Цепь регулятора скорости двигателя с постоянным крутящим моментом

В сообщении описывается контроллер двигателя постоянного тока, который имеет компенсацию постоянного крутящего момента, позволяющую двигателю работать с постоянной скоростью независимо от нагрузки на него.

Недостаток обычных регуляторов скорости

Один недостаток большинства простые регуляторы скорости они обеспечивают двигатель только заданным постоянным напряжением. В результате скорость не остается постоянной и изменяется в зависимости от нагрузки на двигатель из-за отсутствия компенсации крутящего момента.

Например, в модельном поезде с простыми контроллерами скорость поезда постепенно снижается при подъеме по уклону и ускоряется при движении под уклон.

Следовательно, для модельных поездов регулировка потенциометра для поддержания выбранной скорости двигателя также отклоняется в зависимости от нагрузки, которую двигатель может тянуть.

Схема контроллера скорости двигателя с постоянным крутящим моментом, описанная в этой статье, позволяет избавиться от этой проблемы, отслеживая скорость двигателя и поддерживая ее постоянной для заданных параметров управления, независимо от того, какая нагрузка может быть на двигателе.

Схема может применяться в большинстве моделей, в которых используется двигатель постоянного тока с постоянными магнитами.

Расчет коэффициента обратной ЭДС

Напряжение на клеммах двигателя зависит от нескольких факторов: противоэд. вырабатывается двигателем, и напряжение падает на сопротивлении якоря.

Задний э.д.с. Генерируемая обмоткой двигателя обычно пропорциональна скорости двигателя, что означает, что скорость двигателя можно контролировать, измеряя содержание этой обратной ЭДС. Но главная проблема заключается в том, чтобы изолировать и обнаружить обратную ЭДС. от напряжения сопротивления якоря.

Предположим, что отдельный резистор подключен последовательно к двигателю, тогда, учитывая, что общий одиночный ток проходит через этот резистор, а также через сопротивление якоря, падение напряжения на двух последовательных резисторах может быть эквивалентно падению на сопротивлении якоря.

Фактически, можно предположить, что когда эти два значения сопротивления идентичны, тогда две величины напряжения на каждом из резисторов также будут одинаковыми. С помощью этих данных можно будет вычесть падение напряжения на R3 из напряжения двигателя и получить требуемое значение обратной ЭДС для обработки.

Обработка обратной ЭДС для постоянного крутящего момента

Предлагаемая схема непрерывно отслеживает обратную ЭДС. и, соответственно, регулирует ток двигателя, чтобы гарантировать, что при заданной настройке потенциометра обратная э.д.с. вместе со скоростью двигателя поддерживается на постоянном крутящем моменте.

Чтобы упростить описание схемы, предполагается, что P2 отрегулирован и удерживается в его центральном положении, а резистор R3 выбран как эквивалент значению сопротивления якоря двигателя.

Расчет напряжения двигателя

Напряжение двигателя можно рассчитать, добавив противоэд. Va при падении напряжения на внутреннем сопротивлении двигателя Vr.

Учитывая, что на R3 падает напряжение Vr, выходное напряжение Vo будет равно Va + 2 В.

Напряжение на инвертирующем входе (-) IC1 будет Va + Vr, а на неинвертирующем входе (+) будет Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2.

Поскольку предполагается, что указанные выше две величины напряжения равны, мы организуем приведенное выше уравнение как:

Va + Vr = Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2

Упрощение этого уравнения дает Va = Vi.

Приведенное выше уравнение показывает, что обратная ЭДС. двигателя постоянно поддерживается на том же уровне, что и управляющее напряжение. Это позволяет двигателю работать с постоянной скоростью и крутящим моментом для любой указанной настройки регулировки скорости P1.

P2 включен для компенсации уровня разницы, которая может существовать между сопротивлением R3 и сопротивлением якоря. Он выполняет это, регулируя величину положительной обратной связи на неинвертирующем входном операционном усилителе.

Операционный усилитель LM3140 в основном сравнивает напряжение, развиваемое на якоре двигателя, с эквивалентом обратной ЭДС на двигателе и регулирует базовый потенциал T1 2N3055.

T1 настроен как эмиттер-повторитель регулирует скорость двигателя в соответствии с его базовым потенциалом. Он увеличивает напряжение на двигателе, когда операционный усилитель обнаруживает более высокую обратную ЭДС, что приводит к увеличению скорости двигателя, и наоборот.

T1 должен быть установлен над подходящим радиатором для правильной работы.

Как настроить схему

Настройка схемы регулятора скорости двигателя с постоянным крутящим моментом выполняется путем регулировки P2 с двигателем с переменной нагрузкой, пока двигатель не достигнет постоянного крутящего момента независимо от условий нагрузки.

Когда схема применяется для модельных поездов, необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повернуть P2 слишком сильно в сторону P1, что может привести к замедлению модельного поезда, и, наоборот, P2 не должен слишком сильно поворачиваться в противоположном направлении, что может привести к скорость поезда действительно увеличивается при подъеме в гору.