Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока: Регулирование скорости вращения электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением

Содержание

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.


Пуск, торможение и регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока —

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

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

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

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

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

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

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

Так достигается реверсирование двигателя Д.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Потенциометрический способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивлений, включённых последовательно и параллельно  [c.146]

Регулирование скорости двигателя постоянного тока при помоши управляемых ионных выпрямителей (тиратронов)  [c.148]

С высоким пусковым моментом, большим числом включении в час и регулированием скорости Двигатели постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения, иногда с искусственными схемами соединения обмоток Механизмы подъема и передвижения кранов большой производительности и точности, вспомогательные металлургические механизмы, электрическая тяга  [c. 239]


Сложные системы регулирования скорости двигателей постоянного тока. С и-стема генерато р-д вигатель (Г—Д). Система генератор-двигатель (система Леонарда) — наиболее совершенная система управления и регулирования двигателей постоянного тока. Недостаток ее  [c.517]

Включение сопротивлений в цепь ротора двигателя с контактными кольцами. Диапазон регулирования и недостатки те же, что при регулировании скорости двигателей постоянного тока включением сопротивлений в цепь якоря.  [c.136]

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА  [c.30]

С очень плавным регулированием скорости до отношения 1 4 (вверх от основной скорости) Двигатели постоянного тока параллельного возбуждения с питанием от сети постоянного тока неизменного напряжения Электроприводы главного движения металлорежущих станков (токарных, расточных, карусельных)  [c.126]

Электрический привод бесступенчатого регулирования широко применяется в тяжелых и шлифовальных станках. Для увеличения диапазона регулирования комбинируют двигатель постоянного тока с несложной коробкой скоростей.  [c.25]

Применение электронной схемы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока на тиристорах в данной установке дает возможность плавно изменять скорость перемещения подвижного захвата на 7 порядков от 1,67 до 3,3 10- мм/с. Обеспечивается плавная регулировка скорости перемещения подвижного захвата в широких пределах при сохранении номинального крутящего момента на валу двигателя, т. е. растягивающего усилия, передаваемого на  [c.84]

В случае необходимости с помощью данного механизма можно осуществить регулирование скорости опускания груза. При пологой характеристике число оборотов двигателя, работающего на спуск груза, близко к числу его оборотов на холостом ходу. Это позволяет производить изменение скорости опускания путем изменения числа оборотов холостого хода переключением числа полюсов трехфазных электродвигателей или изменением магнитного поля двигателей постоянного тока. Весьма точное регулирование скорости спуска можно произвести даже при трехфазном двигателе введением в систему рычагов дополнительной пружины 1, имеющей предварительное натяжение (фиг. 213, а). При наличии такой пружины корпус вспомогательного двигателя при повороте под действием реактивного момента прежде, чем он разомкнет тормоз, должен преодолеть усилие пружины 1. В зависимости от включенной в данный момент ступени сопротивления двигатель работает на одной из искусственных характеристик а—[c.326]


Выше рассмотрен простейший случай системы автоматического регулирования скорости с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. В качестве примера для определения  [c.15]

Анализ показывает, что динамическая характеристика двигателя постоянного тока в замкнутой системе автоматического регулирования скорости с линейными и кусочно-линейными звеньями может быть представлена в виде (2.24). Исиользуя выражение для относительной скорости 5 = 1 —оз/мо, уравнение динамической характеристики (2. 24) можно преобразовать следующим образом  [c.24]

На рис. 0. 1, (Э показаны характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Скорость регулируют путем изменения возбуждения генератора, питающего цепь якоря двигателя. Эта система, названная системой Г—Д (генератор— двигатель), допускает очень тонкое регулирование скорости и находит наибольшее применение там, где, с одной стороны, устанавливают двигатели очень большой мощности, а с другой — предъявляют особые требования в отношении плавного изменения скорости вращения. Мощность двигателей системы Г—Д на крупных шахтных подъемных установках достигает 4 000 кет. В то же время на современных металлорежущих станках, где устанавливают двигатели сравнительно малой мощности, в ряде случаев также применяют систему Г—Д.  [c.18]

Этими свойствами обладают двигатели постоянного тока, имеющие широкий диапазон регулирования угловой скорости и высокий КПД.  [c.425]

Регулирование скорости тяговых двигателей постоянного тока  [c. 447]

Для регулирования скорости пригодны те же методы, что и для двигателей постоянного тока (см. стр. 447). Однако наличие трансформатора, понижающего напряжение контактной сети, позволяет в широких пределах и экономично регулировать напряжение на зажимах двигателей путём переключения их на различные выводы вторичной обмотки трансформатора. В связи с этим перегруппировки двигателей и ослабление поля для регулирования скорости не применяются.  [c.454]

Ионный электропривод постоянного тока и его механические характеристики. Электропривод этого типа состоит из ионных выпрямляющих аппаратов и двигателя постоянного тока. Для выпрямления переменного тока при больших мощностях двигателей используются ртутные выпрямители с регулируемой сеткой, при меньших мощностях — тиратроны (стеклянные или металлические) и игнитроны. Подводимое к двигателю напряжение ионных аппаратов можно регулировать в широких пределах, изменяя момент зажигания игнитронов посредством подачи соответствующих потенциалов на сетки ртутных выпрямителей или тиратронов. Этим создаётся возможность производить пуск и широко регулировать скорость так же, как и в системе Леонарда. Пределы регулирования скорости двигателя — от 1 20 и выше.  [c.13]

Регулирующие р еос тэты служат для длительного регулирования скорости двигателя изменением сопротивления в цепи якоря двигателей постоянного тока и в цепи ротора асинхронных двигателей.  [c.49]

Шунтовые регулировочные реостаты используются для длительного регулирования скорости шунтового двигателя постоянного тока изменением тока возбуждения.  [c.49]

Виды управления автоматизированным приводом. Исходные импульсы в схеме автоматизированного привода в основном создаются или кнопками (кнопочное управление), или рычагами — командоконтроллерами (рычажное управление). Иногда исходный импульс для пуска или остановки двигателя создаётся замыканием контактов того или другого реле — поплавкового, реле давления и т. п. Пуск, остановка и торможение при кнопочном и рычажном управлении всегда происходят автоматически. Однако и в автоматизированной схеме иногда ряд процессов может производиться вручную, например, часто регулирование скорости в схеме автоматизированного шунтового двигателя постоянного тока выполняется ручным перемещением ручки реостата. Полное разграничение автоматических и полуавтоматических схем сделать нельзя.  [c.62]


Плавное регулирование скоростей осуществляется либо механическим путём при помощи вариатора, либо электрическим путём за счёт изменения числа оборотов двигателя постоянного тока.  [c.234]

Для механизмов с длительной работой, не требующих регулирования скорости, применяются асинхронные, чаще всего коротко-замкнутые двигатели 380 в напряжения, при необходимости же в регулировании скорости применяют шунтовые двигатели постоянного тока. Двигатели для вспомогательных механизмов выбираются закрытыми. Двигатели постоянного тока вспомогательных механизмов получают постоянный ток от двигателя генератора или от ртутных выпрямителей.[c.1059]

Привод летучих ножниц, режущих полосы на куски при одновременной прокатке их, осуществляется шунтовым двигателем постоянного тока с регулированием скорости в цепи обмотки возбуждения в пределах 1 3-ь-1 4. При необходимости в более широкой регулировке скорости применяется система Леонарда. Поддерживание скорости ножей в соответствии со скоростью полосы в клети стана достигается применением регуляторов скорости, изменяющих скорость ножниц соответственно скорости металла приводом ножниц от стана через механическую связь приводом ножниц от двигателя, получающего питание от генератора, который вращается двигателем клети стана (генератор и двигатель могут быть выбраны как постоянного тока, так и синхронные) синхронизацией скоростей ножниц  [c.1067]

Для привода станов холодной прокатки применяют двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели. Для станов небольшой производительности с узким сортаментом прокатываемых полос, не требующих точной установки натяжения полосы, могут быть применены асинхронные двигатели. Для станов большой производительности применяют шун-товые двигатели постоянного тока, достоинствами которых являются возможность прокатки широкого сортамента поддерживание определённого натяжения полосы электрическим путём возможность получения небольшой скорости полосы при заправке и т. д. Шунтовой двигатель с регулированием скорости путём изменения потока возбуждения соответствует условиям работы станов холодной прокатки, у которых более узкие полосы, требующие небольшого момента, обычно прокатываются с большой скоростью.  [c.1068]

Регулирование скорости шунтового двигателя постоянного тока может производиться изменением а) потока возбуждения, б) подводимого напряжения, в) сопротивления якорной цепи.  [c.143]

Шунтовые двигатели постоянного тока значительно сложнее, дороже и тяжелее асинхронных (короткозамкнутых) их целесообразно применять лишь в тех случаях, когда требуется широкое и плавное регулирование скорости.  [c. 143]

Шунтовое регулирование двигателей постоянного тока изменением тока и потока возбуждения. Регулирование производится вверх от основной скорости при постоянной номинальной мощности  [c.146]

