Управление скоростью, пуск, реверс и торможение двигателей постоянного тока

затрудняя процесс переключения и увеличивая риск пробоя изоляции;

Регулирование скорости, запуск, реверсирование и торможение двигателей постоянного тока

Контроль скорости. Частота вращения электродвигателей постоянного тока регулируется: введением резисторов в цепь якоря электродвигателя; изменением магнитного потока; изменением напряжения, подаваемого на якорь электродвигателя.

В зависимости от метода регулирования скорости получаются различные искусственные механические характеристики.

Введение резисторов в цепь якоря двигателей с одиночным и параллельным возбуждением не изменяет магнитный поток, поэтому идеальная скорость холостого хода nxНаклон механического отклика оказывает большое влияние на величину сопротивления входного резистора, поскольку наклон углового коэффициента увеличивается:

Рис. 2.3: Механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением

Изменение сопротивления якоря для двигателя с последовательным возбуждением приведет к отклонению характеристики вниз в направлении уменьшения n.

Магнитный поток двигателей может быть изменен путем введения дополнительного резистора в обмотку возбуждения, что приведет к уменьшению тока возбуждения и магнитного потока двигателя.

Изменение магнитного потока приводит к увеличению идеальной скорости холостого хода и изменению наклона механических характеристик для двигателей с нейтральным, параллельным и смешанным возбуждением.

Действительно, если F = F0, то для естественной характеристики

Таким образом, искусственная механическая характеристика, полученная путем введения резистора в цепь обмотки возбуждения двигателя, выше естественной характеристики (характеристика 2), обороты холостого хода и наклон характеристики увеличиваются.

Изменение напряжения питания цепи якоря при неизменном напряжении в цепи независимой обмотки возбуждения приводит к изменению частоты вращения холостого хода при неизменном наклоне характеристики для двигателей с независимым возбуждением.

Поэтому искусственная характеристика находится ниже естественной и параллельна ей (характеристика 3). В случае двигателя со смешанным возбуждением искусственные характеристики также будут ниже естественных.

Анализируя механические характеристики двигателей постоянного тока, можно заметить, что при одинаковом крутящем моменте на валу двигателя с разными характеристиками скорость будет разной. Поэтому скорость вращения электродвигателей регулируется методами, используемыми для получения искусственных характеристик. Различают параметрическое и импульсное управление.

При параметрическом управлении параметр изменяется, а затем остается неизменным. Импульсное управление характеризуется периодическим, ступенчатым изменением параметра на определенной частоте.

Каждый из параметрических методов имеет свои характеристики, которые определяют область их применения.

Чем больше резистор добавлен в цепь якоря, тем больше нагрузка на двигатель, тем эффективнее управление. Этот метод неэкономичен из-за больших потерь мощности через дополнительный резистор, но он все еще используется из-за своей простоты.

Введение резистора в обмотку возбуждения увеличивает скорость. Этот метод экономичен, поскольку ток возбуждения составляет 2-5% от тока якоря, а потери в резисторе малы. Однако невозможно добиться скорости вращения двигателя ниже номинальной.

Изменение напряжения, подаваемого на якорь, является наилучшим методом управления. Он экономичен и обеспечивает хорошее управление скоростью при любой нагрузке, но требует автономного источника питания с широким диапазоном напряжения. Это делает его пригодным для приводов с частыми пусками и большим диапазоном регулирования скорости (приводы управления, приводы дражных лебедок, системы электропривода и т.д.) Генератор постоянного тока с независимым возбуждением может служить автономным источником питания. Напряжение может регулироваться с помощью управляемого выпрямителя или магнитного усилителя.

Наиболее часто используемый метод импульсного управления для двигателей постоянного тока заключается в изменении времени переключения напряжения, подаваемого на якорь при фиксированной частоте переключения. Этот метод называется методом ширины импульса. Среднее значение напряжения, приложенного к якорю

Этот метод широко известен как широтно-импульсная модуляция (также называемая…). Частота переключения обычно выбирается в диапазоне 500-1000 Гц. Возможен и другой способ импульсного регулирования, когда время переключения tr остается постоянным, а период T — переменным. Этот метод обычно называют импульсно-частотным управлением.

