Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока: Регулирование скорости вращения электродвигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением (независимым): принцип работы

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – это электродвигатель, у которого обмотки якоря и возбуждения подключаются друг к другу параллельно. Часто по своей функциональности он превосходит агрегаты смешанного и последовательного типов в случаях, если необходимо задать постоянную скорость работы.

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = I_я + I_в, где I_я  — ток якоря, I_в – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом I_в не зависит от I_я, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

• Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
• Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Сферы применения двигателя

Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:

• вентиляторами;
• насосами;
• шахтными подъемниками;
• подвесными электрическими дорогами;
• станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).

Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.

Регулирование частоты вращения

Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

1. Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения I_в уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
2. Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:

• способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
• связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.

1. Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.

Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.

Регулирование скорости вращения электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением

Из выражений (73) и (74) видно, что скорость вращения двигателей смешанного возбуждения можно регулировать тремя способами, рассмотренными выше для электродвигателей параллельного возбуждения, а именно: регулированием подве­денного напряжения, изменением сопротивления цепи якоря и изменением потока возбуждения. Первый способ применим лишь в системе Г—Д, когда электродвигатель питается от отдельного генератора. В этом случае, изменяя ток возбуждения генератора, можно добиться изменения его напряжения, что приводит [см. уравнения (71) — (74)] к изменению числа оборотов электродвигателя. Наибольшее распространение на практике получил второй способ, позволяющий плавно и в достаточно широких пределах регулировать скорость вращения электродвигателей постоянно­го тока. Основной его недостаток — большие потери энергии в регулировочных реостатах, а также громоздкость и значитель­ный вес последних. При данном способе регулирования уравне­ния скоростной и механической характеристик будут практиче­ски те же, что и для электродвигателей последовательного и параллельного возбуждения [см. уравнения (75) и (76)]. Уравнения показывают, что на величину скорости холостого хода n0= U / cФШОВ дополнительное сопротивление R в цепи якоря влияния не оказывает, поэтому все искусственные характери­стики исходят из одной точки n0 на оси ординат (рис. 36). Мяг­кость их определяется величиной сопротивления, включаемого в цепь якоря. Чем больше величина сопротивления R, тем зна­чительней падение напряжения в якорной цепи и тем мягче искусственная характеристика. При переключении сопротив­лений переход с одной характеристики на другую происходит так, как описывалось выше. Наиболее экономичным способом регулирования скорости вращения является третий способ — изменение потока возбужде­ния электродвигателя. Такое регули­рование осуществляется введением в цепь параллельной обмотки воз­буждения ШОВ регулировочного ре­остата РР (рис. 37, а). Очевидно, что при полностью выведенном рео­стате РР электродвигатель работа­ет на естественной характеристике а (рис. 37, б). При введении же различных сопротивлений в цепь обмотки ШОВ величина магнитного потока возбуждения изменяется и соответственно меняется скорость вращения электродвигателя. Регулирование скорости данным способом возможно лишь только вверх от номинальной, так как искусственные характе­ристики, получаемые при введении различных сопротивлении в цепь параллельной обмотки возбуждения, располагаются выше естественной характеристики. Это является одним из существенных недостатков данного способа регулирования скорости. Если учесть, что введение дополнительного сопротив­ления в цепь параллельной обмотки возбуждения приводит к снижению полезного магнитного потока машины, а это, в свою очередь, влечет за собой снижение вращающего момента, развиваемого электродвигателем, то нетрудно понять, что дан­ный способ регулирования скорости применим лишь в случаях малозагруженных электродвигателей, например, при подъеме или спуске легких грузов или грузозахватного приспособления. Приведенные на рис. 37, б характеристики, соответствую­щие рассматриваемому способу регулирования скорости, пере­секают ось ординат в различных точках. Это объясняется тем, что при введении дополнительных сопротивлений в цепь обмот­ки возбуждения скорость холостого хода не остается постоян­ной. Она тем выше, чем больше величина сопротивления в цепи обмотки возбуждения [см. формулу (75)]. Характеристики, приведенные на рис. 37, б, имеют сходя­щийся характер, т. е. по мере снижения магнитного потока же­сткость характеристик электродвигателя уменьшается, что, как уже указывалось, объясняется влиянием реакции якоря при значительных нагрузках. Значительная индуктивность параллельной обмотки возбуж­дения приводит к тому, что переход с одной характеристики на другую при данном способе регулирования скорости проис­ходит по так называемым динамическим характеристикам (см. пунктир на рис. 37, б), которые можно построить после расчета переходных процессов.

Регулирование скорости вращения коллекторного двигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока и мотор-редукторы, созданные на их основе, нуждаются в надежной системе управления скоростью вращения вала. Простым и удобным методом решения проблемы является применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Способ основан на преобразовании постоянного напряжения в импульсное. При этом управление частотой вращения осуществляют путем изменения длительности подающегося импульса.

Например, по такому же принципу используют ШИМ схему в осветительных приборах для регулировки яркости свечения светодиодных ламп. Так как у светодиода небольшое время затухания частота работы устройства регулирования имеет большое значение. Качественные приборы должны полностью исключать мерцание при пониженной яркости свечения.

Управление двигателями постоянного тока методом ШИМ стало возможным благодаря силе инерции. После прекращения подачи напряжения на обмотки вал электродвигателя останавливается не сразу, продолжая движение по инерции. Путем кратковременной подачи напряжения с определенным периодом можно добиться плавного регулирования скорости вращения вала. При этом главным регулирующим параметром является размер паузы между импульсами.

Применение устройства управления для двигателя постоянного тока

Этот метод управления двигателем постоянного тока позволяет плавно изменять скорость вращения вала в широких пределах. ШИМ делает возможным изменение параметров работы двигателя в автоматическом режиме в соответствии с установленными данными. Необходимую информацию регулятор оборотов коллекторного двигателя получает от пользователя или специального датчика, который определяет, температуру, скорость вращения или любой другой параметр. Например, в воздушных системах охлаждения регулятор оборотов изменяет скорость вращения вентилятора на основе данных, полученных от датчика температуры. Это позволяет автоматически замедлять скорость потока воздуха при низкой температуре и увеличивать при высокой.

Схема управления коллекторным двигателем постоянного тока

Простую схему управления двигателем постоянного тока можно собирать из полевого транзистора. Он играет роль электронного ключа, который переключает схему питания двигателя после подачи напряжения на базу. Электронный ключ остается открытым на время, соответствующее длительности импульса.

ШИМ сигнал характеризуют коэффициентом заполнения, который равен обратной величие скважности. Коэффициент заполнения равен отношению продолжительности импульса к периоду его подачи. Скорость движения вала двигателя будет пропорциональна значению коэффициента заполнения. Поэтому, если частота ШИМ сигнала слишком низкая для обеспечения стабильной работы, то вал двигателя будет вращаться заметными рывками. Чтобы гарантировать плавное регулирование и стабильную работу частота должна превышать сотни герц.

Оптимальные значения частоты ШИМ сигнала

Частота может варьироваться в широких пределах от нескольких десятков до нескольких сотен герц. Благодаря емкостной нагрузке происходит сглаживание импульсов. В итоге на двигатель подается «постоянное» напряжение средней величины в зависимости от параметров управляющей системы. Например, если двигатель получает питание от сети напряжением 10В, и к нему подключить регулятор с длительностью импульса равной половине периода подачи, то эффект будет таким же, как при подаче 5В на двигатель напрямую.

Сложности при ШИМ регулировании скорости двигателя постоянного тока

ШИМ является популярным методом регулирования аналоговым напряжением в различных схемах. При использовании этого способа регулирования пользователь может столкнуться с непредсказуемым поведением двигателя. Например, вал может начать вращение в обратную сторону. Это происходит при низких емкостных нагрузках. В коллекторных двигателях в процессе работы происходит постоянное переключение обмоток якоря. Когда подключают регулятор, начинает происходить отключение и включение питание с определенной частотой. Дополнительная коммутация в сочетании с коллекторной может привести к проблемам с эксплуатацией двигателя. Поэтому устройства управления с ШИМ регулированием двигателя должны быть тщательно продуманы и проработаны.

Также причиной нестабильной работы электродвигателя может стать факт влияния силы тока на скорость вращения ротора, которая находится в зависимости от уровня приложенного напряжения. Проблемы могут возникнуть при эксплуатации двигателей на малой скорости по отношению к номинальному значению.

Например, у пользователя есть двигатель, который при номинальном напряжение вращает ротор со скоростью 10об/сек. Чтобы понизить скорость до 1 об/сек недостаточно просто снизить напряжение до 1В. Подобрать подходящее значение подаваемого напряжения сложно и если пользователю и удастся, то при незначительном изменении условий эксплуатации скорость снова изменится.

Решением проблемы является применение системы автоматического регулирования или кратковременное включение электродвигателя на полную мощность. Движение ротора будет происходить рывками, но при правильно подобранной частоте и длительности подаваемых импульсов можно сделать вращение более стабильным. Так, добиваются устойчивого движения вала электродвигателя с любой скоростью, которая не будет меняться в зависимости от нагрузки.

Реализация ШИМ

Многие модели современных ПЛК контроллеров предоставляют возможность организации ШИМ. Но иногда доступных каналов оказывается недостаточно и приходится использовать программу обработки прерывай.

Алгоритм реализации ШИМ:

1. В начале каждого импульса ставим единицу и ждем повышения значения до заданного уровня.
2. Сбрасываем линию на ноль.

Длительность импульса легче отследить с определенной периодичностью или ступенями. Например, десять регулировочных ступеней соответствуют 10% от максимального значения. Прежде всего необходимо определиться с частотой импульсов и количеств ступеней регулирования. Далее, умножают полученные значения. Результат произведения даст необходимую частоту прерываний таймера.

При желании можно выбрать подходящую частоту таймера или количество ступеней регулирования и путем расчетов находят необходимую частоту импульсов.

Так же по теме регулирования скорости коллекторного двигателя предлагаем статью «Управление коллекторным двигателем постоянного тока методом ШИМ»

Регулирование скорости асинхронного двигателя

Вопрос, связанный с регуляцией скорости вращения электрического низковольтного двигателя , становится все более актуальным. Дело в том, что сокращение или увеличение числа оборотов, совершаемых оборудованием, важно для стабильной работы различных приборов, в частности, для механизмов, которые применяются для облегчения бытовых работ. На первый взгляд может показаться, что проще всего будет решить проблему за счет снижения напряжения, питающего двигатель. Однако, данный вариант подходит только для моделей постоянного тока. В них регуляторы напряжения отличаются лаконичностью конструкции. Кроме того, они вполне доступны. Тем не менее, в последнее время большая часть устройств, принимающих участие в производственном процессе, основываются на двигателях переменного тока асинхронного типа. В подобной ситуации в случае снижения напряжения двигатель начинает резко сокращать число оборотов, утрачивает мощность и тормозит.

Для регулирования скорости вращений существует более современный способ. Он предполагает применения частотных инвенторных преобразователей, которые в обиходе все чаще называются частотниками. Они нередко используются в различных сферах. Например, их часто применяют для оборудования станков и электрических приводов, входящих в состав промышленного оборудования.

Принцип функционирования частотника довольно прост. Его суть заключается в правиле определения вытяжной угловой скорости вращения вала. При этом важно учитывать такой немаловажный фактор, как частота сети, обеспечивающей питание. За счет изменения частоты питания появляется возможность регуляции скорости вращения ротора. Каждый частотный преобразователь снабжается специальной табличкой. На ней указываются основные характеристики.

