Способы регулировки скорости двигателя постоянного тока: Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока

Содержание

Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока

 

Электропривод, построенный на основе двигателей постоянного тока используются в металлургической, машиностроительной, химической, угольной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
Применение электропривода способствует созданию промышленного оборудования, в том числе станков с высокой степенью автоматизации. При этом в автоматизированном электроприводе главное место занимает такая задача, как регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока.

 

Основные способы управления скоростью вращения двигателя постоянного тока:

1) изменение тока в цепи обмотки возбуждения при стабильном напряжении на обмотке якоря;
2) изменение напряжения на обмотке якоря при стабильном токе в цепи обмотки возбуждения;
3) изменение напряжения на обмотке якоря, а также изменение тока в цепи обмотки возбуждения.

 

Для изменения величин напряжения на обмотке якоря или силы тока в цепи обмотки возбуждения применяются чаще всего управляемые выпрямители. Для работы в промышленном оборудовании используются однофазные и трехфазные выпрямители, собранные по мостовой схеме. При этом конструктивное исполнение двигателей постоянного тока способствует тому, что необходимая мощность выпрямителей для цепи обмотки возбуждения намного меньше мощности выпрямителя для обмотки якоря. Однако, существуют также и недостатки регулирования частоты вращения двигателя изменением силы тока в цепи обмотки возбуждения. Основным недостатком является уменьшение быстродействия исполнения задаваемой скорости, другими словами, худшие динамические свойства автоматизированого электропривода. Для некоторых применений эти показатели являются не критичными, поэтому при проектировании следует руководствоваться требованиями к приводу в соответствии с техническим заданием.  Восстановление драйверов электродвигателей постоянного тока отличается от ремонта частотных преобразователей, используемых в системах управления асинхронными двигателями переменного тока, так как используется различный принцип управления и соответственно разная схемотехника.

 

Если технологический процесс включает необходимость изменения направления вращения двигателя(реверс), эта возможность также может быть выполнена одним из способов — в цепи обмотки якоря или обмотки возбуждения. Такая возможность реализуется изменением полярности управляющего постоянного напряжения или тока.


Примеры работ
Услуги
Контакты

Время выполнения запроса: 0,003741979599 секунд.

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

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

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

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

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

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

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

Сферы применения двигателя

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

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

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

Регулирование частоты вращения

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

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

  1. Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения Iв уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
  2. Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:
  • способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
  • связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.
  1. Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

Двигатель с независимым возбуждением

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

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


Регулирование скорости вращения коллекторного двигателя постоянного тока

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

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

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

Применение устройства управления для двигателя постоянного тока

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

Схема управления коллекторным двигателем постоянного тока

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

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

Оптимальные значения частоты ШИМ сигнала

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

Сложности при ШИМ регулировании скорости двигателя постоянного тока

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

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

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

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

Реализация ШИМ

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

Алгоритм реализации ШИМ:

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

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

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

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

Способ регулирования оборотов двигателя постоянного тока

Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U . Ток в цепи якоря I я и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря . Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1 , а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2 , а.

Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен ( D = 2 — З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 — 4 .

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2 , а и 2 , б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и U ном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.

Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.

Источник

Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

§ 116 РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

КИП и АММИАЧНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ПРИБОРЫ КИП ДЛЯ АХУ ЭЛЕКТРОМОНТАЖ НАЛАДКА ОБСЛУЖИВАНИЕ СРАВНЕНИЯ

Регулирование электродвигателей постоянного тока

Как известно в холодильной технике, да и не только там, необходимо регулировать скорость вращения электродвигателей. Это необходимо для плавного регулирования параметров установки, а как следствие и производительности. Ниже мы рассмотрим способы регулирование электродвигателей постоянного тока.

Способы регулирования электродвигателей постоянного тока.

Как известно, работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. При этом на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая следующим образом:

где I — ток, протекающий по проводнику [A], В — индукция магнитного поля [Тл]; L — длина проводника [м].

При пересечении проводником магнитных силовых линий в нем наводится электродвижущая сила (ЭДС), которая направлена против тока в проводнике и поэтому называется обратной или противодействующей ЭДС. Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.

