТ, АТ — автотрансформаторы, служащие для регулирования напряжения, В и Вг — выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный.  [6]

Способ регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока зависит от того, из какого источника энергии поступает напряжение постоянного тока.  [8]

Способ регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока путем изменения подводимого к якорю напряжения обеспечивает широкие пределы регулирования. Этот способ по существу сходен с частотным регулированием в машинах переменного тока, так как закон изменения напряжения и частоты близок к ( / / fconst и регулирование происходит при постоянном потоке. Механический преобразователь частоты — коллектор изменяет частоту переменного тока, протекающего в якоре, пропорционально напряжению, приложенному к обмотке якоря. В этой схеме якорь генератора независимого возбуждения питает двигатель.  [10]

В современных системах регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока применяются тиристорные схемы, позволяющие осуществить регулирование частоты вращения в, широких пределах по заданной программе.  [11]

В настоящее время широко применяют импульсный метод регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока. При этом на двигатель с помощью импульсного регулятора периодически подают импульсы напряжения определенной частоты.  [13]

На рис. 5 — 4, в приведена схема регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока с помощью усилителя.  [15]

Страницы:      1    2    3

Способы регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока

2.1. Основные сведения

Рассмотрим способы регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока на примере электродвигателя с независимым ( параллельным ) возбуждением.

Уравнение естественной механической характеристики двигателя имеет вид

ω = – , (13-2)

где: ω – угловая скорость якоря;

U – напряжение на обмотке якоря;

k – постоянный коэффициент;

Ф – магнитный проток обмотки ( обмоток ) возбуждения;

М – электромагнитный момент электродвигателя;

R – сопротивление обмотки якоря электродвигателя.

Из уравнения (13-2) следует, что скорость двигателей с независимым (параллельным) возбуждением можно регулировать тремя способами:

1. изменением напряжения на обмотке якоря двигателя –U;

2 изменением сопротивления цепи обмотки якоря –R;

3. изменением магнитного потока полюсов –Ф.

Первый способ регулирования – изменением напряжения на обмотке якоря, применяется только для двигателей с независимым возбуждением в «системах генератор – двигатель».

Второй способ – изменением сопротивления цепи обмотки якоря, на практике осуществляется путем введения добавочных резисторов последовательно с обмоткой якоря.

Этот способ позволяет изменить скорость двигателя только вниз от основной, причем с увеличением сопротивлений скорость двигателя умень­шается. Это объясняется увеличением падения напряжения в до­бавочных резисторах и уменьшением напряжения на зажи­мах якоря.

Положительное качество данного способа регулирования –простота, т.к. он осуществляется путем введения (выведения) ступеней регулировочного реостата в цепь обмотки якоря двигателя.

Основным недостатком способа является большой расход энергии в добавочных резисторах.

Этот способ применяется в электроприводах грузоподъемных механизмов и якорно–швартовных устройств на постоянном токе.

Третий способ – изменением магнитного потока полюсов, на практике осуществляется путем введения добавочных резисторов последовательно с параллельной обмоткой возбуждения. При этом магнитный поток возбуждения уменьшается, а скорость якоря увеличивается.

Скорость двигателей, специально сконструированных для работы с регулируемым потоком, может превышать номинальную в три раза и более, скорость остальных двигателей повышается на 10 – 20 %. Верх­ний предел скорости ограничен условиями коммутации, механи­ческой прочности или температурой нагрева двигателя.

Положительное качество данного способа регулирования –экономичность, т.к. расход электроэнергии в регулировочном резисторе мал из-за небольшого значения тока возбуждения в цепи параллельной обмотки.

Основными недостатками способа являются возможность регулирования скорости только вверх от номинальной, а также увеличение тока якоря во столько раз, во сколько раз ослаблен магнитный поток.

Последняя особенность не позволяет применять этот способ регулирования при работе электропривода с номинальным моментом, т.к. при ослаблении потока ток якоря превысит номинальный, что недопустимо.

Поэтому этот способ регулирования применяется в электроприводах грузоподъемных механизмов и якорно –швартовных устройств для получения высоких скоростей при перемещения холостого гака (грузовые лебедки и краны) или швартовного каната (брашпили, шпили), т.е. при небольшой нагрузке на валу электродвигателя.

Способы регулирования частоты вращения якорей тяговых двигателей постоянного тока и реостатный пуск

Способы регулирования частоты вращения. Частоту вращения якорей тяговых двигателей можно регулировать, изменяя напряжение і/_л на зажимах двигателя или магнитный поток Ф, т. е. коэффициент возбуждения р. Напряжение ?/_д изменяют с помощью пускового реостата, включенного последовательно с двигателями, и тиристорных преобразователей, а также применением различных схем соединений тяговых двигателей.

Реостатный пуск. В момент пуска и разгона электровоза или моторного вагона электропоезда для увеличения напряжения на зажимах двигателя и поддержания необходимых тока и силы тяги выводят ступенями пусковой реостат, т. е. осуществляют реостатный пуск. Для длительной езды под током применяют различные соединения тяговых двигателей и ступени ослабления возбуждения. Скоростные характеристики v(I), соответствующие различным схемам соединения двигателей при выведенном пусковом реостате и коэффициентам возбуждения, называют экономическими (ходовыми)’, характеристики, соответствующие работе на различных ступенях реостатного пуска, — реостатными.

В период пуска и разгона поезда якоря тяговых двигателей должны развивать частоту вращения от нуля до значения, соответствующего выходу на без-реостатную характеристику. На электровозах, где пусковой режим машинист изменяет в широкик пределах сообразно с весом поезда, профилем пути и условиями сцепления, чаше всего применяют неавтоматический ступенчатый реостатный пуск. Плавное изменение сопро тивления пускового реостата, рассчитанного на большой ток, принципиально возможно при импульсном регулировании его тиристорным преобразователем.

В процессе пуска почти всегда реализуется максимальная по сцеплению сила тяги. Отклонение пускового тока /_п и силы тяги от средних значений при ступенчатом реостатном пуске характеризуют соответственно коэффициентами неравномерности пуска по току и силе тяги к_н/ и к_иР.

Чтобы пуск электровоза или электропоезда происходил без боксования, для любой позиции должно быть соблюдено условие К_тах/П < ф_к (здесь К_тах — максимальная сила тяги по условиям сцепления движущего колеса с рельсом; П — нагрузка на рельсы от колесной пары; ф_к — расчетный коэффициент сцепления, который выбирают согласно Правилам тяговых расчетов.ч (здесь К_пэ = 1,4 -г^— 1,6 коэффициент эксплуатационной перегрузки для электровозов с неавтоматическим пуском).

С уменьшением числа ступеней упрощается аппаратура, но вместе с тем увеличиваются колебания тока при переходе с позиции на позицию, а это приводит к уменьшению использования сцепного веса при пуске и торможении и резким толчкам тягового усилия. Поэтому в каждом конкретном случае стремятся принять решение, удовлетворяющее в необходимой степени обоим требованиям. Каждому соединению двигателей соответствует несколько кривых, характеризующих зависимость скорости движения и от тока I при различных сопротивлениях г. Совокупность таких кривых с указанием перехода с одной кривой (характеристики) на другую при максимальном токе называют пусковой диаграммой.

Для ограничения начального ускорения во время пуска электровоза с низкими скоростями при маневрах, а также для плавного натяжения упряжных приборов при трогании локомотива с составом на первом соединении тяговых двигателей, кроме позиций, полученных из условий пуска с расчетными пределами тока, вводят еще маневровые позиции, при которых пусковое сопротивление больше сопротивления, соответствующего первой пусковой позиции. Число маневровых позиций для электровозов обычно выбирают от четырех до шести.

Первую маневровую позицию рассчитывают по начальному ускорению, равному 0,3-0,5 м/с² при пуске электровоза без состава на площадке. Для электропоездов с ускорением 0,7-1,0 м/с² при автоматическом пуске обычно предусматривают одну маневровую позицию, сопротивление которой рассчитывают исходя из начального ускорения 0,5-0,6 м/с² при о = 0.

При малом пусковом токе переход на первую позицию второго соединения тяговых двигателей может сопровождаться значительным броском тока, для уменьшения которого на втором и последующих соединениях двигателей при ручном пуске добавляют две или три дополнительные реостатные позиции на электро возах и одну или две на моторных вагонах аналогично маневровым позициям на первом соединении

Для определения дополнительных ступеней, предшествующих первой позиции второго соединения двигателей, находят скорость, при которой бросок тока при переходе с предыдущей автоматической характеристики на первую реостатную следующего соединения был бы равен разности максимального и минимального пусковых токов.

⇐Классификация цепей и требования, предъявляемые к электрическим схемам | Электровозы и электропоезда | Регулирование частоты вращения якорей тяговых двигателей постоянного тока⇒

Регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока

Запишем выражения для частоты вращения якоря с учетом добавочного сопротивления, включаемого

последовательно с обмоткой якоря 𝑛 = 𝑈 −𝐼^{𝑎(∑𝑅𝑎+𝑅доб)}(133). Из полученной формулы вытекает следующие

С_ЕФ

способы регулирования частоты вращения якоря:

1) Включением добавочного сопротивления в цепь якоря;

2) Изменением магнитного потока;

3) Подачей питающего напряжения на обмотку якоря;

4)

Включение добавочного сопротивления

(рис. 4.101 методичка)

При отсутствии добавочного сопротивления частота вращения двигателя равна

𝑛 = 𝑈−С𝐼_Е^𝑎Ф^{∑𝑅𝑎= С𝑈_ЕФ − 𝐼𝑎𝐶∑_𝐸𝑅Ф𝑎= 𝑛₀ − ∆𝑛 (134), это естественная механическая характеристика.}

Если включаем добавочное сопротивление в цепь якоря, то увеличивается снижение частоты вращения, а значит уменьшается частота вращения якоря. Чем больше величина включаемого сопротивления, тем больше снижение этой частоты. И тем мягче становится механическая характеристика двигателя.

Как видно из (рис. 4.101 методичка), частоту вращения двигателя можно регулировать только вниз от номинальной.

Недостатком этого способа являются значительные потери на Rдоб.

Этот способ обеспечивает невысокое значение КПД, и он не экономичный. Изменение магнитного потока

Рассматривая выражения для частоты вращения якоря, видно, что при неизменном напряжении частота вращения якоря обратно пропорционально магнитному потоку. Магнитный поток, как известно, создается обмоткой возбуждения, по которой протекает ток возбуждения и под влиянием этого тока обмотка возбуждения создает магнитный поток. Значит поток пропорционален току возбуждения.

Современные двигатели постоянного тока проектируются на максимальное насыщение магнитной системой, то есть с магнитного материала двигателя постоянного тока в равной степени, как и у генератора, используется полностью магнитное свойство.

