Знайте за важните начини за контрол на скоростта на двигателя с постоянен ток

Знайте за важните начини за контрол на скоростта на двигателя с постоянен ток

В периода на 18тивек, еволюцията на двигателите с постоянен ток. Разработването на двигатели с постоянен ток е значително подобрено и те се прилагат значително в множество индустрии. В ранния период на 1800 г. и с подобренията, направени през 1832 г., двигателите с постоянен ток първоначално са разработени от британския изследовател Стърджън. Той изобретява първоначалния тип комутатор на постояннотоков двигател, където той има способността да симулира и машини. Но човек може да се чуди каква е функционалността на постояннотоковия двигател и защо е важно да знаете за управлението на скоростта на постояннотоковия двигател. И така, тази статия ясно обяснява нейната работа и различни техники за контрол на скоростта.



Какво е DC двигател?

Двигателят с постоянен ток се управлява чрез използване на постоянен ток, където той трансформира получената електрическа енергия в механична енергия. Това задейства ротационна промяна в самото устройство, като по този начин предоставя мощност за работа с различни приложения в множество домейни.


Контролът на скоростта на мотора с постоянен ток е една от най-полезните характеристики на двигателя. Чрез управление на скоростта на двигателя можете да променяте скоростта на двигателя в съответствие с изискванията и да получите необходимата операция.





Механизмът за контрол на скоростта е приложим в много случаи като контрол на движението на роботизирани превозни средства, движение на двигатели в хартиени фабрики и движение на двигатели в асансьори, където различни видове DC двигатели са използвани.

Принцип на работа на DC Motor

Един прост постояннотоков двигател работи на принципа, че когато токопроводящ проводник е поставен в a магнетичен верен d, изпитва механична сила. В практичен двигател с постоянен ток, котвата е токопроводящият проводник и полето осигурява магнитно поле.



Когато проводникът (котвата) се захранва с ток, той произвежда собствен магнитен поток. Магнитният поток или се добавя към магнитния поток поради намотките на полето в една посока или отменя магнитния поток поради намотките на полето. Натрупването на магнитен поток в едната посока в сравнение с другата упражнява сила върху проводника и следователно той започва да се върти.


Съгласно закона на Фарадей за електромагнитната индукция, въртящото действие на проводника произвежда ЕМП . Тази ЕМП, според закона на Ленц, има тенденция да противодейства на причината, т.е. на подаваното напрежение. По този начин двигателят с постоянен ток има много специална характеристика за регулиране на своя въртящ момент в случай на променливо натоварване поради задната ЕМП.

Защо управлението на скоростта на мотора с постоянен ток е важно?

Контролът на скоростта в машината показва влияние върху скоростта на въртене на двигателя, когато това пряко влияе върху функционалността на машината и е толкова важно за производителността и резултата от изпълнението. По време на пробиването всеки вид материал има своя собствена скорост на въртене и се променя в зависимост от размера на свредлото.

В сценария на помпените инсталации ще има промяна в скоростта на пропускателната способност и затова конвейерната лента трябва да бъде в синхрон с функционалната скорост на устройството. Тези фактори идват пряко или косвено в зависимост от скоростта на двигателя. Поради това трябва да се има предвид скоростта на двигателя с постоянен ток и да се спазват различни видове методи за контрол на скоростта.

Контролът на скоростта на постояннотоковия двигател се извършва или ръчно от работника, или с помощта на който и да е инструмент за автоматично управление. Изглежда, че това е в контраст с ограничението на скоростта, когато трябва да има регулиране на скоростта, противопоставящо се на естествената промяна в скоростта поради промяната в натоварването на шахтата.

Принципът на контрол на скоростта

От горната фигура уравнението на напрежението е просто DC мотор е

V = Eb + IaRa

V е подаваното напрежение, Eb е задната ЕМП, Ia е токът на котвата, а Ra е съпротивлението на котвата.

Това вече го знаем

Eb = (PøNZ) / 60A.

P - брой полюси,

А - константа

Z - брой проводници

N- скоростта на двигателя

Замествайки стойността на Eb в уравнението на напрежението, получаваме

V = ((PøNZ)/60A) + IaRa

Или, V - IaRa = (PøNZ) / 60A

т.е. N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø

Горното уравнение може да се запише и като:

N = K (V - IaRa) / ø, K е константа

Това предполага три неща:

  1. Скоростта на двигателя е право пропорционална на захранващото напрежение.
  2. Скоростта на двигателя е обратно пропорционална на спада на напрежението на котвата.
  3. Скоростта на двигателя е обратно пропорционална на потока поради констатациите на полето

По този начин скоростта на постояннотоков двигател може да се контролира по три начина:

  • Чрез промяна на захранващото напрежение
  • Чрез промяна на потока и чрез промяна на тока през намотката на полето
  • Чрез промяна на напрежението на котвата и чрез промяна на съпротивлението на котвата

Многобройни техники за контрол на скоростта на мотора с постоянен ток

Тъй като има два вида двигатели с постоянен ток, тук ясно ще обсъдим методите за контрол на скоростта както на DC сериите, така и на шунтиращи двигатели.