Электрические двигатели постоянного тока по мере их распространения в различных отраслях промышленности приобрели репутацию универсального и безотказного источника механической энергии. Электропривод обеспечивал простоту и быстроту пуска, возможность регулирования скорости вращения, компактность и легкость, приспособляемость к любым производственным процессам при меньших эксплуатационных затратах на единицу продукции по сравнению с паровым приводом. Однако ограниченные возможности передачи электроэнергии на расстояние постоянным током не могли обеспечить широкой электрификации.  [c.62]

Другая техническая проблема при электрификации силовых процессов заключалась в рациональном выборе системы токов постоянного или переменного трехфазного. Двигатели постоянного тока удерживали первенство там, где требовалось удобное и экономичное регулирование скорости вращения в широких пределах, а также при частом реверсировании.  [c.71]

Таким образом, изложенное выше представляет собой описание практической реализации транзисторного преобразователя с микропроцессорным управлением, предназначенного для регулирования скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. На основе измеренных параметров системы преобразователь — двигатель (ток ротора, ток возбуждения, противоЭДС, входное напряжение преобразователя) с помощью 16-битового микропроцессора формируется такой алгоритм управления, который позволяет добиться таких же тяговых характеристик, как в двигателях с последовательным возбуждением.  [c.33]

Электроприводы постоянного тока системы УВ—Д. Электроприводы с тиристорными преобразователями (ТП) постоянного тока применяются для мощных крановых механизмов. При числе включений не более 300 в час используются нереверсивные ТП серии АТК [9] с контактными реверсорами в главной цепи двигателя (рис. П.1.29). Реверсивные ТП серии АТРК (табл. П.1.28) применяются для регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения питаются от сети переменного тока 380 В частотой 50 Ft и обеспечивают диапазон регулирования ниже основной скорости 1 8, ёыше до 2 1. Для приводов мощностью свыше 250 кВт выбираются два парая-  [c.276]

В данной машине (рис. 17) использована гидравлическая схема передачи усилия от рабочего кулачка 4 через ролик 3 и плунжер 2 на шток исполнительного механизма . Испытания на сжатие проводятся в нпжней части рабочей клети в массивном контейнере, на растяжение — в высокотемпературной печи, смонтированной между колоннами в верхней части рабочей клети. Регулирование скорости деформации проводится за счет изменения скорости вращения двигателя постоянного тока и смены передаточного отношения редуктора.  [c.44]


Рассмотренные выше системы с управляемыми двигателями постоянного тока являются разомкнутыми. В таких системах изменение регулируемой величины (скорости вращения двигателя) определяется только внутренними свойствами, вследствие чего точхшсть регулирования оказывается невысокой. В современных автоматизированных приводах с электродвигателями постоянного тока применяются замкнутые системы с устройствами, обеспечивающими коррекцию регулируемых величин при изменении возмущающих воздействий [19, 103, 104].  [c.23]
Рис. 6.61. Двухмоторный привод с электро.магпптной муфтой. При включении привода на рабочую скорость движение передается от двигателя постоянного тока через червячную передачу 5 и далее на вал 6 при включенном правом электромагните 4. Для передачи валу 6 движения с другой скоростью запускается соединенный с валом I двигатель трехфазного тока и подключается левый электромагнит 2, диск 3 притягивается к левой полумуфте, а муфта 4 выключается. Муфта допускает дистанционное управление и электрическое регулирование рабочей скорости.
Электрическое тор.можение применяется сравнительно редко. Реостатное торможение осуществляется в режиме постоянного тока при самовозбуждении (подобно сериесным двигателям постоянного тока), а также в ре-жи.ме переменного тока при независи.мом возбуждении от трансформатора. В последнем случае для регулирования скорости используются те же ступени трансформатора и та же аппаратура, что и при моторном режиме [4].  [c.455]

Сравнение видов электрического торможения. Рекуперативное торможение можно применять в шунтовых двигателях постоянного тока с регулированием скорости током возбуждения и в короткозамкнутых асинхронных Двигателях с переключением полюсов. Выбор между противовключеняем и динамическим торможением зависит от требуемой быстроты торможения и точности остановки при одинаковых исходных токах в якоре торможение противовключением более эффективно, так как тормозной момент при противо-включении меняется мало, а при динамическом торможении спадает до нуля. Динамическое торможение практически считается наиболее точным. Для реверсивных приводов чаще применяют противовключение, для нереверсивных— динамическое, так как схема последнего проще.  [c.8]

Выбор рода тока для электроприводов. На районных электрических станциях энергия генерируется в форме переменного тока и на промышленные предприятия подаётся трёхфазный ток. Поэтому во всех случаях, где применение двигателей постоянного тока не вызывается производственной необходимостью, следует устанавливать электродвигатели трёхфазного тока. Потребность в двигателях постоянного тока может возникать I) при широком и плавном регулировании скорости, 2) при большом числе пусков в час и вообще при напряжённом повторно-кратковременном режиме 3) при работе электроприводов по специальному графику скорости, пути 4) при необходимости в особой плавности пуска и торможении, перехода от одного рабочего процесса к другому 5) при необходимости кроме основных, рабочих, получить и заправочные скорости механизмов. Краткое сопоставление различных электрических типов электродвигателей в отношении регулирования скорости дано в табл. 4, из которой видно, что во всех тех случаях, где требуется плавное регулирование скорости в пределах 1 3 и выше, наиболее целесообразно применять двигатели постоянного тока или систему Леонарда, а в малых мощностях электронноионный привод. Последний в эксплоатационном отношении достаточно не изучен. При ступенчатом регулировании до 1 4 преимущественно при малых мощностях (особенно в металлорежущих станках) могут быть использованы короткозамкнутые асинхронные двигатели с переключением полюсов. Коллекторные двигатели переменного тока в указанных пределах экономичны в основном лишь при установке  [c.20]

Двигатели постоянного тока, питаемые от постоянного напряжения а) шунтовые б) сериесные в) компаундные До 1 3 я даже до 1 4 с получением заправочных и ползучих скоростей Плавный наименее плавный — в сериес-ных двигателях Практически ограничений нет Наименее экономично регулирование в сериесных двигателях. Получение очень низких скоростей сопряжено с потерями. Подходят для повторнократковременного режима  [c.21]

Основным методом расчета двигателя по нагреву является метод эквивалентного тока. Если при всех условиях работы данного графика мощность или момент пропорциональны току, могут быть использованы также методы эквивалентной мощности или момента. Метод эквивалентного момента не пригоден для асинхронных электродвигателей с короткоза.мкнутым ротором при частых пусках, для двигателей постоянно1 о тока параллельного возбуждения с регулированием скорости путем ослабления магнитного потока, а также для двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.  [c.428]


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

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

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

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

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

Рис. 2.3. Механические характеристики электродвигателя с параллельным возбуждением

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

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

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

Действительно, если Ф = Ф0, то для естественной характеристики


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

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


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

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

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

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

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

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

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


Из импульсных способов регулирования двигателей постоянного тока наиболее широкое распространение получил способ изменения времени включения приложенного к якорю напряжения при постоянной частоте включения. Этот способ называется широтно-импульсным. Среднее значение приложенного к якорю напряжения
Изменяя tp при постоянном Т (изменяя скважность), регулируют среднее значение приложенного к якорю двигателя напряжения и частоту вращения электродвигателя. Частоту включения обычно выбирают в пределах 500—1000 Гц. Возможен другой способ импульсного регулирования, когда время включения tр остается постоянным, а период Т изменяется. Такой способ принято называть частотно-импульсным.

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

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


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

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

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

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

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

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


следовательно, будет уменьшаться вращающий момент двигателя.

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

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

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


Рис. 2.4. Пуск двигателя постоянного тока

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

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

T = (Lя+L)/Rя

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

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

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

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

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

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

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

затрудняющая процесс коммутации и увеличивающая вероятность пробоя изоляции;

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

У двигателя со смешанным возбуждением последовательная обмотка отключается или закорачивается.

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

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

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

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

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

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


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

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


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

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

Контроллеры двигателей постоянного тока — Контроллеры двигателей постоянного тока

American Control Electronics предлагает широкий выбор средств управления двигателем постоянного тока, которые превосходят отраслевые стандарты. Контроллер двигателя постоянного тока управляет положением, скоростью или крутящим моментом двигателя постоянного тока и легко реверсирует, поэтому постоянный ток течет в противоположном направлении. Наслаждайтесь более высоким пусковым моментом, быстрым пуском и остановкой, задним ходом, переменной скоростью с входным напряжением и многим другим. Выберите тип технологии, входное напряжение, выходное напряжение, непрерывный ток, корпус, тип торможения, тип реверса и изоляцию.