[hana-code-insert name=’reclam google’ /]

Электродвигатели постоянного тока применяют в электроприводах, где требуются большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения, возможность регулирования скорости в большую сторону относительно номинальной.

С точки зрения регулирования электродвигателей нас будет интересовать формула для определения частоты вращения. Частота вращения электродвигателя постоянного тока определяется следующим образом:

n = (U – Iя Rя)/(kc Ф),

где U — напряжение питающей сети [В], Iя — ток якоря [A], Rя — сопротивление цепи якоря [Ом], kс — коэффициент, характеризующий магнитную систему, Ф — магнитный поток электродвигателя [Вб].

Данное выражение называется уравнением электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Из него следует, что существует три способа регулирования угловой скорости:

  • за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря;
  • за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф;
  • за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Остановимся подробнее на каждом из этих способов.

Вариант регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря приводит к изменению жесткости характеристик в широких пределах, а потому при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен. Скорость можно регулировать в сторону уменьшения от номинальной (об этом свидетельствуют электромеханические и механические характеристики). Высокую плавность регулирования обеспечить трудно. Также недостатком является и наличие значительных потерь мощности в процессе регулирования.

При втором способе регулирование осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока уменьшается. Однако на практике возможно изменение скорости только в сторону увеличения. Благодаря возможности плавного изменения сопротивления реостата появляется и возможность плавного регулирования скорости вращения электродвигателя. Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Однако данный вид регулирования практически не высвобождает мощности (энергопотребление постоянно), а потому используется в приводах только в качестве вспомогательного, причем, как правило, только в условиях холостого хода.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю.

При этом следует отметить, что все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной. Таким образом, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях, и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Более того, угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно номинальной. Также достаточно просто обеспечить и плавное регулирование частоты вращения электродвигателя: для этого достаточно плавно изменять напряжение постоянного тока.

Наконец, этот вариант регулирования является наиболее экономичным, поскольку регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря.

Учитывая все факторы вышеизложенного анализа существующих способов регулирования частоты двигателей постоянного тока, можно утверждать, что третий способ регулирования является наилучшим.

Именно поэтому в климатической технике регулирование двигателей постоянного тока реализовано посредством изменения питающего напряжения.

Источник

Регулирование — скорость — двигатель — постоянный ток

Регулирование — скорость — двигатель — постоянный ток

Cтраница 1

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

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

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

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

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

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

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

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

Рассматривается система регулирования скорости двигателя постоянного тока.  [12]

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

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

Страницы:      1    2    3    4

Регулирование частоты вращения | Электрические машины

Страница 51 из 51

6.7.3. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

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

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

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

Управление возбуждением двигателей постоянного тока

Управление возбуждением двигателей постоянного тока

Управление двигателями постоянного тока

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого (рис.1), параллельного (рис.2), последовательного (рис.3) и смешанного (рис.4) возбуждения. При параллельном, последовательном и смешанном возбуждении  напряжение на обмотке возбуждения зависит от напряжения на обмотке якоря, при независимой системе возбуждения, обмотка возбуждения питается от дополнительного источника постоянного тока и не зависит от режима работы и нагрузки двигателя.

 Рис.1 Схема независимого возбуждения

Рис.2 Схема параллельного возбуждения

Рис.3 Схема последовательного возбуждения

Рис.4 Схема смешанного возбуждения

Для регулирования скорости двигателей постоянного тока применяют различные способы.
В общем случае скорость двигателя определяется выражением:


Как видно из выражения (1.1), регулировать скорость двигателя постоянного тока возможно двумя способами:

— Изменением питающего напряжения U


— Изменением магнитного потока машины Ф (изменением тока возбуждения)


Раньше регулирование питающего напряжения встречало трудности связанные с преобразованием напряжения постоянного тока, изменение скорости вращения двигателя осуществлялось с помощью включения в цепь якоря дополнительного регулировочного реостата. Основными недостатками этого метода являются  потери в реостате, через который протекает ток полной нагрузки двигателя, неудобство управления.


