W okresie 18^thstulecie nastąpiła ewolucja silników prądu stałego. Rozwój silników prądu stałego znacznie się rozwinął i są one szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu. We wczesnym okresie XIX wieku i wraz z ulepszeniami dokonanymi w 1832 roku silniki prądu stałego zostały pierwotnie opracowane przez brytyjskiego badacza Sturgeon. Wynalazł pierwotny silnik prądu stałego typu komutator, w którym ma on również możliwość symulowania maszyn. Można się jednak zastanawiać, jaka jest funkcjonalność silnika prądu stałego i dlaczego tak ważna jest wiedza o sterowaniu prędkością silnika prądu stałego. Tak więc ten artykuł jasno wyjaśnia jego działanie i różne techniki kontroli prędkości.

Co to jest silnik prądu stałego?

Silnik prądu stałego jest zasilany prądem stałym, w którym przekształca on otrzymaną energię elektryczną w energię mechaniczną. Powoduje to zmianę rotacji w samym urządzeniu, zapewniając w ten sposób moc do obsługi różnych aplikacji w wielu domenach.

Sterowanie prędkością silnika prądu stałego jest jedną z najbardziej przydatnych funkcji silnika. Kontrolując prędkość silnika, można zmieniać prędkość silnika zgodnie z wymaganiami i uzyskać wymaganą pracę.

Mechanizm kontroli prędkości ma zastosowanie w wielu przypadkach, takich jak sterowanie ruchem pojazdów zrobotyzowanych, ruchu silników w papierniach i ruchu silników w windach, gdzie różne typy silników prądu stałego są używane.

Zasada działania silnika prądu stałego

Prosty silnik prądu stałego działa na zasadzie, że gdy przewodnik przewodzący prąd jest umieszczony w a magnetyczny wierny d, doświadcza siły mechanicznej. W praktycznym silniku prądu stałego zwora przewodzi prąd, a pole wytwarza pole magnetyczne.

Kiedy przewodnik (twornik) jest zasilany prądem, wytwarza własny strumień magnetyczny. Strumień magnetyczny albo sumuje się do strumienia magnetycznego z powodu uzwojeń pola w jednym kierunku, albo anuluje strumień magnetyczny spowodowany uzwojeniami pola. Nagromadzenie strumienia magnetycznego w jednym kierunku w porównaniu do drugiego wywiera siłę na przewodnik i dlatego zaczyna się on obracać.

Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, ruch obrotowy przewodnika wytwarza EMF . Ta EMF, zgodnie z prawem Lenza, ma tendencję do przeciwstawiania się przyczynie, tj. Dostarczanemu napięciu. Tak więc silnik prądu stałego ma bardzo szczególną charakterystykę regulacji momentu obrotowego w przypadku zmiennego obciążenia z powodu tylnej siły elektromotorycznej.

Dlaczego sterowanie prędkością silnika prądu stałego jest ważne?

Sterowanie prędkością w maszynie wykazuje wpływ na prędkość obrotową silnika, gdzie ten bezpośredni wpływ na funkcjonalność maszyny i jest tak ważny dla wydajności i wyniku działania. W czasie wiercenia każdy rodzaj materiału ma swoją własną prędkość obrotową i zmienia się ona również w zależności od rozmiaru wiertła.

W scenariuszu instalacji pompowych nastąpi zmiana przepustowości, więc taśma przenośnika musi być zsynchronizowana z funkcjonalną prędkością urządzenia. Czynniki te są bezpośrednio lub pośrednio zależne od prędkości silnika. Z tego powodu należy wziąć pod uwagę prędkość silnika prądu stałego i przestrzegać różnych typów metod sterowania prędkością.

Sterowanie prędkością silnika prądu stałego jest wykonywane ręcznie przez pracownika lub za pomocą dowolnego automatycznego narzędzia sterującego. Wydaje się, że jest to przeciwieństwo ograniczenia prędkości, gdzie musi istnieć regulacja prędkości przeciwstawiająca się naturalnym wahaniom prędkości z powodu zmian obciążenia wału.

