Формула скорости двигателя постоянного тока
Сначала давайте введем формулу скорости двигателя постоянного тока:
n=(U-IR)/KΦ
Где «n» — скорость двигателя (об/мин), «U» — напряжение якоря, «I» — ток якоря, «R» — сопротивление цепи якоря, «Φ» — магнитный поток возбуждения, «k» — постоянная индуцированной электродвижущей силы. Как видно, скорость вращения двигателя постоянного тока зависит от U, R и Φ, поэтому мы можем изменить его скорость вращения, регулируя эти переменные.
- Изменение напряжения питания (U)
- Изменение сопротивления цепи (R)
- Изменение магнитного потока (Φ)
Способ 1: Изменить напряжение питания (U)
Изменение напряжения в основном заключается в снижении напряжения якоря от номинального напряжения и изменении скорости от номинальной скорости двигателя вниз, что является методом регулирования скорости с постоянным крутящим моментом. Этот метод является лучшим для систем, которые требуют бесступенчатого и плавного регулирования скорости в определенном диапазоне. Постоянная времени, возникающая при изменении тока якоря, невелика, и он может быстро реагировать, но для этого требуется регулируемый источник питания постоянного тока большой мощности.
Особенности:
- Широкий диапазон регулирования скорости, называемый бесступенчатым регулированием скорости.
- Нет дополнительных потерь энергии, а твердость механических свойств остается неизменной после снижения напряжения, и стабильность хорошая.
- Скорость можно регулировать только в сторону уменьшения, а не увеличения.
- Необходимое оборудование более сложное, а стоимость выше.
Метод 2: Изменение сопротивления цепи (R)
Метод регулирования скорости путем последовательного подключения резисторов вне цепи якоря двигателя отличается простотой оборудования и удобством эксплуатации. Однако он позволяет осуществлять только ступенчатое регулирование скорости, плавность регулирования скорости оставляет желать лучшего, а механические характеристики являются мягкими; в резисторе регулирования скорости потребляется большое количество электроэнергии. Метод регулирования скорости путем изменения сопротивления имеет много недостатков и в настоящее время используется редко.
Особенности:
- Необходимое оборудование относительно простое и недорогое, оно широко используется в маломощных двигателях постоянного тока.
- Скорость можно регулировать только в сторону уменьшения, что представляет собой ступенчатое регулирование скорости, а характеристическая кривая является плавной.
- В резисторе регулирования скорости наблюдаются большие потери энергии, а экономические показатели являются неудовлетворительными.
Схематическая диаграмма:
В цепи двигателя постоянного тока мы можем достичь разных скоростей, подключив последовательно разные резисторы. Его схема состоит из трех частей: выпрямительной цепи, основной цепи и цепи управления. Питание основной цепи составляет 220 В переменного тока, а питание цепи управления — 380 В. Кроме того, в цепи есть три электрических компонента, включая промежуточные реле KM1 и 2.
Режим низкой скорости:
Источник питания — переменный ток 220 В, который преобразуется в переменный ток 127 В с помощью трансформатора, а затем преобразуется в постоянный ток 110 В с помощью выпрямительной схемы. Три кнопочных переключателя управляют тремя скоростями. При нажатии SB2 контактор KM1 самоблокируется. В это время двигатель соединяется с двумя резисторами R1R2, соединенными последовательно, что соответствует состоянию минимальной скорости.
Режим средней скорости:
Если вы хотите увеличить скорость, вы можете нажать кнопку SB3, после чего реле KA1 заблокируется. Одновременно с этим его нормально разомкнутый контакт замыкается, и ток пропускает R2 и напрямую подключается к двигателю для достижения ускорения.
Высокоскоростной режим:
Для перехода в режим высокой скорости нажмите кнопку SB4. В этот момент KA2 самоблокируется. Одновременно с этим его нормально замкнутый контакт размыкается для отключения питания KA1, а нормально разомкнутый контакт замыкается для прямого пропуска резистора R1.
Метод 3: Изменение магнитного потока (Φ)
Изменение магнитного потока позволяет осуществлять бесступенчатое плавное регулирование скорости, но оно может только ослабить магнитный поток и отрегулировать скорость вверх от номинальной скорости двигателя, что является методом регулирования скорости с постоянной мощностью. Постоянная времени, возникающая при изменении тока якоря, намного больше, а скорость отклика ниже. Но требуемая мощность источника питания невелика.
Особенности
- Регулировка скорости осуществляется в цепи возбуждения, потери энергии невелики, а управление удобно.
- Плавная бесступенчатая регулировка скорости, но скорость можно регулировать только в сторону увеличения от номинальной скорости, что часто используется в качестве вспомогательной регулировки скорости.
- Диапазон регулировки скорости узкий, и когда ф слишком сильно уменьшается, сложно изменить направление, и искра становится большой.
Управление скоростью двигателя DC с помощью PWM, напряжения или поля
Способ выбирают по типу двигателя и нагрузке. PWM эффективно меняет среднее напряжение якоря, регулируемый источник даёт прямое изменение, но при линейной реализации теряет больше мощности, а управление полем относится только к машинам с обмоткой возбуждения; обратная связь стабилизирует скорость при переменной нагрузке.
- Опишите двигатель: запишите номинальное напряжение, холостые обороты, ток остановки, сопротивление, инерцию, момент и температуру.
- Выберите силовую часть: применяйте рассчитанный мост или ключ с управлением, путём индуктивного тока, датчиком и мёртвым временем.
- Настройте PWM: уравновесьте слышимый шум, коммутационные потери, пульсации тока, разрешение и излучение.
- Добавьте обратную связь: измеряйте энкодер, Hall или противо-ЭДС и настройте контур с ограничениями.
- Испытайте безопасно: оградите вращение, ограничьте ток, отведите рекуперацию и проверьте останов, реверс, запуск и нагрев.
