V období 18^thstoročí došlo k vývoju jednosmerných motorov. Vývoj jednosmerných motorov sa výrazne zlepšil a sú významne uplatnené vo viacerých priemyselných odvetviach. Na začiatku 18. storočia a s vylepšeniami vykonanými v roku 1832 boli jednosmerné motory pôvodne vyvinuté britským výskumníkom Sturgeonom. Vynašiel pôvodný typ komutátora jednosmerného motora, kde má schopnosť simulovať aj strojové zariadenie. Možno si však položíme otázku, čo je to funkčnosť jednosmerného motora a prečo je dôležité vedieť o ovládaní otáčok jednosmerného motora. Tento článok teda jasne vysvetľuje jeho činnosť a rôzne techniky riadenia rýchlosti.

Čo je to jednosmerný motor?

Dc motor je prevádzkovaný pomocou jednosmerného prúdu, pri ktorom transformuje prijatú elektrickú energiu na mechanickú. To spúšťa rotačnú zmenu v samotnom zariadení, čím dodáva energiu na prevádzku rôznych aplikácií vo viacerých doménach.

Regulácia otáčok jednosmerného motora je jednou z najužitočnejších vlastností motora. Reguláciou otáčok motora môžete meniť otáčky motora podľa požiadaviek a dosiahnuť požadovanú činnosť.

Mechanizmus regulácie rýchlosti je použiteľný v mnohých prípadoch, ako je riadenie pohybu robotických vozidiel, pohyb motorov v papierňach a pohyb motorov vo výťahoch, kde rôzne typy jednosmerných motorov sa používajú.

Princíp práce s motorom na jednosmerný prúd

Jednoduchý jednosmerný motor pracuje na princípe, že keď je vodič nesúci prúd umiestnený v a magnetický verný d, zažíva mechanickú silu. V praktickom jednosmernom motore je kotva prúdom prenášajúcim vodič a pole poskytuje magnetické pole.

Keď je vodič (kotva) napájaný prúdom, vytvára si vlastný magnetický tok. Magnetický tok sa buď pripája k magnetickému toku v dôsledku vinutia poľa v jednom smere, alebo magnetický tok ruší v dôsledku vinutia poľa. Akumulácia magnetického toku v jednom smere v porovnaní s druhým vyvíja na vodič silu, a preto sa začne otáčať.

Podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie rotačný účinok vodiča vedie k EMF . Tento EMF má podľa Lenzovho zákona tendenciu stavať sa proti príčine, to znamená dodávanému napätiu. Preto má jednosmerný motor veľmi zvláštnu charakteristiku nastavenia krútiaceho momentu v prípade meniaceho sa zaťaženia v dôsledku spätného EMF.

Prečo je dôležitá regulácia otáčok jednosmerného motora?

Regulácia otáčok v stroji vykazuje vplyv na rýchlosť otáčania motora, pričom má priamy vplyv na funkčnosť stroja a je tak dôležitá pre výkon a výsledok výkonu. V čase vŕtania má každý druh materiálu svoju vlastnú rýchlosť otáčania a mení sa tiež na základe veľkosti vrtáka.

V scenári čerpadlových inštalácií dôjde k zmene prietokovej rýchlosti, a preto musí byť dopravný pás synchronizovaný s funkčnou rýchlosťou zariadenia. Tieto faktory sú priamo alebo nepriamo závislé od rýchlosti motora. Z tohto dôvodu je potrebné brať do úvahy rýchlosť jednosmerného motora a dodržiavať rôzne typy metód regulácie otáčok.

Regulácia otáčok jednosmerného motora sa vykonáva buď manuálne pracovníkom alebo pomocou ľubovoľného automatického ovládacieho nástroja. To sa zdá byť v kontraste s obmedzením rýchlosti, keď musí existovať regulácia rýchlosti proti prirodzeným zmenám rýchlosti kvôli zmenám v zaťažení hriadeľa.

