Управление скоростью вращения двигателя постоянного тока: 28.1. Управление скоростью двигателя постоянного тока

Содержание

Статья об управлении двигателем постоянного тока

Коллекторный двигатель постоянного тока – один из самых распространенных и недорогих типов электродвигателей в настоящий момент. Простейшая конструкция и, как следствие, высокая надежность и невысокая стоимость этих двигателей способствовали росту их популярности.
Однако, чтобы повысить эффективность и расширить область применения, в современной промышленности они применяются совместно со специализированными устройствами управления.

В случае шаговых или бесколлекторных двигателей подобные устройства являются обязательными, так как без них не происходит коммутация фаз и вращение ротора невозможно. Для коллекторного двигателя постоянного тока блок управления выполняет вспомогательную функцию: корректирует скорость вращения, управляет направлением, регулирует ускорение и замедление двигателя при его пуске и остановке. В случае оснащения мотора энкодером возможно решение задач позиционирования и стабилизации частоты вращения.

Скорость, ускорение, замедление

Вследствие особенностей конструкции частота вращения двигателя постоянного тока зависит от протекающего в его обмотке тока. Величина тока в свою очередь зависит от приложенного напряжения питания. Таким образом, существуют два способа регулирования скорости:

  • Изменение напряжения, подаваемого на обмотку.
  • Включение сопротивления в цепь питания.

Для изменения напряжения, подаваемого на двигатель, чаще всего применяется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Данный метод подразумевает, что в цепи питания происходит включение и выключение источника напряжения с высокой частотой. При циклическом включении можно выделить периоды, когда напряжение подано («ON») и снято («OFF»). От соотношения длительности периодов «ON» и «OFF» зависит результирующее среднее значение напряжения, которое приложено к двигателю. В современных устройствах управления дополнительно устанавливаются фильтры, сглаживающие выходное напряжение и снижающие уровень шума.

Другая известная особенность двигателей постоянного тока – снижение скорости при увеличении нагрузки на валу. Если конечное устройство предъявляет требования к точности выходной скорости, блок управления двигателем должен иметь функцию стабилизации скорости. Для этого либо используется внешний датчик (энкодер), установленный на второй вал или непосредственно на ротор, либо контроллер управления должен иметь функцию определения скорости вращения на основе изменения электрических параметров в процессе работы двигателя. К примеру, контроллер может использовать информацию от датчиков тока или анализировать скачки индуктивности, образующиеся в процессе работы коллекторного двигателя.

Позиционирование

Естественным продолжением темы стабилизации скорости является решение задачи позиционирования. При использовании закрытой системы обратной связи (информация от энкодера поступает в контроллер, обрабатывается микропроцессором и используется для дальнейшего управления двигателем) двигатели постоянного тока могут использоваться в станках и манипуляторах для позиционирования инструмента в соответствии с имеющимся заданием и информацией о текущем положении вала.

Для управления положением обычно используются внешние энкодеры, так как тема обработки информации о положении ротора на основе изменения электрических параметров в настоящий момент недостаточно развита.

Сфера применения таких двигателей для решения задач позиционирования ограничена еще и недостатком конструкции – при частых стартах и остановках сильнее изнашивается коллекторный узел, что приводит к более быстрому выходу двигателя из строя. В стандартных задачах позиционирования (координаты станков, оси роботов и манипуляторов) при управлении положением резкие старты и остановки неизбежны. Для увеличения срока службы рекомендуется при управлении двигателем постоянного тока реализовывать плавные пуск и остановку.

Направление

Для рассматриваемого типа двигателей направление вращения зависит от полярности напряжения питания. Таким образом, задача устройства управления сводится к смене плюса и минуса цепи питания двигателя постоянного тока. Так как при смене направления вращения в процессе работы происходит кратковременная остановка и старт в обратном направлении, в случае реверса также желательно избегать частых резких пусков и использовать по возможности плавное ускорение двигателя.

Эта задача, как правило, возлагается на блок управления двигателем.

Как контроллер получает задание

Для отправки задания на управление контроллеру используются внешние физические входы, радиосигналы, промышленные сети (RS-485, CAN, LAN и др.) и интерфейсы (Modbus, CANopen, EtherCAT, TCP/IP и др.).