Zasada kontroli prędkości

Z powyższego rysunku równanie napięcia prostego Silnik prądu stałego jest

V = Eb + IaRa

V to dostarczane napięcie, Eb to tylna siła elektromotoryczna, Ia to prąd twornika, a Ra to rezystancja twornika.

Już to wiemy

Eb = (PøNZ) / 60A.

P - liczba biegunów,

Stała

Z - liczba przewodów

N- prędkość silnika

Zastępując wartość Eb w równaniu napięcia, otrzymujemy

V = (PøNZ) / 60A) + IaRa

Lub V - IaRa = (PøNZ) / 60A

tj. N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø

Powyższe równanie można również zapisać jako:

N = K (V - IaRa) / ø, K jest stałą

Oznacza to trzy rzeczy:

Prędkość silnika jest wprost proporcjonalna do napięcia zasilania.
Prędkość silnika jest odwrotnie proporcjonalna do spadku napięcia twornika.
Prędkość silnika jest odwrotnie proporcjonalna do strumienia na podstawie ustaleń terenowych

W ten sposób prędkość silnika prądu stałego można kontrolować na trzy sposoby:

Zmieniając napięcie zasilania
Zmieniając strumień i zmieniając prąd przepływający przez uzwojenie pola
Zmieniając napięcie twornika i zmieniając rezystancję twornika

Wiele technik sterowania prędkością silnika prądu stałego

Ponieważ istnieją dwa typy silników prądu stałego, tutaj jasno omówimy metody sterowania prędkością zarówno serii DC, jak i silniki bocznikowe.

Sterowanie prędkością silnika prądu stałego w typach szeregowych

Można go podzielić na dwa typy, a są to:

“jak omomierz mierzy rezystancję? ”

Technika kontrolowana przez armaturę
Technika kontrolowana w terenie

Technika kontrolowana przez armaturę jest dalej podzielona na trzy typy

Opór kontrolowany przez armaturę
Bocznikowa kontrola armatury
Napięcie na zaciskach twornika

Opór kontrolowany przez armaturę

Technika ta jest najczęściej stosowana, gdy rezystancja regulacyjna jest połączona szeregowo z oporem zasilania silnika. Poniższy rysunek wyjaśnia to.

Kontrola odporności armatury

Stratę mocy, która występuje w rezystancji sterującej silnika szeregowego DC, można zignorować, ponieważ ta technika regulacji jest najczęściej używana przez długi czas w celu zmniejszenia prędkości w czasie scenariuszy obciążenia lekkiego. Jest to opłacalna technika zapewniająca stały moment obrotowy i stosowana głównie w napędach dźwigów, pociągów i innych pojazdów.

Sterowanie bocznikową armaturą

Tutaj reostat będzie w połączeniu szeregowym i bocznikowym ze zworą. Nastąpi zmiana poziomu napięcia przyłożonego do twornika, a to zmienia się wraz ze zmianą szeregu opornica . Natomiast zmiana prądu wzbudzenia następuje poprzez zmianę reostatu bocznikowego. Ta technika sterowania prędkością w silniku prądu stałego nie jest tak kosztowna z powodu znacznych strat mocy w oporach regulacji prędkości. Prędkość można regulować do pewnego stopnia, ale nie powyżej normalnego poziomu prędkości.

Metoda sterowania prędkością silnika prądu stałego z blokadą twornika

Napięcie zacisku twornika

Prędkość silnika szeregowego DC można również uzyskać poprzez zasilanie silnika przy użyciu indywidualnie zmiennego napięcia zasilania, ale podejście to jest kosztowne i nie jest szeroko wdrażane.

Technika kontrolowana w terenie dzieli się dalej na dwa typy:

Field Diverter
Sterowanie polem dotkniętym (sterowanie polem dotkniętym)

Technika rozdzielania pola

Ta technika wykorzystuje rozdzielacz. Strumień, który jest w poprzek pola, można zmniejszyć poprzez bocznikowanie pewnej części prądu silnika przez pole szeregowe. Im mniejszy jest opór odgromnika, tym prąd pola jest mniejszy. Technika ta jest wykorzystywana w większym zakresie niż normalny zakres prędkości i jest stosowana w napędach elektrycznych, w których prędkość wzrasta wraz ze spadkiem obciążenia.