Импульсное управление двигателями постоянного тока перспективно для тех приводов, которые требуют управления путем изменения напряжения, подаваемого на якорь. Основным недостатком этого метода является большое количество запусков, что приводит к высоким переходным токам и требует специального оборудования.

Запуск двигателей постоянного тока. Как известно из электротехники, пусковой момент электродвигателя

Пусковой ток может быть намного выше номинального тока двигателя из-за отсутствия противотока при запуске.

При запуске все дополнительные резисторы должны быть введены в цепи независимой и параллельной обмоток возбуждения, при этом последовательная обмотка не шунтируется.

Местная промышленность выпускает двигатели, пусковой ток которых, в соответствии с условиями включения, должен удовлетворять неравенству Ii.p≤2,5II.nom.

Максимальный пусковой момент двигателей с независимым и параллельным возбуждением при P = const также равен Mп≤2,5Мном.

Для двигателей со смешанным и последовательным возбуждением при одинаковом пусковом токе пусковой момент будет немного выше из-за увеличенного магнитного потока последовательной обмотки по сравнению с номинальным током.

При увеличении скорости вращения двигателя скорость счетчика E.M.S. увеличивается, что приводит к уменьшению тока якоря.

Поэтому крутящий момент двигателя будет уменьшен.

Для того чтобы двигатель разгонялся как можно быстрее, во время запуска необходимо удерживать крутящий момент и ток якоря в определенных пределах.

Для двигателей постоянного тока различают следующие способы пуска: прямой пуск, с ограниченным пусковым током, возникающим в результате изменения сопротивления якоря, и импульсный пуск.

Прямой пуск достигается непосредственным включением двигателя при полном напряжении питания без дополнительных элементов в цепях якоря и возбуждения. Преимуществом этого метода является его простота и отсутствие дополнительных пусковых устройств, недостатком — большой ток в цепи якоря при первом пуске, что вызывает искрение на коллекторе, значительный крутящий момент на валу двигателя и колебания напряжения в судовой сети. Прямой пуск используется для двигателей постоянного тока мощностью до 1,5 кВт.

Рис. 2.4 Запуск двигателя постоянного тока

Параметрический пуск заключается в первоначальном изменении любого параметра двигателя, ограничивающего пусковой ток, и его последующем снижении до значения, соответствующего номинальному режиму в процессе пуска.

В маломощных двигателях пуск осуществляется с помощью дросселя L, включенного последовательно в цепь якоря двигателя (рис. 2.4, а). Если индуктивность дросселя выбрана правильно, время нарастания тока, определяемое электромагнитной постоянной времени электрической цепи, соизмеримо с временем разгона двигателя,

соизмеримо с временем разгона электродвигателя, что значительно снижает пиковое значение пускового тока. Недостатком этого метода является большой размер и вес пускового реактора.

Наиболее часто используется метод запуска с помощью реостата. Дополнительный реостат (рис. 2.4, б), состоящий из трех или четырех резисторов, подключается к цепи якоря для ограничения пускового тока. По мере ускорения двигателя секции реостата поочередно замыкаются.

В некоторых случаях метод запуска предусматривает ступенчатое или постепенное изменение напряжения, подаваемого на якорь двигателя, от нуля до номинального значения. Этот метод возможен, когда якорь двигателя питается от отдельного источника, управляемого напряжением. В качестве такого источника может использоваться генератор постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый трансформатор с выпрямителем, трансформатор с управляемым выпрямителем.

При импульсном пуске, как и при импульсном регулировании скорости, могут использоваться как широтно-импульсный, так и частотно-импульсный методы. В обоих случаях запуск достигается путем изменения рабочего цикла от нуля до номинального значения.

Реверсирование направления вращения двигателей постоянного тока. Реверсирование означает изменение направления вращения. Реверсирование заключается в изменении направления крутящего момента M = CмFIяЭто может быть достигнуто путем изменения направления тока якоря или изменения направления магнитного потока путем изменения направления тока обмотки возбуждения.

Первый метод предпочтительнее второго по следующим причинам, как для двигателей с независимым, так и с параллельным возбуждением:

Во-первых, размыкание обмотки возбуждения перед включением вызывает большую э.д.с. самоиндукции.

затрудняя процесс переключения и увеличивая риск пробоя изоляции;

Во-вторых, при изменении направления вращения двигатель должен быть сначала остановлен, а затем начать вращаться в противоположном направлении. Однако уменьшение магнитного потока приведет к увеличению скорости, а не к ее уменьшению.