Управление скоростью двигателя постоянного тока, пожалуй, наиболее распространенная манипуляция, используемая в контроллерах постоянного тока. Эта скорость может регулироваться четырьмя различными способами: изменением потока, изменением напряжения якоря, изменением напряжения питания и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). ШИМ — это метод, обычно используемый для достижения контроля скорости в двигателе постоянного тока. Он подает энергию в виде серии импульсов, а не непрерывного сигнала. Изменяя ширину импульса, контроллер двигателя постоянного тока может регулировать поток энергии, чтобы поддерживать его постоянным.

Хотя управление крутящим моментом двигателя постоянного тока менее популярно, оно достигается за счет привода постоянного тока, регулирующего ток якоря. Поскольку ток якоря не регулируется, двигатель может работать на любой скорости, необходимой для достижения желаемого уровня крутящего момента. Уровень крутящего момента может оставаться постоянным, достигая «эффекта конусного натяжения» для фиксированного входного задания и режима крутящего момента по центру намоток. Однако в некоторых случаях оператор станка может увеличить уставку крутящего момента по мере увеличения диаметра.

American Control Electronics предлагает различные устройства управления двигателем постоянного тока, которые включают различные режимы работы как по отдельности, так и вместе.Это просто зависит от применения и потребностей ваших систем управления двигателем. Однако из-за такого разнообразия может быть трудно найти контроллер двигателя постоянного тока, который подходит для вашей формы. Убедитесь, что вы понимаете диапазоны напряжения и типы управления, необходимые для правильной работы вашей системы управления.

 

Посмотрите наш выбор управления двигателем постоянного тока ниже.

Управление скоростью двигателей постоянного тока

Соотношение, приведенное ниже, дает скорость двигателя постоянного тока

Приведенное выше уравнение показывает, что скорость зависит от напряжения питания V, сопротивления цепи якоря R a и потока возбуждения Ф, создаваемого током возбуждения.На практике изменение этих трех факторов используется для управления скоростью. Таким образом, существует три основных метода управления скоростью двигателей постоянного тока.

  1. Изменение сопротивления в цепи якоря: Этот метод называется контролем сопротивления якоря или реостатным контролем.
  2. Изменение потока поля Ф
    Этот метод называется управлением потоком поля.
  3. Изменение приложенного напряжения.
    Этот метод также называется контролем напряжения якоря.

1.Контроль сопротивления якоря (регулятор реостата):

Рисунок: (a) Регулирование скорости постоянного тока. Шунтируйте двигатель контролем сопротивления якоря.
(b) Регулирование скорости двигателя постоянного тока с помощью управления сопротивлением якоря.

В этом методе в цепь якоря включается переменный последовательный резистор R и . На рисунке (а) выше показан процесс подключения параллельного двигателя. В этом случае поле напрямую подключено к источнику питания, и поэтому на поток Ф не влияет изменение R e .

На рисунке (б) показан способ подключения внешнего сопротивления R и в цепи якоря последовательного двигателя постоянного тока. В этом случае на ток и, следовательно, на поток влияет изменение сопротивления цепи якоря.

Падение напряжения в R и уменьшает напряжение, подаваемое на якорь, и поэтому скорость снижается.

Этот метод имеет следующие недостатки:

  1. При внешнем сопротивлении R e теряется большое количество энергии.
  2. Управление ограничено, чтобы дать скорость ниже нормальной, и увеличение скорости не может быть получено этим методом.
  3. Для заданного значения R e снижение скорости не является постоянным, а зависит от нагрузки двигателя.

Этот метод используется только для небольших двигателей.


2. Изменение потока поля Ф (Управление потоком поля):

Поскольку ток поля создает поток, и если мы управляем током поля, то можно управлять скоростью. В шунтовом двигателе скорость можно регулировать включением переменного резистора R c последовательно с шунтирующей обмоткой возбуждения.На приведенной ниже диаграмме резистор R c называется регулятором шунтирующего поля .

Рисунок: (a) Регулирование скорости шунтового двигателя постоянного тока путем изменения магнитного поля.
(b) Дивертор параллельно серии двигателей постоянного тока.

дает ток возбуждения шунта

Любой из методов может изменить ток возбуждения последовательного двигателя:

  • Переменное сопротивление R d включено параллельно последовательной обмотке возбуждения.Резистор, соединенный параллельно, называется дивертором . Часть основного тока отводится через R d .
  • Во втором методе используется элемент управления постукивающим полем.

Здесь ампер-витки изменяются путем изменения числа витков возбуждения. Такая схема используется в электрической тяге.

Рис. Поле серии с резьбой на двигателе постоянного тока

Преимущества управления полем следующие:

  • Это простой и удобный способ.
  • Потери мощности в шунтирующем поле малы, поскольку ток шунтирующего поля I sh очень мал.

3. Контроль напряжения якоря:

Мы можем контролировать скорость двигателей постоянного тока, изменяя приложенное к якорю напряжение. На этом принципе управления напряжением якоря работает система управления скоростью Уорда-Леонарда. В этой системе M — главный двигатель постоянного тока, скорость которого необходимо регулировать, а G — генератор постоянного тока с независимым возбуждением. Генератор G приводится в движение трехфазным приводным двигателем, который может быть асинхронным или асинхронным двигателем.Комбинация приводного двигателя переменного тока и генератора постоянного тока называется комплектом двигатель-генератор (MG).

Рисунок: привод Ward-Leonard

Преимущества приводов Ward-Leonard:

  1. Этот привод имеет плавное регулирование скорости двигателей постоянного тока в широком диапазоне в обоих направлениях.
  2. Обладает способностью рекуперативного торможения.
  3. При использовании синхронного двигателя с перевозбуждением в качестве привода генератора постоянного тока компенсируются отстающие реактивные вольт-амперы установки.Таким образом, общий коэффициент мощности установки улучшается.

Недостатки классической системы Уорда-Леонарда:

  1. Его первоначальная стоимость высока из-за использования двух дополнительных машин (комплект M-G) той же мощности, что и основной двигатель постоянного тока.
  2. Имеет большие размеры и вес.
  3. Требуется большая площадь пола и дорогостоящий фундамент.
  4. Требуется очень частое обслуживание.
  5. Потери выше из-за более низкой эффективности.
  6. Его привод производит больше шума.

%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток 2018-01-02T15:18:57-05:00Microsoft® Word 20162022-04-04T19:40:16-07:002022-04-04T19:40:16-07:00iText 4.2.0 от 1T3XTapplication/pdfuuid:cbc0dcae- f597-472a-8d74-497bd9f189e9uuid: bb1e5e5b-4fa0-4b65-84a2-a9ba5d1430f4uuid: cbc0dcae-f597-472a-8d74-497bd9f189e9

  • savedxmp.iid: 348365466E01E8118F4CBD663C9BF3662018-01-25T06: 52: 57 + 05: 30Adobe Bridge CS6 (Windows) / метаданные
  • Н. Л. Исмаил
  • К. А. Закария
  • Н.С. Мох Назар
  • М. Сьярипудин
  • А. С. Н. Мохтар
  • С. Танакоди
  • конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток [email protected][{j\6X~I5fA2#Q4IH&t?qbWq!I/Onv ?ϢMmŪ$-;Z/ASfq:eV\ƗlW?=

    0B1[q WrYN6&H?}~Ej ـCa

    Линейное управление скоростью для двигателя постоянного тока

    Вот простой недорогой проект по линейному управлению скоростью двигателя постоянного тока для конкретных и точных приложений. Обычно широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется для изменения скорости двигателей постоянного тока. При фиксированной ширине импульса скорость двигателя остается неизменной, а при изменении его ширины меняется и скорость.

    В этом проекте используется недорогая плата Audino Uno с небольшим количеством внешних компонентов.Схема преобразует время включения в линейное изменение скорости с управлением вперед-назад.

    Как правило, небольшие двигатели постоянного тока используются для откручивания винтов, сверления отверстий в печатных платах, а также для прецизионного шлифования и т. д. В большинстве этих приложений вначале требуется низкая скорость, которая со временем увеличивается. Низкая скорость в начале позволяет корректировать положение заготовки и инструмента.

    Например, двигатель постоянного тока, используемый для завинчивания или отвинчивания, требует низкой скорости при запуске.Если двигатель запустится на полной скорости в самом начале, вы пропустите отверстие в головке винта, что приведет к неправильному завинчиванию или повреждению головки винта. Точно так же для сверления отверстий в печатной плате вначале может потребоваться низкая скорость, которая со временем увеличивается.
    Как правило, поворотный потенциометр используется для управления скоростью двигателя постоянного тока, как показано в модуле на рис. 1. Но с этим предлагаемым регулятором скорости пользователь может сосредоточиться на сверлении или завинчивании, а не на изменении скорости с помощью потенциометра.