Sterowanie prędkością silnika prądu stałego z przełącznikiem pola

Sterowanie polem gwintowanym

Tutaj również, wraz ze zmniejszeniem strumienia, prędkość zostanie zwiększona, a odbywa się to poprzez zmniejszenie uzwojenia pola zwojów od miejsca, w którym następuje przepływ prądu. Tutaj liczba zaczepów w uzwojeniu pola jest usuwana i ta technika jest stosowana w trakcjach elektrycznych.

Kontrola prędkości silnika bocznikowego DC

Można go podzielić na dwa typy, a są to:

Technika kontrolowana w terenie
Technika kontrolowana przez armaturę

Metoda sterowania polowego dla silnika bocznikowego DC

W tej metodzie strumień magnetyczny powodowany przez uzwojenia pola zmienia się w celu zmiany prędkości silnika.

Ponieważ strumień magnetyczny zależy od prądu przepływającego przez uzwojenie pola, można go zmieniać poprzez zmianę prądu płynącego przez uzwojenie pola. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie rezystora zmiennego połączonego szeregowo z rezystorem uzwojenia polowego.

Początkowo, gdy rezystor zmienny jest utrzymywany w położeniu minimalnym, prąd znamionowy przepływa przez uzwojenie wzbudzenia z powodu znamionowego napięcia zasilania, w wyniku czego prędkość jest utrzymywana w normie. Wraz ze stopniowym zwiększaniem rezystancji prąd płynący przez uzwojenie pola maleje. To z kolei zmniejsza wytwarzany strumień. W ten sposób prędkość silnika wzrasta powyżej jego normalnej wartości.

Metoda kontroli rezystancji twornika dla silnika bocznikowego DC

Dzięki tej metodzie prędkość silnika prądu stałego można kontrolować, kontrolując rezystancję twornika, aby kontrolować spadek napięcia na tworniku. Ta metoda wykorzystuje również rezystor zmienny połączony szeregowo ze zworą.

Gdy rezystor zmienny osiągnie swoją minimalną wartość, rezystancja twornika jest normalna, a zatem napięcie twornika spada. Gdy wartość rezystancji jest stopniowo zwiększana, napięcie na tworniku maleje. To z kolei prowadzi do zmniejszenia prędkości silnika.

Ta metoda pozwala osiągnąć prędkość silnika poniżej jego normalnego zakresu.

Metoda kontroli napięcia twornika dla silnika bocznikowego prądu stałego (metoda Warda Leonarda)

Technika Warda Leonarda Obwód sterowania prędkością silnika prądu stałego przedstawia się następująco:

Na powyższym rysunku M jest silnikiem głównym, którego prędkość ma być regulowana, a G odpowiada indywidualnie wzbudzanemu generatorowi prądu stałego, który jest napędzany silnikiem trójfazowym i może być silnikiem synchronicznym lub indukcyjnym. Ten wzorzec kombinacji generatora prądu stałego i silnika napędzanego prądem przemiennym jest określany jako zestaw M-G.

Napięcie generatora jest zmieniane poprzez zmianę prądu pola generatora. Ten poziom napięcia, gdy jest doprowadzany do sekcji twornika silnika prądu stałego, a następnie M, jest zmienny. Aby utrzymać stały strumień pola silnika, prąd pola silnika musi być utrzymywany na stałym poziomie. Gdy prędkość silnika jest regulowana, prąd twornika dla silnika powinien być taki sam, jak na poziomie znamionowym.

Dostarczany prąd pola będzie inny, tak że poziom napięcia twornika zmienia się od „0” do poziomu znamionowego. Ponieważ regulacja prędkości odpowiada prądowi znamionowemu i stałemu strumieniowi pola silnika oraz strumieniowi pola do momentu osiągnięcia prędkości znamionowej. A ponieważ moc jest iloczynem prędkości i momentu obrotowego i ma bezpośredni stosunek do prędkości. Dzięki temu, gdy następuje wzrost mocy, prędkość wzrasta.