Наиболее удобным, распространенным и экономичным способом регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, является изменение магнитного потока машины (изменение тока возбуждения). Экономия связана с тем, что в данном случае управлять можно не большим током якоря, а малым током возбуждения, что уменьшает потери и удешевляет систему управления.  Однако этот способ позволяет лишь увеличивать скорость вращения двигателя.


Согласно выражению (1.1), с уменьшением Ф скорость возрастает (рис.5). Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Ф, т. е. с наименьшей величиной n. При таком регулировании к. п. д. двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, и потери при регулировании минимальны. Максимальная скорость вращения в данном случае ограничивается механической прочностью машины и условиями ее коммутации.

    

Рис.5 Характеристики ДПТ при регулировании тока возбуждения


Современные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока

Сегодня основным средством управления двигателями постоянного тока становятся современные  тиристорные регуляторы (назовем их “приводы постоянного тока”), их производят множество фирм, специализирующихся на приводной технике (например, Control Techniques, Siemens, Sprint-Electric и т.д.).  Современные приводы постоянного тока позволяют управлять не только скоростью вращения двигателя, но и его моментом (например, на линиях намотки). За счет различных интерфейсов обмена сигналами с автоматизированной системой управления, изменять параметры работы двигателя достаточно просто и удобно.

Приводы постоянного тока могут работать как в одном квадранте, так и во всех четырех, при этом изменяя не только ток обмотки якоря, но и ток обмотки возбуждения — многие приводы имеют встроенные “контроллеры поля”, что дает возможность регулировать скорость двигателя в самом широком диапазоне.

Следует отметить, что “ослабление” поля при задании скорости двигателя выше номинальной, привод  производит автоматически, контроллер поля представляет собой тот же тиристорный регулятор. Встроенные контроллеры поля имеют приводы Mentor, Mentor MP (Control Techniques),  PL, PLX (Sprint-Electric). Остальные модели приводов постоянного тока этих брендов для питания обмотки возбуждения двигателей имеют неуправляемые выпрямители.


Номинальный ток контроллеров возбуждения приводов постоянного тока имеют следующие значения:
Sprint-Electric PL, PLX —  8A (для приводов с номинальным током якоря 12-123A), 16A (для приводов с номинальным током якоря 155-330A), 32A (для приводов с номинальным током якоря 430-630A).

Control Techniques Mentor — M25(R) — M210(R) —  8 А, остальные габариты с неуправляемым выпрямителем.
Control Techniques Mentor  MP —
MP25Ax(R), MP45Ax(R), MP75Ax(R), MP105Ax(R), MP155Ax(R), MP210Ax(R) — 8А
 MP350Ax(R), MP420Ax(R), MP550Ax(R), MP700Ax(R), MP825Ax(R), MP900Ax(R) — 10A
MP1200Ax(R), MP1850Ax(R) — 20А.


Для токов обмотки возбуждения имеющих значение свыше 8А, Control Techniques предлагает внешние контроллеры поля, которые связываются с приводом постоянного тока по цифровой шине — это контроллеры FXM-5 (до 90А) и FXMP-25 (до 25А).


На практике часто встречаются двигатели с низковольтными обмотками возбуждения с большими токами. В данном случае, для изменения тока можно применить приводы постоянного тока, при этом вместо обмотки якоря подключить обмотку возбуждения. Это может быть любой аналоговый или цифровой привод постоянного тока. При использовании в качестве регуляторов поля простых аналоговых преобразователей Sprint-Electric (модели 340, 680, 1220, 340i, 680i, 1220i, 370, 370E, 400E, 800E, 1200E, 400, 800, 1200, 400i, 1600i, 3200i, SL, SLE), производитель рекомендует настраивать их в режим управления моментом.
Привод Mentor MP (Control Techniques) имеет для этого специальный режим.

По всем возникшим вопросам обращайтесь пишите нам на [email protected], тел.(812) 635-9030

Лучшие и решающие методы управления

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


Что такое двигатель постоянного тока?

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

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

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

Принцип работы двигателя постоянного тока

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

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

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

Почему важно регулировать скорость двигателя постоянного тока?

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

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

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

Принцип управления скоростью

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

В = Eb + IaRa

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

Мы уже знаем, что

Eb = (PøNZ) / 60A.