    Рис. 1: Модуль регулятора скорости двигателя постоянного тока

    Кроме того, в линейном потенциометре возникают проблемы с износом, которые приводят к неправильному контакту и неисправности устройства через некоторое время. Потенциометры хороши, но имеют следующие принципиальные проблемы:

    1. Из-за быстрой цикличности внутренние материалы изнашиваются из-за трения

    2. Движение стеклоочистителя вызывает шум «царапания фейдера»

    3. В некоторых случаях для управления скоростью в точке срабатывания двигателя используются линейные/скользящие потенциометры (триггерный переключатель высокопроизводительной дрели).В таких случаях скорость мотора пропорциональна глубине или давлению в точке срабатывания. Пример рычажного переключателя управления скоростью, используемого в ручной электрической дрели, показан на рис. 2.

    Рис. 2: Триггерный переключатель управления скоростью, используемый в ручной электрической дрели

    . Эта схема преобразует время включения в скорость двигателя постоянного тока. Таким образом, скорость двигателя увеличивается линейно от нуля до максимальной скорости, пока вы не держите нажатой кнопку включения/выключения.

    Цепь и рабочий

    Рис.3 показана блок-схема переключателя управления скоростью по времени для двигателя постоянного тока. Используется источник питания постоянного тока 12 В с номинальным током, достаточным для питания платы Arduino Uno и двигателя. Питание подключается через 12-мм разъем питания к плате Arduino.

    Рис. 3: Блок-схема переключателя управления скоростью на основе времени

    . Медленное приращение скорости двигателя постоянного тока трудно обеспечить с помощью дискретных компонентов и микросхем синхронизации. Но здесь в качестве входа подключен простой кнопочный переключатель S1. LED1, подключенный к контакту 9 Arduino, действует как индикатор скорости.По мере того, как вы продолжаете нажимать на переключатель, яркость светодиода 1 увеличивается, а скорость двигателя постоянного тока увеличивается.

    Схема передает сигнал ШИМ, генерируемый Arduino Uno, на приводной двигатель постоянного тока 12 В. Переключатель вперед-назад S2 используется для изменения направления вращения двигателя.

    Рис. 4: Принципиальная схема переключателя скорости по времени для двигателя постоянного тока

    На рис. 4 показана схема переключателя скорости по времени для двигателя постоянного тока. Контакт 2 Arduino Uno Board1 подключен к контакту 5V/IOREF через кнопочный переключатель S1.Цифровой вывод 2 Arduino и переключатель S1 подключены к земле через общий резистор R3 сопротивлением 10 кОм. Контакт 9 Arduino Uno действует как выходной контакт, который также подключен к затвору полевого МОП-транзистора IRF540 (T1). МОП-транзистор лучше всего подходит для приложений ШИМ, а не транзистор.

    Распиновка IRF540 показана на рис. 5. Сток подключается к источнику питания 12 В постоянного тока через диод D1, который защищает схему при включении и выключении двигателя. Конденсатор С1 (1000 мкФ, 25 В) действует как сглаживающее устройство.Переключатель DPDT S2, подключенный между диодом D1 и двигателем, используется в качестве переключателя прямого/обратного хода.

    Рис. 5: Детали выводов MOSFET IRF540

    Для прототипа использовался небольшой двигатель постоянного тока на 12 В с номинальным током 500 мА и переключателем DPDT на 2 А. Для прототипа использовался источник питания 12 В, 1 А. Номинальные параметры источника питания 12 В постоянного тока, полевого МОП-транзистора, диода D1 и переключателя DPDT S2 определяются на основе номинальных характеристик двигателя постоянного тока.

    Программное обеспечение

    В схеме используется программа Time2SpeedSwitch.ino, написанная на языке программирования Arduino, которая загружается во внутреннюю память Arduino Uno.ATmega328P на Arduino Uno поставляется с предварительно запрограммированным загрузчиком, который позволяет пользователям загружать в него новый код без использования периферийного аппаратного программатора. Для компиляции и загрузки программы используется Arduino IDE 1.6.4. Скетч (программное обеспечение) является сердцем системы и выполняет все основные функции.

    Программа проста и понятна. Комментарии даются в конце каждой командной строки. Входные и выходные контакты инициализируются. rpmIncrementFactor — это числовое значение, представляющее скорость увеличения скорости двигателя в шагах.Значение определяется пользователем и может быть установлено в соответствии с требованиями.

    Функция delay( ) определяет скорость увеличения скорости двигателя. Для увеличения скорости уменьшите значение задержки и наоборот. Для лучшего понимания кода программы его блок-схема показана на рис. 6.

    Рис. 6: Блок-схема программы
    Скачать исходный код

    Строительство и испытания

    Схема, включая плату Arduino Uno и другие периферийные компоненты, может быть помещена в коробку размером 10 x 10 см с разъемом постоянного тока 12 В для подачи питания.Разводка печатной платы, предложенная для схемы, показана на рис. 7, а расположение ее компонентов на рис. 8.

    Рис. 7: Разводка печатной платы для схемыРис. 8: Схема компонентов печатной платы
    Загрузить PDF-файлы печатных плат и компоновки компонентов: нажмите здесь

    Выключатели S1 и S2 могут быть размещены рядом с двигателем по вашему усмотрению. LED1 может быть на передней панели для визуальной индикации.

    Подсоедините мультиметр к контакту 9 и контакту GND Arduino, чтобы наблюдать числовое приращение напряжения на нем. Это значение соответствует скорости двигателя постоянного тока.

    Рис. 9: Графики, представляющие изменение скорости двигателя постоянного тока

    График, показанный на рис. 9(A), представляет изменение скорости двигателя в зависимости от изменения положения потенциометра. График на рис. 9(B) представляет изменение скорости двигателя постоянного тока в зависимости от времени после нажатия переключателя S1.

    Меры предосторожности. Платы Arduino Uno очень чувствительны, поэтому обращайтесь с ними осторожно. Проверьте правильность входной полярности разъема источника питания постоянного тока (2,1 мм центрально-положительный штекер в разъем питания на плате).Используйте подходящий радиатор для MOSFET T1.


    К. Мурали Кришна работает младшим инженером в BSNL, Раджамандри, Андхра-Прадеш. Он энтузиаст электроники, схемотехник и технический писатель

    .

    RAE DC Products Group — A Bluffton Motor Works Company


    Модель SC представляет собой экономичный контроллер двигателя с входным напряжением 115 В переменного тока и выходным сигналом 0–90 В постоянного тока, где требуется хорошая производительность при очень низкой стоимости. SC рассчитан на непрерывный выходной ток 5 А и работает в одном направлении.Встроенные потенциометры обеспечивают основное управление скоростью, а меньшие потенциометры доступны для установки пределов управления минимальной/максимальной скоростью. Фиксированное ограничение по току 200 % и защита от переходных процессов дополняют этот небольшой прочный корпус. Отличный выбор для применения OEM с открытым корпусом для управления скоростью двигателей постоянного тока с постоянными магнитами.

    Узнать больше >


    Модель IPC Automation D130 220 В переменного тока на входе, 0–180 В постоянного тока на выходе с регулируемой скоростью Привод двигателя SCR обеспечивает четырехквадрантное полуволновое управление двигателями постоянного тока в различных приложениях.Недорогая конструкция может быть использована в танцполе, проволочной раздаче, натяжении полотна или в других экономичных приложениях с приводом от двигателя.

    Сочетая традиционное качество IPC в прочном корпусе, D130 предлагает плавное регулируемое ускорение, регулируемое ограничение прямого и обратного тока, регулируемое положение потенциометра и многие другие функции для специализированной или групповой работы. Быстрое реверсирование обеспечивает быстрый отклик и экономию энергии. Простое подключение.

    Узнать больше >


    Модель IPC Automation D130 110 В переменного тока на входе, 0–90 В постоянного тока на выходе с регулируемой скоростью Привод двигателя SCR обеспечивает четырехквадрантное полуволновое управление двигателями постоянного тока в различных приложениях.Недорогая конструкция может быть использована в танцполе, проволочной раздаче, натяжении полотна или в других экономичных приложениях с приводом от двигателя. Объединяя традиционное качество IPC в прочном корпусе, D130 предлагает плавное регулируемое ускорение, регулируемое ограничение прямого и обратного тока, регулируемое положение потенциометра и многие другие функции для специализированной или групповой работы. Быстрое реверсирование обеспечивает быстрый отклик и экономию энергии. Простое подключение.

    Узнать больше >


    Модель IPC Automation D130 220 В переменного тока на входе, 0–180 В постоянного тока Выходная мощность 2 л.с. Привод двигателя SCR с регулируемой скоростью обеспечивает четырехквадрантное полуволновое управление двигателями постоянного тока в различных приложениях.Недорогая конструкция может быть использована в танцполе, проволочной раздаче, натяжении полотна или в других экономичных приложениях с приводом от двигателя. Объединяя традиционное качество IPC в прочном корпусе, D130 предлагает плавное регулируемое ускорение, регулируемое ограничение прямого и обратного тока, регулируемое положение потенциометра и многие другие функции для специализированной или групповой работы. Быстрое реверсирование обеспечивает быстрый отклик и экономию энергии. Простое подключение.