Для старта и остановки вращения существуют два принципиальных варианта управления: отдельный физический сигнал или команда, подаваемая  через коммуникационный интерфейс, либо установка нулевого или ненулевого значения скорости.

При использовании задания значения скорости для старта и остановки двигателя из устройства управления исключаются лишние входы и команды, что упрощает систему. Однако, в некоторых случаях такой подход может оказаться недостаточно удобен (если нужно сначала задать контроллеру все параметры работы мотора, а затем осуществить старт) или даже недостаточно надежен. Кроме того, такой способ исключает подачу дискретных сигналов управления стартом и остановкой (например, от датчика или кнопки).

В случае, когда старт и остановка двигателя осуществляются дискретными сигналами, существуют два принципиальных варианта обработки таких сигналов: обрабатывается импульс или анализируется уровень сигнала на входе контроллера. Обработка уровня сигнала характерна для работы совместно с промышленными контроллерами ПЛК, так как исключает возникновение случаев неопределенности. Импульсный сигнал удобнее использовать, например, для подключения кнопок включения/выключения оператором.

Цифровое управление на основе общепромышленных стандартов и интерфейсов (например, CANopen) унифицирует алгоритмы взаимодействия оборудования и облегчает процесс интеграции контроллеров разных производителей в единую систему. Кроме того, цифровое (программное управление) существенно расширяет возможности контроллера.

Регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока на Attiny13

Не так давно возникла необходимость регулировать скорость вращения достаточно мощного двигателя постоянного тока. В связи с этим на микроконтроллере Attiny13 был разработан данный регулятор скорости, который с успехом может быть использован и в качестве диммера для светодиодов.

Контроллер работает на основе ШИМ, который является одним из лучших способов управления двигателем постоянного тока. В качестве драйвера использован полевой транзистор IRF540N, позволяющий управлять двигателем с током до 33 А при наличии большого радиатора.

Изменение рабочего цикла ШИМ и, следовательно, оборотов двигателя производиться с помощью поворотного энкодера.

 Схема устройства

Для большей наглядности всю схему можно поделить на несколько частей:

Блок питания

Это типовой источник питания на стабилизаторе напряжения LM7805, который обеспечивает стабильное напряжение на уровне 5 В для питания микроконтроллера ATtiny13 и индикаторных светодиодов.

Индикаторные светодиоды

Для индикации значения рабочего цикла ШИМ используются 3 светодиода:

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров.

..

  • LED1 — текущее значение
  • LED2 — максимум
  • LED3 — минимум

Светодиоды LED2 и LED3 через токоограничивающие резисторы подключены непосредственно к выводам ATtiny13. Светодиод LED1, который указывает на текущее значение рабочего цикла ШИМ, управляется посредством транзистора T1 (BC337).

 Поворотный энкодер

Для правильной работы энкодера добавлены несколько компонентов. Резисторы R6 и R5 — это подтягивающие резисторы, которые «подтягивают» контакты A и B к шине питания. Контакт C напрямую подключен к GND. Конденсаторы C4 и C3 предназначены для фильтрации шума.

Драйвер на полевом транзисторе

Для управления двигателем использован N-канальный MOSFET IRF540N, который может обеспечить ток до 33A. Диод D2 предназначен для защиты транзистора от ЭДС самоиндукции, возникающей при выключении двигателя. Конденсатор C1 необходим для фильтрации помех, создаваемых двигателем. Если вы не установите этот конденсатор, то на энкодере могут возникнуть помехи и он не будет работать должным образом.

Убедитесь, что вы установили IRF540N на радиатор, потому что при высоких токах он становится очень горячим!