P — количество полюсов,

A — постоянное

Z — количество проводников

N — скорость двигателя

Подставляя значение Eb в уравнение напряжения, получаем

V = ( (PøNZ) / 60A) + IaRa

Или, V — IaRa = (PøNZ) / 60A

т.е. N = (PZ / 60A) (V — IaRa) / ø

. записывается как:

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

Это подразумевает три вещи:

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

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

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

Множественные методы управления скоростью двигателя постоянного тока

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

Управление скоростью двигателя постоянного тока в серии типов

Его можно разделить на два типа, а именно:

  • Техника управления якорем
  • Техника управления полем

Техника управления якорем далее подразделяется на три типа

  • Якорь контролируемое сопротивление
  • Управление шунтированным якорем
  • Напряжение на зажимах якоря
Управляемое сопротивление якоря

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

Контроль сопротивления якоря

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

Управление шунтированным якорем

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

Метод управления скоростью двигателя постоянного тока с шунтированным якорем
Напряжение на клеммах якоря

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

Техника с полевым управлением далее подразделяется на два типа:

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

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

Регулировка скорости двигателя постоянного тока с дивертером поля
Управление отводным полем

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

Управление скоростью параллельного двигателя постоянного тока

Его можно разделить на два типа:

  • Метод управления полем
  • Метод управления якорем
Метод управления полем шунтирующего двигателя постоянного тока

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

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

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

Метод управления сопротивлением якоря для шунтирующего двигателя постоянного тока

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

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

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

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

Метод Уорда Леонарда для схемы управления скоростью двигателя постоянного тока показан следующим образом: должен регулироваться, а G соответствует индивидуально возбужденному генератору постоянного тока, который приводится в действие трехфазным двигателем и может быть синхронным или асинхронным.Эта комбинация генератора постоянного тока и двигателя переменного тока называется набором M-G.

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки методики Уорда Леонарда d:

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

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

Недостатки метода Уорда Леонарда:

  • As, поскольку этот метод имеет комплект двигателя и генератора, стоимость больше
  • Устройство сложное по конструкции и имеет большой вес
  • Требуется больше места e для установки
  • Требуется регулярное техническое обслуживание, фундамент не рентабелен
  • Будут огромные потери, поэтому эффективность системы снизится
  • Возникает больше шума

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

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

Метод управления напряжением

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

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

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

Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью ручных и автоматических устройств

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

Это подразумевает три вещи:

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

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

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

1. Метод контроля потока

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

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

2. Метод управления якорем

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

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

3. Метод контроля напряжения

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

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

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

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

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

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

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

Электродвигатели

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

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

Что такое двигатель постоянного тока?

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

  • Двигатели постоянного тока
  • Двигатели переменного тока
  • Шаговые двигатели
Двигатели

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

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

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

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

Характеристики двигателей постоянного тока

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

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

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

Крутящий момент и скорость двигателя постоянного тока

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

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

Что происходит при изменении напряжения привода?

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

Кривая напряжения и крутящего момента привода двигателя

Как заставить двигатель постоянного тока вращаться с необходимой скоростью

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

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

Напряжение и скорость привода двигателя

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

Методы управления напряжением привода

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

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

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

Линейное управление

ШИМ-контроль

Контроль скорости двигателя

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

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

Контроль скорости

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

Принципиальная схема управления скоростью двигателя постоянного тока

Схема управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока

  1. Датчик скорости

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

  2. Цепь определения скорости

    Рассчитывает скорость двигателя по сигналу датчика скорости.

  3. Задание скорости

    Выводит заданную скорость двигателя.

  4. Компаратор

    Вычисляет разницу между заданной скоростью и измеренной скоростью.

  5. Схема расчета управляющего напряжения

    Рассчитывает напряжение привода двигателя на основе вычисленной ошибки скорости.