Электродвигатель: особенности управления Возврат к списку

Регулирование частоты вращения | Электрические машины

Страница 51 из 51

6.7.3. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

Согласно (6.8), регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока можно осуществлять путем изменения потока Ф, введения дополнительного сопротивления в цепь якоря и изменения напряжения сети . В двигателях параллельного возбуждения наиболее просто осуществляется регулирование изменением потока, реализуемого с помощью реостата в цепи возбуждения. При увеличении сопротивления поток Ф уменьшается и частота вращения растет. На рис. 6.43 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при трех значениях потока. Таким способом регулируют частоту вращения в пределах , . Верхний уровень частот ограничивается условиями коммутации. Кроме того, при глубоком уменьшении потока возбуждения усиливается размагничивающее действие реакции якоря, жесткость механической характеристики растет, и падающая характеристика при номинальном потоке может стать возрастающей при ослабленном потоке, что приведет к нарушению устойчивой работы двигателя.
Регулирование частоты вращения двигателя путем введения в цепь якоря дополнительного сопротивления позволяет изменять частоту вращения вниз от номинальной в широких пределах (рис. 6.44). Но этот способ не экономичен. Полезная мощность двигателя при постоянном моменте пропорциональна частоте вращения (без учета потерь в якоре):
,
а потребляемая из сети мощность от частоты вращения не зависит,
.
Поэтому КПД двигателя пропорционален частоте вращения якоря,

.
Кроме того, при введении дополнительного сопротивления жесткость механической характеристики двигателя снижается, что может привести к ухудшению работы приводного механизма.
Более совершенным способом регулирования частоты вращения вниз является регулирование путем изменения подводимого к двигателю напряжения. На рис. 6.45 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения для трех значений напряжений. Жесткость механических характеристик практически не меняется, поэтому таким способом можно регулировать частоту вращения от номинальной до нуля.
Этот способ по существу сходен с частотным регулированием угловой скорости в машинах переменного тока, так как закон изменения напряжения и частоты тока в якоре близок к при постоянном потоке Ф:
.
В качестве источников регулируемого напряжения используются генератор постоянного тока (рис. 6.41, а) либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 6.41, б). Схема с полупроводниковым выпрямителем обладает более высоким быстродействием по сравнению со схемой генератор-двигатель, но уступает по перегрузочной способности. Кроме того, работа полупроводникового преобразователя ухудшает качество электрической энергии сети переменного тока из-за генерации высших гармоник напряжения и тока.
Рассмотренные способы регулирования частоты вращения двигателей параллельного возбуждения применяются и в двигателях смешанного возбуждения.

Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения осуществляется путем изменения тока в последовательной обмотке или напряжения якоря U с помощью шунтирующих реостатов (рис. 6.46).
При шунтировании обмотки возбуждения ток уменьшается и частота вращения якоря растет, а при шунтировании якоря напряжение якоря уменьшается, поэтому частота вращения падает (рис. 6.47).
Регулирование частоты вращения вверх осуществляется практически при постоянном КПД
.
Верхний уровень частоты вращения ограничивается условиями коммутации.
Регулирование частоты вращения вниз может осуществляться вплоть до нуля, однако КПД этого способа снижается пропорционально напряжению якоря и частоте вращения:
,
где — частота вращения якоря при .
Таким образом, этот способ регулирования так же, как и реостатный способ регулирования частоты вращения двигателя с параллельным возбуждением, является неэкономичным. Он используется лишь в случае двигателей малой мощности.

| Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока

>С увеличением нагрузки на валу двигателя увеличивается так же и ток в якоре. Это вызывает увеличение падения напряжения» сопротивлении обмотки якоря и щеточных контактах.

Так как ток возбуждения остается неизменным (машина нерегулируема), то магнитный поток также постоянен. Однако при увеличении тока в якоре увеличивается размагничивающее действие потока реакции якоря и магнитный поток Ф несколько уменьшится. Увеличение Iяrя вызывает уменьшение скорости двигателя, а уменьшение Ф увеличивает скорость. Обычно падение напряжения влияет на изменение скорости в несколько большей степени, чем реакция якоря, так что с увеличением тока в якоре скорость умень­шается. Изменение скорости у двигателя этого типа незначительно и не превышает 5% при изменении нагрузки от нуля до номиналь­ной, т. е. двигатели параллельного возбуждения имеют жесткую скоростную характеристику.

При  неизменном  магнитном  потоке  зависимость  момента  от тока в якоре представится прямой линией. Но под воздействием

Вращающий момент двигателя  реакции якоря с увеличением нагрузки происходит некоторое уменьшение магнитного потока и зависимость момента пойдет не­сколько ниже прямой линии.

Схема двигателя последовательного возбуждения показана на рис. 153. Пусковой реостат этого двигателя имеет только два за­жима, так как обмотка возбуждения и якорь образуют одну последовательную цепь. Характеристики двигателя изображены на рис. 154. Число оборотов двигателя последовательного возбуждения определяется следующим выражением:

где rс— сопротивление последовательной обмотки возбуждения. В двигателе последовательного возбуждения магнитный поток не остается постоянным, а резко изменяется с изменением нагруз­ки, что вызывает значительное изменение скорости. Так как паде­же напряжения в сопротивлении якоря и в обмотке возбуждения очень мало в сравнении с приложенным напряжением, то число оборотов  можно  приближенно  определить  следующим  выражением:

Если пренебречь насыщением стали, то можно считать магнитный поток пропорциональным току в обмотке возбуждения, который равен току в якоре. Следовательно, у двигателя последовательного возбуждения скорость вращения обратно пропорциональна току в якоре и число оборотов резко уменьшается с увеличением нагруз­ки, т. е. двигатель имеет мягкую скоростную характеристику. С уменьшением нагрузки скорость вращения двигателя увеличи­вается. При холостом ходе (Iя=0) скорость двигателя беспредель­но возрастает, т. е. двигатель идет в разнос.

Таким образом, характерным свойством двигателей последова­тельного возбуждения является недопустимость сброса нагрузки, т. е. работы вхолостую или при малых нагрузках. Двигатель имеет минимальную допустимую нагрузку, составляющую 25—30% номи­нальной. При нагрузке меньше минимально допустимой скорость двигателя резко увеличивается, что может вызвать его разрушение. Поэтому, когда возможны сбросы или резкие уменьшения нагруз­ки, использование двигателей последовательного возбуждения яв­ляется недопустимым.

В двигателях очень малых мощностей сброс нагрузки не вызы­вает разноса, так как механические потери двигателя будут доста­точно большой нагрузкой для него.

Вращающий момент двигателя последовательного возбуждения, учитывая пропорциональную зависимость между магнитным пото­ком и током в якоре (Ф = С’Iя), можно определить следующим выражением:

где K’=KC’

т. е. вращающий момент пропорционален квадрату тока. Однако при больших токах сказывается насыщение стали и зависимость момента приближается к прямой линии. Таким обра­зом двигатели этого типа развивают большие вращающие момен­ты при малых оборотах,  что  имеет  существенное  значение  при пуске больших инерционных масс и перегрузках. Эти двигатели широко используют в транспортных и подъемных устройствах.

При смешанном возбуждении возможно как согласное, так и встречное включение обмоток возбуждения.

Двигатели со встречным включением обмоток не нашли широ­кого применения, так как они обладают плохими пусковыми свой­ствами и работают неустойчиво.

Скоростные характеристики двигателей смешанного возбужде­ния занимают промежуточное положение между характеристика­ми двигателей  параллельного  и  последовательного  возбуждения.

С увеличением тока в якоре число оборотов якоря уменьшается в большей мере, чем для двигателей параллельного возбуждения, за счет увеличения магнитного потока, вызываемого увеличением тока в последовательной обмотке возбуждения. При холостом ходе двигатель смешанного возбуждения не идет вразнос, так как маг­нитный поток не уменьшается до нуля из-за наличия параллельной обмотки возбуждения.

При увеличении нагрузки в двигателях смешанного возбуждения увеличивается магнитный поток и вращающий момент возрастает в большей мере, чем в двигателях параллельного возбуждения, но в меньшей мере, чем в двигателях последовательного воз­буждения.

§ 116 РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Двигатели постоянного тока дают возможность плавно и эконо­мично регулировать скорость вращения в широких пределах. В результате этого весьма ценного свойства двигатели постоянного тока получили широкое распространение и часто являются неза­менимыми.

Число оборотов якоря двигателя при любой схеме возбуждения  определяется следующим выражением:

где rс — сопротивление последовательной обмотки возбуждения (для двигателя параллельного возбуждения rс=0). Это выраже­ние показывает, что изменение скорости вращения двигателя мож­но осуществить изменением напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного потока.

Регулирование скорости вращения изменением напряжения сети осуществляется в случае, когда источником электрической энергий двигателя является какой-либо генератор.

Для регулирования скорости вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используется регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем. В отличие от пускового ре­гулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное про­хождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшается

п. д. двигателя.

Регулирование скорости вращения якоря двигателя изменением магнитного потока производится изменением тока в обмотке воз­буждения. В двигателях параллельного и смешанного возбуждения включается регулировочный реостат. В двигателях последователь­ного возбуждения изменение тока в обмотке возбуждения дости­гается шунтированием этой обмотки каким-либо регулируемым со­противлением. Этот способ регулирования скорости не создает до­полнительных потерь и экономичен.

§ 117. ПОТЕРИ И К. П. Д. МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

В машинах постоянного тока при работе происходит потеря энергии, которая складывается из следующих потерь:

1.  Потери в стали Рст на гистерезис и вихревые токи, возникающие в сердечнике якоря. При вращении якоря машины сталь его сердечника непрерывно перемагничивается. На перемагничивание стали затрачивается мощность, называемая потерями на гистерезис. Одновременно, при вращении якоря в магнитном поле в сердеч­нике его индуктируются вихревые токи. Потери на гистерезис и вихревые токи, называемые потерями в стали, обращаются в тепло и нагревают сердечник якоря.

Потери в стали зависят от магнитной индукции и частоты перемагничивания сердечника якоря.

Магнитная индукция зависит от э. д. с. машины или, иначе, от напряжения, а частота перемагничивания — от скорости вращения якоря. Поэтому при работе машины постоянного тока в режиме ге­нератора или двигателя потери в стали будут постоянными, не за­висящими от нагрузки, если напряжение на зажимах якоря и ско­рость его вращения постоянны.

2.  Потери энергии на нагревание проводов обмоток возбужде­ния и якоря протекающими по ним токами, называемые потерями в меди,— Роб.

Регулирование — скорость — двигатель — постоянный ток

Регулирование — скорость — двигатель — постоянный ток

Cтраница 1

Регулирование скорости двигателя постоянного тока осуществляется за счет изменения напряжения возбуждения генератора.  [1]

Регулирование скорости двигателей постоянного тока, как видно из формулы (8.3), может быть достигнуто следующими способами: введением сопротивления в цепь якоря; изменением магнитного потока; изменением напряжения, подводимого к двигателю.  [2]

Регулирование скорости двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов осуществляется изменением напряжения, приложенного к обмотке якоря.  [4]

Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением магнитного потока как в двигательном, так и в генераторном режимах представляет собой однозонное регулирование вверх. Поскольку номинальное значение магнитного потока является наибольшим, то изменение потока возможно лишь в сторону уменьшения по сравнению с номинальным. Последнее приводит к увеличению скорости двигателя во всех режимах работы.  [5]

Регулирование скорости двигателей постоянного тока большой мощности производится по схеме рис. 14 — 52, получившей название системы генератор-двигатель.  [7]

При регулировании скорости двигателей постоянного тока с помощью сопротивления в цепи якоря и асинхронного двигателя с помощью сопротивления в цепи ротора или, как его принято называть, при реостатном регулировании скорость в двигательном режиме уменьшается с увеличением сопротивления.  [8]

При регулировании скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением изменением напряжения или скорости асинхронной машины изменением частоты регулировочные механические характеристики ( прямая 3, рис. 4 — 1) будут иметь значительно большую жесткость, чем реостатные. Поэтому при этих способах регулирования достигается значительно больший диапазон.  [9]

При регулировании скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения с помощью сопротивления в цепи якоря меняются как переменные, так и постоянные потери.  [10]

Рассматривается система регулирования скорости двигателя постоянного тока.  [12]

Рассмотрим способы регулирования скорости наиболее распространенных двигателей постоянного тока и трехфазных асинхронных.  [13]

Рассмотрим способы регулирования скорости наиболее распространенных двигателей постоянного тока и трехфазных асинхронных.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

Лучшие и решающие методы контроля

В период 18 ^{-го и} -го века произошла эволюция двигателей постоянного тока. Развитие двигателей постоянного тока значительно расширилось, и они находят широкое применение во многих отраслях промышленности. В начале 1800-х годов и с усовершенствованиями, сделанными в 1832 году, двигатели постоянного тока были первоначально разработаны британским исследователем Стердженом. Он изобрел начальный коммутаторный двигатель постоянного тока, в котором он также может моделировать механизмы.Но можно задаться вопросом, каковы функциональные возможности двигателя постоянного тока и почему важно знать об управлении скоростью двигателя постоянного тока. Итак, эта статья четко объясняет его работу и различные методы контроля скорости.

Что такое двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока работает от постоянного тока, преобразуя полученную электрическую энергию в механическую. Это вызывает изменение вращения в самом устройстве, тем самым обеспечивая питание для работы различных приложений в нескольких областях.

Регулировка скорости двигателя постоянного тока — одна из наиболее полезных функций двигателя. Контролируя скорость двигателя, вы можете изменять скорость двигателя в соответствии с требованиями и получать необходимую работу.