То есть, двигатель работает на, так называемом, «колене» магнитной характеристики, в точке которой имеет место максимальное значение потока. Эту величину потока в двигателях постоянного тока принимают за номинальную величину. Значит согласно этого способа, магнитный поток с помощью тока возбуждения можно только уменьшать, а это значит, что частоту вращения якоря по отношению к номинальной можно только увеличивать.

Этот способ позволяет регулировать частоту вращения якоря только вверх, по отношению к номинальной. Данные способ экономичный, обеспечивает высокий КПД двигателя, в следствии того что потери в цепи возбуждения не велики, из-за малости тока возбуждения в данной цепи.

Верхний предел регулирования частоты вращения ограничивается только механической прочностью двигателя и условиями коммутации.

Изменением питающего напряжения, подаваемого на обмотку якоря

Изменяя питающее напряжение, подаваемое на обмотку якоря, от величины U1, до величины U2 будет изменятся и частота вращения якоря

𝑛1 = 𝐶𝑈𝐸1Ф − 𝐼𝑎𝐶𝐸∑Ф𝑅𝑎 = 𝑛01 − ∆𝑛1

𝑛2 = 𝐶𝑈𝐸2Ф − 𝐼𝐶𝑎𝐸∑Ф𝑅𝑎 = 𝑛02 − ∆𝑛2 (135).

В двигателе постоянного тока параллельного возбуждения, частота вращения якоря в режиме холостого хода изменяется пропорционально изменяющемуся напряжению. А уменьшение частоты вращения, обусловленное воздействием нагрузки, при неизменном нагрузочном моменте на валу двигателя, остаются также неизменными. Значит, если это двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, то механические характеристики для такого двигателя имеет вид, представленный на (рис. 4.99 методичка). Если двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, то механические характеристики представлены на (рис. 4.102 методичка).

Этот способ позволяет регулировать частоту вращения вниз от номинальной. Так как, при повышении напряжения больше номинального, может привести к электрическому пробою обмоток двигателя постоянного тока.

Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

 

С точки зрения, регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока являются универсальными. Можно регулировать скорость за счет изменения сопротивления в цепи якоря, потоком и подводимым напряжением. Это видно из формулы: .

 

1.Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря.

Уравнения токов до и после введения сопротивления

, , откуда , т. е. ток и момент уменьшается ( ) .

При этом и скорость уменьшается. С уменьшением скорости ток якоря возрастает, и он достигнет исходного тока якоря, но при меньшей скорости .

Переходный процесс показан на рис. 50.

Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря осуществляется в сторону уменьшения скорости, рис. 51.

Но так как ток якоря протекает по , то увеличиваются общие потери, и снижается кпд. При постоянном токе, за счет увеличения падения напряжения , скорость двигателя уменьшается.

 

2.Регулирование частоты вращения за счет изменения потока

 

Ток якоря до и после изменения потока , , их отношение . Уравнение моментов . Уменьшим поток на , т. е. , . Напряжение примем за единицу, тогда .

Ток якоря возрос в 3,3 раза, тогда , то и (возрастает). Переходный процесс представлен на рис. 52.

Ток . С увеличением скорости вращения, ток якоря будет уменьшаться, но он будет больше исходного т. к. уменьшен поток.

 

 

При уменьшении потока частота вращения возрастает, рис 53.

Рис. 53.

 

Как правило, регулирование частоты вращения изменением потока производят в сторону увеличения. В сторону уменьшения регулирование мало эффективно из-за насыщения магнитной цепи.

 

 

3.Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения.

 

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения производится следующими способами:

А) Системы генератор-двигатель (Г-Д).

Б) Ттиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).

В) Широтно-импульсное регулирование.

 

А) Система Г-Д, рис.54.

 

Рис. 54.

 

Увеличивая ток возбуждения генератора i_вг, возрастает поток Ф_г и Е_г, а следовательно увеличивается напряжение на якоре двигателя и скорость возрастает. Регулирование происходит плавно при малых потерях энергии.

Эта система используется при большой мощности двигателя (подъёмники, прокатные станы, экскаваторы и т.д).

Б) Тиристорный преобразователь-двигатель.

В системе Г-Д используется большое число машин, что увеличивает стоимость установки и снижает надежность.

Поэтому в последнее время для регулируемого напряжения все чаще используются статические преобразователи, рис.55.

Рис. 55.

 

Увеличивая угол управления — площадь полупериода уменьшается, уменьшается среднее значение напряжения — U_ср, а следовательно уменьшается скорость вращения.

В) Широтно-импульсное регулирование.

Идея регулирования напряжения подводимого к двигателю заключается в том, что, изменяя длительность подключения двигателя ключом (К) к сети, изменяется среднее значение напряжения, рис. 56. В качестве ключа используются схемы на базе тиристоров или транзисторов.

Рис. 56.

 

Изменяя время импульса t₄ изменяется скважность ,

где t₄ — время импульса;

t_п — время паузы.

Среднее значение U_ср=U₀e.

.

Как видим, изменяя среднее значение напряжения, можно регулировать частоту вращения двигателя. Эта система широко используется вместо контактакторно-резисторных систем.

 

 

3.7. Коммутация двигателя

 

При вращении якоря щетка попеременно замыкает секции якоря и в этой секции происходит изменение направления тока. А сама секция передается в другую параллельную ветвь, рис.57. Ток в секции меняется только под щеткой. Дадим определение коммутации:

Коммутацией называется процесс изменения направления тока в секции при переходе ее из одной параллельной ветви в другую.

 

 

Рис. 57.

При коммутации под щетками происходит очень сложный процесс, этот процесс протекает быстро (10^-2 ¸10^-5 сек.) и на него влияет много факторов. Мы будем исходить из классической теории коммутации. Разберем коммутацию в узком смысле, возьмем одну секцию и ширину щетки равную ширине коллекторной пластины.

Рис. 58

 

На рис. 58 еще раз показан процесс коммутации. При положении щетки на пластине (1) ток в секции протекает по часовой стрелке, и секция относится к правой параллельной ветви. Затем при вращении якоря секция щеткой будет закорочена. В конце коммутации щетка будет расположена на пластине (2). Ток в секции сменит направление, и она перейдет в левую параллельную ветвь (показано пунктиром).

Процесс коммутации длится всего тысячные доли секунды. Такое быстрое изменение направления тока вызывает многие неприятности, в частности, искрение на коллекторе.

Искрение гостируется в специальной таблице:

Степень искрения: 1 — отсутствие искрения.

1 — слабое точечное искрение под небольшой частью щетки. 1 — слабое точечное искрение под большей частью щетки.

2 – искрение под всем краем щетки.

3 – значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных искр.

 

При нормальной коммутации степень искрения не должна превышать 1 .

Искрение определяется не только неудовлетворительной коммутацией, а также определяется механическими причинами, потенциальными неравномерностями. Механическое искрение определяется некачественной щеткой, при плохой обработке и

т. д.

При изучении коммутации будем исходить из двух положений:

1. Будем считать, что контактная поверхность щетки проводит ток равномерно.

2. Удельное сопротивление контакта (переходное сопротивление единицы площади), будем принимать постоянным и не зависимым от плотности тока.

 

 

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

50A Регулятор скорости двигателя (PWM)

от CanaKit

---

• Напряжение питания / нагрузки: от 9 до 24 В постоянного тока (рекомендуется 12 В постоянного тока)
• Дополнительный ЖК-модуль
• Функция плавного пуска
• Максимальный длительный ток: 50 А при 100 Гц
• Частота:
• Фиксированная (100 Гц)
• Регулируемая ( 244 Гц до 3.125 кГц)
• Диапазон рабочего цикла ШИМ: 0% — 100%
• Высокоэффективная конструкция с использованием высокомощного полевого МОП-транзистора для охлаждения
• Включает большие двойные лопаточные клеммы для простоты подключения проводов
• Включает радиатор
• Включает вентилятор 12 В постоянного тока , В комплекте ручки

---

Описание товара

Управляйте скоростью двигателя постоянного тока без ущерба для крутящего момента.Этот контроллер двигателя постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) может обеспечивать максимальный непрерывный ток до 50 А для вашего двигателя постоянного тока или другой нагрузки постоянного тока благодаря конструкции на основе цифрового микроконтроллера (PIC) и высокоэффективному полевому МОП-транзистору высокой мощности для работы в режиме охлаждения. Также доступен дополнительный ЖК-модуль (деталь CanaKit # LCD1133), который будет точно указывать текущую установленную частоту и рабочий цикл для точного управления ШИМ-сигналом. Контроллер имеет два режима работы: фиксированная или регулируемая частота.В режиме работы с фиксированной частотой контроллер работает на частоте 100 Гц. В режиме работы с переменной частотой частота регулируется от 244 Гц до 3,125 кГц. Рабочий цикл полностью регулируется от 0% до 100% в обоих режимах. Контроллер также предлагает встроенную функцию плавного пуска, которая значительно снижает механическую нагрузку на двигатель, а также электродинамическую нагрузку на подключенные кабели и батарею, тем самым увеличивая время автономной работы. продолжительность жизни всей системы. Когда питание подключено к цепи, рабочий цикл начинается с 0% и повышается до заданного значения примерно от 1 до 1.5 секунд. В комплект поставки контроллера мотора входит вентилятор 12 В постоянного тока для надежной и надежной работы при высоких нагрузках. Обратите внимание, что вентилятор постоянного тока рассчитан только на работу с напряжением питания до 12 В постоянного тока. Области применения: управление двигателем, HHO, диммер постоянного / светодиодного света, управление нагревом и т. Д. Размеры: 4,03 «x 2,82»

AB-026: Бездатчиковый стабилизатор скорости для двигателя постоянного тока

Введение

Скорость двигателя — это параметр двигателя постоянного тока, который часто измеряется и регулируется, обычно с помощью дополнительных датчиков и с обратной связью по замкнутому контуру.Для этого метода управления скоростью требуется какой-либо датчик скорости, обычно устанавливаемый на валу двигателя. Некоторые из наших двигателей постоянного тока и мотор-редукторов имеют задние валы специально для этой цели, например, 212-109.

Эта блок-схема, показанная ниже, представляет собой типичную систему управления с обратной связью, которая может быть разработана для работы в аналоговом или цифровом режиме.

Система управления с обратной связью для скорости двигателя постоянного тока

Датчики Холла и оптические датчики

обычно используются с цифровыми контроллерами, тогда как в аналоговых схемах часто используются тахогенераторы.С помощью ШИМ-управления можно достичь хорошей точности, гибкости и снизить потери мощности. Однако это происходит за счет дополнительного компонента и, возможно, модификации механической конструкции, если вы планируете использовать его в существующем продукте.

Для щеточных двигателей постоянного тока можно измерять и регулировать скорость без каких-либо датчиков на двигателе, используя основную характеристику — напряжение обратной ЭДС, зависящее от скорости.