  6. Цепь привода

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

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

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

Двигатели

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

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

Преодоление проблем с бесщеточными двигателями постоянного тока

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

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

Выбор двигателя
  • У вас еще нет подробных спецификаций или чертежей, но нужна консультация по двигателям?
  • У вас нет сотрудников, имеющих опыт работы с двигателями, и вы не можете определить, какой двигатель лучше всего подойдет для вашего нового продукта?
Разработка двигателей и связанных компонентов
  • Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и передать на аутсорсинг приводные системы и разработку двигателей?
  • Хотите сэкономить время и силы, связанные с изменением конструкции существующих механических компонентов при замене двигателя?
Уникальное требование
  • Нужен нестандартный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался от него?
  • Не можете найти двигатель, который дает вам необходимый контроль, и вот-вот теряете надежду?

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

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

Методы регулирования скорости для различных типов двигателей с регулировкой скорости

Казуя ШИРАХАТА

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

1. Введение

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

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

2. Методы регулирования скорости различных двигателей с регулировкой скорости

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

Рис.1 Классификация двигателей с регулировкой скорости

2.1. Двигатели с регулировкой скорости переменного тока

2.1.1. Строительство Motor

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

Рис. 2 Конструкция асинхронного двигателя

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

Рис.3 Система электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

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

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

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

Рис. 4 Частота вращения — характеристики крутящего момента асинхронных двигателей

Фиг.5 Простое управление напряжением

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

Рис.6 Изменение напряжения трансформатором

Рис.7 Изменение напряжения с помощью фазового управления

Рис.8 Цепь управления симистором

Этот метод управления скоростью переменного тока может обеспечить устойчивое управление скоростью за счет регулирования фазы с обратной связью даже в нестабильном диапазоне.
На рис. 9 показана конфигурация системы управления скоростью для электродвигателя управления скоростью переменного тока в виде блок-схемы.

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

Рис.10 Форма сигнала для каждого блока

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

Фиг.11 Работа регулятора скорости

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

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

Рис.12 Характеристики крутящего момента и скорости вращения

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

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

Рис.14 Конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока

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

Рис. 15 Характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока

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

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

Рис.16 (b) Последовательность переключения

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

Рис.17 Блок-схема системы бесщеточного двигателя постоянного тока

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

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

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

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

2.3. Блок управления скоростью инвертора

2.3.1. Принцип управления скоростью

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

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

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

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

Рис.19 Дежурный контроль ВКЛ / ВЫКЛ

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

Рис.20 Блок-схема управления без обратной связи

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

I ・ V ・ ・ ・ (2)

: Крутящий момент [Н · м]
: Напряжение источника питания [В]
: Ток двигателя [A]
: Частота [Гц]
: Постоянная

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

Рис.21 V / f Control

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

Рис.22 Блок-схема управления по замкнутому контуру

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

Рис.23 Таблица характеристик и данных

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

2.3.2. Характеристика с

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

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

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

3. Резюме

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

Список литературы

(1) Исследовательская группа по технологии двигателей переменного тока: «Книга для понимания малых двигателей переменного тока», Kogyo Chosakai Publishing (1998)
(2) Казуо Абэ: «Технология бесшумного привода бесщеточного двигателя», RENGA № 163, стр. 19-25 (2003)
(3) Кодзи Намихана, Масаёши Сато: «Новый метод управления трехфазным асинхронным двигателем», RENGA No.159, стр. 23-28 (1999)

Кадзуя Сирахата
Завод Цуруока, Операции ACIX
Подразделение схемотехники
Секция разработки схем

Методы управления скоростью двигателя постоянного тока

Скорость двигателя постоянного тока

Обратная ЭДС E b двигателя постоянного тока — это не что иное, как наведенная ЭДС в проводниках якоря из-за вращения якоря в магнитном поле. Таким образом, величина E b может быть задана уравнением ЭДС генератора постоянного тока.
E b = PØNZ / 60A
(где P = количество полюсов, Ø = поток / полюс, N = скорость в об / мин, Z = количество проводов якоря, A = параллельные пути)

E b также может быть задано как,
E b = V- I a R a

Таким образом, из приведенных выше уравнений
N = E b 60A / P ØZ

, но для двигателя постоянного тока A, P и Z являются константами

Следовательно, N ∝ K E b / Ø (где K = константа)

Это показывает, что скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна обратной ЭДС и обратно пропорциональна поток на полюс.