Механизм управления скоростью применим во многих случаях, например, для управления движением роботизированных транспортных средств, движением двигателей на бумажных фабриках и движением двигателей в лифтах, где используются различные типы двигателей постоянного тока.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Простой двигатель постоянного тока работает по принципу: когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила.В практическом двигателе постоянного тока якорь является проводником по току, а поле создает магнитное поле.

Когда на проводник (якорь) подается ток, он создает собственный магнитный поток. Магнитный поток либо суммируется с магнитным потоком, создаваемым обмотками возбуждения в одном направлении, либо нейтрализует магнитный поток, обусловленный обмотками возбуждения. Накопление магнитного потока в одном направлении по сравнению с другим оказывает давление на проводник, и поэтому он начинает вращаться.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея вращательное действие проводника создает ЭДС. Эта ЭДС, согласно закону Ленца, имеет тенденцию противодействовать причине, то есть подаваемому напряжению. Таким образом, двигатель постоянного тока имеет особую характеристику регулирования крутящего момента в случае изменения нагрузки из-за обратной ЭДС.

Почему важно регулировать скорость двигателя постоянного тока?

Контроль скорости в машине показывает влияние на скорость вращения двигателя, где это прямое влияние на функциональность машины и так важно для производительности и результатов работы.Во время сверления каждый материал имеет свою собственную скорость вращения, которая также меняется в зависимости от размера сверла.

В сценарии насосных установок будет изменение производительности, поэтому конвейерная лента должна быть синхронизирована с функциональной скоростью устройства. Эти факторы прямо или косвенно зависят от скорости двигателя. Из-за этого следует учитывать скорость двигателя постоянного тока и соблюдать различные типы методов управления скоростью.

Управление скоростью двигателя постоянного тока осуществляется либо вручную рабочим, либо с помощью любого автоматического управляющего инструмента.Это, по-видимому, контрастирует с ограничением скорости, при котором необходимо регулирование скорости, препятствующее естественному изменению скорости из-за изменения нагрузки на вал.

Принцип управления скоростью

Из приведенного выше рисунка уравнение напряжения для простого двигателя постоянного тока:

В = Eb + IaRa

В — подаваемое напряжение, Eb — обратная ЭДС, Ia — якорь. ток, Ra — сопротивление якоря.

Мы уже знаем, что

Eb = (PøNZ) / 60A.

P — количество полюсов,

A — постоянное

Z — количество проводников

N — скорость двигателя

Подставляя значение Eb в уравнение напряжения, получаем

V = ( (PøNZ) / 60A) + IaRa

Или, V — IaRa = (PøNZ) / 60A

т.е. N = (PZ / 60A) (V — IaRa) / ø

. записывается как:

N = K (V — IaRa) / ø, K — постоянная величина

Это подразумевает три вещи:

1. Скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению питания.
2. Скорость двигателя обратно пропорциональна падению напряжения якоря.
3. Скорость двигателя обратно пропорциональна потоку из-за результатов поля.

Таким образом, скорость двигателя постоянного тока можно контролировать тремя способами:

• Изменяя напряжение питания
• Изменяя поток, и изменяя ток через обмотку возбуждения
• Изменяя напряжение якоря и изменяя сопротивление якоря

Множественные методы управления скоростью двигателя постоянного тока

Поскольку существует два типа двигателей постоянного тока, здесь мы четко обсудим методы управления скоростью как серийных, так и параллельных двигателей постоянного тока.

Управление скоростью двигателя постоянного тока серийных типов

Его можно разделить на два типа, а именно:

• Техника с управлением якорем
• Техника с полевым управлением

Техника с управлением якорем далее подразделяется на три типа

• Якорь контролируемое сопротивление
• Управление шунтированным якорем
• Напряжение на клеммах якоря

Управляемое сопротивление якоря

Этот метод наиболее широко используется там, где регулирующее сопротивление последовательно соединено с сопротивлением источника питания двигателя.Изображение ниже объясняет это.

Контроль сопротивления якоря

Потери мощности, которые происходят в управляющем сопротивлении двигателя постоянного тока, можно игнорировать, потому что этот метод регулирования в основном используется в течение длительного периода времени для снижения скорости во время сценариев легкой нагрузки. Это рентабельный метод получения постоянного крутящего момента, который в основном применяется в приводных кранах, поездах и других транспортных средствах.

Управление шунтированным якорем

Здесь реостат будет иметь как последовательное, так и шунтирующее соединение с якорем.Будет изменяться уровень напряжения, подаваемого на якорь, и это зависит от изменения последовательного реостата. Тогда как изменение тока возбуждения происходит за счет смены шунтирующего реостата. Этот метод управления скоростью в двигателе постоянного тока не так дорог из-за значительных потерь мощности в сопротивлениях регулирования скорости. Скорость можно до некоторой степени регулировать, но не выше нормального уровня.

Метод управления скоростью двигателя постоянного тока с шунтированным якорем

Напряжение на клеммах якоря

Скорость двигателя постоянного тока также может быть достигнута за счет подачи питания на двигатель с использованием индивидуального переменного напряжения питания, но этот подход является дорогостоящим и широко не применяется.

Техника с полевым управлением далее подразделяется на два типа:

• Полевой дивертер
• Управление задействованным полем (управление полевым полем)

Полевой дивертер

В этом методе используется дивертор. Интенсивность магнитного потока, проходящего через поле, может быть уменьшена путем шунтирования некоторой части тока двигателя через последовательное поле. Чем меньше сопротивление дивертора, тем меньше ток возбуждения. Этот метод используется не только для нормального диапазона скоростей, но и для электрических приводов, где скорость увеличивается при уменьшении нагрузки.

Управление скоростью электродвигателя постоянного тока с дивертором поля

Управление отводным полем

Здесь также, с уменьшением магнитного потока, скорость будет увеличиваться, и это достигается за счет уменьшения количества витков обмотки возбуждения, откуда протекает ток. Здесь убирают количество ответвлений в обмотке возбуждения и этот прием используется в электрических тягах.

Управление скоростью параллельного двигателя постоянного тока

Его можно разделить на два типа:

• Метод управления полем
• Метод управления якорем

Метод управления полем шунтирующего двигателя постоянного тока

В этом методе магнитный Поток, создаваемый обмотками возбуждения, изменяется для изменения скорости двигателя.

Поскольку магнитный поток зависит от тока, протекающего через обмотку возбуждения, его можно изменять, изменяя ток через обмотку возбуждения. Это может быть достигнуто путем использования переменного резистора последовательно с резистором обмотки возбуждения.

Первоначально, когда переменный резистор находится в минимальном положении, номинальный ток течет через обмотку возбуждения из-за номинального напряжения питания, и в результате скорость остается нормальной. При постепенном увеличении сопротивления ток через обмотку возбуждения уменьшается.Это, в свою очередь, снижает создаваемый поток. Таким образом, скорость двигателя увеличивается сверх своего нормального значения.

Метод управления сопротивлением якоря для шунтирующего двигателя постоянного тока

С помощью этого метода скорость двигателя постоянного тока можно регулировать путем управления сопротивлением якоря для управления падением напряжения на якоре. В этом методе также используется переменный резистор, включенный последовательно с якорем.

Когда переменный резистор достигает минимального значения, сопротивление якоря становится нормальным, и, следовательно, напряжение якоря падает.Когда значение сопротивления постепенно увеличивается, напряжение на якоре уменьшается. Это, в свою очередь, приводит к снижению скорости двигателя.

С помощью этого метода достигается скорость двигателя ниже его нормального диапазона.

Метод управления напряжением якоря для шунтирующего двигателя постоянного тока (метод Уорда Леонарда)

Метод Уорда Леонарда для схемы управления скоростью двигателя постоянного тока показан следующим образом:

На приведенном выше рисунке M — это главный двигатель, скорость которого равна должен регулироваться, а G соответствует индивидуально возбужденному генератору постоянного тока, который приводится в действие трехфазным двигателем и может быть синхронным или асинхронным.Эта комбинация генератора постоянного тока и двигателя переменного тока называется набором M-G.

Напряжение генератора изменяется путем изменения тока возбуждения генератора. Этот уровень напряжения, когда он подается на секцию якоря двигателя постоянного тока, а затем M изменяется. Чтобы поддерживать постоянный поток поля двигателя, ток возбуждения двигателя должен поддерживаться постоянным. Когда скорость двигателя регулируется, ток якоря двигателя должен быть таким же, как и номинальный уровень.

Поставляемый ток возбуждения будет другим, так что уровень напряжения якоря изменяется от «0» до номинального уровня. Поскольку регулирование скорости соответствует номинальному току и постоянному потоку поля двигателя и потоку поля до достижения номинальной скорости. И поскольку мощность является произведением скорости и крутящего момента, она прямо пропорциональна скорости. При этом при увеличении мощности скорость увеличивается.

Оба вышеупомянутых метода не могут обеспечить регулирование скорости в желаемом диапазоне.Более того, метод управления потоком может повлиять на коммутацию, тогда как метод управления якорем включает огромные потери мощности из-за использования резистора, включенного последовательно с якорем. Поэтому часто желателен другой метод — тот, который регулирует напряжение питания для управления скоростью двигателя.

Следовательно, с помощью метода Уорда Леонарда регулируемый силовой привод и постоянное значение крутящего момента достигаются от минимального уровня скорости до уровня базовой скорости. Техника регулирования потока поля в основном используется, когда уровень скорости больше, чем базовая скорость.

Здесь, в функциональности, ток якоря поддерживается на постоянном уровне при заданном значении, а значение напряжения генератора поддерживается на постоянном уровне. В таком методе обмотка возбуждения получает фиксированное напряжение, а якорь — переменное напряжение.

Один из таких методов управления напряжением включает использование механизма распределительного устройства для подачи переменного напряжения на якорь, а другой использует генератор переменного тока с приводом от двигателя для подачи переменного напряжения на якорь (система Уорда-Леонарда). .

Преимущества и недостатки методики Уорда Леонарда d:

Преимущества использования техники Уорда Леонарда для управления скоростью двигателя постоянного тока следующие:

• В обоих направлениях можно управлять скоростью устройства. плавно для расширенного диапазона
• Этот метод обладает внутренней тормозной способностью
• Задние реактивные вольт-амперы уравновешиваются посредством привода, а синхронный двигатель с интенсивным возбуждением действует как привод, поэтому будет происходить приращение коэффициента мощности
• Когда есть импульсная нагрузка, приводным двигателем является асинхронный двигатель, имеющий маховик, который используется для уменьшения мгновенной нагрузки до минимального уровня.

Недостатки метода Уорда Леонарда: комплект двигателя и генератора, стоимость больше

Устройство сложное по конструкции и имеет большой вес

Требуется больше места e для установки

Требуется регулярное техническое обслуживание, фундамент не рентабелен

Будут огромные потери, поэтому эффективность системы снизится

Возникает больше шума

И применение метода Уорда Леонарда плавное регулирование скорости в двигателе постоянного тока.Некоторые из примеров — шахтные подъемники, бумажные фабрики, подъемники, прокатные станы и краны.

Помимо этих двух методов, наиболее широко используемым является управление скоростью двигателя постоянного тока с использованием ШИМ для управления скоростью двигателя постоянного тока. ШИМ включает в себя приложение импульсов переменной ширины к драйверу двигателя для управления напряжением, подаваемым на двигатель. Этот метод оказался очень эффективным, поскольку потери мощности сведены к минимуму, и он не требует использования какого-либо сложного оборудования.

Метод управления напряжением

На приведенной выше блок-схеме представлен простой регулятор скорости электродвигателя. Как показано на приведенной выше блок-схеме, микроконтроллер используется для подачи сигналов ШИМ на драйвер двигателя. Драйвер двигателя представляет собой микросхему L293D, которая состоит из H-мостовых схем для управления двигателем.

ШИМ достигается путем изменения импульсов, подаваемых на разрешающий вывод микросхемы драйвера двигателя, для управления приложенным напряжением двигателя. Изменение импульсов осуществляется микроконтроллером с входным сигналом от кнопок.Здесь предусмотрены две кнопки, каждая для уменьшения и увеличения рабочего цикла импульсов.

Итак, в этой статье дается подробное объяснение различных методов управления скоростью двигателя постоянного тока и того, как наиболее важно соблюдать регулирование скорости. Кроме того, рекомендуется знать о контроллере скорости двигателя 12 В постоянного тока.

Как управляются двигатели постоянного тока? — Контроль скорости двигателей постоянного тока

Электродвигатели

постоянного тока питаются от постоянного тока. Они имеют широкий спектр применения в таких продуктах, как бытовая техника, автомобили и фабрики.Можно сказать, что они играют жизненно важную роль в нашей жизни.