Для двигателей со смешанным возбуждением изменение направления магнитного потока еще сложнее, чем для двигателя с параллельным возбуждением, поскольку необходимо переключать две обмотки возбуждения. Для двигателей с последовательным возбуждением оба метода одинаковы.

Торможение двигателей постоянного тока. В режиме торможения электромагнитный момент на валу двигателя направлен против направления вращения.

Режимы торможения используются, когда необходимо: остановить привод, вращающийся по инерции; остановить привод, вращающийся под действием рабочей машины, например, под действием груза, опускаемого краном; замедлить вращение привода под действием крутящего момента, создаваемого рабочей машиной.

Для того чтобы затормозить электродвигатель, необходимо изменить направление крутящего момента на его валу, что переводит двигатель в режим работы генератора. В зависимости от использования энергии различают три вида торможения: рекуперативное, динамическое и противовращательное. Рекуперативное торможение предполагает подачу энергии обратно в электрическую сеть. При динамическом и противовращательном торможении энергия преобразуется в тепловую энергию в элементах цепи якоря двигателя.

Рекуперативное торможение или торможение с рекуперацией происходит, когда двигатель разгоняется до скорости, превышающей идеальную скорость холостого хода, под действием крутящего момента рабочей машины (поезд идет под уклон, груз опускается на кране). В этом случае КПД якоря превышает напряжение сети, ток меняет направление, и машина работает в режиме генератора, отдавая энергию обратно в сеть. В этом случае направление вращения двигателя не изменится. Механическая характеристика двигателя с параллельным возбуждением O (рис. 2.5) при торможении с подачей питания будет представлять собой развитие характеристики

Рис. 2.5. Механические характеристики двигателей постоянного тока с рекуперативным торможением

в область отрицательного крутящего момента. Зона торможения обозначена II, а зона двигателя — I.

В двигателях со смешанным возбуждением ток в последовательной обмотке при переключении в режим торможения меняет свое направление, поэтому он противодействует параллельной обмотке, размагничивая машину и уменьшая тормозной момент (пунктирная линия). Чтобы избежать этого, последовательную обмотку замыкают или отсоединяют (характеристика I).

Двигатель с последовательным возбуждением не может быть заторможен сетью, поскольку ток двигателя уменьшается, и двигатель размагничивается при увеличении скорости. Напряжение двигателя никогда не должно быть выше напряжения сети.
Динамическое торможение осуществляется путем отключения якоря от сети и замыкания его на резистор. Существует два типа динамического торможения: самовозбуждение и самовозбуждение.

Рис. 2.6 Схемы подключения и механические характеристики двигателей с динамическим торможением

Для торможения двигателей с независимым и параллельным возбуждением используется торможение с независимым возбуждением (рис. 2.6, а).

Рисунок 2.7: Механические характеристики двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением с торможением обратным током

В этом случае обмотка двигателя отключается от сети и переключается на тормозной резистор R1, обмотка возбуждения остается включенной в сеть.

В случае двигателя со смешанным возбуждением обмотка последовательного возбуждения отключена или закорочена.

Торможение двигателя с последовательным возбуждением при питании обмотки возбуждения от сети (рис. 2.6, б) более эффективно, чем самоиндукционное торможение (рис. 2.6, в), но для ограничения тока в обмотке ее необходимо подключить через дополнительный резистор R2, мощность рассеивания которого должна быть равна мощности двигателя

Уравнение механических характеристик для динамического торможения (когда U = 0)

Когда F = const (независимое возбуждение), это уравнение представляет собой прямую линию.

В случае самовозбуждения из-за изменения магнитного потока, характеристик и при определенном значении скорости вращения, самовозбуждение и торможение двигателя прекращается.

На рис. 2.6d показаны механические характеристики динамического торможения: 0 — для торможения с независимым возбуждением; 1 — для торможения с самовозбуждением. Пунктирная линия показывает участок, где заканчивается торможение.