Контрол на скоростта на постояннотоковия двигател в серийни типове

Тя може да бъде категоризирана в два вида и те са:

  • Техника с контролирана арматура
  • Техника с контролирано поле

Техниката за управление на арматурата се класифицира допълнително в три типа

  • Контролирано съпротивление на котвата
  • Управление на шунтираната арматура
  • Напрежение на клемата на котвата

Контролирано съпротивление на арматурата

Тази техника се използва най-широко, когато регулиращото съпротивление има последователна връзка с това на захранването на двигателя. Картината по-долу обяснява това.

Контрол на съпротивлението на котвата

Контрол на съпротивлението на котвата

Загубата на мощност, която се случва в управляващото съпротивление на двигателя от серия DC, може да бъде пренебрегната, тъй като тази регулираща техника се използва най-вече за дълъг период, за да се намали скоростта по време на сценарии на леко натоварване. Това е рентабилна техника за постоянен въртящ момент и се прилага главно при шофиране на кранове, влакове и други превозни средства.

Контрол на шунтираната арматура

Тук реостатът ще бъде както в серия, така и в маневрена връзка с котвата. Ще има промяна в нивото на напрежението, което се прилага към котвата и това варира чрез промяна на серията реостат . Докато промяната в тока на възбуждане става чрез промяна на шунтиращия реостат. Тази техника за управление на скоростта в двигател с постоянен ток не е толкова скъпа поради значителни загуби на мощност в съпротивленията за регулиране на скоростта. Скоростта може да се регулира до известна степен, но не над нормалното ниво на скоростта.

Метод за управление на скоростта на постояннотоков двигател с постоянна арматура

Метод за управление на скоростта на постояннотоков двигател с постоянна арматура

Напрежение на терминала на котвата

Скоростта на двигател от серия DC може да се постигне и чрез захранване на двигателя, като се използва индивидуално променливо захранващо напрежение, но този подход е скъп и не се прилага широко.

Полево контролираната техника се класифицира допълнително на два типа:

  • Полеви отклонител
  • Контролиране на подслушваното поле (Управление на подслушваното поле)

Техника на полевия отклонител

Тази техника използва дивертер. Скоростта на потока, която е през полето, може да бъде намалена чрез шунтиране на част от тока на двигателя през серийното поле. Колкото по-малко е съпротивлението на отклонителя, токът на полето е по-малък. Тази техника се използва за повече от нормалния диапазон на скоростите и се прилага в електрически задвижвания, където скоростта се увеличава, когато има намаляване на товара.

Контрол на скоростта на постоянен ток на полевия дивертор

Контрол на скоростта на постоянен ток на полевия дивертор

Контролиране на подслушваното поле

Тук също, с намаляването на потока, скоростта ще се увеличи и това се постига чрез намаляване на завоите на полевите намотки от мястото, където протича потокът на тока. Тук се изважда броят на потупванията в намотката на полето и тази техника се използва при електрически тяги.

Контрол на скоростта на DC шунтовия двигател

Тя може да бъде категоризирана в два вида и те са:

  • Техника с контролирано поле
  • Техника с контролирана арматура

Метод на полево управление за двигател с постоянен ток с постоянен ток

При този метод магнитният поток, дължащ се на полевите намотки, варира, за да се промени скоростта на двигателя.

Тъй като магнитният поток зависи от тока, протичащ през намотката на полето, той може да варира чрез промяна на тока през намотката на полето. Това може да се постигне чрез използване на променлив резистор в серия с резистор за полеви намотки.

Първоначално, когато променливият резистор се поддържа в минималното си положение, номиналният ток протича през полевата намотка поради номинално захранващо напрежение и в резултат на това скоростта се поддържа нормална. Когато съпротивлението се увеличава постепенно, токът през полевата намотка намалява. Това от своя страна намалява произвеждания поток. По този начин скоростта на двигателя се увеличава над нормалната му стойност.

Метод за контрол на съпротивлението на котвата за двигател с постоянен ток

С този метод скоростта на постояннотоковия двигател може да се контролира чрез контролиране на съпротивлението на котвата, за да се контролира спада на напрежението на котвата. Този метод също използва променлив резистор последователно с котвата.

Когато променливият резистор достигне минималната си стойност, съпротивлението на котвата е в норма и следователно напрежението на котвата пада. Когато стойността на съпротивлението постепенно се увеличава, напрежението на котвата намалява. Това от своя страна води до намаляване на скоростта на двигателя.

Този метод постига скоростта на двигателя под нормалната му стойност.