Однако многие пользователи выражают неуверенность в том, как управлять скоростью двигателей постоянного тока. На этой странице представлено простое введение в то, как это делается.

Что такое двигатель постоянного тока?

Во-первых, электродвигатель — это машина, которая использует электричество для вращения вала, тем самым преобразуя электрическую энергию в механическую. Электродвигатели в общих чертах делятся на следующие три типа.

• Двигатели постоянного тока
• Двигатели переменного тока
• Шаговые двигатели

Двигатели

переменного тока приводятся в движение переменным током, а шаговые двигатели — импульсами электроэнергии.С другой стороны, двигатели постоянного тока питаются от постоянного тока и имеют следующие особенности.

• Высокий пусковой момент и возможность вращения на высоких скоростях
• Мощность двигателя пропорциональна приложенному напряжению

Двигатели постоянного тока

подразделяются на щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока. Щеточные двигатели постоянного тока имеют катушки в роторе и изменяют способ протекания тока через катушки на основе механизма, использующего коммутаторы и щетки. Щеточные двигатели постоянного тока генерируют электрический и акустический шум и требуют частого обслуживания, поскольку их щетки и коммутатор являются расходными частями.Но они также имеют простую конструкцию и могут работать без электронной схемы привода, если регулирование скорости не требуется.

Бесщеточный двигатель постоянного тока, напротив, избавляет от необходимости в коммутаторе и щетках за счет наличия постоянного магнита в роторе. Это, однако, означает, что они требуют схемы возбуждения. Они также отличаются низкими эксплуатационными расходами, бесшумной работой и длительным сроком службы.

Характеристики двигателей постоянного тока

В отличие от двигателей переменного тока, двигатели постоянного тока очень просты в использовании из-за легкости изменения их скорости.Итак, как этого добиться на практике? Следующее объяснение начинается с рассмотрения характеристик двигателя постоянного тока.

Характеристики двигателя постоянного тока представлены кривой крутящего момента-скорости, которая наклоняется вниз вправо, с крутящим моментом в качестве горизонтальной оси и скоростью в качестве вертикальной оси. Скорость максимальна при отсутствии нагрузки, она снижается вправо до достижения максимального крутящего момента при нулевой скорости.

Крутящий момент и скорость меняются в зависимости от нагрузки, как показано этой кривой крутящего момента-скорости.Глядя на график ниже, давайте рассмотрим двигатель, вращающийся со скоростью ω0 с крутящим моментом T0. Если крутящий момент нагрузки затем увеличивается до T1, скорость двигателя будет следовать за крутящим моментом до новой скорости ω1. Аналогично, если крутящий момент нагрузки затем увеличивается до T2, скорость падает до ω2.

Крутящий момент и скорость двигателя постоянного тока

Взгляд на соотношение между крутящим моментом и током показывает, что они пропорциональны друг другу. Отношение между ними является постоянным для двигателя, причем соотношение остается неизменным независимо от изменений скорости двигателя или напряжения привода.Это означает, что измерения силы тока двигателя достаточно для определения крутящего момента двигателя.

Кривая крутящего момента-скорости двигателя постоянного тока и крутящего момента-тока

Что происходит при изменении напряжения привода?

Итак, что происходит с кривой крутящего момента-скорости при изменении напряжения, используемого для привода двигателя постоянного тока? На приведенном ниже графике показаны кривые крутящий момент-скорость для различных напряжений. Удвоение напряжения привода увеличивает вдвое как скорость двигателя без нагрузки, так и пусковой крутящий момент (крутящий момент, когда двигатель заблокирован в положении).Другими словами, увеличение напряжения сдвигает кривую крутящий момент-скорость параллельно вверх. Кривая крутящего момента-скорости для двигателя постоянного тока может быть отрегулирована по желанию путем изменения напряжения, подаваемого на двигатель.

Кривая напряжения и крутящего момента привода двигателя

Как заставить двигатель постоянного тока вращаться с необходимой скоростью

Теперь, учитывая эти характеристики, как можно вращать двигатель с требуемой скоростью при любом заданном моменте нагрузки?

Кривая крутящего момента двигателя постоянного тока преобразуется с изменениями напряжения привода.Это означает, что вышеуказанная цель может быть достигнута путем простой регулировки напряжения возбуждения. Если посмотреть на график ниже, если требуется вращение со скоростью ω1, когда крутящий момент нагрузки равен T0, например, напряжение привода V4 слишком низкое, что приводит к скорости ω2. Напряжение возбуждения V0 слишком велико, что приводит к скорости ω0. Однако управление двигателем при промежуточном напряжении V3 является правильным для достижения желаемой скорости ω1.

Напряжение и скорость привода двигателя

Регулируя таким образом напряжение привода, двигатель постоянного тока может вращаться с желаемой скоростью независимо от момента нагрузки.

Методы управления напряжением привода

Два способа регулировки напряжения привода: линейное управление и ШИМ-управление.

Линейное управление работает путем включения переменного резистора последовательно с двигателем и регулировки сопротивления для изменения напряжения на двигателе. Хотя в качестве последовательно подключенного переменного резистора можно использовать транзистор или другое полупроводниковое устройство, этот подход имеет низкую эффективность из-за большого количества тепла, выделяемого сопротивлением (полупроводник), и поэтому в наши дни он редко используется.

Альтернативный способ — управление ШИМ. Напряжение, подаваемое на двигатель, можно изменять путем включения и выключения полупроводникового переключателя (например, транзистора или полевого транзистора) на высокой скорости, при этом напряжение определяется шириной импульса включения и выключения. Высокая эффективность этого метода делает его наиболее распространенным в настоящее время.

Линейное управление

ШИМ-контроль

Контроль скорости двигателя

Использование этих методов позволяет гибко регулировать скорость двигателя постоянного тока.Однако требуется дополнительное управление, чтобы двигатель работал с постоянной скоростью. Это связано с тем, что момент нагрузки двигателя изменяется из-за самой нагрузки, а также других факторов, таких как температура, влажность и изменения во времени. Простое управление двигателем с постоянным напряжением приведет к колебаниям его скорости при изменении нагрузки.

Поддержание постоянной скорости, несмотря на переменную нагрузку, требует постоянной регулировки напряжения привода в ответ на эти изменения нагрузки.На приведенном ниже графике показан пример, в котором момент нагрузки для двигателя, работающего со скоростью ω0, уменьшается с T1 до T0, и в этом случае уменьшение напряжения привода до V0 поддерживает скорость двигателя на уровне ω0. Если вместо этого крутящий момент увеличивается до T2, поддержание постоянной скорости двигателя ω0 требует увеличения напряжения привода до V2.

Контроль скорости

Скорость измеряется датчиком, прикрепленным к двигателю. Вычисляется разница между измеренной и желаемой скоростью двигателя (погрешность скорости), и напряжение привода регулируется таким образом, что оно увеличивается, если скорость слишком низкая, и уменьшается, если скорость слишком высокая.Это позволяет поддерживать постоянную скорость двигателя. В то время как в прошлом для управления напряжением привода использовались операционные усилители или другие аналоговые схемы, в последние годы использование микрокомпьютеров стало нормой.

Принципиальная схема управления скоростью двигателя постоянного тока

Схема управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока

1. Датчик скорости

   Выводит сигнал, указывающий скорость двигателя. Для этого используются датчики на эффекте Холла, энкодеры и тахогенераторы.

2. Цепь определения скорости

   Рассчитывает скорость двигателя по сигналу датчика скорости.

3. Задание скорости

   Выводит заданную скорость двигателя.

4. Компаратор

   Вычисляет разницу между заданной и измеренной скоростью.

5. Схема расчета управляющего напряжения

   Рассчитывает напряжение привода двигателя на основе вычисленной ошибки скорости.

6. Цепь привода

   Схема, которая регулирует напряжение, подаваемое на двигатель, в соответствии с сигналом напряжения привода.

Двигатель постоянного тока может достигать стабильной работы, контролируя его скорость, чтобы оставаться постоянной независимо от изменений нагрузки.Эти двигатели также подходят для самых разных методов управления, которые можно реализовать с помощью микрокомпьютера. Двигатели постоянного тока находят применение во многих различных приложениях, в которых используется простота управления.

Двигатели постоянного тока: простые в использовании двигатели с простой регулировкой скорости

Двигатели

постоянного тока питаются от постоянного тока, и, в отличие от двигателей переменного тока, их скорость легко регулируется. Характеристики двигателя постоянного тока представлены его кривой крутящего момента-скорости, в которой скорость и крутящий момент нагрузки обратно пропорциональны.Эта кривая крутящего момента-скорости транслируется с изменениями напряжения привода. Соответственно, регулируя напряжение, подаваемое на двигатель постоянного тока, можно заставить его работать с любой скоростью независимо от момента нагрузки.

Для изменения напряжения привода двигателя можно использовать линейное или ШИМ-управление. ШИМ-управление стало преобладать в последние годы из-за его превосходной эффективности. ШИМ-управление изменяет напряжение путем включения и выключения полупроводникового переключателя с высокой скоростью таким образом, чтобы изменение ширины импульса включения и выключения изменяло напряжение.

Преодоление проблем с бесщеточными двигателями постоянного тока

ASPINA поставляет не только автономные бесщеточные двигатели постоянного тока, но и системные продукты, которые включают системы привода и управления, а также механическую конструкцию. Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым для различных отраслей промышленности, приложений и продуктов клиентов, а также для конкретных производственных условий.

ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних этапах разработки. Вы боретесь со следующими проблемами?

Выбор двигателя

• У вас еще нет подробных спецификаций или чертежей, но нужна консультация по двигателям?
• У вас нет сотрудников, имеющих опыт работы с двигателями, и вы не можете определить, какой двигатель лучше всего подойдет для вашего нового продукта?

Разработка двигателей и связанных компонентов

• Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и передать на аутсорсинг приводные системы и разработку двигателей?
• Хотите сэкономить время и силы, связанные с изменением конструкции существующих механических компонентов при замене двигателя?

Уникальное требование

• Нужен нестандартный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался от него?
• Не можете найти двигатель, который дает вам необходимый контроль, и вот-вот теряете надежду?

Ищете ответы на эти проблемы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

3 Объяснение простых схем контроллера скорости двигателя постоянного тока

Схема, которая позволяет пользователю линейно управлять скоростью подключенного двигателя путем вращения присоединенного потенциометра, называется схемой контроллера скорости двигателя.

Здесь представлены 3 простых в сборке схемы регулятора скорости для двигателей постоянного тока: одна с использованием полевого МОП-транзистора IRF540, вторая с использованием IC 555 и третья концепция с IC 556 с обработкой крутящего момента.

Конструкция № 1: Контроллер скорости двигателя постоянного тока на основе Mosfet

Очень крутая и простая схема контроллера скорости двигателя постоянного тока может быть построена с использованием всего одного МОП-транзистора, резистора и потенциометра, как показано ниже:

Использование Эмиттерный повторитель BJT

Как видно, MOSFET настроен как повторитель источника или общий режим стока, чтобы узнать больше об этой конфигурации, вы можете обратиться к этому сообщению, в котором обсуждается версия BJT, тем не менее принцип работы остается тем же .

В приведенной выше конструкции контроллера двигателя постоянного тока регулировка потенциометра создает изменяющуюся разность потенциалов на затворе МОП-транзистора, а вывод истока МОП-транзистора просто следует за значением этой разности потенциалов и соответственно регулирует напряжение на двигателе.

Это означает, что источник всегда будет отставать от напряжения затвора на 4 или 5 В и будет меняться вверх / вниз с этой разницей, представляя переменное напряжение на двигателе от 2 до 7 В.

Когда напряжение затвора составляет около 7 В, вывод источника будет подавать минимум 2 В на двигатель, вызывая очень медленное вращение двигателя, и 7 В будет доступно на выводе источника, когда регулировка потенциометра генерирует полное напряжение 12 В на затворе. МОП-транзистора.

Здесь мы можем ясно видеть, что вывод истока mosfet, кажется, «следует» за затвором и, следовательно, за повторителем источника имени.

Это происходит из-за того, что разница между затвором и истоком МОП-транзистора всегда должна быть около 5В, чтобы МОП-транзистор работал оптимально.

В любом случае, указанная выше конфигурация помогает обеспечить плавное регулирование скорости двигателя, и конструкция может быть построена довольно дешево.

BJT может также использоваться вместо MOSFET, и фактически BJT будет обеспечивать более высокий диапазон регулирования от 1 В до 12 В на двигателе.