    Узнать больше >


    IPC D160 представляет собой трехфазный регулятор мощности SCR, который обеспечивает управление фазовым углом с переменным напряжением для различных приложений.Полностью изолированное полностью цифровое возбуждение невосприимчиво к искажениям сети переменного тока, РЧ и шуму. Эти защищенные контроллеры имеют множество стандартных функций, таких как плавный пуск, вход управления напряжением или током, выход переменного или постоянного тока, работа в открытом или замкнутом контуре и различные варианты обратной связи по переменному или постоянному току. Токовый вход 4-20 мА с регулировкой смещения и смещения. Регулируемый предел тока. Непрерывный выходной ток 30 А. (Более высокие токи или другие напряжения по запросу) Также доступен в виде пакета, предназначенного только для триггера (используется силовая часть, поставляемая заказчиком).

    Узнать больше >


    Недорогой однофазный SCR-контроллер мощности IPC D1000 обеспечивает управление фазовым углом с переменным напряжением для различных приложений. Полностью цифровая стрельба невосприимчива к искажениям сети переменного тока, РЧ и шуму. Эти защищенные контроллеры имеют множество стандартных функций, таких как плавный пуск, вход управления напряжением или током, выход переменного или постоянного тока, работа в открытом или замкнутом контуре и различные варианты обратной связи по переменному или постоянному току. Токовый вход 4-20 мА с регулировкой смещения и смещения.Регулируемый предел тока. Непрерывный номинал 30 ампер постоянного тока. (Более высокие токи или другие напряжения по запросу) Небольшая занимаемая площадь экономит ценное пространство. Простое подключение.

    Узнать больше >


    IPC Automation RHV PWM 115 В переменного тока Вход, ШИМ-выход с регулируемой скоростью Привод постоянного тока обеспечивает эффективное управление двигателями с постоянными магнитами и мотор-редукторами, используемыми во многих типах приложений и устройств для работы двигателя в одном направлении. Сочетая традиционное качество IPC в компактном прочном корпусе, RHV предлагает плавное и линейное ускорение, регулируемую максимальную скорость, автоматическое ограничение тока и бесшумную работу в очень компактном корпусе.

    Использует внешний потенциометр для управления скоростью двигателя. В упрощенном подключении используются обычные экономичные быстроразъемные разъемы 0,250 дюйма. Использование ШИМ-контроллера позволяет увеличить мощность двигателя до 78% по сравнению с аналогичными конструкциями контроллеров на основе SCR.

    Узнать больше >


    Контроллеры IPC RLVS 1215 и RLVS 2415 предназначены для простого и очень эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами на 12 и 24 В и мотор-редукторами, работающими в одном направлении.Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя. Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (с широтно-импульсной модуляцией).

    Узнать больше >


    Контроллеры IPC RLVS 2415 специально разработаны для обеспечения простого и эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами и мотор-редукторами с батарейным питанием, работающими в одном направлении. Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя.Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (широтно-импульсная модуляция).

    Узнать больше >


    Контроллеры IPC RLVS1215F/R специально разработаны для обеспечения простого и эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами и мотор-редукторами с батарейным питанием, работающими в двух направлениях. Интеллектуальный реверс фиксирует сигнал скорости до нуля при изменении направления. Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя.Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (широтно-импульсная модуляция). 15А выход 20А пик. (Большие токи по запросу). Может быть инкапсулирован эпоксидной смолой для суровых условий.

    Узнать больше >


    Контроллеры IPC RLVS2415F/R специально разработаны для обеспечения простого и эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами и мотор-редукторами с батарейным питанием, работающими в двух направлениях. Интеллектуальный реверс фиксирует сигнал скорости до нуля при изменении направления.Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя. Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (широтно-импульсная модуляция). 15А выход 20А пик. (Большие токи по запросу). Может быть инкапсулирован эпоксидной смолой для суровых условий.

    Узнать больше >

    Электромен :: EM-282D КОНТРОЛЛЕР ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 12-48В, 100А

    149,00 € /шт.

    Добавить в корзину

    EM-282D представляет собой полномостовой пускатель двигателя постоянного тока.Он предназначен для работы с двигателем постоянного тока (с постоянным магнитом и щеточным) в приложениях, где необходимы различные специальные функции и настройки. Стартер имеет регулируемые рампы ускорения и замедления, обеспечивающие плавный пуск и останов. Регулируемый предел тока защищает двигатель от перегрузки по току. Также доступно ограничение тока для торможения (регенерация). EM-282 имеет две выбираемые и устанавливаемые скорости. Эта функция может быть полезна, например. в приложениях позиционирования. Входы FW и BW управляют прямым и обратным ходом.Вход STOP предназначен для остановки двигателя, но также доступны отдельные входы предельных значений для концевых упоров в направлении FW и BW, которые вызывают останов двигателя. Вход SPEED-2 активирует предустановленную скорость-2, но его также можно настроить для использования в качестве аналогового входа управления скоростью (сигнал 0-5 В). Терминал FAULT работает одновременно как вход и выход. Линия неисправности имеет внутренний высокий уровень (100 кОм на Vsupply), но будет опускаться при перегреве или, условно, также в текущей ситуации отключения. Если линия НЕИСПРАВНОСТИ опущена извне, это вызовет остановку и запретит новый пуск.Например, можно соединить выводы FAULT нескольких устройств вместе и таким образом добиться синхронного останова.
    Вождение может быть выполнено с двумя выбираемыми режимами управления, непрерывным и импульсным. В непрерывном режиме двигатель работает до тех пор, пока подается команда. В импульсном режиме короткая команда запускает двигатель, и только новый импульс изменит состояние. Входы разделены на две группы: командные и предельные входы. Эти группы могут быть индивидуально настроены для работы с логикой NPN (подключение к нулевому управлению) или PNP (управление положительным напряжением).Параметры задаются в цифровом виде с помощью ручного интерфейсного блока EM-236. С помощью этого устройства одни и те же настройки (корректировки) также можно легко скопировать на другое или на несколько устройств. Работу контроллера и некоторые его функциональные параметры также можно контролировать с помощью интерфейсного блока EM-236.


    ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ (прог. EM-282D v1.0 / pcb-D ver.1 или выше)

    Напряжение питания ном. 12–48 В пост. тока (абс. пределы 10–60 В)
    Напряжение отключения 10 В
    Предел перенапряжения, регулируемый 15–60 В
    Ток холостого хода, тип. 20 мА
    Ток двигателя макс.продолжение 100 A (при 24 В постоянного тока и температуре окружающей среды 25 °C)
    80 A и 100 A с установленным вентилятором (при 24 В постоянного тока и температуре окружающей среды 60 °)
    — Ток двигателя примерно на 20 % ниже при частоте ШИМ 16 кГц.
    — При напряжении питания 48 В ток двигателя обычно меньше на 15 %
    Ток тормозной нагрузки (контакт 16) макс. непрерывн. ограничение тока увеличивается на 20% во время разгона при пуске.
    Перегрев. предел 100°C
    Регулируемая рампа пуска и останова 0-5 с
    Частота ШИМ 2 кГц / 16 кГц
    Шкала ввода скорости (скорость-2) 0-4.5 В = 0–100 % ШИМ
    Шкала входа I-lim 0–5 В = 0–200 А
    Логика управления входом: высокий уровень = 4–30 В, низкий уровень = 0–1 В
    Импеданс управляющего входа тип. 10 кОм
    Время отклика управляющего входа, тип. 5 мс.
    Ошибка. НПН открытый колл. макс. 42 В / 0,5 А
    Неисправность актив. Uвх < 1 В (NPN с подтягиванием 100 кОм)
    Выключатель выхода вентилятора при 55°C, выкл. при 50°C
    Выход вентилятора NPN 12 В 100 мА
    Шина Rs-485
    Выход тормоза NPN Максимум. 50A
    Разъемы двигателя и питания 16 мм²
    Разъемы управления 1 мм²
    Размеры 180x122x45 мм (высота 52 мм с вентилятором)
    Проверено CE для промышленной среды (ЭМС)
    Рабочая температура окружающей среды (Ta) -40…60°C
    Вес 615 г (640 г с вентилятором)

    Файлы продуктов

    Склад

    Цена

    Добавить в корзину

    Регулятор скорости двигателя постоянного тока

    Регулятор скорости двигателя постоянного тока

    • 03 августа 2019 г.
    • 2 часа на выполнение
    • Верстак v1.5

    Введение

    В этом эксперименте будет смоделирована математическая модель двигателя постоянного тока с постоянными магнитами на основе параметров, оцененных в предыдущем эксперименте.Будет показано, что скорость двигателя не может поддерживаться постоянной при изменении нагрузки и напряжения. Чтобы преодолеть это, будет разработана система с замкнутым контуром с использованием ПИ-регулятора, чтобы выходная скорость точно соответствовала желаемой скорости при различных условиях нагрузки. Наконец, спроектированная система будет работать в режиме реального времени для управления реальным двигателем постоянного тока с постоянной скоростью.