Бессенсорное аналоговое измерение скорости двигателя

Двигатель постоянного тока моделируется как последовательное соединение внутреннего сопротивления и источника напряжения обратной ЭДС.Напряжение на клеммах двигателя складывается из обратной ЭДС и падения напряжения, превышающего сопротивление катушки.

Эквивалентная схема электродвигателя постоянного тока с щеткой

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении якоря зависит от тока двигателя (и, следовательно, от момента нагрузки). Невозможно измерить скорость напрямую, измеряя только напряжение на клеммах двигателя.

Сопротивление обмотки Ra обычно постоянно — хотя оно имеет небольшую температурную зависимость, мы можем компенсировать его, чтобы падение напряжения на якоре двигателя было пропорционально току двигателя.

Поскольку измерить обратную ЭДС напрямую невозможно, нам необходимо рассчитать ее по следующему уравнению:

$$ V_ {мотор} = V_ {bemf} + (I_ {a} \ times R_ {a}) $$

К сожалению, напрямую измерить напряжение якоря также невозможно — однако мы можем подключить дополнительный (внешний) резистор последовательно с двигателем. Измерение падения напряжения на этом последовательном резисторе позволяет нам определить обратную ЭДС.

Эквивалентная схема электродвигателя постоянного тока

с последовательным резистором

Если мы установим значение последовательного резистора равным сопротивлению в двигателе, мы гарантируем, что любое изменение падения напряжения на последовательном резисторе будет равно падению напряжения в якоре:

$$ V_ {a} = I_ {a} \ times R_ {a} $$

$$ V_ {s} = I_ {a} \ times R_ {s} $$

$$ R_ {s} = R_ {a} $$

$$ V_ {s} = V_ {a} $$

Итак, сначала нам нужно узнать или измерить сопротивление якоря двигателя.Это можно сделать путем измерения сопротивления на клеммах двигателя с помощью омметра или путем измерения тока остановки с известным напряжением питания. При использовании последнего предпочтительнее использовать низкое напряжение питания, чтобы избежать повреждения из-за перегрузки по току.

Например, при питании двигателя 1,2 В и измерении 100 мА во время остановки сопротивление якоря рассчитывается как:

$$ V_ {supply} = I_ {stall} \ times R_ {a} $$

$$ R_ {a} = \ frac {V_ {supply}} {I_ {stall}} $$

$$ R_ {a} = \ frac {1.2 В} {100 мА} $$

$$ R_ {a} = 12 \ Omega $$

При использовании омметра для измерения оконечного сопротивления снимите среднее значение нескольких показаний при разных положениях ротора.

Напряжение питания будет равно напряжению последовательного резистора, напряжению сопротивления якоря и напряжению обратной ЭДС.

$$ V_ {supply} = V_ {s} + V_ {a} + V_ {bemf} $$

Мы можем рассчитать напряжение обратной ЭДС, вычитая удвоенное падение напряжения на последовательном резисторе из напряжения питания.

$$ V_ {bemf} = V_ {supply} — (2 \ times V_ {s}) $$

Чтобы уменьшить потери мощности, мы можем использовать более низкое последовательное сопротивление, но резистор в конечном итоге снизит напряжение, воспринимаемое двигателем. Используя мостовую схему, мы можем сохранить высокую чувствительность измерения и компенсировать потери мощности в двигателе:

Мостовая схема для измерения напряжения обратной ЭДС

Правая опора моста состоит из последовательно включенных электродвигателя M и резистора Rs .Левая ножка — это последовательное соединение резисторов R1 и R2 , каждая ножка подключена к источнику питания. Напряжение обратной ЭДС измеряется между точками A и B .

Rload представляет входное сопротивление нашей измерительной цепи. Поскольку он будет состоять из операционного усилителя, его входное сопротивление будет намного больше, чем другие сопротивления в этой схеме (идеальные операционные усилители имеют бесконечное входное сопротивление).

Нам необходимо убедиться, что напряжение между точками A и B не зависит от тока двигателя и напряжения питания и зависит только от скорости двигателя и входного сопротивления измерительной цепи ( Rload ).

Начнем с анализа схемы без обратной ЭДС, т.е. когда двигатель остановлен. Для балансировки моста напряжение между точками A и B должно быть равно нулю. Это происходит до тех пор, пока соотношение между R1 и R2 такое же, как Rs и Ra :

$$ \ frac {R_ {2}} {R_ {1}} = \ frac {R_ {a}} {R_ {s}} $$

ч — коэффициент усиления нашего моста:

$$ h = \ frac {R_ {1}} {R_ {2}} = \ frac {R_ {s}} {R_ {a}} $$

Если мы выведем двигатель из состояния остановки, напряжение обратной ЭДС пропорционально скорости:

$$ V_ {bemf} = k_ {e} \ times n $$

, где ke, — электрическая постоянная для нашего двигателя, а n — скорость двигателя.

Если двигателю разрешено вращаться со скоростью холостого хода, для идеального двигателя мы ожидаем, что Ia равно 0. Это потому, что идеальные двигатели игнорируют сопротивление воздуха и трение подшипников. Напряжение на холостом ходу:

$$ V_ {rpm_ {NL}} = k_ {e} \ times n_ {NL} $$

Отсюда Vbemf можно подписать как:

$$ V_ {bemf} = V_ {rpm_ {NL}} \ times \ frac {n} {n_ {NL}} = V_ {rpm_ {NL}} \ times K $$

Где K — коэффициент пропорциональности между Vbemf и V_rpm в нашей схеме.{2} \ times R_ {load}} \ times R_ {load} $$

А для работы без нагрузки:

$$ V_ {rpm} = \ frac {h} {h + 1} \ times V_ {rpm_ {NL}} \ times K $$

Выходное напряжение между точками A и B не зависит от источника питания и тока двигателя, как без нагрузки, так и при работе под нагрузкой. Он зависит от х , и при увеличении выходное напряжение также увеличивается.

Как упоминалось ранее, сопротивление якоря будет изменяться в зависимости от температуры, что приводит к разбалансировке моста и влиянию на выходную мощность В об / мин .Чтобы свести к минимуму этот эффект, мост следует настраивать, когда двигатель находится при рабочей температуре.

Этот метод стабилизации скорости был популярным решением для регуляторов скорости вращения ротора регулятора, используемых в магнитофонах, использующих аналоговую электронику. В эпоху магнитофонов многие компании производили микросхемы для управления двигателем постоянного тока, чтобы лента двигалась с постоянной скоростью. Это было интересное решение, потому что оно работало линейно и не создавало шума, как контроллеры на основе ШИМ.

Общие ИС включают LA5586, TDA7274, BA6220 и AN6550. К сожалению, производство большинства из них было снято с производства, и теперь их можно приобрести только на вторичном рынке. Схемы в микросхемах немного отличались, но принцип работы по-прежнему основан на мостовой схеме, описанной выше.

LA5586 Эквивалентная цепь регулятора скорости двигателя и прикладная схема

Обратите внимание, что эквивалентная схема нарисована с источниками тока и постоянным коэффициентом тока. Коэффициент текущей ликвидности составляет от 20 до 40, в зависимости от конкретной ИС, и обозначен как K .В интегральных схемах легко сделать два источника тока с одинаковыми температурными параметрами.

Двигатель подключен к одной ветви моста, а вторая ветвь содержит резистор со значением K, в раз превышающим внутреннее сопротивление двигателя.

Цепь установившегося состояния для контроллера двигателя

В установившемся режиме ток двигателя в K в раз больше, чем ток через Rt . Отрицательный вход операционного усилителя подключен к источнику напряжения, поэтому падение напряжения на резисторе Rt всегда будет ниже, чем напряжение двигателя.Разница будет равна Vref . Напряжение в точке A (относительно земли) всегда будет выше, чем напряжение в точке B .

Без Rs ток через Rt в 40 раз меньше тока двигателя. Когда нагрузка двигателя увеличивается, напряжение в точке B увеличивается, и выходное напряжение усилителя также увеличивается. Более высокое напряжение усилителя вызывает более высокий ток двигателя, что увеличивает крутящий момент двигателя.Регулировка скорости может быть достигнута путем добавления шунтирующего резистора — напряжение между точками A и B всегда равно опорному напряжению, поэтому легко контролировать дополнительный ток, добавленный к Rt .

Эта схема будет сбалансирована, когда напряжение двигателя равно сумме напряжений на Rt и Rs ( Vref ). Уравнение установившегося состояния:

$$ I_ {m} \ times R_ {m} + V_ {bemf} = R_ {T} \ times I_ {s} + R_ {T} \ times \ frac {I_ {s} + I_ {m}} { K} + V_ {ref} $$

Отсюда уравнение для обратной ЭДС:

$$ V_ {bemf} = V_ {ref} + (1+ \ frac {1} {K}) \ times R_ {T} \ times I_ {s} + \ frac {R_ {T}} {K — R_ {m}} \ times I_ {m} $$

Предполагая:

$$ K \ times R_ {m} = R_ {T} $$

, то количество оборотов, определяемое Vbemf , составляет:

$$ V_ {bemf} = V_ {ref} + R_ {T} \ times (1+ \ frac {1} {K}) \ times I_ {s} $$

Важно, чтобы во всех случаях Rt было меньше, чем K x Rm , иначе цепь будет чрезмерно компенсированной и нестабильной.

Аналоговый регулятор скорости с отрицательным сопротивлением

Увеличение нагрузки на двигатель приводит к увеличению потребляемого тока и падению скорости. Также уменьшается обратная ЭДС и напряжение на двигателе, этот метод управления известен как регулятор отрицательного вывода.

В этом случае мы используем операционный усилитель для управления скоростью, поэтому наш R_load будет на тысячи больше, чем другое сопротивление в этой цепи, и его снова можно опустить.

Из предыдущего раздела мы знаем, что напряжение источника питания не изменилось В об / мин , что позволяет нам запитать нашу схему от мощного операционного усилителя или добавить транзистор к выходу стандартного операционного усилителя. .Подключив инвертирующий вход к ножке моста между двигателем и последовательным резистором, мы можем управлять источником питания моста с помощью напряжения, подключенного к неинвертирующему выходу.

Цепь управления напряжением двигателя

Входное напряжение подается на неинвертирующий вход операционного усилителя, а инвертирующий вход подключается непосредственно к клемме двигателя. Мы пока не можем контролировать скорость с помощью схемы, в связи с чем наш усилитель работает как буфер (или повторитель напряжения) с коэффициентом усиления равным 1.По сути, входное напряжение определяет напряжение двигателя.

Можно изменить скорость двигателя, установив напряжение Vin, но это не поддерживает постоянную скорость при изменении нагрузки. При постоянном входном напряжении двигатель будет вращаться быстрее при малых нагрузках и медленнее при увеличении нагрузки. Нам нужно еще несколько компонентов для стабилизации скорости двигателя.