Video Demo

Когда дело доходит до управления скоростью двигателя равномерно и эффективно, контроллер на основе PWM становится идеальным вариантом, здесь мы узнаем больше о простой схеме для реализации этой операции.

Конструкция № 2: ШИМ-управление двигателем постоянного тока с помощью IC 555

Конструкцию простого контроллера скорости двигателя, использующего ШИМ, можно понять следующим образом:
Первоначально, когда схема запитана, контакт триггера находится в низком логическом положении, поскольку конденсатор С1 не заряжается.

Вышеупомянутые условия инициируют цикл колебаний, переводя выходной сигнал на высокий логический уровень.
При высоком выходном сигнале конденсатор заряжается через D2.

При достижении уровня напряжения, составляющего 2/3 напряжения питания, вывод № 6, который является порогом срабатывания триггера IC.
Момент срабатывает на контакте №6, на контактах №3 и №7 устанавливается низкий логический уровень.

При низком уровне на выводе 3, C1 снова начинает разряжаться через D1, и когда напряжение на C1 падает ниже уровня, составляющего 1/3 напряжения питания, выводы №3 и №7 снова становятся высокими, вызывая цикл. следовать и повторять.

Интересно отметить, что C1 имеет два дискретно установленных пути для процесса зарядки и разрядки через диоды D1, D2 и через резистивные плечи, устанавливаемые потенциометром, соответственно.

Это означает, что сумма сопротивлений, с которыми сталкивается C1 во время зарядки и разрядки, остается неизменной независимо от того, как установлен потенциометр, поэтому длина волны выходного импульса всегда остается неизменной.

Однако, поскольку периоды времени зарядки или разрядки зависят от значения сопротивления, встречающегося на их пути, горшок дискретно устанавливает эти периоды времени в соответствии с его настройками.

Поскольку периоды времени заряда и разряда напрямую связаны с рабочим циклом выхода, они меняются в зависимости от настройки потенциометра, давая форму предполагаемым изменяющимся импульсам ШИМ на выходе.

Средний результат отношения метка / пространство дает выход ШИМ, который, в свою очередь, управляет скоростью двигателя постоянного тока.

Импульсы ШИМ подаются на затвор МОП-транзистора, который реагирует и регулирует ток подключенного двигателя в ответ на настройку потенциометра.

Уровень тока двигателя определяет его скорость и, таким образом, реализует управляющий эффект через потенциометр.

Частоту на выходе ИС можно рассчитать по формуле:

F = 1,44 (VR1 * C1)

МОП-транзистор можно выбрать в соответствии с требованиями или током нагрузки.

Принципиальная схема предлагаемого регулятора скорости двигателя постоянного тока представлена ​​ниже:

Прототип:

Видео-тестовое подтверждение:

В приведенном выше видеоролике мы можем увидеть, как IC 555 основан на конструкция используется для управления скоростью двигателя постоянного тока.Как вы можете видеть, хотя лампочка отлично реагирует на ШИМ и меняет свою интенсивность от минимального свечения до максимально слабого, двигатель этого не делает.

Двигатель изначально не реагирует на узкие ШИМ, а запускается рывком после того, как ШИМ настроены на значительно более высокие значения длительности импульса.

Это не означает, что в цепи есть проблемы, это потому, что якорь двигателя постоянного тока плотно зажат между парой магнитов. Чтобы инициировать запуск, якорь должен совершить скачок своего вращения через два полюса магнита, что не может произойти при медленном и плавном движении.Он должен начинаться с укола.

Именно поэтому двигатель изначально требует более высоких настроек ШИМ, и как только начинается вращение, якорь приобретает некоторую кинетическую энергию, и теперь достижение более низкой скорости становится возможным с помощью более узких ШИМ.

Тем не менее, перевод в состояние «еле-еле медленно» может быть невозможным по той же причине, что и объяснено выше.

Я изо всех сил старался улучшить отклик и добиться максимально медленного управления ШИМ, сделав несколько модификаций на первой диаграмме, как показано ниже:

Сказав это, двигатель мог бы показать лучшее управление на более медленных уровнях, если бы двигатель прикреплен или обвязан грузом через шестерни или систему шкивов.

Это может произойти из-за того, что нагрузка действует как демпфер и помогает обеспечить контролируемое движение во время регулировки более низкой скорости.

Дизайн № 3: Использование IC 556 для расширенного управления скоростью

Изменение скорости двигателя постоянного тока может показаться не таким сложным, и вы можете найти множество схем для этого.

Однако эти схемы не гарантируют постоянных уровней крутящего момента при более низких скоростях двигателя, что делает их работу весьма неэффективной.

Кроме того, на очень низких скоростях из-за недостаточного крутящего момента двигатель имеет тенденцию останавливаться.

Еще одним серьезным недостатком является то, что в этих схемах нет функции реверсирования двигателя.

Предлагаемая схема полностью лишена вышеуказанных недостатков и способна создавать и поддерживать высокие уровни крутящего момента даже при минимально возможных скоростях.

Работа схемы

Прежде чем обсуждать предложенную схему контроллера двигателя с ШИМ, мы также хотели бы изучить более простую альтернативу, которая не так эффективна. Тем не менее, его можно считать достаточно хорошим, если нагрузка на двигатель невелика, и пока скорость не снижена до минимального уровня.

На рисунке показано, как одну микросхему 556 IC можно использовать для управления скоростью подключенного двигателя, мы не будем вдаваться в подробности, единственным заметным недостатком этой конфигурации является то, что крутящий момент прямо пропорционален скорости двигателя. .

Возвращаясь к предлагаемой конструкции схемы контроллера скорости с высоким крутящим моментом, здесь мы использовали две микросхемы 555 вместо одной или, скорее, одну микросхему 556, которая содержит две микросхемы 555 в одном корпусе.

Принципиальная схема

Основные характеристики

Вкратце предлагаемый контроллер двигателя постоянного тока включает в себя следующие интересные особенности:

Скорость может плавно изменяться от нуля до максимума без остановки.

На крутящий момент никогда не влияют уровни скорости и он остается постоянным даже при минимальных уровнях скорости.

Вращение двигателя можно изменить или изменить за доли секунды.

Скорость регулируется в обоих направлениях вращения двигателя.

Двум микросхемам 555 назначены две отдельные функции. Одна секция сконфигурирована как нестабильный мультивибратор, генерирующий такты прямоугольной волны 100 Гц, которые подаются на предыдущую секцию 555 внутри корпуса.

Вышеупомянутая частота отвечает за определение частоты ШИМ.

Транзистор BC 557 используется в качестве источника постоянного тока, который поддерживает заряженным соседний конденсатор на его плече коллектора.

В результате на указанном выше конденсаторе возникает пилообразное напряжение, которое сравнивается внутри микросхемы 556 IC с напряжением образца, приложенным извне по показанной схеме контактов.

Примерное напряжение, подаваемое извне, может быть получено с помощью простой схемы источника питания с переменным напряжением 0–12 В.

Это изменяющееся напряжение, подаваемое на микросхему 556 IC, используется для изменения ШИМ импульсов на выходе и, в конечном итоге, используется для регулирования скорости подключенного двигателя.

Переключатель S1 используется для мгновенного изменения направления вращения двигателя, когда это необходимо.

Список деталей

• R1, R2, R6 = 1K,
• R3 = 150K,
• R4, R5 = 150 Ом,
• R7, R8, R9, R10 = 470 Ом,
• C1 = 0,1 мкФ,
• C2, C3 = 0,01 мкФ,
• C4 = 1 мкФ / 25VT1,
• T2 = TIP122,
• T3, T4 = TIP127
• T5 = BC557,
• T6, T7 = BC547,
• D1 — D4 = 1N5408,
• Z1 = 4V7 400 мВт
• IC1 = 556,
• S1 = Тумблер SPDT

Приведенная выше схема была вдохновлена ​​следующей схемой драйвера двигателя, которая была опубликована давно в журнале Elecktor electronic India.

Управление крутящим моментом двигателя с помощью IC 555

Первую схему управления двигателем можно значительно упростить, если использовать DPDT-переключатель для реверсирования двигателя и транзистор эмиттерного повторителя для управления скоростью, как показано ниже:

Precision Управление двигателем с помощью одиночного операционного усилителя

Чрезвычайно тонкое или сложное управление постоянным током. Двигатель может быть получен с помощью операционного усилителя и тахогенератора. Операционный усилитель выполнен в виде переключателя, чувствительного к напряжению.В схеме, показанной ниже, как только выходная мощность тахогенератора становится ниже, чем заданное опорное напряжение, переключающий транзистор включается, и на двигатель подается 100% мощность.

Переключение операционного усилителя произойдет всего за пару милливольт от опорного напряжения. Вам понадобится двойной источник питания, который может быть просто стабилитроном.

Этот контроллер мотора обеспечивает плавную регулировку диапазона без каких-либо механических проблем.

Выходной сигнал операционного усилителя составляет всего +/- 10% от уровня шины питания, таким образом, используя двойной эмиттерный повторитель, можно контролировать огромные скорости двигателя.

Опорное напряжение может быть зафиксировано с помощью термисторов, LDR и т. Д. Экспериментальная установка, указанная на принципиальной схеме, использовала операционный усилитель RCA 3047A и двигатель мощностью 0,25 Вт 6 В в качестве тахогенератора, который генерировал около 4 В при 13000. об / мин для предполагаемой обратной связи.

Дополнительные схемы схем :

ШИМ-управление двигателем с использованием только BJT

В следующей схеме также используется принцип ШИМ для желаемого управления скоростью двигателя, однако он не зависит от каких-либо интегральных схем или ИС, а использует только обычные BJT. для реализации.Я взял это со страницы старого журнала.

Цепи управления двигателем с использованием LM3524

IC LM3524 — это специализированная схема ШИМ-контроллера, которая позволяет нам конфигурировать очень полезные и точные схемы управления скоростью двигателя, как описано ниже:

На приведенной выше схеме показана базовая схема управления ШИМ-двигателем с использованием ИС. LM3524. Конструкция дополнительно включает управление обратной связью на основе датчика через микросхему LM2907.

Небольшой магнит прикреплен к валу двигателя, так что во время вращения магнит проходит вплотную к трансформатору со считывающей катушкой с железным сердечником.Этот механизм заставляет вращающийся магнит индуцировать резкий электрический импульс в считывающей катушке, который используется LM2907 в качестве триггерного входа и соответствующим образом обрабатывается как импульс управления обратной связью для LM3524 IC.

Система обратной связи гарантирует, что заданная скорость никогда не может отклоняться от заданной, обеспечивая точное управление скоростью. Гнездо на штыре № 2 LM3524 используется для управления скоростью двигателя.

Бездатчиковое управление, без обратной ЭДС двигателя

Следующая конструкция ШИМ-управления скоростью LM3525 позволяет осуществлять управление с обратной связью без использования сложного механизма тахометра или громоздких датчиков, реализованных в предыдущей конструкции.

Здесь обратная ЭДС двигателя используется в качестве сигнала обратной связи и подается на вход IC LF198. В случае, если скорость имеет тенденцию к превышению установленного уровня, LF198 сравнивает нарастающий сигнал ЭДС с эталонным сигналом выборки с выхода LM393. Результирующий выходной сигнал отправляется на усилитель ошибки микросхемы LM3524 для необходимой обработки выходного ШИМ на транзисторы драйвера. Контролируемый ШИМ благодаря этой обратной связи без датчика через обратную ЭДС в конечном итоге позволяет двигателю оставаться точно зафиксированным на правильной скорости, которая регулируется потенциометром на контакте №2.

Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью ручных и автоматических устройств

N = K (V — IaRa) / ø Где K — постоянная величина.

Это подразумевает три вещи:

1. Скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению питания.
2. Скорость двигателя обратно пропорциональна падению напряжения якоря.
3. Скорость двигателя обратно пропорциональна магнитному потоку из-за полевых данных

Таким образом, скорость двигателя постоянного тока можно регулировать тремя способами:

• Изменяя магнитный поток и ток через обмотку возбуждения
• Изменяя напряжение якоря и сопротивление якоря
• Через напряжение питания

1.Метод контроля потока

Из-за обмотки возбуждения магнитный поток изменяется для изменения скорости двигателя. Поскольку магнитный поток зависит от тока, протекающего через обмотку возбуждения, он изменяется путем изменения тока через обмотку возбуждения. Этого можно добиться, используя переменный резистор последовательно с резистором обмотки возбуждения.