Методы регулирования скорости двигателя постоянного тока

Регулировка скорости параллельного двигателя

1. Метод контроля потока
Выше уже объяснялось, что скорость двигателя постоянного тока обратно пропорциональна магнитному потоку на полюс. Таким образом, уменьшая поток, можно увеличить скорость и наоборот.

Для управления потоком реостат добавлен последовательно с обмоткой возбуждения, как показано на принципиальной схеме. Добавление большего сопротивления последовательно с обмоткой возбуждения увеличит скорость, поскольку это уменьшит магнитный поток.В шунтирующих двигателях, поскольку ток возбуждения относительно очень мал, потери I sh 2 R малы. Поэтому этот способ достаточно эффективен. Хотя скорость может быть увеличена выше номинального значения за счет уменьшения магнитного потока с помощью этого метода, он ограничивает максимальную скорость, поскольку ослабление магнитного потока сверх установленного предела отрицательно повлияет на коммутацию.

2. Способ управления якоря
Скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна обратной ЭДС E b и E b = V — I a R a .Это означает, что когда напряжение питания V и сопротивление якоря R a поддерживаются постоянными, тогда скорость прямо пропорциональна току якоря I a . Таким образом, если мы добавим сопротивление последовательно с якорем, I уменьшится и, следовательно, скорость также уменьшится. Чем больше сопротивление последовательно с якорем, тем больше снижение скорости.
3. Метод контроля напряжения
a) Управление несколькими напряжениями :
В этом методе шунтирующее поле подключается к фиксированному возбуждающему напряжению, а на якорь подается разное напряжение.Напряжение на якоре изменяется с помощью подходящего распределительного устройства. Скорость примерно пропорциональна напряжению на якоре.

b) Система Уорда-Леонарда :
Эта система используется там, где требуется очень чувствительное управление скоростью двигателя (например, электрические экскаваторы, лифты и т. Д.). Расположение этой системы показано на рисунке справа.
M 2 — двигатель, для которого требуется регулирование скорости.
M 1 может быть любым двигателем переменного или постоянного тока с постоянной скоростью.
G — это генератор, напрямую подключенный к M 1 .
В этом методе выходной сигнал генератора G подается на якорь двигателя M 2 , скорость которого необходимо регулировать. Выходное напряжение генератора G может изменяться от нуля до максимального значения с помощью регулятора поля, и, следовательно, напряжение якоря двигателя M 2 изменяется очень плавно. Следовательно, этим методом может быть получено очень плавное регулирование скорости двигателя постоянного тока .

Регулировка скорости двигателя серии

1.Метод контроля потока

  • Дивертер поля : Переменное сопротивление подключено параллельно последовательному полю, как показано на рис. (A). Этот переменный резистор называется дивертером, так как через него можно отводить желаемое количество тока и, следовательно, ток через катушку возбуждения можно уменьшить. Таким образом, поток может быть уменьшен до желаемой величины, а скорость может быть увеличена.
  • Дивертер якоря : Дивертер подключается к якорю, как показано на рис. (B).
    При заданном постоянном моменте нагрузки, если ток якоря уменьшается, магнитный поток должен увеличиваться, так как Ta a ØIa
    Это приведет к увеличению тока, потребляемого от источника питания, и, следовательно, увеличится Ø магнитного потока и, следовательно, скорость двигателя уменьшится.
  • Регулировка поля с отводами : Как показано на рис. (C), катушка возбуждения имеет отводы для деления числа витков. Таким образом, мы можем выбрать другое значение Ø, выбрав разное количество оборотов.
  • Катушки параллельного поля : В этом методе несколько скоростей могут быть получены путем перегруппировки катушек, как показано на рис. (D).
2. Переменное сопротивление последовательно с якорем
Последовательно вводя сопротивление с якорем, можно снизить напряжение на якоре. И, следовательно, скорость уменьшается пропорционально этому.
3. Последовательно-параллельное управление
Эта система широко используется в электрической тяге, где используются два или более последовательно соединенных двигателя с механической связью. На низких скоростях двигатели подключаются последовательно, а на более высоких — параллельно.
Когда двигатели включены последовательно, через них проходит одинаковый ток, хотя напряжение на каждом двигателе делится. При параллельном подключении напряжение на каждом двигателе одинаковое, хотя ток делится. Сопротивление

— Могу ли я использовать резистор для замедления двигателя постоянного тока?