Падение напряжения на Rs пропорционально падению напряжения на сопротивлении якоря двигателя, мы будем использовать это напряжение для компенсации падения напряжения на сопротивлении якоря.Это можно сделать, добавив модификацию схемы к приведенной ниже — добавив R1 и R2 и подключив их среднюю точку к неинвертирующему входу операционного усилителя.

Цепь регулятора скорости двигателя

Соотношение R1 и R2 должно быть таким же, как Rs и Ra для обеспечения стабилизации скорости. На изображении выше показана полная схема и ее эквивалент для руководства, управляющее напряжение должно быть таким же, как напряжение обратной ЭДС при желаемой скорости.

Коэффициент компенсации определяется значением Rs , но удобнее использовать стандартное значение сопротивления, а затем изменить R1 или R2 соответственно.

Если скорость двигателя уменьшается при приложении нагрузки, значение R2 должно быть увеличено (или R1 должно быть уменьшено). Если скорость двигателя начинает колебаться (или имеет тенденцию к увеличению) при приложении нагрузки, R2 следует уменьшить или ( R1 следует увеличить).

Чтобы спроектировать эту схему, нам нужно знать, какое значение обратной ЭДС при желаемой скорости:

1. Для определения напряжения обратной ЭДС на желаемой скорости вал двигателя может быть установлен на бурильщик и приведен в движение. После достижения желаемой скорости (проверенной тахометром) измерьте напряжение на клеммах двигателя с помощью высокоомного вольтметра.
2. Измерить внутреннее сопротивление обмотки с помощью омметра на клеммах двигателя. Хорошо взять среднее значение из нескольких различных измерений положения ротора.
3. Выберите значение Rs из стандартных значений, оно может быть меньше сопротивления двигателя.
4. Выберите R1 и R2 , чтобы соотношение было таким же, как соотношение между Rs и Ra . Фактические значения резистора должны быть больше Rs и Ra для экономии тока. Поскольку эквивалентное сопротивление плеч моста будет другим, операционный усилитель должен быть с низким входным током.
5. Подайте управляющее напряжение, равное желаемой обратной ЭДС.
6. Проверить скорость и соответствующим образом компенсировать (указано в абзаце перед этим списком).

Для температурной компенсации можно выбрать Rs с тем же температурным коэффициентом, что и обмотки двигателя — для меди это 3400 частей на миллион. Этот резистор следует размещать как можно ближе к двигателю, чтобы поддерживать тот же температурный режим.

Простая схема стабилизации скорости двигателя также может быть выполнена только на транзисторах:

Транзисторный регулятор скорости

В этой схеме Т2 работает как выходной каскад, а Т1 как усилитель ошибки.Сигнал на коллекторе T1 является выходным сигналом, эмиттер работает как инвертирующий вход, а база как неинвертирующий вход.

Сигнал напряжения на двигателе подключен к неинвертирующему входу, потому что выходной каскад инвертирует этот сигнал, что означает, что больший сигнал на коллекторе вызывает меньший ток двигателя.

Диоды D1 и D2 создают опорное напряжение, напряжение на эмиттере T1 всегда ниже напряжения на выводах двигателя.Напряжение компенсации берется из R3 и вычитается из напряжения питания моста, которое измеряется делителем напряжения R4 , R5 и R1 .

R7 и C2 — это схема запуска, помогающая преодолеть статическое трение, а C1 — конденсатор компенсации частоты, предотвращающий высокочастотные колебания.

Поскольку нам необходимо точное измерение обратной ЭДС, которое зависит от контактного сопротивления между коммутатором и щетками, лучше всего использовать двигатели с металлическими щетками.Большинство двигателей Precision Microdrive имеют металлические щетки и подходят для этого метода управления скоростью.

Регулятор скорости со специализированным IC

Эта схема основана на AN6651, специализированном контроллере двигателя, который ранее был популярен в магнитофонах.

Цепь регулятора скорости

132-100 и AN6651

AN6651 работает по тому же принципу, что и описанный выше LA5586. Контакты 2 и 4 являются выходами источника тока, соотношение между управляющим выходом (контакт 2) и выходом двигателя (контакт 4) составляет 40: 1.

Сопротивление R1 , подключенное между контактом 2 и источником питания, должно быть в 40 раз больше, чем внутреннее сопротивление двигателя для того же падения напряжения на R1 , что и на внутреннем сопротивлении двигателя:

$$ K = 40 $$

$$ R_ {1} = K \ times R_ {m} $$

Например, используя стандартное значение 390 Ом для R1 (меньшее значение снижает склонность к возникновению колебаний), нам нужно найти значения для последовательного соединения R2 и R3. Давайте возьмем двигатель постоянного тока 132-100 и установим целевую скорость 2400 об / мин.Для начала нам нужны некоторые технические детали:

• Сопротивление двигателя, \ (R_ {m} = 10 \ Omega \)
• Входное напряжение без нагрузки при скорости 2400 об / мин, \ (V_ {m} = 3,87 В \)
• Ток без нагрузки при скорости 2400 об / мин, \ (I_ {m} = 23 мА \)

Мы можем рассчитать падение напряжения на внутреннем сопротивлении как:

$$ 23 мА \ раз 10 \ Омега = 0,23 В $$

, и мы также можем рассчитать Vbemf как:

$$ 3,87 В- 0,23 В = 3.65 В $$

В установившемся состоянии, когда цепь сбалансирована, уравнение для цепи:

$$ I_ {m} \ times R_ {m} + V_ {bemf} = R_ {1} \ times (I_ {R2R3} + \ frac {I_ {R2R3} + Im} {K} + V_ {ref} $ $

Из этого уравнения мы можем рассчитать обратную ЭДС:

$$ V_ {bemf} = V_ {ref} + R_ {1} \ times (1+ \ frac {1} {40}) \ times I_ {R2R3} $$

Как мы знаем из даташита Vref = 1V, значит:

$$ I_ {R2R3} = \ frac {V_ {bemf} — V_ {ref}} {R_ {1} \ times (1+ \ frac {1} {40})} $$

На наш мотор у нас:

$$ I_ {R2R3} = \ frac {3.64 — 1} {390 \ times (1 + \ frac {1} {40})} $$

$$ I_ {R2R3} = 0,0051 A = 5,1 мА $$

С помощью этого значения мы можем рассчитать последовательное сопротивление R2 и R3 :

$$ I_ {R2R3} = \ frac {V_ {ref}} {R2 + R3} $$

$$ R_ {2} + R_ {3} = \ frac {V_ {ref}} {I_ {R2R3}} $$

$$ R_ {2} + R_ {3} = 195 \ Omega $$

Мы можем использовать постоянный стандартный резистор 150 Ом плюс потенциометр 100 Ом, что дает нам диапазон для точной настройки. Вычисленные значения являются приблизительными, в реальной цепи ток внутреннего источника опорного напряжения также имеет значение (между 0.8 — 2 мА для AN6651), это вызовет изменение тока двигателя.

Добавление потенциометра позволяет установке регулировать скорость и должно быть откалибровано через некоторое время, чтобы двигатель прогрелся до рабочей температуры, чтобы минимизировать результирующий сдвиг сопротивления.

Прецизионные микроприводы 132-100 PCB с AN6651

Прецизионные микроприводы 132-100 PCB с AN6651

Регулятор скорости с дискретным операционным усилителем

Это улучшенная версия схемы операционного усилителя, описанной выше, с использованием специальной ИС.Основное улучшение — это работа при низком напряжении, благодаря использованию опорного сигнала с малой шириной запрещенной зоны. Использование этого дискретного компонента минимизирует размер схемы, что идеально подходит для современных небольших корпусов.

Схема на основе ОУ стабилизации скорости двигателя

В этой схеме напряжение компенсации снимается с последовательного резистора R8 , значение которого меньше внутреннего сопротивления двигателя для уменьшения потерь мощности. Вторая опора моста образована из R6 и R7 .Соотношение этих резисторов должно быть таким же, как R8 и сопротивление обмотки двигателя. В качестве типичного значения можно выбрать R8 , тогда следует выбрать R6 и R7 для компенсации внутреннего падения напряжения. Для стабильной работы коэффициент R7 / R6 должен быть больше Rm / R8 .

Эта схема должна подходить для небольших двигателей с номинальным напряжением 1 В ~ 2 В.

Схема стабилизации на основе прецизионных микроприводов ОУ

Контроллер скорости на транзисторах

Двухтранзисторный регулятор скорости двигателя

Эта недорогая схема построена на транзисторах для управления скоростью двигателя, хотя она не обеспечивает такой же точности, как операционный усилитель, ее можно сделать очень маленькой и полезной для недорогих приложений.

В этой схеме опорное напряжение составляет 1,2 В, и D1 работает как опорное напряжение. Обратная ЭДС двигателя больше опорного напряжения — в зависимости от R2 , R3 и R4 Делитель напряжения :

1. Во-первых, нам нужно установить коэффициент делителя напряжения, наше опорное напряжение составляет 1,2 В, а когда желаемая обратная ЭДС составляет 3,6 В, делитель напряжения R2 , R3 и R4 должен иметь коэффициент: \ ( \ frac {3.6} {1.2} = 3 \)
2. Итак, у нас есть максимальный диапазон для точной настройки схемы, это нужно делать, когда потенциометр ( R3 ) находится в среднем положении. Теперь нам нужно разделить оставшееся значение между каждым из других резисторов.
3. Когда мы знаем коэффициент делителя напряжения, выбрать R6 и R8 легко. У нас должно быть одинаковое соотношение между делителем напряжения R6 , R8 и внутренним сопротивлением двигателя.

Этот контур разработан для одной постоянной скорости, и изменение скорости с помощью триммера влияет на компенсацию скорости.Таким образом, триммер следует использовать только для настройки этой схемы в диапазонах очень низких скоростей. Чтобы использовать эту схему с широким диапазоном настройки скорости, нам необходимо внести некоторые изменения:

Трехтранзисторный регулятор скорости двигателя

Эта схема работает по тем же правилам, что и предыдущая версия с двумя транзисторами, но основным улучшением является увеличение коэффициента усиления для опорного напряжения транзистором Q2 . Это позволяет нам использовать источник опорного напряжения с малой шириной запрещенной зоны, который более стабилен, чем стандартные диоды.Другим улучшением по сравнению с добавлением Q2 является температурная компенсация Vbe между транзисторами Q1 и Q2 .