    Теоретическая база

    Модель двигателя

    Модель двигателя постоянного тока, описанная в предыдущем эксперименте, резюмирована в уравнениях.с 1 по 4, в форме передаточной функции:

    I a = V a — E a sL a + R a (1)

    T em = k t I a (2)

    ω м = T em — T l — T c sJ + B(3)

    E a = k e ω м (4)

    где

    1. В a : напряжение на клеммах

    2. E a : обратная ЭДС

    3. I a : ток якоря

    4. R a : сопротивление якоря

    5. L a : индуктивность якоря

    6. k e : постоянная противо-ЭДС

    7. k t : постоянный крутящий момент

    8. J : инерция ротора

    9. B : коэффициент вязкого трения

    10. T c : крутящий момент за счет кулоновского трения

    11. T em : выходной/электромагнитный крутящий момент

    12. T l : момент нагрузки

    13. ω м : скорость ротора

    В зависимости от применения может потребоваться управление выходным крутящим моментом, скоростью или положением двигателя.В следующем разделе ПИ-регулятор предназначен для управления выходным крутящим моментом двигателя путем управления приложенным напряжением на клеммах.

    Конструкция контроллера

    Рассмотрим сценарий, в котором необходимо контролировать выходной/электромагнитный крутящий момент двигателя. уравнение 2 показано, что этого можно добиться непосредственно за счет управления током якоря двигателя. Это достигается с помощью ПИ (пропорционально-интегрального) регулятора, передача которого дана в уравнении.5, где k i,p и k i,i — соответственно пропорциональный и интегральный коэффициенты усиления. Вход в этот контроллер E представляет собой разницу между требуемым током якоря I ref и фактическим током якоря I a , как показано в уравнении 6. Вывод этого контроллер — это напряжение якоря, которое необходимо приложить для получения желаемого тока якоря и, в свою очередь, желаемого выходного крутящего момента двигателя.

    PI(s) = V a (s)E(s) = k i,p + k i,i s(5)

    E(s) = I ref (s) — I a (s)(6)

    Текущая система управления представлена ​​ниже, где M(s) — фактическая модель двигателя:

    Для небольшого изменения сигнала ошибки ПИ-регулятора пропорциональное изменение тока, полученное из уравнения. 1, 5 и 6, приведен ниже:

    ΔV a (с) = (k i,p + k i,i с) × ΔE(s)(7)

    ΔI a (с) = ΔV a (с)sL a + R a (8)

    Обратная ЭДС была проигнорирована в приведенной выше модели слабого сигнала, потому что при изменении V a I a изменяется с гораздо большей скоростью, чем E a .Это связано с тем, что механическая постоянная времени двигателя, заданная J/B , намного больше, чем электрическая постоянная времени, заданная L a /R a . Поскольку противо-ЭДС пропорциональна скорости вращения ротора, она изменяется медленнее, чем ток якоря, что приводит к ступенчатому изменению приложенного напряжения и, следовательно, ее обоснованно игнорируют в приведенном выше уравнении. Общая модель слабого сигнала получается путем объединения двух приведенных выше уравнений.

    ΔI a (с) ΔE(s) = k i,p с + k i,i с × 1L a с + R a (9)

    Значения усиления k i,p и k i,i настраиваются для получения желаемой переходной характеристики. Существует несколько способов количественной оценки желаемого ответа. Во временной области, обычно упоминается желаемое время нарастания и перерегулирование для ступенчатого входа, и коэффициенты усиления регулируются для удовлетворения этого требования.В качестве альтернативы, в частотной области желаемый запас по фазе и переход упоминаются частоты. Мы пойдем вторым путем, так как он дает лучшее представление о стабильности системы. Установившийся отклик системы получается путем замены с = jω в уравнении. 9.

    ΔI a (jω)ΔE(jω) = G(jω) = jωk i,p + k i,i jω × 1jωL a + R a (10)

    Вышеупомянутая система настраивается на требуемый запас по фазе Φ i при частоте перехода ω i,c следующим образом.На частоте кроссовера усиление системы равно 1, а фазовый сдвиг системы равен -π + Φ i . Подставляя это в уравнение. 10:

    ∠G(jω i,c ) = -π + Φ i = -π2 + tan -1 i,c k i,p k i,i ) — tan -1 i,c L a R a )

    ⇒ ω i,c k i,p k i,i = tan(Φ i — π2 + tan -1 i,c L a ))

    ⇒ k i,p = k i,i ω i,c × tan(Φ i — π2 + tan -1 i,c

    0 L
    0 a )) = C1 × k i,i (11)

    где,

    C1 = 1ω i,c × tan(Φ i — π2 + tan -1 i,c L a R a ))(12)

    и

    |G(jω i,c )| = 1 = |jω i,c k i,p + k i,i i,c × 1jω i,c L a + R a |

    ⇒ (Ω I, C K I, P ) 2 + K 2 I, I = Ω 2 I, C ((Ω I, C L A, C L A, C L A ) 2 + Р 2 а )

    ⇒ K 2 I, I = Ω 2 I, C × (Ω I, C L A ) 2 + R 2 A I, в × С1) 2 + 1(13)

    Учитывая требуемые Φ i и ω i,c , а также параметры двигателя, усиление PI можно решить с помощью уравнений.с 11 по 13.

    Вышеупомянутый контроллер поддерживает требуемый ток двигателя и, в свою очередь, требуемый крутящий момент двигателя, в то время как другие входные параметры системы изменяются. Для достижения контроля скорости, а не управления крутящим моментом, приведенная выше система изменена путем добавления внешнего ПИ-регулятора скорости к существующему внутреннему ПИ-регулятору тока, как показано ниже:

    , где M(s) — фактическая модель двигателя, а I(s) — модель системы с управлением по току, которая включает текущий ПИ-регулятор и модель двигателя для тока якоря.

    Для управления скоростью двигателя, а не крутящим моментом, можно использовать ту же процедуру со следующим упрощающим предположением, т. е. время отклика тока двигателя на порядок меньше времени отклика скорости двигателя на скачкообразное изменение приложенного напряжения. Это достигается путем создания частоты кроссовера, которая также является пропускная способность системы в этом случае ПИ-регулятора контура тока должна быть на порядок выше, чем у ПИ-регулятора контура скорости.Так, при ступенчатом изменении приложенного напряжения ток достигает своего окончательного устойчивого состояния намного раньше, чем скорость двигателя. Таким образом, для настройки регулятора скорости I(s) на приведенном выше рисунке можно принять равным 1. Упрощенный Модель регулятора скорости показана ниже:

    Из уравнений. 2 и 3, для небольшого изменения тока двигателя изменение скорости двигателя определяется как:

    Δω м (с) ΔI a (с) = k s,p с + k s,i с × k t Js + B(14)

    Вышеупомянутая система аналогична системе контроллера тока, разработанного ранее, и при выполнении той же процедуры коэффициенты усиления регулятора скорости получаются следующими:

    k с, р = C2 × k с, i (15)

    где,

    C2 = 1ω с, с × тангенс (Φ с — π2 + тангенс -1 с, с JB))(16)

    и

    K 2 9074 K 2 S, I = (Ω S, C K T ) 2 × (Ω S, C J) 2 + B 2 S, C × С2) 2 + 1(17)

    , где k s,p и k s,i — пропорциональное и интегральное усиление регулятора скорости Pi.

    Моделирование управления скоростью двигателя постоянного тока

    Приведенная выше модель управления скоростью моделируется с помощью Workbench в этом разделе.

    Сохраните модель с частыми шагами.

    Модель двигателя с разомкнутым контуром

    1. Создайте новый проект и добавьте в проект новый файл модели.

    2. Установите этот файл модели как Запуск модели/функции в свойствах проекта.

    3. Откройте свойства модели и установите Время шага на 1E-4 .

    4. Перетащите инструмент подсистемы из набора инструментов , который присутствует в классе инструментов Маршрутизация сигналов .

    5. Подсистема — это просто оболочка, в которую можно добавить дополнительные инструменты. Дважды щелкните подсистему, чтобы открыть ее.

    6. Перетащите следующие инструменты из Toolbox в модель подсистемы и соедините их, как показано.

      # Тип инструмента Инструмент класса Название инструмента
      1 В порту Маршрутизация сигналов я
      2 Сумматор-вычитатель Математический блок Добавить
      3 Передаточная функция Непрерывный TransferFnc
      4 Выездной порт Маршрутизация сигналов О
      5 Усиление Математический блок Усиление
      6 В порту Маршрутизация сигналов И1
      7 Сумматор-вычитатель Математический блок Добавить1
      8 Передаточная функция Непрерывный TransferFnc1
      9 Усиление Математический блок Усиление1
      10 Выездной порт Маршрутизация сигналов О1

    7. Измените свойства каждого инструмента на значения, указанные в таблице ниже.Причина каждого из этих значений указана в крайнем правом столбце.