Первоначально, когда переменный резистор находится в минимальном положении, номинальный ток течет через обмотку возбуждения из-за номинального напряжения питания, и в результате скорость остается нормальной.Когда сопротивление постепенно увеличивается, ток через обмотку возбуждения уменьшается. Это, в свою очередь, снижает создаваемый поток. Таким образом, скорость двигателя увеличивается сверх своего нормального значения.

2. Метод управления якорем

Управление сопротивлением якоря контролирует падение напряжения на якоре. С помощью этого метода можно контролировать скорость двигателя постоянного тока. В этом методе также используется переменный резистор, включенный последовательно с якорем.

Когда переменный резистор достигает минимального значения, сопротивление якоря становится нормальным.Следовательно, напряжение якоря падает. Когда значение сопротивления постепенно увеличивается, напряжение на якоре уменьшается. Это, в свою очередь, приводит к снижению скорости двигателя. Таким образом, этот метод обеспечивает скорость двигателя ниже его нормального диапазона.

3. Метод контроля напряжения

Оба вышеупомянутых метода не могут обеспечить регулирование скорости в желаемом диапазоне. Более того, способ управления потоком может повлиять на коммутацию. В то время как метод управления якорем включает в себя огромные потери мощности из-за использования резистора, включенного последовательно с якорем.Поэтому часто желателен другой метод — тот, который регулирует напряжение питания для управления скоростью двигателя.

При таком способе обмотка возбуждения получает фиксированное напряжение, а якорь — переменное напряжение. Один из таких способов управления напряжением включает использование переключающего механизма для подачи переменного напряжения на якорь. Другой использует генератор с приводом от двигателя переменного тока для подачи переменного напряжения на якорь (названный системой Ward-Leonard).

Помимо этих двух методов, наиболее широко используемым методом является использование широтно-импульсной модуляции для управления скоростью двигателя постоянного тока.ШИМ включает в себя приложение импульсов различной ширины к драйверу двигателя для управления напряжением, подаваемым на двигатель. Этот метод оказался очень эффективным, поскольку потери мощности сведены к минимуму, и он не требует использования какого-либо сложного оборудования.

ШИМ достигается путем изменения импульсов, подаваемых на разрешающий вывод микросхемы драйвера двигателя, для управления приложенным напряжением двигателя. Изменение импульсов осуществляется микроконтроллером с входным сигналом от кнопок.

Мы надеемся, что мы рассмотрели все подробности и соответствующее описание управления скоростью двигателя постоянного тока.

Мы в Robu.in надеемся, что вам было интересно, и что вы вернетесь к другим нашим образовательным блогам.

Как сделать регулятор скорости двигателя постоянного тока 50 В, 15 А

Всем привет! Это учебное пособие по контроллеру скорости двигателя постоянного тока 50 В, 15 А. И это наиболее полная схема регулятора скорости двигателя постоянного тока, которую вы найдете в Интернете.

Вы можете посмотреть это видео для рабочей части проекта

Технические характеристики этого регулятора скорости двигателя постоянного тока:

• Этот регулятор скорости принимает входное напряжение от 6 В до 50 В .
• МАКС. выходной ток 15А при использовании подходящего радиатора,
• Имеют защиту от перенапряжения ворот и
• Защита от обратного хода или скачков напряжения.

Помимо этого, эту схему можно легко использовать с платой микроконтроллера Arduino или аналогичной, если вы не хотите зацикливаться на конденсаторах, резисторах и проводах.

После подключения необходимого входа напряжения и двигателя к выходной клемме скорость двигателя увеличивается или уменьшается с помощью потенциометра.

Схема контроллера скорости двигателя постоянного тока

Схема контроллера скорости двигателя постоянного тока

Необходимые компоненты:

• LM317 Регулятор напряжения
• Таймер 555
• IRF3205S n-канальный Mosfet
• Конденсатор 330 мкФ (63В)
• Конденсатор 220 мкФ (63В)
• Конденсатор 47 мкФ (63В)
• Керамические конденсаторы 10 нФ X 3
• 1к резисторов X 2
• Резистор 330 Ом
• 6.Резистор 2 кОм
• Резистор 100 Ом
• 1n4007 диоды X 3
• 16 А диод Шоттки
• Потенциометр 100k
• Резистор 33 Ом
• Стабилитрон 10 В

Упрощение схемы контроллера скорости двигателя постоянного тока

На первый взгляд эта схема может показаться очень сложной, поэтому давайте упростим ее. Эта схема разделена на три основные части:

Регулятор напряжения или понижающий преобразователь

Генератор ШИМ.

Цепь переключения.

Теперь давайте разберемся с каждой частью по очереди. Я использую настольный источник питания для питания схемы. И установите напряжение около 12 В в качестве входного напряжения для регулятора скорости. Я использую осциллограф для анализа сигналов.

Для лучшего понимания я сначала прохожу через схему переключения:

ЦЕПЬ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

Цепь переключения контроллера скорости двигателя постоянного тока

Цепь переключения используется для включения и выключения выхода с очень высокой частотой.Здесь для выполнения этой работы используется Mosfet.

Mosfet может переключать высокое выходное напряжение, подключенное между его стоком и истоком, если пороговое напряжение приложено к его затвору. Это пороговое напряжение обычно намного меньше, чем напряжение, которое может переключать Mosfet, или напряжение между стоком и истоком.

Также, когда напряжение на затворе Mosfet увеличивается сверх порогового напряжения затвора, все больше и больше тока протекает через сток к источнику.

Здесь небольшое предостережение. : Пороговое напряжение — это напряжение, при котором полевой МОП-транзистор начинает немного проводить.Чтобы полевой МОП-транзистор проводил достаточно, чтобы управлять значительной нагрузкой, ему также необходимо дополнительное напряжение.

Таким образом, если двигатель постоянного тока подключен между затвором и истоком полевого МОП-транзистора, напряжение на нем и, следовательно, скорость можно контролировать, управляя напряжением затвора. А для этого нам понадобится переменное напряжение на затворе. Теперь на помощь приходит ШИМ-генератор .

ЦЕПЬ ГЕНЕРАТОРА ШИМ Цепь генератора ШИМ регулятора скорости двигателя постоянного тока

Требуемое переменное напряжение на затворе может быть легко обеспечено с помощью напряжения ШИМ.ШИМ или широтно-импульсная модуляция — это метод, используемый для получения любого напряжения между 0 и максимумом входного напряжения. Это достигается переключением входного напряжения на определенной частоте и определенном рабочем цикле.

Предположим, у нас есть входное напряжение 5В. Это может быть либо 5 В, либо 0. Теперь, если он включается и выключается с очень высокой частотой, мы получаем прямоугольную форму волны.

Допустим, время включения составляет 50% от общего времени. Эти 50% называются рабочим циклом волны ШИМ, что дает нам конечное напряжение 2.5вольт. По мере увеличения времени включения или рабочего цикла общее напряжение увеличивается.

И когда рабочий цикл достигает 100%, мы получаем выход 5 вольт. Точно так же, когда он находится на уровне 0%, мы получаем выход 0 вольт. Это называется МОДУЛЯЦИЯ ШИРИНЫ ИМПУЛЬСА, поскольку мы модулируем ширину импульса, чтобы получить переменное напряжение.

Подробнее о ШИМ здесь: Подробнее о ШИМ

Форма сигнала ШИМ

Схема регулятора скорости здесь генерирует сигнал ШИМ с помощью таймера 555 IC .Эта ИС обеспечивает необходимое переменное напряжение на затворе полевого МОП-транзистора, работая в нестабильном режиме.

Теперь существует определенный предел входного напряжения ИС, который, несомненно, меньше предельного напряжения этого регулятора скорости.

Следовательно, чтобы обеспечить подходящее рабочее напряжение для микросхемы таймера 555, используется схема регулятора напряжения, которая подает фиксированное напряжение на микросхему. Для этого в схеме используется регулятор напряжения LM317.

ЦЕПЬ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ Цепь регулятора напряжения контроллера скорости двигателя постоянного тока

Здесь используется стабилизатор напряжения LM317.Он обеспечивает переменное напряжение от 1,25 до 37 вольт. Он используется здесь из-за его нескольких преимуществ перед другими регуляторами напряжения, такими как Программируемое выходное напряжение , Высокий выходной ток , улучшенная линия и регулировка нагрузки .

Подробнее о регуляторах напряжения здесь: Подробнее о регуляторах напряжения

Как работает эта схема регулятора скорости?

Конденсатор емкостью 330 мкФ подключен к клеммам входного питания для сглаживания постоянного тока.За ним следует резистор на 330 Ом, включенный последовательно с конденсатором емкостью 47 мкФ , образующим фильтр нижних частот, который затем питает регулятор напряжения LM317.

Этот регулятор напряжения запрограммирован с использованием двух резисторов (R3 и R2) , чтобы обеспечить постоянное напряжение 9 вольт.

Стоит отметить, что для получения этого выходного сигнала 9 В падение напряжения должно быть более 2,5 В или входное напряжение должно быть не менее 11,5 В. Чтобы получить выходное напряжение, отличное от указанного, вам необходимо изменить значения этих резисторов в соответствии с формулой частоты, указанной в таблице данных.

VO = VREF (1 + R2 / R1) + (IADJ × R2)

Загрузите техническое описание LM317 отсюда: техническое описание LM317

Здесь R2 — 6.2k, а R1 — 1k. С Идж. находится в диапазоне мкА, просто проигнорируйте его здесь. Это дает нам выходное напряжение 9 вольт. Эти 9 вольт затем питают таймер 555 . Здесь мы используем таймер 555 в нестабильном режиме или в качестве генератора ШИМ.

ШИМ Напряжение, генерируемое таймером 555

№ пин.1 микросхема заземлена. 2 и 6 соединены вместе, а также 4 и 8. Конденсатор 220 мкФ сглаживает поступающие 9 вольт.

Теперь резистор 1 кОм , 2 диода 1N4007 , потенциометр 100 кОм и конденсатор 10 нФ образуют RC-цепь зарядки-разрядки, вызывая выход ШИМ на третьем выводе таймера 555.

Этот выход ШИМ управляет затвором МОП-транзистора. Если вы хотите узнать больше о таймере 555 и о том, как он генерирует волну ШИМ, я предлагаю вам просмотреть множество отличных статей, доступных в Интернете.

Подробнее о 555 таймерах здесь: 555 Подробнее о таймере

Некоторые 555 проектов таймера с подробным объяснением: 555 Таймер проектов

Цепь зарядки-разрядки RC

Наиболее важным аспектом волны ШИМ является ее частота, и вот формула частоты таймера 555 для того же самого. Вы также можете рассчитать частоту вывода ШИМ с помощью онлайн-калькуляторов.

Частота = 1,44 / (R1 + 2 × R2) × C1 Гц

Загрузите техническое описание таймера 555 отсюда: техническое описание таймера 555

Калькулятор частоты ШИМ таймера 555: Калькулятор частоты таймера 555

Установка значения R1 (1 кОм), емкости (около 7 нФ из-за допуска и других факторов) и значения потенциометра, которое в моем случае составляет примерно 91 кОм в формуле, дает нам частоту 1100 Гц.

Конечно, это неточно из-за нескольких других факторов, которые влияют на схему. Фактическая частота составляет 1,3 кГц, которая практически постоянна в диапазоне от 0 до 100% рабочего цикла выходного сигнала ШИМ.

Этот выход ШИМ управляет затвором Mosfet , подключенным через резистор на 33 Ом. IRF3205S может выдерживать ток до 110 А при надлежащей системе охлаждения и достаточном напряжении на затворе. Предел напряжения между стоком и источником составляет максимум 55 В.тогда как напряжение между затвором и источником составляет максимум 20 В.

Источник полевого МОП-транзистора заземлен, сток подключен к одной клемме выхода, а другая клемма — к 12 В. Таким образом, двигатель подключается между плюсом питания 12 В и стоком полевого МОП-транзистора .

Теперь, чтобы защитить полевой МОП-транзистор от скачков напряжения, вызванных двигателем, диод Шоттки подключен к двигателю или между стоком и плюсом источника питания 12 В.

Подробнее о обратных диодах можно узнать здесь: Основные сведения о обратных диодах

Диоды Шоттки

обычно предпочтительны в обратных диодах, потому что они имеют самое низкое прямое падение (~ 0.2 В, а не> 0,7 В для малых токов) и способны быстро реагировать на обратное смещение (при повторном включении катушки индуктивности) или, другими словами, диод Шоттки имеет эффективное мгновенное время обратного восстановления, следовательно, подходит для высокочастотного Приложения.