Расчет этой схемы начинается с задания напряжения обратной ЭДС. В этой схеме опорное напряжение равно LM385 — 2,5 В и напряжение Vbe из Q2 :

.

$$ V_ {ref} = V_ {bg_ {ref}} + V_ {be} = 1,2 В + 0,7 В = 1,9 В $$

Если нам нужно, чтобы Vbemf составлял 3,8 В, коэффициент делителя напряжения R2 , R4 и R3 должен быть 2: 1.Потенциометр ( R3 ) предназначен для точной настройки этого напряжения, но в этой схеме изменение скорости с помощью триммера вызовет изменение компенсации. Таким образом, R3 предназначен только для окончательной настройки скорости в небольшом диапазоне, скажем, 5% или меньше, и должен использоваться только для компенсации допуска других значений компонентов.

После установки этого делителя напряжения выбрать значение R6 и R7 легко, когда мы знаем внутреннее сопротивление двигателя. Эквивалентное параллельное соединение R6 , R7 и сопротивление двигателя должны иметь такое же соотношение, что и делитель напряжения R2 , R3 и R4 (с потенциометром R3 , установленным в среднее положение).

Прецизионные микроприводы Трехтранзисторный контроллер скорости двигателя

Прецизионные микроприводы Трехтранзисторный контроллер скорости двигателя

Режим переключения аналоговый регулятор скорости

В этой статье описывается простая реализация аналогового регулятора скорости двигателя, основанная на измерении обратной ЭДС и управляющем сигнале ШИМ.

При использовании ШИМ с двигателем постоянного тока все еще можно управлять скоростью двигателя без каких-либо датчиков. Используя типичный недорогой драйвер с одним полевым МОП-транзистором, можно измерить обратную ЭДС, когда двигатель вращается, а транзистор выключен.

Регулирование скорости двигателя с использованием обратной ЭДС в режиме переключения аналоговой схемы

Этот контроллер состоит из модулятора ШИМ, выходного транзистора и схемы «выборки и удержания» (иногда известной как схемы «слежения и удержания»). Модулятор PWM имеет управляющий вход, который позволяет изменять рабочий цикл. Если вы не знакомы, это может показаться сложным, но общая идея довольно проста:

• когда транзистор включен, напряжение питания подключено к клеммам двигателя, ток двигателя Im протекает через двигатель, заставляя его ускоряться
• , когда транзистор выключен, двигатель действует как генератор, и Vm равно Vbemf , что пропорционально скорости двигателя.Срабатывает схема выборки и хранения, которая сохраняет выборку Vbemf в конденсаторе
.

Узел суммирования затем вычисляет разницу между желаемой скоростью и текущей скоростью, поскольку обе представлены напряжением (желаемое напряжение и Vbemf , соответственно). Это напряжение ошибки используется для управления скоростью двигателя путем увеличения или уменьшения рабочего цикла модулятора ШИМ.

Из-за индуктивной природы двигателей постоянного тока измерение обратной ЭДС невозможно сразу после выключения транзистора.Когда транзистор переключается, генерируется сильный индуктивный всплеск, и индуктивный рециркуляционный ток Ir протекает через реверсивный диод. Необходима небольшая задержка, пока напряжение обратной ЭДС не станет стабильным:

Измерение сигнала ШИМ на клеммах двигателя

Этот метод управления может быть выполнен с использованием только аналоговых компонентов или с помощью цифрового микроконтроллера. Практическая реализация контроллера, основанного на этом методе и использующего двигатель постоянного тока 132-100, показана ниже:

Регулятор скорости двигателя на основе измерения обратной ЭДС и выхода ШИМ

В этой схеме напряжение на R2 представляет желаемую скорость, IC1A работает как усилитель ошибки и ПИД-регулятор.

Схема ШИМ-модулятора построена на IC1B и IC2 , где IC1B работает как генератор треугольных волн с частотой, определяемой R12 и C4 .

IC2 действует как компаратор, который сравнивает напряжение треугольного сигнала с выхода IC2 с установочным напряжением от потенциометра R15 . Когда напряжение сигнала треугольника ниже, чем напряжение от R15 , выход компаратора высокий, и двигатель запитан.

Схема выборки и хранения состоит из C3 , R10 , D2 , Q1 , R13 . Когда двигатель питается от T1 , Q2 включен, а узел R13 и D2 закорочен на землю, что не позволяет ему сделать выборку, когда на двигатель подается напряжение Vcc. Диод D2 предотвращает разряд C3 при включенном Q1 .

Когда T1 выключен, Q2 также выключен, и Vbemf может заряжать конденсатор C3 .Напряжение на C3 находится на неинвертирующем входе усилителя ошибки, IC1A . Этот усилитель вычитает текущее напряжение скорости из желаемого напряжения скорости (устанавливается потенциометром R2 ). Когда обратная ЭДС увеличивается, выходное напряжение на IC1A также увеличивается — это смещает уровень сигнала треугольника вверх пропорционально ошибке скорости. Если уровень сигнала треугольника увеличивается, то время, когда выходной транзистор включен, уменьшается, и коэффициент заполнения ШИМ также уменьшается.

Этот усилитель ошибки работает как схема ПИД-регулирования, где коэффициент усиления определяется как \ (\ frac {R_ {5}} {R_ {5} + R_ {10}} \), а постоянная времени определяется как R5 и C2 .

Схема выборки и хранения очень проста, потому что время выборки равно состоянию выключения в рабочем цикле ШИМ, поэтому напряжение выборки напрямую зависит от рабочего цикла. Кроме того, это менее важно, если схема используется для управления приложением, которое не использует полный диапазон скорости двигателя.Его также можно уменьшить по выбору, изменив значения R10 , C3 и R13 , которые позволяют изменять время заряда / разряда C3 .

Диапазон изменения рабочего цикла ШИМ (от приложенного напряжения ошибки) определяется соотношением от R7 до R8 || R9 , однако, поскольку схема Sample & Hold настолько проста, этот диапазон не должен быть очень широким.

Эта схема предназначена для работы в малом диапазоне ШИМ, максимальная нагрузка ШИМ снижается за счет задержки индуктивной нагрузки двигателя, и с ограничением схемы выборки и удержания этот метод не следует использовать для широкого диапазона. диапазон регулирования скорости.

Это демонстрирует принцип работы, поэтому для практического использования настоятельно рекомендуется улучшить простую схему выборки и хранения. Например, схема на основе недорогого LF398 может обеспечить время выборки 10 мкс.

По сравнению с аналоговой схемой отрицательной обратной связи этот метод:

• снижает потери мощности
• может быть более стабильным, так как температура не влияет на напряжение обратной ЭДС (за счет изменения сопротивления обмотки)

Однако это также:

• не подходит для двигателей с высокой индуктивностью
• имеет узкий диапазон регулирования скорости
• имеет тенденцию к колебаниям

Аналоговый импульсный регулятор скорости на двигателе постоянного тока 132-100

Контроллеры скорости

для двигателей постоянного тока и BL

Контроллеры скорости FAULHABER специально разработаны для получения максимальной отдачи от двигателей FAULHABER DC и BL.Они компактны, просты в эксплуатации и обеспечивают точное и эффективное управление скоростью. Индивидуальное регулирование скорости можно легко настроить с помощью компьютера и бесплатного программного обеспечения «FAULHABER Motion Manager».

Speed ​​Control от FAULHABER — это высокодинамичные контроллеры скорости для управления:

В зависимости от размера и состояния поставки на контроллере скорости могут использоваться различные комбинации двигателей и датчиков. Различные размеры, а также гибкие возможности подключения открывают широкий спектр применений в таких областях, как лабораторная техника и производство оборудования, технологии автоматизации, манипуляционные и инструментальные устройства, станки или насосы.

Регуляторы скорости от FAULHABER могут быть адаптированы к данному приложению с помощью программного обеспечения FAULHABER Motion Manager. С помощью контроллеров скорости можно настроить рабочий режим, параметры контроллера, а также тип и масштаб спецификации уставки. Для настройки контроллеров скорости используется USB-адаптер для программирования.

Режимы работы двигателей в сочетании с регуляторами скорости

Скорость двигателя регулируется с помощью ПИ-регулятора с изменяемыми параметрами.В зависимости от версии, скорость в регуляторе скорости определяется через подключенную сенсорную систему или без сенсора по току двигателя. Задание уставки может быть выполнено с использованием аналогового значения или сигнала ШИМ. Направление вращения меняется на противоположное с помощью отдельного переключающего входа. Кроме того, можно считывать сигнал скорости контроллера скорости через частотный выход. Двигатели могут дополнительно работать в качестве регулятора напряжения или в режиме фиксированной скорости.

Защитная функция регуляторов скорости

FAULHABER Регуляторы скорости определяют температуру обмотки двигателя по его нагрузочной характеристике. Динамически в результате доступен пиковый ток, который обычно в 2 раза больше, чем постоянный ток. При постоянно более высокой нагрузке ток ограничивается установленным постоянным током. В случае частого реверсирования с большими присоединенными массами рекомендуется использовать контроллер движения.

Все о контроллерах двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока по-прежнему актуальны в современной промышленности, даже несмотря на то, что они являются одними из старейших электродвигателей. Как они выдержали испытание временем, особенно против всех удивительных новых машин 21 века?

Есть много потенциальных ответов на этот вопрос, но их хорошая управляемость является основной причиной того, что двигатели постоянного тока сохранились. Эта простая машина преобразует постоянный ток в механическое вращение, которым можно управлять, просто изменяя входное напряжение или меняя местами его провода.Элегантность двигателей постоянного тока привела к производству многих контроллеров двигателей постоянного тока, которые часто имеют простую конструкцию и обеспечивают адекватную производительность при их стоимости. В этой статье мы рассмотрим некоторые распространенные контроллеры двигателей постоянного тока, как они работают, и обсудим, какие приложения наиболее популярны для этих систем.

Что такое контроллеры двигателей постоянного тока?

Проще говоря, контроллер двигателя постоянного тока — это любое устройство, которое может управлять положением, скоростью или крутящим моментом двигателя постоянного тока.Существуют контроллеры для щеточных двигателей постоянного тока, бесщеточных двигателей постоянного тока, а также универсальных двигателей, и все они позволяют операторам устанавливать желаемое поведение двигателя, даже если их механизмы для этого различаются.

Наши статьи о параллельных двигателях постоянного тока, двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой и бесщеточных двигателях постоянного тока содержат подробные объяснения того, как работают машины постоянного тока. Подводя итог, можно сказать, что кривая скорость / крутящий момент двигателей постоянного тока обратно линейна, что означает, что их крутящий момент пропорционально уменьшается с увеличением числа оборотов двигателя.Это позволяет упростить управление, так как снижение скорости приведет к увеличению крутящего момента, и наоборот. Кроме того, в отличие от некоторых двигателей переменного тока, двигатели постоянного тока легко реверсируются путем простого переключения их проводов, так что постоянный ток течет в противоположном направлении. Контроллеры двигателей постоянного тока используют эти характеристики уникальным образом, и в этой статье будут рассмотрены наиболее популярные методы.

Типы контроллеров двигателей постоянного тока

Ниже приведены некоторые распространенные методы управления двигателем постоянного тока. Обратите внимание, что эти методы не являются исчерпывающими и что двигателями постоянного тока можно управлять разными способами, включая контроллеры серводвигателей (подробнее см. В нашей статье о контроллерах серводвигателей):

Контроллер направления: H Bridge

Н-мостовая схема — один из простейших методов управления двигателем постоянного тока.На рисунке 1 ниже показана упрощенная принципиальная схема H-моста:

Рисунок 1: Н-мостовая схема для управления направлением двигателя постоянного тока.

Четыре переключателя управляются парами (1 и 4, 2 и 3), и когда любая из этих пар замыкается, они замыкают цепь и приводят двигатель в действие. Следовательно, четырехквадрантный двигатель может быть создан путем соединения определенных переключателей вместе, при этом изменение полярности будет по-разному влиять на двигатель. По сути, эта схема переключает выводы двигателя постоянного тока, который по команде меняет направление вращения на обратное.Они легко продаются в виде микросхем и могут быть найдены в большинстве контроллеров на основе микропроцессоров, поскольку H-мост может быть уменьшен с помощью транзисторов до очень малых размеров.

Н-мосты не только могут изменять направление вращения двигателя, но также могут использоваться для регулирования скорости. Если требуется только направленное управление, тогда H-мост будет использоваться как так называемый безрегенеративный привод постоянного тока. Однако создание рекуперативных приводов постоянного тока может быть усложнено. На рисунке 2 показан график, показывающий, как работают рекуперативные приводы:

Рис. 2: графики, представляющие направление скорости и крутящего момента при изменении полярности двигателя постоянного тока.Обратите внимание, как создается движение, когда они работают в одном направлении, и как достигается разрыв, когда они находятся в оппозиции.

Большинство двигателей постоянного тока замедляются за счет отключения питания двигателя; Рекуперативные приводы включают возможность торможения, когда переключение полярностей во время работы двигателя вызывает замедление. Квадранты 1 и 3 считаются «автомобильными» квадрантами, где двигатель обеспечивает ускорение в любом направлении, и это то, что контролируют нерегенеративные приводы.Квадранты 2 и 4 считаются «тормозными» квадрантами, в которых двигатель замедляется, и от этого выигрывают рекуперативные приводы. Когда скорость двигателя противоположна крутящему моменту двигателя, двигатель становится генератором, в котором его механическая энергия направляет ток обратно к источнику питания (известное как «рекуперативное торможение»). Эта функция снижает потери энергии и может подзаряжать источник питания, эффективно увеличивая КПД двигателя. На рисунке 3 показана упрощенная принципиальная схема для каждого квадранта и показано, как квадранты 2 и 4 отправляют ток обратно в источник для регенерации энергии:

Рисунок 3: Принципиальные схемы для каждого квадранта, показывающие величины напряжения двигателя и напряжения питания.Обратите внимание, как направление тока (I

_a ) перемещается от двигателя к источнику питания в квадрантах 2 и 4.

Когда двигатель замедляется, E _a (напряжение, создаваемое / используемое двигателем) больше, чем напряжение питания (V _a ), и ток будет течь обратно в источник питания. В настоящее время изучается регенеративное торможение в электромобилях и других приложениях, требующих максимальной эффективности. Этот метод не только обеспечивает управление двигателем постоянного тока, но также обеспечивает разумный способ снижения энергопотребления.

Регулятор скорости: широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

PWM может использоваться во многих типах двигателей, как показано в нашей статье о контроллерах двигателей переменного тока. По сути, схемы ШИМ изменяют скорость двигателя, моделируя уменьшение / увеличение напряжения питания. Контроллеры привода с регулируемой скоростью отправляют на двигатель периодические импульсы, которые в сочетании с эффектом сглаживания, вызванным индуктивностью катушки, заставляют двигатель работать так, как будто он питается от более низкого / более высокого напряжения. Например, если на двигатель 12 В подается сигнал ШИМ, высокий (12 В) в течение двух третей каждого периода и низкий (0 В) в оставшееся время, двигатель будет эффективно работать при двух третях полного напряжения, или 8 В.Следовательно, процент снижения напряжения или «рабочий цикл» ШИМ изменяет скорость двигателя. ШИМ легко и недорого реализовать, и можно выбрать практически любой рабочий цикл, что позволяет практически непрерывно контролировать скорость двигателя. ШИМ часто сочетается с Н-мостами, чтобы обеспечить управление скоростью, направлением и торможением.

Контроллер якоря: переменное сопротивление

Другой способ повлиять на скорость двигателя постоянного тока — это изменить ток, протекающий через катушку возбуждения или через якорь.Скорость выходного вала изменится при изменении тока через эти катушки, так как его скорость пропорциональна силе магнитного поля якоря (продиктованного током). Переменные резисторы или реостаты, включенные последовательно с этими катушками, могут использоваться для изменения тока и, следовательно, скорости. Пользователи могут увеличивать сопротивление катушки якоря, чтобы уменьшить скорость, или увеличивать сопротивление статора, чтобы увеличить его, и все это путем регулирования сопротивления. Обратите внимание, что этот метод приводит к неэффективности двигателя, поскольку увеличение сопротивления означает потерю большего количества энергии на тепло, и именно поэтому ШИМ является предпочтительным типом контроллера двигателя постоянного тока.

Заявки и критерии выбора

При рассмотрении вопроса о покупке контроллера двигателя постоянного тока есть несколько ключевых вопросов, на которые следует ответить либо вашему исследованию, либо поставщику. Контроллеры двигателей постоянного тока может быть сложно указать из-за их разнообразия, поэтому список вопросов ниже будет надежным инструментом при выборе контроллера для вашего проекта. Обязательно найдите самую последнюю информацию о новейших доступных технологиях, связавшись с вашим поставщиком, и используйте эти вопросы, чтобы сделать осознанный выбор:

1. Каков номинальный диапазон напряжения используемого двигателя и какие части этого диапазона он будет использовать?
2. Какой тип управления желателен (скорость, крутящий момент, направление или все три)?
3. Какой тип двигателя контролируется?
4. Какой постоянный ток может подавать контроллер и соответствует ли он длительному потреблению тока двигателем под нагрузкой?
5. Имеется ли в системе встроенная максимальная токовая / тепловая защита?
6. Какой будет метод управления при использовании микропроцессорных приводов (ШИМ, ПДУ, аналоговое напряжение и т. Д.))? Программное обеспечение необходимо?
7. Вам нужен контроллер с двумя двигателями (один контроллер для двух независимых двигателей)?

Контроллеров двигателей постоянного тока доступно столько же, сколько самих двигателей постоянного тока; их изменчивость — одно из их самых сильных преимуществ. Их приложения также многочисленны, поскольку большинство разработчиков извлекают выгоду из какого-либо пользовательского ввода в их двигатель постоянного тока. В сферах робототехники, производства, военных приложений, автомобилей и многих других используются контроллеры двигателей постоянного тока с отличными результатами.В зависимости от того, как они используются, контроллеры двигателей постоянного тока могут предоставлять простые средства управления с хорошей точностью по приемлемой цене.

Сводка

В этой статье представлено понимание того, что такое контроллеры двигателей постоянного тока и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

1. http: // srjcstaff.santarosa.edu/~lwillia2/2B/2Bch30.pdf
2. https://itp.nyu.edu/physcomp/lessons/dc-motors/dc-motors-the-basics/
3. https://www.ece.uvic.ca
4. https://www.tigoe.com/pcomp/code/circuits/motors/controlling-dc-motors/
5. https://www.elprocus.com/what-are-the-best-ways-to-control-the-speed-of-dc-motor/
6. https://www.robotshop.com/community/tutorials/show/how-to-make-a-robot-lesson-5-choosing-a-motor-controller

Прочие изделия для двигателей

Больше от Instruments & Controls

Принципы проектирования и примеры схем

Электродвигатель постоянного тока (DC) — это самый старый тип электродвигателя, который получил широкое распространение в различных электронных устройствах и оборудовании.Двигатели постоянного тока имеют различное устройство и особенности работы.

Общей чертой и обязательным условием всех двигателей постоянного тока является создание переменного магнитного поля, обеспечивающего их безостановочную работу. В двигателе переменного тока (AC) магнитное поле само меняет полярность.

Двигатель постоянного тока имеет ряд существенных преимуществ, одно из которых — простота системы управления. Здесь мы расскажем, как работает контроллер двигателя постоянного тока и как его использовать.Кроме того, мы поделимся нашим личным опытом и расскажем вам о конструкции и проблемах, с которыми вы можете столкнуться при создании собственного контроллера.

В этой статье мы сосредоточились в основном на щеточных контроллерах двигателей постоянного тока (BDC). Чтобы узнать больше о контроллере двигателя BLDC, его конструкции и принципах работы, вы можете прочитать соответствующую статью в нашем блоге.

Контроллер мотора предназначен для управления производительностью электродвигателя. Независимо от типа двигателя, это электронное устройство может выполнять следующие функции:

• запускать / останавливать двигатель;
• изменить направление вращения;
• контроль скорости и крутящего момента;
• обеспечивают защиту от перегрузки;
• предотвращает электрические неисправности.

Характеристики контроллера двигателя постоянного тока зависят от типа двигателя ( щеточный , бесщеточный , шаговый ) и функциональности устройства, которое использует этот двигатель. Например, контроллер двигателя постоянного тока электромобиля для бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) имеет другую конструкцию и принципы работы по сравнению с промышленным контроллером двигателя постоянного тока щеточного двигателя.

Двумя основными компонентами любого двигателя постоянного тока являются статор и якорь или ротор .Также могут быть другие компоненты, выполняющие важные функции. Таким образом, щеточный электродвигатель постоянного тока состоит из следующих узлов:

статор с обмотками или постоянными магнитами;

якорь, или ротор с обмотками;

— коммутатор или коллектор со щетками, соединяющими якорь с источником постоянного тока.

Ток, протекающий через якорь, вызывает электромагнитное поле, которое заставляет его вращаться. При вращении якоря одинаковые полюса магнитных полей, создаваемых вокруг статора и ротора, отталкиваются друг от друга и обеспечивают однонаправленное движение.

Как только противоположные полюса встречаются, коммутатор переключает ток, подаваемый на якорь. Это создает обратную полярность магнитного поля, и якорь продолжает вращаться.

Принцип работы щеточного двигателя постоянного тока

Контроллер щеточного двигателя постоянного тока управляет скоростью и крутящим моментом двигателя, регулируя подаваемые в него ток и напряжение. Основная конструкция и принципы работы контроллеров двигателей BDC могут различаться в зависимости от их типа.