Princíp regulácie rýchlosti

Z vyššie uvedeného obrázku je rovnica napätia jednoduchá Jednosmerný motor je

V = Eb + IaRa

V je dodávané napätie, Eb je zadný EMF, Ia je prúd kotvy a Ra je odpor kotvy.

Už to vieme

Eb = (PøNZ) / 60A.

P - počet pólov,

A - konštantná

Z - počet vodičov

N- rýchlosť motora

Dosadením hodnoty Eb v rovnici napätia dostaneme

V = (PøNZ) / 60A) + IaRa

Alebo V - IaRa = (PøNZ) / 60A

tj. N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø

Vyššie uvedená rovnica môže byť tiež napísaná ako:

N = K (V - IaRa) / ø, K je konštanta

To znamená tri veci:

Otáčky motora sú priamo úmerné napájaciemu napätiu.
Rýchlosť motora je nepriamo úmerná poklesu napätia kotvy.
Rýchlosť motora je nepriamo úmerná toku v dôsledku nálezov v teréne

Otáčky jednosmerného motora je možné ovládať tromi spôsobmi:

Zmenou napájacieho napätia
Zmenou toku a zmenou prúdu cez budiace vinutie
Zmenou napätia kotvy a zmenou odporu kotvy

Viaceré techniky regulácie otáčok jednosmerného motora

Pretože existujú dva typy jednosmerných motorov, budeme tu jasne diskutovať o metódach regulácie otáčok oboch radov jednosmerného prúdu a bočné motory.

Regulácia otáčok jednosmerného motora v sériových typoch

Možno ho rozdeliť do dvoch typov a sú to:

“rc vysokopriepustná funkcia prenosu filtra ”

Technika riadená armatúrou
Technika riadená poľom

Technika ovládaná armatúrou je ďalej klasifikovaná do troch typov

Odpor riadený kotvou
Ovládanie posunutej kotvy
Napätie svorky armatúry

Odpor riadený kotvou

Táto technika sa najbežnejšie používa tam, kde regulačný odpor má sériové spojenie s napájaním motora. Nasledujúci obrázok to vysvetľuje.

Kontrola odporu kotvy

Stratu výkonu, ku ktorej dôjde v riadiacom odpore motora série DC, možno ignorovať, pretože táto regulačná technika sa väčšinou používa dlhšiu dobu, aby sa znížila rýchlosť v čase scenára zaťaženia svetlom. Je to nákladovo efektívna technika pre trvalý krútiaci moment a implementuje sa hlavne do riadenia žeriavov, vlakov a iných vozidiel.

Ovládanie posunutej armatúry

Tu bude reostat v oboch sériách a v posunovacom spojení s kotvou. Dojde k zmene úrovne napätia, ktorá sa aplikuje na kotvu, a tá sa líši pri zmene série reostat . Zatiaľ čo k zmene budiaceho prúdu dochádza zmenou bočného reostatu. Táto technika riadenia rýchlosti v jednosmernom motore nie je taká nákladná z dôvodu významných strát výkonu v odporoch regulácie rýchlosti. Rýchlosť sa dá do istej miery regulovať, ale nie nad normálnu úroveň rýchlosti.

Metóda riadenia otáčok jednosmerného motora s posunovanou kotvou

Koncové napätie armatúry

Rýchlosť jednosmerného motora môže byť tiež dosiahnutá napájaním motora pomocou individuálneho meneného napájacieho napätia, ale tento prístup je nákladný a nie je extenzívne implementovaný.

Technika riadená poľom sa ďalej delí na dva typy:

Field Diverter
Ovládanie poklepaného poľa (Ovládanie poklepaného poľa)

Technika poľného prepínača

Táto technika využíva prepínač. Rýchlosť toku, ktorá je cez pole, je možné znížiť posunutím určitej časti prúdu motora cez sériové pole. Čím menší je odpor prepínača, tým je poľný prúd menší. Táto technika sa používa pre viac ako normálny rozsah rýchlostí a je implementovaná v prípade elektrických pohonov, kde sa rýchlosť zvyšuje pri poklese zaťaženia.