      Название инструмента Поле свойств Значение свойства Комментарии
      я Имя Ва Напряжение на клеммах двигателя В a
      Добавить Арифметическая операция +- Вычисляет V a — E a в уравнении.1
      TransferFnc Числитель {1} Числитель передаточной функции в уравнении. 1, что равно 1.
      TransferFnc Знаменатель { Л , Р } Знаменатель передаточной функции в уравнении.1. Замените значения L на и R на , полученные в предыдущем эксперименте. Выходом этого инструмента является ток двигателя.
      О Имя Иа Это ток двигателя.
      Усиление Усиление к т Подставьте значение k t = k e , полученное из предыдущего эксперимента.Выход этого инструмента составляет T em , как указано в уравнении. 2.
      I1 Имя Тл Момент нагрузки
      Добавить1 Арифметическая операция —+ Дифференциальный крутящий момент в уравнении. 3 является выходом этого инструмента, который вычисляет T em — T l .Для этой модели T c игнорируется, но при желании может быть вычтен.
      TransferFnc1 Числитель {1} Числитель передаточной функции в уравнении. 3, что равно 1.
      TransferFnc Знаменатель { Дж , Б } Знаменатель передаточной функции в уравнении.3. Подставьте значения для J и B , полученные в предыдущем эксперименте. Результатом этого инструмента является скорость двигателя.
      Усиление1 Усиление к е Скорость двигателя масштабируется на k e для получения обратной ЭДС E a . Это возвращается к . Добавьте , чтобы получить разницу напряжений.
      О1 Имя wm Это скорость двигателя ω м .
    8. Вернитесь к основной модели двигателя, щелкнув вкладку вверху.

    9. Измените размер подсистемы так, чтобы были видны все порты. Размер инструмента можно изменить, щелкнув и перетащив любой из четырех квадратов в углу инструмента.

    10. Чтобы наблюдать за скоростью и током двигателя, когда к двигателю приложено напряжение и нагрузка, добавьте следующие инструменты и подключите их, как показано, к основной модели.

      # Тип инструмента Инструмент класса Название инструмента
      1 Шаг Источники сигнала Шаг
      2 Шаг Источники сигнала Шаг 1
      3 Прицел Mag-time Дисплей Прицел
      4 Прицел Mag-time Дисплей Объем1

    11. Измените свойства каждого инструмента на значения, указанные в таблице ниже.

      Название инструмента Поле свойств Значение свойства Комментарии
      Ступенька Окончательное значение 10 Начните с 0 В и увеличьте приложенное напряжение до 10 В
      Ступенька Время шага 1 Шаг напряжения в момент времени t = 1 с
      Ступень 1 Окончательное значение 0.05 Начните с 0 Нм и увеличьте крутящий момент нагрузки до 0,05 Нм
      Ступень 1 Время шага 7 Шаг нагрузки за время t = 7 с
    12. Запустите имитационную модель и наблюдайте результаты тока и скорости в осциллографе. Как видно, ток и скорость изменяются при изменении приложенного напряжения или момента нагрузки.На следующих этапах добавляется разработанный ранее ПИ-регулятор для управления профилем тока и скорости двигателя.

    Регулятор тока двигателя

    В этом разделе ток через двигатель регулируется с помощью ПИ-регулятора.

    1. Вычислите k i,p и k i,i , используя уравнения. 11–13 (сначала вычислите C1, используя уравнение 12, затем k i,i , используя уравнение13 и, наконец, k i,p с использованием уравнения. 11) чтобы система имела запас по фазе Φ i = π/3 на частоте перехода ω i,c = 2π x 600 . Частота кроссовера выбрана равной 600 Гц, что составляет 1/10ᵗʰ частоты переключения 6 кГц. Это просто эмпирическое правило, согласно которому каждый дополнительный цикл составляет 1/10ᵗʰ пропускной способности внутреннего цикла. В этом случае это помогает предотвратить попытку регулятора тока компенсировать гармоники тока переключения.

    2. Удалить Инструмент Step подключен к порту V a модели двигателя.

    3. Добавить в модель еще одну подсистему, в которой будет моделироваться ПИ-регулятор. Дважды щелкните и откройте подсистему.

    4. Перетащите следующие инструменты из Toolbox в модель подсистемы и соедините их, как показано.

      # Тип инструмента Инструмент класса Название инструмента
      1 В порту Маршрутизация сигналов я
      2 В порту Маршрутизация сигналов И1
      3 Сумматор-вычитатель Математический блок Добавить
      4 Усиление Математический блок Усиление
      5 Усиление Математический блок Усиление1
      6 Интегратор Математический блок Интегратор
      7 Сумматор-вычитатель Математический блок Добавить1
      8 Насыщенность Нелинейный Насыщенность
      9 Выездной порт Маршрутизация сигналов О

    5. Измените свойства каждого инструмента на значения, указанные в таблице ниже.

      Название инструмента Поле свойств Значение свойства Комментарии
      я Имя Артикул Требуемый эталонный ток двигателя.
      I1 Имя ФБК Фактический ток двигателя.
      Добавить Арифметическая операция +- Разница между требуемым и фактическим током двигателя.
      Усиление Усиление к и,п Замените значение k i,p , вычисленное на шаге 1.
      Усиление1 Усиление к я, я Подставить значение k i,i , вычисленное на шаге 1.
      Интегратор Интегратор Тип Защита от запуска Причина будет объяснена позже.
      Интегратор Верхний предел 38 Установите максимальное положительное выходное напряжение. Это равно напряжению на шине постоянного тока минус падение на устройстве (≈ 1,5 В).
      Интегратор Нижний предел -38 Установите минимальное отрицательное выходное напряжение.Это равно отрицательному значению напряжения на шине постоянного тока минус падение на устройстве (≈ 1,5 В).
      Насыщенность Верхний предел 38 Установите максимальное положительное выходное напряжение. Это равно напряжению на шине постоянного тока минус падение на устройстве (≈ 1,5 В).
      Насыщенность Нижний предел -38 Установите минимальное отрицательное выходное напряжение.Это равно отрицательному значению напряжения на шине постоянного тока за вычетом некоторого падения на устройстве (≈ 1,5 В).
      О Имя Выход Приложенное напряжение на клеммах для создания желаемого профиля тока.

      Когда существует большая разница между желаемым током и фактическим током, ПИ-регулятор создает большое выходное напряжение, чтобы быстро исправить эту ошибку.В реальном мире величина этого напряжения ограничена либо из-за доступное напряжение на шине постоянного тока или из-за номинального напряжения двигателя и силовой электроники. Следовательно, при практической реализации ПИ-регулятора выход ПИ-регулятора насыщается до максимально возможного напряжения. Так, в переходных условиях когда фактический ток отличается от желаемого тока, интегратор в ПИ-контроллере быстро увеличивает свой выходной сигнал до большого значения из-за постоянной ошибки ввода.Когда ошибка возвращается к нулю, этот большой выход создается интегратором. не затухает и приводит к тому, что фактический ток превышает желаемое значение, что приводит к тому, что ошибка становится отрицательной, что приводит к падению выходного сигнала интегратора, но в конечном итоге оно упадет на гораздо большее значение, чем желаемое, что приведет к тому, что ток будет ниже желаемого. Это продолжает повторяться, и это колебание будет медленно затухать. Чтобы избежать этого, значение, до которого активен интегратор, ограничивается установкой его в Anti-windup.Если выходной сигнал интегратора достигает этого значения, интегратор отключается до тех пор, пока не полярность ошибки меняется. Это значительно улучшает отклик системы.

    6. Вернитесь к основной модели двигателя, щелкнув вкладку вверху.

    7. Измените размер подсистемы ПИ-контроллера, чтобы были видны все порты.

    8. Добавьте инструмент Step и соедините модель, как показано.Установите ток на 1 А за время = 1 с, установив Конечное значение на 1 и Время шага на 1 .

    9. Запустите симуляцию и наблюдайте ток двигателя и результат скорости. Увеличьте масштаб во время t = 1 s в текущей области, чтобы просмотреть переходную реакцию. Как видно, ток устанавливается на окончательное значение в течение нескольких миллисекунд по сравнению со скоростью, которая занимает несколько секунд, чтобы установить его окончательное значение.Это оправдывает сделанное ранее предположение в уравнении. 8, где обратная ЭДС не учитывалась в модели слабого сигнала, потому что она изменяется гораздо медленнее по сравнению с током. В большинстве практичных двигателей механическая постоянная времени на несколько порядков выше электрической постоянной времени.

    10. Recompute
      5 K I, P и K I, I Для Φ I, I = π / 6 и Φ I, I = π / 2 и получите ток и отклик скорости для вычисленных значений усиления.

    Регулятор скорости двигателя

    В этом разделе скорость двигателя регулируется с помощью ПИ-регулятора.

    1. Вычислите k s,p и k s,i , используя уравнение. 14-17 для системы, имеющей запас по фазе Φ с = π/3 на частоте перехода ω с,с = ω i,i /10 = 2π x 60 . Частота перехода выбрана равной 60 Гц, что составляет 1/10ᵗʰ частоты перехода внутренней токовой петли.

    2. Удалите соединение между инструментом Step и текущей подсистемой PI-контроллера.