Существуют различные типы контроллеров двигателей постоянного тока, а также принципы их классификации. Инфографика ниже показывает это разнообразие.

Принципы классификации контроллеров двигателя постоянного тока

Во-первых, контроллеры различаются в зависимости от типа двигателя постоянного тока. Например, в отличие от щеточного двигателя постоянного тока, бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) имеет электронный коммутатор без щеток. Он имеет ротор с постоянными магнитами и статор с обмотками.

Контроллер бесщеточного двигателя постоянного тока использует датчики для определения положения ротора.Он переключает ток в обмотках с помощью транзисторов. В нашей статье, посвященной контроллеру мотора BLDC, мы подробно описываем принципы его работы и конструктивные особенности.

Шаговый двигатель относится к группе бесщеточных двигателей постоянного тока, но его отличительной особенностью является то, что он вращается ступенчато или ступенчато. После каждого шага ротор останавливается под определенным углом. Это позволяет устройству, приводимому в действие этим двигателем, с высокой точностью сдвигать и фиксировать положение. Контроллер шагового двигателя подает импульсный ток, возбуждая полюса статора и заставляя ротор двигаться.

Остальные классификации типичны почти для любого контроллера электродвигателя. Давайте кратко рассмотрим их на примере щеточного контроллера двигателя постоянного тока.

Контроллер двигателя BDC регулирует скорость и крутящий момент, изменяя мощность, подаваемую на двигатель. Этого можно добиться с помощью линейного или импульсного регулятора напряжения. Это может быть часть контроллера или отдельная система.

Основная идея линейного регулятора — обеспечить стабильное выходное напряжение.Он сохраняет свою величину постоянной независимо от входного напряжения, подаваемого от источника питания. Импульсный регулятор использует метод с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) .

ШИМ-контроллер двигателя постоянного тока позволяет подавать напряжение импульсами, изменяя его коэффициент заполнения (отношение импульса к периоду импульса). Таким образом, вы можете регулировать скорость двигателя, регулируя различные рабочие циклы. Импульсный регулятор имеет более высокий КПД и меньшие потери мощности. ШИМ широко используется в конструкции регуляторов скорости для двигателей постоянного тока.

Мощность двигателя зависит от тока, подаваемого источником питания. Таким образом, для маломощного двигателя BDC необходим слаботочный контроллер, и наоборот. Сильноточный контроллер двигателя постоянного тока обычно использует импульсный регулятор.

В зависимости от напряжения, необходимого для работы двигателя, вы можете выбрать регулятор низкого или высокого напряжения. Импульсный стабилизатор хорошо подходит для контроллеров с широким диапазоном рабочего напряжения. Линейный регулятор лучше подходит для низковольтного контроллера двигателя постоянного тока, поскольку чрезмерное входное напряжение может вызвать потерю мощности и даже тепловую перегрузку.

Контроллеры

подразделяются на цифровые и аналоговые версии. Основное различие между цифровым контроллером двигателя постоянного тока и его аналоговым вариантом заключается в том, что первый состоит из аппаратного и микропрограммного обеспечения на основе микроконтроллера (MCU).

Некоторые типы контроллеров двигателей постоянного тока могут получать обратную связь от двигателей, обнаруживать ошибки и исправлять их, приводя значения в соответствие с уставками. Они называются контроллерами с обратной связью или с обратной связью .

В качестве альтернативы, контроллер с разомкнутым контуром или без обратной связи не может повлиять на ситуацию, даже если произойдет сбой, поскольку он не обнаружит его. Такие контроллеры можно встретить в простых системах, не нуждающихся в автоматическом управлении.

Системы с обратной связью и с обратной связью являются фундаментальными концепциями теории управления. В зависимости от требований или сложности электронного устройства вы можете реализовать систему управления с обратной связью или без нее. Например, шаговый двигатель может работать с контроллером без обратной связи.Контроллер серводвигателя постоянного тока, используемый для точного позиционирования в высокопроизводительных приложениях, представляет собой систему с обратной связью.

Системы управления с обратной связью и с обратной связью

На рисунке выше показаны примеры систем управления с обратной и обратной связью. В первом случае контроллер мотора робота получает обратную связь и регулирует скорость в соответствии с ландшафтными условиями. В случае системы без обратной связи контроллер мотора не получает обратной связи. Таким образом, скорость робота уменьшается по мере того, как он достигает плато.

Двигатели постоянного тока могут найти применение в различных устройствах и системах в зависимости от их характеристик. Таким образом, шаговые и серводвигатели приводят в движение машины, требующие точного позиционирования, такие как:

• роботов;
• принтеров;
• фотоаппаратов;
• Станки с ЧПУ.

Помимо управления с обратной связью, усовершенствованные серводвигатели постоянного тока с контроллером двигателя постоянного тока с регулируемой скоростью демонстрируют высокую производительность и надежность в сложных промышленных приложениях.

Отсутствие щеток, которые являются деталями, подверженными износу, делает двигатели BLDC более долговечными.Кроме того, электронный коммутатор не создает искр и снижает электромагнитные помехи (EMI) . Таким образом, эти двигатели широко применяются в электромобилях, системах отопления и вентиляции из-за своей надежности. Вы можете узнать больше о конструкции и применении бесщеточных двигателей в нашей статье о контроллере двигателя BLDC.

Двигатели постоянного тока с щеткой используются уже около двухсот лет. Хотя более современные технологии частично заменили их, они по-прежнему популярны в различных отраслях и приложениях.

Двигатели BDC могут иметь очень простую конструкцию и легкие в управлении (для некоторых из них может даже не потребоваться контроллер). Это экономичное решение, которое идеально подходит для низковольтных устройств, работающих от литий-ионных батарей, включая робототехнику и бытовую электронику.

При создании автономной газонокосилки-робота мы установили реверсивный контроллер двигателя постоянного тока с импульсным ШИМ-регулятором для щеточного двигателя постоянного тока, выбранного заказчиком. Идея заключалась в разработке экономичной системы с низким энергопотреблением.

Робот мог легко двигаться в любом направлении, избегать препятствий, останавливаться и немедленно двигаться снова. Мы достигли этого с помощью контроллера двигателя постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией, который регулировал скорость и направление вращения двигателя.

Прототипы печатных плат газонокосилки-робота

Доступность и простота реализации двигателей BDC и их контроллеров делают их подходящим решением для ряда проектов. В этой статье мы хотели бы поделиться нашим собственным опытом в разработке и реализации контроллера щеточного двигателя постоянного тока.Вы также узнаете о проблемах, с которыми можете столкнуться, если решите построить его самостоятельно.

Традиционной схемой контроллера мотора BDC является H-мост . Это электронная схема с четырьмя переключателями открытия / закрытия, которые по очереди подают положительное и отрицательное напряжение. При включении переключателей на стороне высокого и низкого давления по диагонали двигатель вращается в одном направлении. Направление вращения изменится, как только эти переключатели разомкнуты, а противоположные переключатели замкнуты.

Если вам нужен двигатель с однонаправленным вращением, вы можете построить контроллер двигателя BDC, используя более простую схему с одним переключателем открытия / закрытия.Выбирая транзисторный ключ, убедитесь, что он соответствует требуемым параметрам двигателя, например, максимальному току. В противном случае транзистор перегорит.

Соответствие системным требованиям — это основной принцип, которому вы должны следовать при выборе компонентов для схемы контроллера двигателя постоянного тока. Это относится к микроконтроллерам, драйверам затворов, необходимым для управления транзисторами, и другим компонентам.

Можно использовать интегральную схему (ИС) или дискретные компоненты.С точки зрения разработчика, микросхема контроллера двигателя постоянного тока — более простое и удобное решение. С дискретной схемой потребуется время и усилия для сборки и пайки компонентов. Однако конструкция интегральной схемы довольно дорога, и она может заработать только в случае массового производства.

Интегрированный драйвер H-моста представляет собой схему со встроенными силовыми транзисторами. Несмотря на простоту и надежность конструкции, ИС драйвера затвора предназначена для низковольтных и маломощных приложений.Кроме того, такие драйверы затвора не взаимозаменяемы. Если они будут сняты с производства, вам придется перепроектировать схему вместе с печатной платой.

Н-мостовая схема контроллера двигателя постоянного тока

Конструкция схемы контроллера двигателя постоянного тока зависит от типа сигнала, регулирования мощности, системы управления и других характеристик. Вы можете выбрать один из различных вариантов в зависимости от ваших технических характеристик и ограничений бюджета.

В сотрудничестве с Basicmicro Motion Control мы создали щеточные контроллеры двигателей BDC для комплектов для самостоятельного изготовления роботов.Это был регулируемый контроллер двигателя постоянного тока с импульсным регулятором напряжения. Важной особенностью контроллера является то, что он может использовать как систему с обратной связью, так и систему с обратной связью.

С помощью наших 2-канальных контроллеров двигателей BDC пользователи могут управлять роботами удаленно через модуль беспроводной связи. Наша команда обеспечила электронный дизайн и разработку встроенного программного обеспечения для проекта.

Контроллеры двигателей BDC компании Integra для домашних роботов

Мы использовали Н-мостовую схему для контроллеров.Поскольку это была дискретная схема, инженерам Integra пришлось выбрать микроконтроллеры и драйверы затворов с отдельными полупроводниковыми переключателями. Мы выбрали силовые полевые МОП-транзисторы , которые хорошо подходят для контроллеров низкого напряжения, из-за следующих преимуществ:

• высокая скорость переключения;
• низкая цена;
• простота обслуживания;
• высокая эффективность.

При разработке схемы контроллера сильноточного двигателя постоянного тока мы использовали IGBT , который сочетает в себе характеристики силовых полевых МОП-транзисторов и биполярных переключателей.Он обеспечивает высокий уровень тока и хорошо подходит для сложных систем силовой электроники.

Другой вариант, который вы можете выбрать для своего проекта, — это транзистор GaN , сделанный из твердого и чрезвычайно прочного полупроводникового материала. Он может выдерживать высокие температуры и работать в очень высоких диапазонах частот и напряжений. GaN используются в мощной электронике, промышленных и аэрокосмических приложениях. Однако стоимость их производства по-прежнему очень высока, так что это также повысит стоимость вашей схемы.

В результате был разработан программируемый контроллер двигателя постоянного тока с несколькими режимами работы. Управлять им можно с помощью аналоговых и цифровых сигналов. Кроме того, он может использовать систему с обратной связью и считывать данные с цифрового квадратурного кодировщика , установленного на роторе.

Энкодер в разобранном виде

Энкодер преобразовал скорость и направление вращения двигателя в цифровые сигналы, распознаваемые контроллером. Когда произошли изменения, контроллер при необходимости скорректировал управляющие воздействия.

Для обеспечения безопасной работы двигателя наши разработчики реализовали системы защиты от перегрузки по току, перенапряжения и перегрева. Для этого мы добавили соответствующие датчики в конструкцию контроллера двигателя постоянного тока.

Создание контроллера мотора BDC может быть довольно простым делом, но все же сопряжено с некоторыми трудностями. Это может относиться как к проектированию схем, так и к разработке микропрограмм. Давайте посмотрим на вещи, которые могут потребовать вашего особого внимания.

Как мы упоминали ранее, переключатели разомкнуты и замкнуты по диагонали в H-мостовой схеме, но эти действия не могут происходить одновременно.Всегда будет момент, когда все транзисторы будут открыты. Это может привести к потере напряжения и мощности или даже короткому замыканию, если противоположные верхний и нижний переключатели находятся во включенном положении.

Чтобы избежать этой ситуации, вы можете ввести мертвое время . Это короткий промежуток времени, когда все переключатели H-мостовой схемы замкнуты. Используя время простоя, вы можете убедиться, что верхний переключатель размыкается только после замыкания нижнего переключателя.

Мостовая схема Half-H и сигнал ШИМ с мертвым временем

Частота ШИМ (количество периодов импульсов в секунду) — важный параметр, который вы должны отрегулировать надлежащим образом.Чем ниже частота, тем выше потери мощности, и наоборот. Однако, если частота ШИМ слишком высока, у MCU могут возникнуть проблемы с генерацией сигналов ШИМ требуемого значения. Кроме того, очень высокая частота может привести к неисправности драйвера затвора и транзисторных ключей, поскольку они могут быть несовместимы с ним.

При написании прошивки не забудьте установить правильную частоту ШИМ, чтобы обеспечить бесперебойную работу вашего контроллера мотора.

При работе с щеточным двигателем постоянного тока вы можете столкнуться с проблемой чрезмерных электромагнитных помех.Возникает из-за постоянного переключения коммутатора, влияет на соседние электронные компоненты. Чтобы уменьшить его, вы можете реализовать различные фильтры, защищающие провода от электромагнитных помех.

При разработке контроллеров двигателей BDC для нашего проекта робототехники нам пришлось столкнуться с некоторыми проблемами.

Основными требованиями заказчика были широкие диапазоны рабочего напряжения и тока. На тот момент не существовало подходящих готовых интегрированных драйверов затвора или полупроводников на основе GaN. Кроме того, этот диапазон был слишком низким для IGBT.Таким образом, нам пришлось искать решение среди дискретных силовых полевых МОП-транзисторов.

Наша команда рассмотрела несколько вариантов схем и выбрала стандартный драйвер затвора с внешними полевыми МОП-транзисторами. Реализовав это решение с дискретными компонентами, мы упростили схематическое проектирование и сократили затраты на разработку. В результате инженеры компании «Интегра» добились стабильной работы контроллера мотора BDC в диапазоне от 6 до 24 вольт и до 25 ампер.

Как только мы использовали дискретную схему, ответственность за основные функции контроллера мотора BDC возлагалась на MCU.Наши инженеры реализовали алгоритмы, которые генерируют сигналы ШИМ с необходимыми рабочими циклами и мертвым временем.

При внедрении системы управления с обратной связью мы столкнулись с проблемой с микроконтроллером, который не мог обрабатывать выходные сигналы кодировщика. Поэтому нам пришлось добавить CPLD , который мог считывать высокочастотные сигналы. Если вы планируете создать щеточный контроллер двигателя постоянного тока с обратной связью, убедитесь, что ваш MCU может предоставить такую ​​возможность.

Щеточный двигатель постоянного тока — один из наиболее распространенных типов электродвигателей.Он широко используется в бытовой электронике, робототехнике, маломощных промышленных и автомобильных приложениях. Двигатель BDC, как и его система управления, имеет простую конструкцию и легкую реализацию.

Сейчас, когда доступны некоторые жизнеспособные альтернативы, двигателю BDC становится все труднее оставаться конкурентоспособным в мощной электронике. Кроме того, в его контроллере есть щетки, и вам со временем придется заменять эти носимые детали. Однако при правильном использовании и обслуживании он может обеспечить эффективную и длительную работу.

Если вам нужен контроллер для двигателя BDC, вы можете использовать готовое устройство, полностью соответствующее вашим требованиям. Или вы можете создать собственное решение с индивидуальной схемой и нестандартной прошивкой. Производители электроники и полупроводников предлагают широкий выбор аппаратных и программных компонентов, которые вы можете использовать в своем проекте. Например, при создании схемы контроллера двигателя BDC для газонокосилки-робота мы использовали STM32F4, который является частью экосистемы STM32 для управления двигателем.

Поручая свой проект внешней команде инженеров, убедитесь, что они обладают соответствующими навыками и опытом. Опытный разработчик учтет каждый нюанс и разберется, как спроектировать контроллер двигателя постоянного тока для вашего конкретного проекта.

Компания Integra предоставила услуги по проектированию схем, компоновке печатных плат и разработке микропрограмм для 150+ проектов , включая преобразователи мощности, регуляторы напряжения и средства управления двигателями. За время нашего опыта более 7 лет мы работали с широким спектром микроконтроллеров и полупроводниковых устройств.Мы создали схемы для приложений, которые работают во всем диапазоне тока, напряжения и частоты коммутации.

Если вы планируете создать контроллер двигателя постоянного тока для электромобиля, робота или бытовой техники, напишите нам и получите помощь в проектировании электроники, разработке прошивки и сопутствующих услугах.

Основы ШИМ-управления скоростью для щеточных электродвигателей постоянного тока | Сообщество RobotShop

Рассказ

Матовый электродвигатель постоянного тока — наиболее широко используемый электродвигатель благодаря своей простоте.Его область применения варьируется от игрушек, небольших электроприборов до машин промышленной автоматизации и робототехники. В большинстве случаев мы не хотим запускать двигатель на фиксированной скорости, поэтому регулирование скорости имеет важное значение. Управление скоростью двигателя довольно просто, поскольку скорость щеточного двигателя постоянного тока пропорциональна приложенному напряжению. Что нам нужно сделать, так это просто изменить напряжение источника питания.

Но подождите, это звучит проще, чем есть на самом деле.Что делать, если я хочу запитать двигатель от источника постоянного напряжения, например от батареи?

Может, попробовать периодически включать и выключать мотор, нажимая на такой выключатель?

Нет, двигатель слишком резкий. Попробуем быстрее нажать на переключатель.

Да, мы довольно близко, но еще не достигли цели.

Как насчет того, чтобы мы нажимали переключатель 20 000 раз в секунду? Извините, я не могу показать вам видео, потому что у меня недостаточно быстрые пальцы.

Однако мы можем заменить механический переключатель на электронный переключатель, такой как BJT или MOSFET. Этот электронный переключатель может переключаться от сотен до тысяч раз в секунду с помощью микроконтроллера (например, Arduino, Raspberry Pi и т. Д.).

Чтобы контролировать скорость двигателя, нам просто нужно изменить соотношение времени включения и выключения (рабочий цикл). Этот метод называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Когда двигатель переключается на высокой частоте, он ведет себя так, как будто он питается от чистого постоянного напряжения из-за механической инерции и индуктивности катушки.Инерция двигателя предотвращает быстрое изменение скорости двигателя, в то время как свойство индуктора не позволяет току изменяться мгновенно.

Итак, какова оптимальная частота для сигнала ШИМ? Для этого нет жестких правил. Я бы порекомендовал использовать диапазон от 16 до 20 кГц, так как это выходит за пределы слышимого человеком диапазона, поэтому шум переключения не слышен. И все же он достаточно низкий, чтобы с ним мог работать полевой МОП-транзистор.

Кстати, выходная частота ШИМ Arduino по умолчанию составляет около 490 Гц.Это не идеально, но все же можно использовать.

Это суммирует влияние различной частоты ШИМ:

• Низкая частота ШИМ:
• Мотор рывками
• Пониженный КПД двигателя
• Шумно в пределах слышимости человека
• Меньшие потери переключения полевого МОП-транзистора
• Более дешевые компоненты

Более высокая частота ШИМ:

• Двигатель плавный
• Более высокий КПД двигателя
• Тихий (> 16 кГц)
• Более высокие потери переключения MOSFET
• Стоимость комплектующих выше

Произошла ошибка

Повторите попытку позже или попробуйте нашу домашнюю страницу еще раз.
Bitte versuchen Sie es später oder schauen Sie ob die Homepage funktioniert.

Ошибка: E1020

Австралия Электронная почта

Максон Мотор Австралия Пти Лтд

Unit 1, 12-14 Beaumont Road
Гора Куринг-Гай Новый Южный Уэльс 2080
Австралия

Benelux Электронная почта

maxon motor benelux B.V.

Йосинк Колквег 38
7545 PR Enschede
Нидерланды

Китай Электронная почта

Максон Мотор (Сучжоу) Ко., Лтд

江兴东 路 1128 号 1 号楼 5 楼
215200 江苏 吴江
中

Германия Электронная почта

двигатель maxon gmbh

Truderinger Str. 210
81825 München
Deutschland

Индия Электронная почта

maxon precision motor India Pvt.ООО

Niran Arcade, № 563/564
Новая Бел Роад,
RMV 2-я ступень
Бангалор — 560 094
Индия

Италия Электронная почта

maxon motor italia S.r.l.

Società Unipersonale
Via Sirtori 35
20017 Rho MI
Италия

Япония Электронная почта

マ ク ソ ン ジ ャ パ ン 株式会社

東京 都 新宿 区 新宿 5-1-15
〒 160-0022
日本

Корея Электронная почта

㈜ 맥슨 모터 코리아

서울시 서초구
반포 대로 14 길 27, 한국 137-876

Португалия Электронная почта

maxon motor ibérica s.

C / Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Швейцария Электронная почта

максон мотор аг

Брюнигштрассе 220
Постфах 263
6072 Sachseln
Schweiz

Испания Электронная почта

maxon motor ibérica s.a. Испания (Барселона)

C / Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Тайвань Электронная почта

maxon motor Тайвань

8F.-8 №16, переулок 609 сек. 5
П. 5, Chongxin Rd.
Sanchong Dist.
Нью-Тайбэй 241
臺灣

Великобритания, Ирландия Эл. Почта

максон мотор великобритания, лтд

Maxon House, Hogwood Lane
Finchampstead
Беркшир, RG40 4QW
Соединенное Королевство

США (Восточное побережье) Электронная почта

Прецизионные двигатели maxon, inc.

125 Девер Драйв
Тонтон, Массачусетс 02780
США

США (Западное побережье) Электронная почта

Прецизионные двигатели maxon, inc.

1065 East Hillsdale Blvd,
Люкс 210
Фостер-Сити, Калифорния 94404
США

Франция Электронная почта

максон Франция

201 — 715 rue du Chat Botté
ZAC des Malettes
01700 Beynost
Франция

.