Regulácia otáčok jednosmerného motora poľného prepínača

Ovládanie klepaného poľa

Aj tu sa so znížením toku zvýši rýchlosť a to sa dosiahne znížením závitov poľného vinutia od miesta, kde prúdi prúd. Tu sa odpočíta počet odbočiek v vinutí poľa a táto technika sa používa v elektrických trakciách.

Regulácia otáčok jednosmerného posunovacieho motora

Možno ho rozdeliť do dvoch typov a sú to:

Technika riadená poľom
Technika riadená armatúrou

Metóda poľného riadenia pre jednosmerný spínací motor

V tejto metóde sa magnetický tok spôsobený vinutím poľa mení, aby sa zmenila rýchlosť motora.

Pretože magnetický tok závisí od prúdu prúdiaceho cez budiace vinutie, je možné ho meniť zmenou prúdu cez budiace vinutie. To sa dá dosiahnuť použitím premenlivého odporu v sérii s odporom poľného vinutia.

Spočiatku, keď je premenný rezistor udržiavaný v minimálnej polohe, menovitý prúd preteká vinutím poľa v dôsledku menovitého napájacieho napätia a vo výsledku sa udržiava normálna rýchlosť. Keď sa odpor postupne zvyšuje, prúd cez budiace vinutie klesá. To zase znižuje produkovaný tok. Rýchlosť motora sa teda zvyšuje nad svoju normálnu hodnotu.

Metóda riadenia odporu kotvy pre jednosmerný posunovací motor

Pomocou tejto metódy je možné riadiť rýchlosť jednosmerného motora riadením odporu kotvy na riadenie poklesu napätia na kotve. Táto metóda tiež používa premenný rezistor v sérii s kotvou.

Keď premenlivý rezistor dosiahne svoju minimálnu hodnotu, odpor kotvy je normálny, a preto napätie kotvy klesá. Keď sa hodnota odporu postupne zvyšuje, napätie na kotve klesá. To zase vedie k zníženiu rýchlosti motora.

Touto metódou sa dosahujú otáčky motora pod jeho normálnym rozsahom.

Metóda riadenia napätia armatúry pre jednosmerný spínací motor (metóda Ward Leonard)

Technika Warda Leonarda z Obvod riadenia otáčok jednosmerného motora sa zobrazuje nasledovne:

Na vyššie uvedenom obrázku je M hlavným motorom, kde sa má regulovať jeho rýchlosť, a G zodpovedá individuálne budenému jednosmernému generátoru, kde je poháňaný pomocou trojfázového motora a môže to byť synchrónny alebo indukčný motor. Tento model kombinácie jednosmerného generátora a striedavého motora sa nazýva sada M-G.

Napätie generátora sa mení zmenou poľného prúdu generátora. Táto úroveň napätia, ak je poskytnutá do časti kotvy jednosmerného motora a potom M, sa mení. Aby sa udržal konštantný tok poľa motora, musí sa prúd poľa motora udržiavať konštantný. Keď sú otáčky motora regulované, potom musí byť prúd kotvy pre motor rovnaký ako menovitý prúd.

Dodávaný poľný prúd sa bude líšiť, takže úroveň kotvy napätia sa bude pohybovať od „0“ po menovitú úroveň. Pretože regulácia otáčok zodpovedá menovitému prúdu a s pretrvávajúcim poľným tokom motora a poľným tokom až do dosiahnutia menovitých otáčok. A keďže výkon je produktom rýchlosti a krútiaceho momentu, má priamy pomer s rýchlosťou. S týmto, keď dôjde k zvýšeniu výkonu, sa rýchlosť zvýši.

Obidve vyššie uvedené metódy nemôžu poskytnúť reguláciu rýchlosti v požadovanom rozsahu. Okrem toho môže metóda riadenia toku ovplyvňovať komutáciu, zatiaľ čo spôsob riadenia kotvy zahŕňa obrovské straty výkonu v dôsledku jeho použitia rezistora v sérii s kotvou. Preto je často žiaduci iný spôsob - ten, ktorý riadi napájacie napätie na reguláciu otáčok motora.