    3. Скопируйте и вставьте ( Ctrl + C , Ctrl + V ) текущую подсистему ПИ-регулятора, как показано, чтобы добавить ПИ-регулятор скорости. Подсоедините инструменты, как показано на рисунке.

      Опорным входом этого вставленного ПИ-регулятора является желаемая скорость двигателя, а обратной связью — фактическая скорость двигателя.
    4. Эталонная скорость увеличивается до 100 рад/с в момент времени t = 1 с. Для этого измените Final value инструмента Step , подключенного к ПИ-регулятору скорости, на 100 и Step time на 1 .

    5. Измените значения усиления ПИ-регулятора в вставленной подсистеме на значения, вычисленные на шаге №1.

    6. Запустите симуляцию и наблюдайте за скоростью.Как видно, скорость быстро устанавливается до желаемой скорости по сравнению с системой с разомкнутым контуром. Кроме того, скорость сохраняется даже при приложении крутящего момента нагрузки. Сравните это со случаем разомкнутого контура, когда скорость падала при приложении крутящего момента нагрузки.

    7. Наблюдайте за текущим результатом. Текущий профиль будет отличаться в зависимости от параметров двигателя и используемых значений коэффициента усиления контроллера.Но в большинстве случаев (при использовании с предполагаемым двигателем) токи двигателя превышали бы 5А. что является максимальным ограничением тока коробки с тремя инверторами. Чтобы предотвратить этот перегруз по току, выход интегратора и ПИ-регулятора должен быть насыщен, как это сделано для текущего ПИ-регулятора. В ПИ-регуляторе скорости установите верхний предел на 5 и нижний предел на -5 для инструментов Integrator и Saturation .

    8. Повторно запустите симуляцию и посмотрите на результат.

      Установившийся ток двигателя и скорость не могут управляться независимо одновременно. Единственным контролируемым объектом со стороны пользователя внутри двигателя является приложенное напряжение на клеммах. Таким образом, в установившемся режиме можно управлять только одной переменной двигателя, то есть либо током двигателя, либо скоростью вращения ротора, либо положением ротора. В режиме управления скоростью внутренняя токовая петля просто определяет путь, по которому ток двигателя достигает своего окончательного устойчивого состояния.Конечное значение как таковое не может контролироваться независимо.

    Управление скоростью двигателя постоянного тока в реальном времени

    В предыдущем разделе была смоделирована модель управления скоростью двигателя. В этом разделе та же система работает в режиме реального времени для управления скоростью реального двигателя.

    1. Откройте новый сеанс Workbench.

    2. Создайте новый проект и добавьте в него файл модели. Установите этот файл модели как Start model/Function в свойствах проекта.

    3. Откройте свойства модели и установите Время шага на 0,0001 и Время выполнения на 2 .

    4. В свойствах проекта выберите раскрывающееся меню вверху и выберите Конфигурация устройства . В нем измените следующие свойства:

      1. Изменить Устройство внутри Основное подразделение на 3 Инвертор

      2. Изменить Режим работы в подразделении Основной на До работы .

      3. Изменить Частота (Гц) в подразделе Конфигурация ШИМ на 12000 .

      4. Изменить Форма волны в подразделении Конфигурация ШИМ на Треугольник .

      5. Изменить Строки энкодера в подразделе AQB ​​Configuration на 2048 .

    5. Из имитационной модели скопируйте и вставьте только ПИ-регулятор скорости и тока, как показано:

    6. Перетащите следующие инструменты из набора инструментов в модель и соедините их, как показано.

      # Тип инструмента Инструмент класса Название инструмента
      1 Шаг Источники сигнала Шаг
      2 Скорость AQB Аппаратная интеграция АКБ
      3 Прицел Mag-Time Дисплей Прицел
      4 Аналоговый вход Аппаратная интеграция АЦП
      5 Усиление Математический блок Усиление
      6 Прицел Mag-Time Дисплей Объем1
      7 Усиление Математический блок Усиление1
      8 Константа Источники сигнала Константа
      9 Сумматор-вычитатель Математический блок Добавить
      10 Сумматор-вычитатель Математический блок Добавить1
      11 ШИМ-выход Аппаратная интеграция ШИМ
      12 ШИМ-выход Аппаратная интеграция ШИМ1
      13 Верно/Ложно Источники сигнала Булево значение
      14 Цифровой выход Аппаратная интеграция групповая политика

    7. Измените свойства каждого инструмента на значения, указанные в таблице ниже.

      Название инструмента Поле свойств Значение свойства Комментарии
      Ступенька Окончательное значение 100 Требуемая опорная скорость двигателя.
      Ступенька Время шага 1 Скорость шагового двигателя от состояния покоя до требуемой скорости в момент времени t = 1 с.
      АКБ Канал 1 Фактическая обратная связь по скорости двигателя.
      АЦП Канал 3 Фактическая обратная связь по току двигателя.
      Объем Журнал реального времени Включено Включите регистрацию обратной связи по скорости двигателя в реальном времени.
      Область применения1 Журнал реального времени Включено Включите регистрацию обратной связи по току двигателя в реальном времени.
      Усиление Усиление -5 Масштабирование для преобразования сигнала АЦП в фактический ток. Значение масштабирования задается в свойстве ADC.
      Усиление1 Усиление 1/80 1/(2 x В пост. тока) для преобразования напряжения в значение в диапазоне ±0,5.
      Константа Магнитуда 0,5 Вышеупомянутый сигнал центрирован около 0,5, чтобы получить рабочий цикл.
      Добавить1 Арифметическая операция —+ Рабочий цикл одной из ветвей инвертора получается путем прибавления масштабированного коэффициента заполнения к 0.5 и другие, вычитая из 0,5.
      ШИМ Канал 2 Каждый канал ШИМ управляет напряжением на одной из выходных клемм.
      ШИМ1 Канал 1 Каждый канал ШИМ управляет напряжением на одной из выходных клемм.
      Логический Значение Правда Это выводит инвертор из состояния сброса, чтобы его можно было использовать для создания желаемого выходного напряжения.
      GPO Канал 1 Используется инвертор 1.
    8. Подключите двигатель (тот, что без энкодера) к Инвертор 1 (цвет клеммы двигателя должен совпадать с цветом инвертора).Хоть генератор (тот, что с энкодером) в данном случае не используется, подключил его к Инвертор 2 вместо того, чтобы оставлять клеммы открытыми.

      Подключите модуль с тремя инверторами к источнику питания постоянного тока. Подключаем трехканальный инвертор к компьютеру через USB. Подключите обратную связь по скорости генератора к разъему DSUB Encoder 1 DSUB на задней панели трех инверторов.

    9. Включите источник питания постоянного тока и установите напряжение на 40 В .

    10. Убедитесь, что кнопка на верхней док-станции для перехода в режим реального времени нажата. Нажмите кнопку запуска.

    11. Наблюдайте за скоростью и текущим результатом в области. Нажмите, чтобы сфокусировать результат. Примерно через 2 с остановите регистрацию данных, нажав .

    12. ВЫКЛЮЧИТЕ источник питания постоянного тока.

    13. В некоторых случаях течение может быть очень изменчивым. Это происходит из-за того, что регулятор скорости пытается исправить шум в обратной связи по скорости в режиме реального времени.Чтобы избежать этого, перепроектируйте ПИ-регулятор для частоты кроссовера 6 Гц, т.е.

      Используйте измененные значения PI и повторно запустите двигатель.

    14. Замените опорное значение шага опорным значением Sine Magnitude равно 100 и Frequency равно 1 .

    15. Включите источник питания постоянного тока и перезапустите модель.

    16. Проверьте, отслеживает ли двигатель опорную скорость.

    17. ВЫКЛЮЧИТЕ источник питания постоянного тока и отсоедините все соединения, включая USB.

    На этом эксперимент по управлению скоростью двигателя постоянного тока завершен. В этом эксперименте двигатель постоянного тока активно нагружался только в моделировании, а не в реальном времени. Это будет сделано в следующем эксперименте, где будет использоваться контроллер, разработанный в этом эксперименте.

    Лабораторный отчет и задание по чтению
    1. Прикрепите график I a и ω м из моделирования, когда двигатель работал в разомкнутом контуре.

    2. Укажите полученные значения усиления ПИ-регулятора. Прикрепите график I a и ω m из моделирования, когда двигатель работал в режиме управления током, для разных значений коэффициента усиления.

    3. Укажите полученные значения усиления ПИ-регулятора. Прикрепите график I a и ω m из моделирования, когда двигатель работал в режиме управления скоростью.

    4. Прикрепите график ω м от контроля скорости в реальном времени.

    5. В режиме управления током, как бы выглядел профиль скорости, если бы коэффициент трения, B был равен нулю и не было ограничения по напряжению?

    6. Как расширить модель управления скоростью для управления положением? Какая передаточная функция системы будет использоваться для настройки ПИ-регулятора?

    < Характеристика двигателя постоянного тока: предыдущая тема Следующая тема : Четырехквадрантная работа двигателя постоянного тока > .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.