Использование шестерен всегда лучше, потому что это метод, который обеспечивает максимальный процент мощности двигателя. Поскольку мощность — это крутящий момент, умноженный на скорость, сохранение большей части мощности двигателя увеличивает крутящий момент при одновременном снижении скорости.

Широтно-импульсная или амплитудно-импульсная модуляция занимает второе место. Это может сохранить максимальный крутящий момент при одновременном снижении рабочей скорости и мощности. Лучший способ поддерживать крутящий момент — это иметь внутренний контур управления, который регулирует крутящий момент путем регулирования тока. Внешний контур управления регулирует скорость и обеспечивает текущее задание. Поскольку используется импульсный стабилизатор, потери мощности меньше, чем при использовании линейного управления или последовательного сопротивления.

Разумеется, можно использовать последовательный резистор. Это может быть переменное сопротивление (реостат) или один или несколько постоянных резисторов. При использовании последовательного резистора потери мощности прямо пропорциональны процентному снижению скорости. Поскольку нет контроля тока, добавление сопротивления увеличивает изменение скорости в результате любого изменения нагрузки. Изменение скорости из-за изменения нагрузки увеличивается пропорционально уменьшению скорости. Также существует изменение скорости, вызванное изменением сопротивления из-за изменения температуры резистора.

Дополнительные соображения

Если требуется не только «замедление», но и регулируемая скорость, лучше всего выбрать передачу для надлежащей максимальной скорости, а затем использовать электронное управление для обеспечения изменения. Большие двигатели постоянного тока редко используются для работы с фиксированной скоростью, но электронное управление или последовательное сопротивление могут потребоваться только для запуска более мощного двигателя постоянного тока, чтобы избежать чрезмерного пускового тока.

Для очень маленьких двигателей постоянного тока последовательное сопротивление может быть вполне достаточным в некоторых ситуациях в зависимости от различных факторов, таких как источник питания, рабочий цикл, анализ затрат, максимальное снижение скорости, стабильность нагрузки и т. Д.

Регулировка скорости в двигателе постоянного тока

Электроника на постоянном токе двигатели имеют основной цель управления скоростью или крутящим моментом в зависимости от колебаний нагрузки двигателя. Для достижения желаемой скорости заданное значение постоянно сравнивается с фактической скоростью. Разница подается на двигатель через усилитель, а установленное значение добавляется в электронику через аналоговое напряжение или потенциометр.У вас есть сомнения по поводу регулировки скорости в двигателе постоянного тока? Не пропустите эту статью!

Когда управляет скоростью двигателей постоянного тока , мы можем найти следующие методы:

  • Датчики скорости и тока

  • Контроль напряжения

  • Метод управления скоростью с помощью потенциометра и Arduino

  • Система управления с обратной связью

Широтно-импульсная модуляция — ШИМ

Среди наиболее распространенных методов с по регулировки скорости двигателя постоянного тока , наиболее распространенным по надежности и простоте является Широтно-импульсная модуляция — ШИМ .Этот метод заключается в работе с прямоугольным сигналом, для которого мы можем изменять рабочий цикл без изменения частоты.

Рабочий цикл определяет количество времени, в течение которого сигнал находится в состоянии высокого логического уровня, в процентах от общего времени, необходимого для завершения полного цикла.

Частота определяет, насколько быстро цикл завершается, и, следовательно, скорость, с которой переключаются логическое высокое и низкое состояния. При переключении сигнала с высокого на низкое состояние за короткий период времени и с определенным рабочим циклом выход будет вести себя как постоянный аналоговый сигнал, когда он подается на устройство.

Несмотря на то, что сигналы ШИМ используются в основном для управления приложениями постоянного тока и двигателями , их также можно использовать для управления клапанами, насосами и гидравлическими системами.

Примеры применений, в которых часто используется управляющая электроника для регулировки скорости двигателя постоянного тока:
  • Система вентиляции ноутбука (в зависимости от температуры компьютера двигатель будет работать на большей или меньшей об / мин).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *