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

Что такое двигатель постоянного тока?

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

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

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

Принцип работы двигателя постоянного тока

Простой двигатель постоянного тока работает по принципу, когда проводник с током помещается в магнитный верный г, он испытывает механическую силу. 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 из-за обмоток возбуждения в одном направлении, либо компенсирует 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 вызывает 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 изменения нагрузки из-за обратной ЭДС.

Почему важно управление скоростью 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 результата 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 инструмента автоматического управления. Это, по-видимому, контрастирует с ограничением скорости, когда необходимо регулирование скорости, противодействующее естественному изменению скорости из-за изменения нагрузки на вал.

Принцип контроля скорости

Из приведенного выше рисунка уравнение напряжения простого Двигатель постоянного тока является

V = Eb + IaRa

V - подаваемое напряжение, Eb - обратная ЭДС, Ia - ток якоря, Ra - сопротивление якоря.

Мы уже знаем что

Eb = (PøNZ) / 60 А.

P - количество полюсов,

А - постоянная

Z - количество жил

N- скорость мотора

Подставляя значение Eb в уравнение напряжения, получаем

V = (PøNZ) / 60A) + IaRa

Или, V - IaRa = (PøNZ) / 60A

т.е. N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø

Вышеприведенное уравнение также можно записать как:

N = K (V - IaRa) / ø, K - постоянная

Это подразумевает три вещи:

Скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению питания.
Скорость двигателя обратно пропорциональна падению напряжения на якоре.
Скорость двигателя обратно пропорциональна магнитному потоку из-за полевых данных.

Таким образом, скоростью двигателя постоянного тока можно управлять тремя способами:

Изменяя напряжение питания
Изменяя поток, и изменяя ток через обмотку возбуждения
Путем изменения напряжения якоря и изменения сопротивления якоря

Несколько методов управления скоростью двигателя постоянного тока

Поскольку существует два типа двигателей постоянного тока, здесь мы подробно обсудим методы управления скоростью как серии постоянного тока, так и шунтирующие двигатели.

Последовательное управление скоростью двигателя постоянного тока

Его можно разделить на два типа, а именно:

“Конфигурация выводов 7-сегментного дисплея ”

Техника управления арматурой
Техника с полевым контролем

Технику управления якорем можно разделить на три типа.

Регулируемое сопротивление якоря
Управление шунтированной арматурой
Напряжение на зажимах якоря

Контролируемое сопротивление якоря

Этот метод наиболее широко используется в тех случаях, когда регулирующее сопротивление последовательно соединено с сопротивлением 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, чтобы снизить скорость во время сценариев легкой нагрузки. Это рентабельный метод достижения постоянного крутящего момента, который в основном применяется в приводных кранах, поездах и других транспортных средствах.

Управление шунтированной арматурой

Здесь реостат будет иметь как последовательное, так и шунтирующее соединение с якорем. Будет изменяться уровень напряжения, подаваемого на якорь, и это зависит от изменения серии реостат . Тогда как изменение тока возбуждения происходит за счет изменения 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 реализуется.

Техника с полевым управлением подразделяется на два типа:

Полевой дивертер
Управление заданным полем (Управление заданным полем)

Техника полевого дивертора

В этой технике используется дивертер. Скорость потока, проходящего через поле, можно уменьшить, шунтируя некоторую часть 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.

Полевой переключатель управления скоростью двигателя постоянного тока

Контроль зарезанного поля

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

Управление скоростью параллельного двигателя постоянного тока

Его можно разделить на два типа, а именно:

Техника с полевым контролем
Техника управления арматурой

Метод полевого управления параллельным двигателем постоянного тока

В этом методе магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, изменяется, чтобы изменять скорость 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 контроля сопротивления якоря для параллельного двигателя постоянного тока

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

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

Этот метод позволяет достичь скорости двигателя ниже его нормального диапазона.

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

Техника Уорда Леонарда Схема управления скоростью двигателя постоянного тока отображается следующим образом:

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

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

Поставляемый ток возбуждения будет другим, так что уровень напряжения якоря изменяется от «0» до номинального уровня. Поскольку регулирование скорости соответствует номинальному току и постоянному магнитному потоку двигателя и магнитному потоку поля до тех пор, пока не будет достигнута номинальная скорость. И поскольку мощность является продуктом 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. Метод 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 на обмотку возбуждения подается фиксированное напряжение, а на 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 ).

В Преимущества и недостатки подопечного Леонарда Мето d:

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

В обоих направлениях можно плавно управлять скоростью устройства в расширенном диапазоне.
Эта техника обладает внутренней тормозной способностью.
Остаточные реактивные вольт-амперы уравновешиваются приводом, а синхронный двигатель с сильным возбуждением действует как привод, поэтому коэффициент мощности будет увеличиваться.
Когда есть мигающая нагрузка, приводной двигатель является Индукционный двигатель имеющий маховик, который используется для уменьшения нагрузки на проблесковый маячок до минимального уровня

Недостатками методики Уорда Леонарда являются:

Поскольку эта техника имеет комплект двигателя и генератора, стоимость более
Устройство сложное по конструкции и имеет большой вес.
Требуется больше места для установки
Требует регулярного обслуживания, фундамент не рентабелен
Будут огромные убытки, поэтому эффективность системы снизится.
Производится больше шума

И применение метода Уорда Леонарда плавное управление скоростью в двигателе постоянного тока. Некоторые из примеров - шахтные подъемники, бумажные фабрики, подъемники, прокатные станы и краны.

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

Метод контроля напряжения

Приведенная выше блок-схема представляет собой 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 ИС 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 управление скоростью. Кроме того, рекомендуется знать о регулятор скорости двигателя постоянного тока 12 в .