Метод за управление на напрежението на котвата за шунтовия двигател с постоянен ток (метод на Уорд Леонард)

Техниката на Уорд Леонард от Верига за управление на скоростта на DC мотора е показано както следва:

На горната снимка M е основният двигател, при който скоростта му трябва да се регулира, а G съответства на индивидуално възбуден генератор на постоянен ток, където това се задвижва с помощта на трифазен двигател и може да бъде или на синхронен, или на асинхронен двигател. Този модел на комбинация от DC генератор и двигател с променлив ток се нарича M-G комплект.

Напрежението на генератора се променя чрез промяна на тока на полето на генератора. Това ниво на напрежение, когато се подава към котвата на постояннотоковия двигател и след това M се променя. За да се поддържа потока на моторното поле постоянен, токът на моторното поле трябва да се поддържа като постоянен. Когато скоростта на двигателя се регулира, токът на котвата на двигателя трябва да бъде същият като този на номиналното ниво.

Доставеният ток на полето ще бъде различен, така че нивото на напрежение на котвата варира от ‘0’ до номиналното ниво. Тъй като регулирането на скоростта съответства на номиналния ток и на постоянния полеви поток на двигателя и полевия поток, до достигане на номиналната скорост. И тъй като мощността е продукт на скоростта и въртящия момент и тя има пряка пропорция към скоростта. С това, когато има нарастване на мощността, скоростта се увеличава.

И двата гореспоменати метода не могат да осигурят контрол на скоростта в желания диапазон. Освен това методът за контрол на потока може да повлияе комутацията, докато методът за управление на котвата включва огромни загуби на мощност поради използването на резистор последователно с котвата. Поради това често е желателен различен метод - този, който контролира захранващото напрежение, за да контролира скоростта на двигателя.

Следователно, с техниката на Уорд Леонард, регулируемото задвижване и постоянната стойност на въртящия момент се придобиват от нивото на скоростта, минимално до нивото на основната скорост. Техниката за регулиране на потока на полето се използва главно, когато нивото на скоростта е по-голямо от това на основната скорост.

Тук, във функционалността, токът на котвата се поддържа на постоянно ниво при определената стойност и стойността на напрежението на генератора се поддържа постоянна. При такъв метод полевата намотка получава фиксирано напрежение, а котвата получава променливо напрежение.

Една такава техника на метод за управление на напрежението включва използването на разпределителен механизъм за осигуряване на променливо напрежение на котвата, а другият използва генератор, задвижван от променлив ток, за осигуряване на променливо напрежение на котвата ( Система Уорд-Леонард ).

The предимства и недостатъци на отделението Leonard metho осмелявам се:

Ползите от използването на техниката на Уорд Леонард за управление на скоростта на постояннотоковия двигател са както следва:

  • И в двете посоки може да се управлява плавно скоростта на устройството за разширен обхват
  • Тази техника има присъща спирачна способност
  • Задните реактивни волтови ампери се уравновесяват чрез задвижване и силно възбуденият синхронен двигател действа като задвижване, така че ще има нарастване на фактора на мощността
  • Когато има мигащ товар, задвижващият двигател е асинхронен двигател с маховик, който се използва за намаляване на мигащото натоварване до минимално ниво

Недостатъците на техниката на Уорд Леонард са:

  • Тъй като тази техника има набор от двигател и генератор, цената е повече
  • Устройството е сложно за дизайн и също има тежка тежест
  • Нуждаете се от повече място за монтаж
  • Изисква редовна поддръжка и основата не е рентабилна
  • Ще има огромни загуби и така ефективността на системата е намалена
  • Генерира се повече шум

И прилагане на метода на Уорд Леонард е плавно управление на скоростта в постояннотоковия двигател. Няколко от примерите са мини подемници, хартиени фабрики, асансьори, валцови мелници и кранове.

Освен тези две техники, най-широко използваната техника е контрол на скоростта на постояннотоков двигател чрез ШИМ за постигане на контрол на скоростта на двигател с постоянен ток. PWM включва прилагане на импулси с различна ширина към драйвера на двигателя, за да се контролира напрежението, приложено към двигателя. Този метод се оказва много ефективен, тъй като загубата на мощност е сведена до минимум и не включва използването на сложно оборудване.

Метод за контрол на напрежението

Метод за контрол на напрежението

Горната блок-схема представлява проста регулатор на скоростта на електродвигателя . Както е показано в горната блок-схема, микроконтролер се използва за подаване на ШИМ сигнали към драйвера на двигателя. Двигателят на двигателя е L293D IC, който се състои от H-мостови вериги за задвижване на двигателя.

ШИМ се постига чрез промяна на импулсите, приложени към разрешаващия щифт на интегралната схема на драйвера на двигателя, за да контролира приложеното напрежение на двигателя. Промяната на импулсите се извършва от микроконтролера, с входния сигнал от бутоните. Тук са предвидени два бутона, всеки за намаляване и увеличаване на работния цикъл на импулсите.

И така, тази статия даде подробно обяснение на различните техники за контрол на скоростта на мотора с постоянен ток и как управлението на скоростта е най-важно да се спазва. Освен това се препоръчва да знаете за контролера на скоростта на двигателя 12v dc .