Противоточное торможение осуществляется путем быстрого изменения направления вращения двигателя во время работы, когда якорь продолжает вращаться в одном направлении из-за инерции, а обмотки переключаются в противоположном направлении. В этих режимах знаки px и p меняются местами, мощность якоря направлена в ту же сторону, что и напряжение, а ток якоря составляет

Поскольку в начале торможения E ≈ U, сопротивление резистора R1 необходимое для ограничения тока до приемлемых пределов, должно быть примерно в 2 раза больше пускового сопротивления двигателя. Механические характеристики для этого метода торможения двигателя с параллельным возбуждением приведены на рис. 2.7 (характеристическая кривая 2).

Если двигатель ранее эксплуатировался с параметром M1>0 и n1>0 на характеристической кривой 1, то для торможения с обратным распространением уравнение механической характеристики будет иметь вид

При быстром изменении направления вращения скорость двигателя не успеет измениться, и режим торможения будет соответствовать точке с моментом M2 и скорость n1 на кривой 2.

Из рис. 2.7 видно, что при торможении контрмуфтой в момент остановки двигателя (n = 0) момент на его валу не достигает нуля. Поэтому после остановки двигатель может начать вращаться в обратном направлении. Чтобы этого не произошло, после остановки двигатель необходимо отключить от сети.

Значение среднего напряжения Ucp управляется изменением частоты повторения импульсов генератора импульсов на тиристоре VS.

Регулирование скорости CVT-редукторов путем введения дополнительного резистора в цепь якоря

Дополнительное сопротивление (реостат rддобавляется в цепь якоря таким же образом, как и для пускового резистора (SR). Резистор аналогичен пусковому реостату (RR), но должен быть рассчитан на непрерывное протекание тока.

Если подключен резистор r e ), он должен быть рассчитан на непрерывный ток.д при введении в цепь якоря выражение для частоты (29.5) будет иметь вид

где — обороты холостого хода;

— это изменение скорости из-за падения напряжения в цепи якоря.

Как рд увеличивается, скорость вращения уменьшается. Взаимосвязь между n = f(rд) также иллюстрируется механическими характеристиками двигателя с независимым возбуждением (рис. 29.4, а): как rд Наклон механической характеристики увеличивается, и скорость при заданной нагрузке на вал (M = Mоценивается ) уменьшается. Этот метод обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне (только вниз от номинальной частоты), но является неэкономичным из-за значительных потерь энергии в управляющем реостате (I 2 a *rД), которая резко возрастает при увеличении мощности двигателя.

изображение_клипа002

Рисунок 29.4: Механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением:

а — с добавлением резистора в цепь якоря;

б — с изменением основного магнитного потока;

c — по изменению напряжения якоря

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря, можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Регулирование скорости двигателей постоянного токаИз уравнения электромеханической характеристики открытого двигателя постоянного тока следует, что существует три возможных способа регулирования его угловой скорости:

1) Регулирование путем изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) Регулирование путем изменения потока возбуждения двигателя F,

3) Регулирование путем изменения входного напряжения U на якоре двигателя. Ток I в цепи якоря и вращающий момент M, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый метод регулирования скорости двигателя постоянного тока путем изменения сопротивления в цепи якоря. Схема включения двигателя для этого случая показана на рис. 1, а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2, а.

Электрическая схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Рис. 1. Принципиальная схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Механические характеристики двигателей постоянного тока при различных сопротивлениях якоря (a) и напряжениях (b)

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (a) и напряжениях (b)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря, можно получить различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3 — при номинальной нагрузке.

Проанализируем этот метод управления угловой скоростью двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Поскольку при таком способе регулирования жесткость характеристической кривой изменяется в широких пределах, при скоростях ниже половины номинальной скорости стабильность работы двигателя быстро ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D = 2 — Z).

Скорость в этом методе можно регулировать в сторону уменьшения от базовой скорости, что подтверждается электромеханическими и механическими характеристиками. Добиться высокой плавности регулирования сложно, так как для этого потребуется большое количество ступеней регулирования и соответственно большое количество контакторов. Полное использование тока двигателя (нагрев) в этом случае достигается за счет управления постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассмотренного метода является возникновение значительных потерь мощности при управлении, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Преимуществом рассмотренного метода управления угловой скоростью является простота и надежность системы управления.

Из-за больших потерь в реостате при низких скоростях этот метод регулирования скорости используется в приводах с кратковременным и прерывистым режимом работы.