Контроллер скорости двигателя постоянного тока в действии Контроллер скорости двигателя постоянного тока в действии

Потенциометр контролирует скорость двигателя. А сигнал ШИМ, генерируемый таймером 555, отображается на осциллографе.Также можно измерить такие измерения, как рабочий цикл и Vpk-pk .

Важные особенности этого регулятора скорости двигателя постоянного тока

Для защиты от перенапряжения используйте стабилитрон между затвором и истоком МОП-транзистора, как указано на схеме.

Двигатель, которым я здесь управляю, рассчитан на 12 В и потребляет до 2 А при максимальной нагрузке, которая не такая уж большая нагрузка. Следовательно, частота ШИМ 1 кГц здесь подойдет, но для больших двигателей частота должна быть выше 15 кГц.И чтобы настроить частоту ШИМ, измените значение потенциометра или конденсатора, чтобы получить желаемую выходную частоту. Так что имейте это в виду при использовании больших нагрузок.

Поскольку этот пост уже слишком длинный, я расскажу об управлении Arduino в другом посте.

Управление скоростью двигателя постоянного тока с использованием Arduino и PWM с программой и схемой

Управление скоростью двигателя постоянного тока с использованием Arduino и PWM

Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью интерфейса ПК — это простой проект, сделанный своими руками.В этом проекте скорость двигателя постоянного тока контролируется путем отправки команды через ПК. Arduino напрямую подключается к ПК через USB-кабель, и команда подается на Arduino на последовательном мониторе Arduino IDE.

Двигатель подключен к транзистору, а база транзистора подключена к выводу PWM Arduino, и скорость двигателей изменяется в соответствии с сигналом PWM, поступающим от Arduino.

Управление двигателем постоянного тока Arduino — Работает

Arduino подключается к ПК через USB-кабель.Мы можем отправить команду на ПК на серийном мониторе. Мы можем изменить скорость двигателя от 0 до 9. Когда 0 посылается через Serial Monitor, двигатель работает на минимальной скорости (то есть нулевой). Когда скорость изменяется от 1 до 9, скорость увеличивается, при этом значение 9 устанавливается как максимальная скорость двигателя.

ШИМ-контроллер двигателя постоянного тока используется для управления скоростью. В ШИМ Arduino посылает пульсирующую волну, которая похожа на нестабильный режим микросхемы таймера 555.

ШИМ-регулятор скорости (широтно-импульсная модуляция)

Микроконтроллер и Arduino — цифровые устройства; они не могут дать аналоговый выход.Микроконтроллер выдает на выходе НУЛЬ и ЕДИНИЦУ, где НУЛЬ — логический НИЗКИЙ, а ЕДИНИЦА — логический ВЫСОКИЙ. В нашем случае мы используем 5-вольтовую версию Arduino. Таким образом, логический НУЛЬ — это нулевое напряжение, а логический ВЫСОКИЙ — 5 напряжений.

Цифровой выход хорош для цифровых устройств, но иногда нам нужен аналоговый выход. В таком случае очень полезен ШИМ. В ШИМ выходной сигнал переключается между нулем и единицей, на высокой и фиксированной частоте, как показано на рисунке ниже.

Выходной сигнал ШИМ

Как показано на рисунке выше, время включения — «Ton», а время выключения — «Toff».T — это сумма «Ton» и «Toff», которая называется периодом времени. В концепции ШИМ «T» не меняется, и «Ton» и «Toff» могут меняться, таким образом, когда «Ton» увеличивается, «Toff» будет уменьшаться, а «Toff» увеличиваться, когда «Ton» уменьшается пропорционально.

Рабочий цикл — это часть одного периода времени. Рабочий цикл обычно выражается в процентах или соотношении. Период — это время, необходимое сигналу для завершения цикла включения и выключения. В качестве формулы рабочий цикл может быть выражен как:

  РАБОЧИЙ ЦИКЛ = (Тонн ÷ Т) x100%  

Теперь скорость двигателя меняется в зависимости от рабочего цикла.Предположим, что коэффициент заполнения равен нулю, двигатель не работает, а при коэффициенте заполнения 100% двигатель работает на максимальных оборотах. Но эта концепция не всегда верна, потому что двигатель запускается после подачи некоторого фиксированного напряжения, называемого пороговым напряжением.

Транзистор (2N2222)

Микроконтроллер

и Arduino могут обрабатывать сигналы и потреблять ток от 20 до 40 мА, но двигатели нуждаются в высоком токе и напряжении, поэтому мы используем транзистор для управления двигателем. Транзистор соединен последовательно с двигателем, а база транзистора соединена с выводом PWM Arduino через сопротивление.Сигнал PWM поступает от Arduino, и транзистор работает как переключатель, и он закорачивает эмиттер (E) и коллектор (C), когда сигнал PWM находится в состоянии High, и обычно открывается, когда сигнал PWM находится в состоянии LOW. Этот процесс работает непрерывно, и двигатели работают с желаемой скоростью.

Компоненты

Компоненты	Спецификация	Количество
Arduino	Nano	1
Двигатель постоянного тока	Низкое энергопотребление	1
Транзистор	2N222	1
Адаптер питания	12 В	1
Сопротивление	1K	1
Диод	1N4004	1
Кабель USB	Для Arduino Nano	1

Управление двигателем постоянного тока Arduino — схема

Принципиальная схема показана на рисунке ниже.Если вы делаете эту схему на печатной плате общего назначения (ZERO PCB) или макетной плате, этот рисунок будет полезен.

Управление скоростью двигателя постоянного тока Arduino

Более того, если вы хорошо разбираетесь в травлении печатных плат, используйте изображения, представленные ниже.

Управление двигателем постоянного тока Arduino-PWM — Дизайн печатной платы

Контроль скорости двигателя постоянного тока

В схеме используется Arduino Nano , очень маленький по размеру и дружественный к макетной плате.

Вывод BASE транзистора (2n2222) подключен к выводу D9 Arduino через сопротивление 1 кОм, сопротивление используется для ограничения тока. Двигатель подключен между коллекторным выводом транзистора и Vcc. Диод (1n4004) подключен параллельно двигателю с обратным смещением; он используется для блокировки обратного тока. Эмиттерный вывод транзистора подключен к земле. Эта схема питается от адаптера на 12 В.

Управление двигателем Arduino PWM — видео

Управление двигателем постоянного тока Arduino

Управление двигателем Arduino PWM

Управление скоростью двигателя постоянного тока — Загрузить программу

Скачать программу / код

В начале кода объявлены два целых числа с именами «out1» и «val», где out1 равно 9, что показывает, что вывод D9 Arduino используется как вывод (или вывод ШИМ).Более того, данные, поступающие от последовательного монитора, сохраняются во втором целом числе «val».

В void setup () последовательная связь начинается с использования функции «Serial.begin (9600)», где 9600 — это скорость передачи последовательного монитора. После этого «out1» объявляется как выход, потому что двигатель является выходным устройством.

В цикле void «serial.available» используется внутри условия «если», оно становится истинным, когда какие-либо данные отправляются через монитор последовательного порта. Эти данные сохраняются в виде целого числа val с использованием Serial.читать ».

После этого используется много условий «если», в первом «условии если», когда через монитор последовательного порта отправляется «0», оно становится истинным. В скобках «analogWrite (out1, 0)» используется для запуска двигателя при нулевом значении ШИМ. В функции analogWrite (out1, 0) «out1» используется для обозначения вывода, который мы хотим использовать, а «0» — это значение ШИМ на этом выводе. После этого на последовательном мониторе отображается «Speed ​​is = 0» с помощью функции «Serial.println». После этого целое число «val» обновляется до 10, где 10 — случайное значение, отличное от 0 до 9.

В следующей строке, если условие используется для «val == 1», в это время двигатель работает со значением PWM, равным 175. Те же условия используются до 9, в 9 двигателях используется значение 255 PWM, 255 — это максимальное значение PWM. стоимость.

Процесс

1. Подключите Arduino через USB и загрузите код
2. Откройте монитор последовательного порта и установите скорость передачи 9600
3. Теперь введите любое число от 0 до 9.

После ввода любого значения от нуля до 9 скорость двигателя меняется, но мы не можем правильно увидеть изменение скорости на видео, но вы можете увидеть это вживую.

Методы регулирования скорости для различных типов двигателей с регулировкой скорости

Казуя ШИРАХАТА

Oriental Motor Co., Ltd. предлагает широкий выбор двигателей с регулировкой скорости. Наши комплекты двигателей с регулировкой скорости включают двигатель, привод (контроллер) и потенциометр, который позволяет легко регулировать скорость. Существует три группы продукции для двигателей с регулировкой скорости. «Блок управления скоростью переменного тока», в котором используется самый популярный однофазный асинхронный двигатель с конденсаторным приводом, небольшой и высокоэффективный «Бесщеточный двигатель постоянного тока» и «Инверторный блок», который объединяет трехфазный асинхронный двигатель с небольшой инвертор.В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности каждой группы продуктов, а также представлены наши стандартные продукты.

1. Введение

Большое количество двигателей используется для общих целей в нашем окружении, от домашнего оборудования до станков на промышленных предприятиях. Электродвигатель в настоящее время является необходимым и незаменимым источником энергии во многих отраслях промышленности. Эти двигатели имеют самые разные функции и характеристики.Если сосредоточить внимание на сегменте регулирования скорости на рынке двигателей, серводвигатели и шаговые двигатели управляют своей скоростью с помощью последовательности импульсов, в то время как асинхронный двигатель и бесщеточный двигатель постоянного тока регулируют скорость с помощью внешнего резистора и / или напряжения постоянного тока.
В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности следующих трех групп продуктов, которые могут относительно легко управлять скоростью с помощью аналогового входа.

• Электродвигатель и мотор-редукторы с регулятором скорости переменного тока
• Бесщеточные двигатели постоянного тока и мотор-редукторы
• Инверторный блок

2.Методы управления скоростью различных двигателей с регулировкой скорости

Метод управления выходом схемы управления скоростью можно условно разделить на две группы: управление фазой и управление инвертором, которые составляют группы продуктов, показанные на рис. 1.

Рис.1 Классификация двигателей с регулировкой скорости

2.1. Двигатели с регулировкой скорости переменного тока

2.1.1. Строительство Motor

Как показано на рис. 2, конструкция однофазного и трехфазного асинхронных двигателей включает статор, на котором намотана первичная обмотка, и цельный алюминиевый ротор в форме корзины, отлитый под давлением.Ротор недорогой, потому что конструкция проста и не использует магнит.

Рис. 2 Конструкция асинхронного двигателя

Когда необходимо управлять скоростью этого двигателя, для определения скорости используется тахогенератор, который присоединяется к двигателю, как показано на рис. 3. Тахогенератор состоит из магнита, подключенного непосредственно к валу двигателя. и катушка статора, которая обнаруживает магнитные полюса и генерирует переменное напряжение с частотой 12 циклов на оборот.Поскольку это напряжение и частота увеличиваются с увеличением скорости вращения, скорость вращения двигателя регулируется на основе этого сигнала.

Рис.3 Система электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

2.1.2. Принцип управления скоростью
Скорость вращения N асинхронного двигателя может быть выражена выражением (1). Когда напряжение, приложенное к двигателю, увеличивается и уменьшается, изменяется скольжение и , затем изменяется частота вращения N.
N = 120 · f · (1- s ) / P · · · · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

В случае асинхронного двигателя, показанного на рис. 4, на кривой «Скорость вращения — крутящий момент» существует стабильный диапазон и нестабильный диапазон. Поскольку невозможно надежно работать в нестабильном диапазоне, простое управление напряжением (управление разомкнутым контуром) ограничивается регулированием скорости в узком диапазоне, например N1 ~ N3 на рис.5. Чтобы обеспечить надежную работу даже в вышеупомянутом нестабильном диапазоне, необходимо определять скорость вращения двигателя и использовать механизм регулирования напряжения (управление с обратной связью), который снижает ошибку скорости по сравнению с установить значение.

Рис. 4 Частота вращения — характеристики крутящего момента асинхронных двигателей

Рис.5 Простое управление напряжением

Доступные методы управления напряжением включают управление трансформатором или управление фазой.На рис. 6 показано, когда напряжение регулируется с помощью трансформатора. Этот метод не так-то просто сделать с двигателем, регулирующим скорость переменного тока. В качестве альтернативы, напряжение переменного тока можно регулировать, задав время включения / выключения каждого полупериода переменного напряжения (50 или 60 Гц), подаваемого на двигатель, с помощью переключающего элемента (тиристора или симистора), который может напрямую включать и выключать переменный ток. напряжение, как показано на Рис. 7 и Рис. 8. Регулирование скорости достигается методом фазового регулирования путем управления среднеквадратичным значением значение переменного напряжения.

