Obwód sterownika prędkości silnika ze stałym momentem obrotowym

W poście objaśniono sterownik silnika prądu stałego, który zapewnia stałą kompensację momentu obrotowego, umożliwiając silnikowi pracę ze stałą prędkością niezależnie od obciążenia.

Wada zwykłych kontrolerów prędkości

Jedna wada większości plików proste regulatory prędkości czy dostarczają silnikowi tylko ustalone stałe napięcie. W rezultacie prędkość nie pozostaje stała i zmienia się wraz z obciążeniem silnika z powodu braku kompensacji momentu obrotowego.

Na przykład w modelu pociągu, z prostymi kontrolerami, prędkość pociągu stopniowo maleje przy wzniesieniach i przyspiesza przy zjeżdżaniu.

W związku z tym w modelach pociągów regulacja sterowania zbiornikiem, aby utrzymać wybraną prędkość silnika, również różni się w zależności od obciążenia, które może ciągnąć silnik.

Obwód kontrolera prędkości silnika ze stałym momentem obrotowym wyjaśniony w tym artykule eliminuje ten problem poprzez śledzenie prędkości silnika i utrzymywanie jej na stałym poziomie dla określonego z góry ustawienia sterowania, niezależnie od obciążenia silnika.

Obwód można zastosować w większości modeli wykorzystujących silnik prądu stałego z magnesami trwałymi.

Obliczanie współczynnika Back EMF

Napięcie na zaciskach silnika składa się z kilku czynników, tył e.m.f. wytwarzane przez silnik, a napięcie spadło na rezystancji twornika.

Tył e.m.f. generowany przez uzwojenie silnika jest normalnie proporcjonalny do prędkości silnika, co oznacza, że ​​prędkość silnika może być monitorowana przez pomiar zawartości tego pola przeciwelektromotorycznego. Ale głównym problemem jest odizolowanie i wykrycie back e.m.f. od napięcia rezystancji twornika.

Zakładając, że oddzielny rezystor jest połączony szeregowo z silnikiem, biorąc pod uwagę, że wspólny pojedynczy prąd przepływa przez ten rezystor, a także przez rezystancję twornika, spadek napięcia na dwóch rezystorach szeregowych mógłby być równoważny spadkowi na rezystancji twornika.

W rzeczywistości można założyć, że gdy te dwie wartości rezystancji są identyczne, wówczas dwie wartości napięcia na każdym z rezystorów również będą podobne. Na podstawie tych danych można odjąć spadek napięcia na R3 od napięcia silnika i uzyskać wymaganą do przetwarzania wartość zwrotną e.m.f.

Przetwarzanie wstecznego pola elektromagnetycznego dla stałego momentu obrotowego

Proponowany obwód w sposób ciągły monitoruje powrót e.m.f. i odpowiednio reguluje prąd silnika, aby zapewnić, że dla przypisanego ustawienia sterowania zbiornikiem, tylna moc e.m.f. wraz z prędkością silnika jest utrzymywana na stałym poziomie momentu obrotowego.

Aby ułatwić opis obwodu, przyjmuje się, że P2 jest regulowane i utrzymywane w położeniu środkowym, a rezystor R3 jest wybierany jako odpowiednik wartości rezystancji twornika silnika.

Obliczanie napięcia silnika

Napięcie silnika można obliczyć, dodając tylną e.m.f. Va ze spadkiem napięcia na wewnętrznej rezystancji silnika Vr.

Biorąc pod uwagę, że R3 obniża napięcie Vr, napięcie wyjściowe Vo będzie równe Va + 2 V.

Napięcie na wejściu odwracającym (-) IC1 będzie wynosić Va + Vr, a na wejściu nieodwracającym (+) będzie wynosić Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2

Ponieważ powyższe dwie wielkości napięcia mają być równe, powyższe równanie organizujemy jako:

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

Uproszczenie tego równania daje Va = Vi.

Z powyższego równania wynika, że ​​tył e.m.f. silnika jest stale utrzymywany na tym samym poziomie, co napięcie sterujące. Pozwala to silnikowi pracować ze stałą prędkością i momentem obrotowym dla dowolnego określonego ustawienia regulacji prędkości P1.

P2 jest dołączone, aby skompensować poziom różnicy, który może istnieć między rezystancją R3 a rezystancją twornika. Odbywa się to poprzez regulację wielkości dodatniego sprzężenia zwrotnego na nieodwracającym wejściowym wzmacniaczu operacyjnym.

Wzmacniacz operacyjny LM3140 zasadniczo porównuje napięcie wytworzone na tworniku silnika z równoważnikiem tylnego pola elektromagnetycznego na silniku i reguluje potencjał podstawowy T1 2N3055.

T1 jest konfigurowany jako zwolennik emitera reguluje prędkość silnika zgodnie z jego potencjałem podstawowym. Zwiększa napięcie na silniku, gdy wzmacniacz operacyjny wykryje wyższą siłę przeciwelektromotoryczną, powodując wzrost prędkości silnika i odwrotnie.

Aby zapewnić prawidłowe działanie, T1 należy zamontować na odpowiednim radiatorze.

Jak skonfigurować obwód

Konfiguracja obwodu regulatora prędkości silnika ze stałym momentem odbywa się poprzez regulację P2 z silnikiem ze zmiennym obciążeniem, aż silnik osiągnie stały moment obrotowy niezależnie od warunków obciążenia.

Kiedy tor jest stosowany dla modeli pociągów, należy uważać, aby nie skręcić zbytnio P2 w kierunku P1, co mogłoby spowodować spowolnienie modelu pociągu, i odwrotnie, P2 nie może być zbytnio skręcana w przeciwnym kierunku, co mogłoby spowodować prędkość pociągu faktycznie rośnie podczas pokonywania wzniesienia.