Регулирование скорости двигателей постоянного токаВо втором методе двигатели постоянного тока с независимым возбуждением управляются путем изменения магнитного потока за счет введения дополнительного реостата в цепь обмотки возбуждения. При подавлении потока угловая скорость двигателя увеличивается под нагрузкой и на холостом ходу и уменьшается с увеличением потока. На практике изменение скорости возможно только в сторону увеличения из-за насыщения двигателя.

Если скорость увеличивается за счет демпфирования потока, то допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по гиперболическому закону, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для этого метода составляет D = 2 — 4 .

Механические характеристики для различных значений потока двигателя показаны на рис. 2 a и 2 b, из которых видно, что характеристики в диапазоне номинального тока характеризуются высокой жесткостью.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока с независимым возбуждением являются сильно индуктивными. Поэтому, постепенно изменяя сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения, ток, а значит и поток, будет изменяться экспоненциально. Таким образом, управление угловой скоростью происходит плавно.

Существенным преимуществом этого метода регулирования скорости является его простота и высокая экономичность.

Этот метод управления используется в приводах как вспомогательный метод, обеспечивающий увеличение оборотов холостого хода.

Третий метод регулирования скорости включает в себя изменение напряжения, подаваемого на обмотку якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока, независимо от нагрузки, изменяется прямо пропорционально напряжению, приложенному к якорю. Поскольку все характеристики управления являются жесткими и степень жесткости остается постоянной для всех характеристик, работа двигателя стабильна при любых угловых скоростях, и, таким образом, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон составляет 10 и может быть расширен специальными схемами управления.

С помощью этого метода угловую скорость можно уменьшать и увеличивать по отношению к базовой скорости. Увеличение скорости ограничено способностью источника питания регулировать напряжение и U ном двигателя.

Если источник питания позволяет непрерывно изменять напряжение двигателя, скорость двигателя будет регулироваться непрерывно.

Этот метод управления является экономичным, поскольку скорость независимого возбуждения двигателя постоянного тока регулируется без дополнительных потерь мощности в цепи якоря. Благодаря всему вышесказанному, этот метод контроля является лучшим по сравнению с первым и вторым методами.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Существует три возможных метода управления двигателем независимого возбуждения:

Регулирование скорости для двигателей постоянного тока

Методы регулирования скорости для двигателей постоянного тока могут быть определены из уравнения механических характеристик:

В случае двигателя с независимым возбуждением возможны три режима управления:

Изменение напряжения питания U. Этот метод изменяет идеальную скорость при отсутствии нагрузки, при этом наклон механической характеристики не изменяется. Это наиболее эффективный метод контроля, поскольку он дает наибольший диапазон контроля (wmin / wmax) и наилучшие энергетические характеристики (эффективность). Регулирование происходит плавно, т.е. точность регулирования может быть очень высокой. Этот метод имеет один недостаток — требуется регулируемый источник питания в цепи якоря. Механические характеристики двигателя при таком способе управления показаны на рисунке 6.4, а.

Рисунок 6.4 — Механические характеристики двигателя с независимым возбуждением с регулированием скорости изменением напряжения питания (a), регулированием с помощью реостата (b) и регулированием с помощью демпфирования магнитного потока (c)

Изменение сопротивления в цепи якоря rЯ. Идеальная скорость холостого хода остается постоянной, но угол механической характеристики изменяется. Регулировка ступенчатая, точность регулировки зависит от количества ступеней реостата в цепи якоря. Энергоэффективность этого метода низкая, поскольку значительная мощность рассеивается в сопротивлении реостата. Механические характеристики двигателя для этого метода управления показаны на рисунке 6.4, б.

Изменение магнитного потока машины Ф.Магнитный поток изменяется путем регулировки тока возбуждения двигателя. Поскольку ток возбуждения двигателя намного меньше тока якоря, этот метод легче реализовать, чем первый, так как регулируемые источники питания малой мощности относительно просты и доступны. Однако практически все машины постоянного тока работают при номинальной нагрузке с насыщенной магнитной системой. Это означает, что при увеличении тока поля магнитный поток увеличится незначительно, в то время как ток поля может достичь неприемлемого уровня. Поэтому изменение магнитного потока машины может происходить только в направлении ослабления поля. Скорость будет увеличиваться выше основной, а характеристики будут аналогичны двигателю с последовательным возбуждением (рис. 6.4, в). Этот метод часто используется в сочетании с первым для расширения диапазона контроля.