Obie wyżej wymienione metody nie zapewniają regulacji prędkości w pożądanym zakresie. Ponadto metoda sterowania strumieniem może wpływać na komutację, podczas gdy metoda sterowania twornikiem wiąże się z dużymi stratami mocy ze względu na użycie rezystora połączonego szeregowo z twornikiem. Dlatego często pożądana jest inna metoda - ta, która kontroluje napięcie zasilania w celu sterowania prędkością silnika.

W konsekwencji w technice Warda Leonarda regulowany napęd mocy i stała wartość momentu obrotowego są uzyskiwane od minimalnego poziomu prędkości do poziomu prędkości bazowej. Technika regulacji strumienia pola jest stosowana głównie wtedy, gdy poziom prędkości jest większy niż prędkość podstawowa.

Tutaj, w funkcjonalności, prąd twornika jest utrzymywany na stałym poziomie przy określonej wartości, a wartość napięcia generatora jest utrzymywana na stałym poziomie. W takiej metodzie uzwojenie pola otrzymuje stałe napięcie, a twornik otrzymuje zmienne napięcie.

Jedna z takich technik kontroli napięcia polega na zastosowaniu mechanizmu rozdzielnicy do dostarczania zmiennego napięcia do twornika, a druga wykorzystuje generator napędzany silnikiem prądu przemiennego do dostarczania zmiennego napięcia do twornika ( System Warda-Leonarda ).

Plik zalety i wady oddziału Leonard metho odważyć się:

Korzyści wynikające ze stosowania techniki Warda Leonarda do sterowania prędkością silnika prądu stałego są następujące:

W obu kierunkach można płynnie sterować prędkością urządzenia dla zwiększonego zasięgu
Ta technika ma wewnętrzną zdolność hamowania
Końcowe reaktywne woltoampery są równoważone przez przemiennik, a silnie wzbudzony silnik synchroniczny działa jako przemiennik, więc współczynnik mocy będzie wzrastał
Gdy występuje obciążenie migające, silnikiem napędowym jest silnik indukcyjny posiadające koło zamachowe, które służy do zmniejszenia obciążenia blacharskiego do minimalnego poziomu

Wady techniki Warda Leonarda to:

Ponieważ ta technika ma zestaw silnika i generatora, koszt jest wyższy
Urządzenie jest skomplikowane w konstrukcji i ma również dużą wagę
Potrzebujesz więcej miejsca do instalacji
Wymaga regularnej konserwacji, a fundamentowanie jest nieopłacalne
Wystąpią ogromne straty, a tym samym wydajność systemu zostanie zmniejszona
Generowany jest większy hałas

I zastosowanie metody Warda Leonarda to płynne sterowanie prędkością w silniku prądu stałego. Kilka przykładów to wciągniki kopalniane, papiernie, windy, walcownie i dźwigi.

Oprócz tych dwóch technik najczęściej stosowaną techniką jest sterowanie prędkością silnika prądu stałego za pomocą PWM aby uzyskać kontrolę prędkości silnika prądu stałego. PWM polega na podawaniu do sterownika silnika impulsów o różnej szerokości w celu sterowania napięciem przyłożonym do silnika. Ta metoda okazuje się bardzo wydajna, ponieważ utrata mocy jest minimalna i nie wymaga użycia skomplikowanego sprzętu.

Metoda kontroli napięcia

Powyższy schemat blokowy przedstawia prosty plik regulator prędkości silnika elektrycznego . Jak pokazano na powyższym schemacie blokowym, mikrokontroler służy do dostarczania sygnałów PWM do sterownika silnika. Sterownik silnika to układ scalony L293D, który składa się z obwodów mostka H do sterowania silnikiem.

PWM uzyskuje się poprzez zmianę impulsów podawanych na styk włączający układu scalonego sterownika silnika w celu kontrolowania przyłożonego napięcia silnika. Zmianę impulsów dokonuje mikrokontroler, za pomocą sygnału wejściowego z przycisków. Tutaj znajdują się dwa przyciski, każdy do zmniejszania i zwiększania cyklu pracy impulsów.

Tak więc, w tym artykule przedstawiono szczegółowe wyjaśnienie różnych technik sterowania prędkością silnika prądu stałego oraz tego, w jaki sposób kontrola prędkości jest najważniejsza. Ponadto zaleca się wiedzieć o regulator prędkości silnika 12 V DC .