V dôsledku toho sa pomocou techniky Ward Leonard získava nastaviteľný pohon a konštantná hodnota krútiaceho momentu od minimálnej rýchlosti po úroveň základnej rýchlosti. Technika regulácie poľného toku sa používa hlavne vtedy, keď je rýchlosť vyššia ako základná rýchlosť.

Tu sa vo funkčnosti prúd kotvy udržuje na konštantnej úrovni pri stanovenej hodnote a hodnota napätia generátora sa udržuje na konštantnej hodnote. Pri takomto spôsobe dostane vinutie poľa pevné napätie a kotva dostane premenlivé napätie.

Jedna takáto metóda metódy regulácie napätia zahŕňa použitie spínacieho mechanizmu na zabezpečenie premenlivého napätia do kotvy a druhá využíva generátor poháňaný striedavým prúdom na dodanie variabilného napätia do kotvy ( Systém Ward-Leonard ).

The výhody a nevýhody oddelenia Leonard metho d sú:

Výhody použitia techniky Ward Leonard na reguláciu otáčok jednosmerného motora sú nasledujúce:

V obidvoch smeroch je možné plynulo ovládať rýchlosť zariadenia pre väčší rozsah
Táto technika má vlastnú brzdnú schopnosť
Koncové reaktívne voltampéry sú vyvážené prostredníctvom pohonu a značne budený synchrónny motor funguje ako pohon, takže dôjde k zvýšeniu účinníka
Ak bliká bremeno, hnacím motorom je indukčný motor so zotrvačníkom, ktorý sa používa na zníženie blikajúceho zaťaženia na minimálnu úroveň

Nevýhody techniky Ward Leonard sú:

Pretože táto technika obsahuje súpravu motora a generátora, náklady sú vyššie
Konštrukcia zariadenia je komplikovaná a má tiež veľkú váhu
Potrebujete viac miesta na inštaláciu
Vyžaduje pravidelnú údržbu a zakladanie nie je nákladovo efektívne
Budú tu obrovské straty, a tak sa zníži účinnosť systému
Vytvára sa viac šumu

A uplatnenie metódy Warda Leonarda je plynulé riadenie otáčok v jednosmernom motore. Niekoľko príkladov sú banské kladkostroje, papierne, výťahy, valcovne a žeriavy.

Okrem týchto dvoch techník je najbežnejšie používanou technikou riadenie otáčok jednosmerného motora pomocou PWM na dosiahnutie regulácie otáčok jednosmerného motora. PWM zahŕňa aplikáciu impulzov s rôznou šírkou na vodič motora na riadenie napätia privádzaného do motora. Táto metóda sa ukazuje ako veľmi efektívna, pretože strata energie je minimálna a nevyžaduje použitie žiadneho zložitého zariadenia.

Metóda riadenia napätia

Vyššie uvedený blokový diagram predstavuje jednoduchý regulátor otáčok elektromotora . Ako je znázornené vo vyššie uvedenom blokovom diagrame, mikrokontrolér sa používa na napájanie signálov PWM do ovládača motora. Vodič motora je integrovaný obvod L293D, ktorý sa skladá z obvodov H-mostíka na pohon motora.

PWM sa dosahuje zmenou impulzov privedených na aktivačný kolík IC budiča motora na riadenie privádzaného napätia motora. Zmenu impulzov vykonáva mikrokontrolér so vstupným signálom z tlačidiel. Tu sú poskytnuté dve tlačidlá, každé na zníženie a zvýšenie pracovného cyklu impulzov.

Tento článok teda podrobne vysvetľuje rôzne techniky regulácie otáčok jednosmerného motora a ako je najdôležitejšie dodržiavať reguláciu otáčok. Ďalej sa odporúča vedieť o regulátor otáčok motora 12V dc .