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря, можно получить различные угловые скорости двигателя при номинальной нагрузке на искусственные свойства — ω1, ω2, ω3.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Регулирование скорости двигателей постоянного токаИз уравнения электромеханических свойств невозбужденного двигателя постоянного тока следует, что существует три возможных способа управления угловой скоростью двигателя постоянного тока:

1) регулировка конфигурацией величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулировка по конфигурации потока возбуждения двигателя F,

3) регулировка по конфигурации напряжения обмотки якоря двигателя U . Ток в цепи якоря I и вращающий момент M, развиваемый двигателем, зависят только от нагрузки на его валу.

Разглашаем 1-ый метод регулирования скорости двигателя постоянного тока путем конфигурации сопротивления в цепи якоря. Схема включения двигателя для этого варианта показана на рис. 1, а электромеханические и механические свойства — на рис. 2, а.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока с независимым возбуждением

Рис. 1. Коммутационная диаграмма двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях якоря (a) и напряжениях (b)

Рис. 2. Механические свойства двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (a) и напряжениях (b)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря, можно получить различные угловые скорости электродвигателя при номинальной нагрузке с искусственными свойствами ω1, ω2, ω3.

Проанализируем этот метод управления угловой скоростью двигателей постоянного тока с точки зрения его основных технико-экономических характеристик. Поскольку при таком методе управления твердость элементов изменяется в широком диапазоне, стабильность работы двигателя резко снижается при скоростях менее половины номинальной скорости. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D = 2 — Z).

Скорость в этом методе можно регулировать в сторону уменьшения от базовой скорости, о чем свидетельствуют электромеханические и механические свойства. Более совершенное регулирование труднодостижимо, поскольку потребуется значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое количество контакторов. Полная реализация тока двигателя (нагрев) в этом случае достигается регулированием при постоянном моменте нагрузки.

Недостатком этого метода является значительная потеря мощности при регулировании, которая пропорциональна относительному изменению угловой скорости. Преимуществом этого метода регулирования угловой скорости является простота и надежность схемы управления.

Этот метод подходит для кратковременных и прерывистых приводов из-за больших потерь реостата на низких скоростях.

Регулирование скорости двигателей постоянного токаВо втором методе угловая скорость невозбужденных двигателей постоянного тока регулируется путем изменения величины магнитного потока за счет введения дополнительного реостата в цепь обмотки возбуждения. Когда поток уменьшается, угловая скорость двигателя увеличивается под нагрузкой, а когда поток увеличивается, происходит миниатюризация. Фактически, изменение скорости может происходить только в сторону увеличения из-за насыщения двигателя.

Если скорость увеличивается за счет демпфирования потока, то допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается прежней. Спектр регулирования скорости для этого метода составляет D = 2 — 4 .

Механические свойства для различных значений потока двигателя показаны на рисунках 2a и 2b, из которых видно, что свойства в диапазоне номинального тока имеют самую высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения в двигателях постоянного тока без возбуждения имеют значительную индуктивность. Поэтому, постепенно изменяя сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения, ток, а значит и поток, будет изменяться экспоненциально. Таким образом, регулирование угловой скорости будет плавным.

Существенным преимуществом этого метода регулирования скорости является его простота и высокая эффективность.

Этот метод управления используется в приводах как вспомогательный для увеличения скорости, когда механизм работает на холостом ходу.

Третий метод регулирования скорости включает в себя изменение напряжения, подаваемого на обмотку якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока изменяется независимо от нагрузки прямо пропорционально напряжению, приложенному к якорю. Поскольку все управляющие свойства являются жесткими, а степень жесткости остается постоянной для всех свойств, работа двигателя является размеренной при всех угловых скоростях и, таким образом, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости в зависимости от нагрузки. Этот диапазон составляет 10 и может быть расширен с помощью специальных схем управления.

С помощью этого метода угловую скорость можно уменьшать и увеличивать по отношению к базовой скорости. Увеличение скорости ограничено способностью источника питания регулировать напряжение и U-ном двигателя.