Рис.6 Изменение напряжения трансформатором

Рис.7 Изменение напряжения с помощью фазового управления

Рис.8 Цепь управления симистором

Этот метод управления скоростью переменного тока может обеспечить устойчивое управление скоростью за счет регулирования фазы с обратной связью даже в нестабильном диапазоне.
На рис. 9 показана блок-схема конфигурации системы управления скоростью для двигателя переменного тока с регулировкой скорости.

Рис. 9 Блок-схема системы электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

Рис.10 Форма сигнала для каждого блока

На рис. 10 показаны формы сигналов каждого блока. Установленное значение d скорости и обнаруженное напряжение e скорости, генерируемое тахогенератором, сравниваются в блоке усилителя сравнения. Затем определяется уровень сигнала напряжения , .
Сигнал напряжения a низкий, когда обнаруженное значение скорости до заданного значения скорости увеличивается, и выше, когда заданное значение скорости уменьшается.Поскольку триггерный сигнал выводится в точке, где треугольная волна b, пересекается с сигналом напряжения a, , определяется синхронизация (фазовый угол), когда симистор включен, с уровнем сигнала напряжения a, . Когда это время является медленным, напряжение, подаваемое на двигатель, становится низким, и скорость вращения двигателя уменьшается. Пониженная скорость вращения возвращается снова, и управление повторяется, так что разница между определенным значением скорости и установленным значением скорости всегда может быть постоянной.
На рис. 11 показан внешний вид упомянутого выше регулятора скорости. На рис. 11 рабочая точка двигателя образует контур Q-R-S-T-Q с центром на O, и скорость вращения поддерживается между N1 и N2. Этот цикл максимально сокращен за счет повышения точности определения скорости.

Рис.11 Работа регулятора скорости

Двигатель с регулировкой скорости переменного тока имеет следующие особенности при использовании этого регулирования фазы с обратной связью.
1) Поскольку напряжение переменного тока регулируется напрямую, схему управления скоростью можно настроить просто потому, что в схеме сглаживания нет необходимости, что позволяет получить компактную конструкцию по низкой цене.
2) Таким же образом возможна долговечная конструкция, поскольку нет необходимости в большом алюминиевом электролитическом конденсаторе.
3) Переключение выполняется только один раз в течение каждого полупериода промышленного источника переменного тока, что снижает уровень генерируемого шума.

2.1.3. Характеристики
Электродвигатели переменного тока с регулировкой скорости обычно имеют характеристики «Скорость вращения — крутящий момент», показанные на рис.12.

Рис.12 Характеристики крутящего момента и скорости вращения

«Строка безопасной эксплуатации» приведена на рис. 12. «Строка безопасной эксплуатации» представляет собой ограничение, при котором двигатель может работать в непрерывном режиме без превышения максимально допустимой температуры.

2.2. Бесщеточный блок управления скоростью постоянного тока
2.2.1. Конструкция двигателя
Что касается конструкции бесщеточного двигателя, катушка соединена звездой (Y-разводкой) с тремя фазами: U, V и W и расположена в статоре, а ротор состоит из магнитов. намагниченный в многополюсной конфигурации, как показано на рис.14.
Внутри статора три ИС Холла расположены как магнитные элементы, так что разность фаз выходного сигнала от каждой ИС Холла будет составлять 120 градусов при каждом повороте ротора.

Рис.14 Конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока

2.2.2. Принцип управления скоростью
Как показано на рис. 15, характеристики вращательной скорости-момента бесщеточного двигателя постоянного тока показывают отрицательную наклонную характеристику, когда его скорость не контролируется, что аналогично таковой у щеточного двигателя постоянного тока.

Рис. 15 Характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока

Когда нагрузка не приложена и входное напряжение установлено на V2 на рисунке 15, рабочая точка двигателя становится P, а скорость вращения равна N1. Когда прикладывается крутящий момент T1 нагрузки, рабочая точка смещается к Q, а скорость вращения снижается до N2, однако скорость вращения возвращается к N1, если напряжение повышается до V3. Следовательно, поскольку скорость вращения изменяется всякий раз, когда изменяется крутящий момент нагрузки, механизму управления скоростью нужно будет только изменять входное напряжение всякий раз, когда наблюдается изменение скорости, чтобы поддерживать постоянную скорость на линии PR.
Этот контроль напряжения реализуется инвертором в выходной части схемы управления (драйвер). Этот инвертор генерирует трехфазное переменное напряжение из постоянного тока путем включения и выключения, как в последовательности, показанной на рисунке 16 (b), с использованием шести переключающих элементов (FET или IGBT), показанных на рисунке 16 (a).

Рис. 16 (a) Выходная часть схемы управления (драйвер)

Рис.16 (b) Последовательность переключения

Переключающие элементы подключены к обмотке двигателя, как показано на рис.16 (a), а состояние ВКЛ / ВЫКЛ переключающего элемента определяет, какая катушка статора находится под напряжением и в каком направлении будет течь ток, то есть какая катушка станет полюсом N или полюсом S.
Фактически, положение магнитного полюса ротора определяется ИС Холла, и соответствующий переключающий элемент включается или выключается, как показано на Рис. 16 (b). Например, в случае шага 1 транзисторы Tr1 и Tr6 включаются, и ток течет из U-фазы в W-фазу. В это время U-фаза возбуждается как полюс N, а фаза W становится полюсом S, и ротор поворачивается на 30 градусов, переходя к шагу 2.Один оборот ротора выполняется повторением этой операции 12 раз (шаги 1 ~ 12).
На рис. 17 показана блок-схема конфигурации для управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока.

Рис.17 Блок-схема системы бесщеточного двигателя постоянного тока

Последовательность переключения инвертора определяется сигналом от ИС Холла в части определения положения на блок-схеме, и двигатель вращается.
Затем сигнал от ИС Холла отправляется на датчик скорости, чтобы стать сигналом скорости, и он сравнивается с сигналом установки скорости в блоке усилителя сравнения, который затем генерирует сигнал отклонения.Значение входного тока двигателя определяется блоком настройки ШИМ на основе сигнала отклонения.
Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют следующие особенности.
1) Он имеет высокий КПД, поскольку используется ротор с постоянными магнитами и вторичные потери малы.
2) Инерция ротора может быть уменьшена, и достигается высокая скорость реакции.
3) Размер двигателя можно уменьшить, поскольку он очень эффективен.
4) Колебания скорости при изменении нагрузки незначительны.

Фиг.16 показана типичная последовательность переключения (метод подачи напряжения на 120 градусов). Еще более эффективная система бесщеточного двигателя постоянного тока использует метод возбуждения синусоидальной волны, получая информацию о положении ротора с высоким разрешением из программного обеспечения из сигнала IC Холла. Этот метод обеспечивает малошумный метод управления двигателем, поскольку ток, протекающий через двигатель, не изменяется быстро. (2)

Рис. 18 Сравнение напряжений, прикладываемых с помощью метода возбуждения синусоидальной волны и метода возбуждения 120 градусов

2.2.3. Характеристики
Характеристики скорости вращения и крутящего момента бесщеточного двигателя постоянного тока имеют ограниченную рабочую область в дополнение к области непрерывной работы.
Ограниченная рабочая зона очень эффективна при запуске инерционной нагрузки. Однако, когда работа в ограниченном режиме работы продолжается в течение пяти секунд или более, активируется функция защиты водителя от перегрузки, и двигатель замедляется до полной остановки.

2.3. Блок управления скоростью инвертора

2.3.1. Принцип управления скоростью

Инверторный блок управляет скоростью трехфазного асинхронного двигателя, изменяя частоту f напряжения, подаваемого на двигатель. Инверторный блок изменяет частоту f, изменяя цикл включения / выключения шести переключающих элементов, а скорость вращения (N) двигателя изменяется пропорционально выражению в формуле (1).

N = 120 · f · (1- s ) / P ·· · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

Кроме того, чтобы напряжение, подаваемое на обмотку, имело синусоидальную форму, инвертор регулирует рабочий цикл включения / выключения, как показано на рис.21. Время включения / выключения регулируется так, что среднее напряжение, приложенное к двигателю, приобретает форму синусоиды, путем сравнения треугольной волны, называемой несущим сигналом, с формой сигнала синусоидальной формы. Этот метод называется ШИМ-управлением.

Рис.19 Дежурный контроль ВКЛ / ВЫКЛ

Метод управления скоростью наших инверторных блоков делится на два типа: управление без обратной связи, которое просто изменяет скорость, и управление с обратной связью, которое уменьшает изменение скорости при изменении нагрузки двигателя.
1) Управление без обратной связи
На рис. 22 показана конфигурация управления без обратной связи в виде блок-схемы.

Рис.20 Блок-схема управления без обратной связи

Этот метод используется для изменения входного напряжения и частоты двигателя в соответствии с заданной частотой. Этот метод подходит для изменения скорости и позволяет получить высокие скорости (частоту можно установить до 80 Гц) просто тогда, когда регулирование скорости с изменяющейся нагрузкой не представляет особой важности.
Создаваемый крутящий момент T двигателя отображается формулой (2).Исходя из этого соотношения, можно сказать, что крутящий момент также будет постоянным, если сделать постоянным V / f, отношение напряжения V к частоте f.

Ｔ ＝ Ｋ ・ Ｉ ・ Ｖ ／ ｆ ・ ・ ・ （２）

Ｔ ： Крутящий момент [Н · м]
Ｖ ： Напряжение питания [В]
Ｉ ： Ток двигателя [A]
ｆ ： Частота [Гц]
Ｋ ： Постоянная

Однако чем ниже скорость, тем труднее поддерживать постоянным входное сопротивление асинхронного двигателя при изменении f.Следовательно, чтобы получить постоянный крутящий момент от низкой скорости к высокой скорости, необходимо отрегулировать отношение V / f на низкой скорости в соответствии с характеристиками двигателя, как показано на рисунке 23 сплошной линией.

Рис.21 V / f Control

2) Управление с обратной связью
На рис. 24 показана конфигурация блок-схемы системы управления с обратной связью, используемой в нашей серии BHF.

Рис.22 Блок-схема управления по замкнутому контуру

Этот метод определяет разность фаз между напряжением выходного блока инвертора и первичным током, который вычисляет частоту возбуждения, соответствующую нагрузке, с использованием таблицы данных характеристик (рис.25), подготовленный заранее, и регулирует частоту инвертора без необходимости в датчике скорости на двигателе.

Рис.23 Таблица характеристик и данных

Используя эту таблицу характеристик и время t обнаруженной разности фаз, инвертор вычисляет выходную частоту инвертора, которая соответствует команде Nset скорости вращения, установленной потенциометром скорости, и выводит ее как выходную частоту инвертора. После получения выходной частоты блок управления U / f вычисляет напряжение, приложенное к двигателю, соответствующее выходной частоте f, и выполняет управление скоростью, управляя инвертором PWM.В результате при приложении нагрузки выходная частота инвертора увеличивается, так что уменьшение скорости вращения может быть компенсировано. (3)

2.3.2. Характеристика с

Характеристики скорости вращения-момента инверторного блока показаны на рис. 26 и 27. Как объяснено в разделе, посвященном двигателю, регулирующему скорость переменного тока, на характеристике крутящего момента нарисована «линия безопасной работы». Эта линия представляет предел для непрерывной работы, а область под этой линией называется областью непрерывной работы.

Рис.24 Характеристики скорости вращения и момента для управления без обратной связи

Рис.25 Характеристики скорости вращения и момента для замкнутого контура управления

3. Резюме

Oriental Motor предлагает три группы продуктов (двигатели с регулированием скорости переменного тока, бесщеточные двигатели с регулировкой скорости постоянного тока и инверторные блоки) для использования в широком диапазоне приложений регулирования скорости. Подходящий продукт для регулирования скорости можно выбрать в соответствии с функцией, производительностью, стоимостью и целью, которые требуются для вашего приложения.
Oriental Motor продолжит работу над разработкой продукции, чтобы в будущем мы могли предлагать продукцию, которая наилучшим образом отвечает различным потребностям наших клиентов.

Список литературы

(1) Исследовательская группа по технологиям двигателей переменного тока: «Книга для понимания малых двигателей переменного тока», Kogyo Chosakai Publishing (1998)
(2) Казуо Абэ: «Технология бесшумного привода бесщеточного двигателя», RENGA № 163, стр. 19-25 (2003)
(3) Кодзи Намихана, Масаёши Сато: «Новый метод управления трехфазным асинхронным двигателем», RENGA No.