Если источник питания обеспечивает возможность непрерывной настройки напряжения, подаваемого на двигатель, то управление скоростью вращения двигателя будет плавным.

Этот метод управления экономичен, так как регулирует угловую скорость двигателя с постоянным током и независимым возбуждением без дополнительных потерь мощности в цепи питания якоря. В силу всего вышесказанного, этот метод лучше, чем первый и второй методы.

Поэтому нам нужно изменить напряжение, подаваемое на двигатель. В нашем распоряжении имеется транзистор MOSFET. Мы помним, что наш двигатель обладает индуктивностью. Индуктивность оказывает сопротивление, когда мы изменяем ток. И если мы быстро включим и выключим напряжение на двигателе, ток будет продолжать течь из-за индуктивности, когда мы его выключим. И двигатель будет продолжать вращаться по инерции, он не остановится. Но, конечно, он будет вращаться медленнее, и среднее напряжение на его обмотках будет ниже.

ШИМ-сигнал в Н-мосте

Чтобы иметь возможность изменять направление вращения и скорость, необходима схема H-моста, а для управления скоростью транзисторы должны управляться ШИМ-сигналом. В схеме Н-моста четыре транзистора. Каков наилучший способ их контроля? К какому транзистору следует подключить сигнал ШИМ? Давайте рассмотрим этот вопрос (рекомендуем прочитать очень подробную статью на эту тему).

Давайте рассмотрим нашу схему с точки зрения нагрева транзистора. Это один из основных критериев, по которым наше устройство может выйти из строя. Полевой транзистор состоит из двух компонентов — самого транзистора и паразитного диода. В системе управления двигателем работают оба элемента. Полевой транзистор нагревается в следующие моменты времени:

Когда транзистор открыт, нагрев происходит за счет сопротивления открытого состояния Rdson, пропорционально времени, в течение которого транзистор открыт, выделяется мощность P = I * I * Rdson

Когда транзистор закрыт, ток ЭДС двигателя протекает через диод, т.е. нагрев происходит за счет прямого хода диода P = I * U (обычно 1 В).

Когда транзистор переключается из открытого в закрытое положение, нагрев пропорционален времени, в течение которого транзистор открыт и закрыт.

Давайте посмотрим, как схема управления влияет на нагрев наших электронных переключателей. Предположим, мы управляем двигателем с помощью ШИМ-сигнала с рабочим циклом 50%, и двигатель вращается в одном направлении.

Самое простое решение — подать ШИМ-сигнал на один из двух транзисторов, а второй оставить постоянно открытым. Обычно сигнал ШИМ в этом случае подается на нижний транзистор (тип N), который обычно быстрее. В этом случае нижний транзистор будет нагреваться сильнее, чем верхний, из-за количества тепла, выделяемого при переключении транзисторов. Чтобы выровнять результат, сигнал ШИМ можно подавать поочередно на верхний транзистор (если они одинаковые) и нижний транзистор. Можно также применить ШИМ к обоим транзисторам одновременно, но из-за разницы в транзисторах это будет неэффективно и еще больше увеличит выделение тепла при переключении транзисторов. При такой схеме управления два других транзистора работают как диоды. К счастью, наибольший ток через диод будет при самом высоком рабочем цикле ШИМ, и диод будет включен очень короткое время.

Чтобы исключить ток через диоды, который вызывает значительный нагрев, можно не обесточивать двигатель, а раскрутить его в обратном направлении. Поэтому мы должны, например, повернуть 70% сигнала ШИМ вправо и 30% влево. Это даст общую скорость 70%-30%=40% вправо. Но это не относится к диодам. Этот метод контроля называется дополнительным контролем. Такая схема требует большого конденсатора на линии питания и источника питания, способного потреблять ток (например, батареи).

Вместо того чтобы вращать двигатель в разных направлениях, вы можете помочь диодам — а именно, тормозить двигатель, открывая два верхних транзистора, когда сигнал ШИМ низкий. На практике все эти методы не изменяют существенно скорость вращения двигателя, но они эффективно контролируют нагрев полевых транзисторов. Подробнее об особенностях различных схем управления вы можете прочитать в этой статье.

На этом мы завершаем нашу статью о двигателях. С помощью этой статьи мы можем перейти к созданию платы управления 4 моторами для робота.

Сохранить статью?
Услуги электромонтажа в Москве