Видео

Скачать файлы проекта (24,6 KiB, скачано: 208)

Источник

АО «Лаборатория электроники»

Коллекторные двигатели постоянного тока получили широкое распространение за счет своей дешевизны и высокого КПД. Чаще всего такие двигатели используются в старт/стоп режиме и не требуют для своего подключения никакой пускорегулирующей аппаратуры, кроме обыкновенного выключателя. Однако, часто требуется регулировка скорость вращения, момент на валу или положение механизма, приводимого в движение двигателем. В таких случаях применяют микропроцессорные блоки управления коллекторными двигателями постоянного тока. Простейшим регулятором оборотов двигателя является источник питания с изменяемым выходным напряжением или ШИМ регулятор (именно его продают на Aliexpress). Это простые и недорогие решения, но такой регулятор не имеет обратной связи — обороты двигателя с таким регулятором зависят от нагрузки на валу. Для решения этой проблемы в регуляторы вводят обратную связь по скорости вращения. Простейшим вариантом получения информации о скорости вращения двигателя является установка на его валу тахогенератора или импульсного датчика. Такие решения позволяют решить проблему стабилизации скорости вращения двигателя, но усложняет конструкцию изделия и увеличивает его стоимость. Современные микропроцессорные технологии позволяют использовать в качестве тахогенератора сам электродвигатель (почти все электрические машины обратимы), измеряя ЭДС, генерируемую двигателем в момент кратковременного отключения от него питающего напряжения. Такое решение представляется оптимальным по соотношению цена/качество.

Вторым важным параметром регулирования коллекторных двигателей является момент на валу двигателя. В большинстве случаев ограничение момента требуется для исключения повреждения самого двигателя или механизма. Часто необходим режим стабилизации именно выходного момента двигателя, например, для управления электроприводом скутера или для регулировки силы натяжения у станка для перетяжки теннисных ракеток. В качестве сигнала выходного момента чаще всего используется мгновенное значение тока якоря двигателя.

И третий параметр управления –положение или координата механизма, приводимого в действие двигателем постоянного тока. Управление скоростью, моментом и положением позволяет создавать полноценные сервоприводы на основе коллекторных двигателей. Сигнал обратной связи по положению может быть получен от аналогового потенциометрического датчика или энкодера на валу двигателя. Для задания требуемого положения может использоваться аналоговый сигнал, цифровой интерфейс или входы step/dir как в блоках управления шаговыми двигателями.

Приводы постоянного тока

Приводы постоянного тока.

Приводы постоянного тока Parker Hannifin обеспечивают работу в широком диапазоне выходного тока, поддерживают работу с датчиками обратной связи различного типа; доступно множество пользовательских приложений
и программное обеспечение для конфигурирования; возможна работа с большинством стандартных протоколов полевой связи.

Приводы постоянного тока Parker Hannifin используются для управления движением электродвигателей постоянного тока, от 1 А до 2700 А.

  • Широкий диапазон величины выходного тока: до 2700 А.
  • Поддержка различных датчиков обратной связи, например, аналоговый тахометр, различные виды оптических энкодеров,  стандартный энкодер.
  • Управление вращением двигателей постоянного тока.
  • Цифровое и аналоговое управление.
  • Возможность работы во всех четырех квадрантах.
  • Гибкая возможность настройки с помощью комплектного ПО.
  • Поддержка широкого диапазона протоколов связи, например, CanOpen, DeviceNet, Ethernet, Profibus, …

Серия 506/7/8.

Серия включает однофазные аналоговые приводы постоянного тока, предназначенные для работы в 1 квадранте с диапазоном величины выходного тока от 3 А до 12 А.

Данная серия обеспечивает экономически эффективное управление скоростью или крутящим моментом двигателей постоянного тока с постоянными магнитами или параллельным возбуждением и однофазным питанием. Типичные приложения для применения данной серии являются: конвейеры, упаковочное оборудование, задачи, связанные с базовым управлением скоростью вращения.

 

  • Экономически эффективное решение;
  • Степень защиты IP20;
  • Компактные габариты и возможность установки на DIN-рейку;
  • Обратная связь: тахометр или по величине напряжения якоря;
  • Ток, номинальный: до 12 А;
  • Работа в 1 квадранте;
  • Питание: 1 х 110 В AC, 1 х 230 В AC.

Серия 512C.

Изолированная схема управления, множество пользовательских устройств и линейный контур управления делают 512C подходящим решением для управления одним двигателем или для использования в системе с несколькими приводами в приложениях с низким энергопотреблением.

Данная серия обеспечивает управление скоростью или крутящим моментом двигателей постоянного тока с постоянными магнитами или катушечными двигателями постоянного тока с однофазным питанием.

Типичные приложения для применения данной серии являются: центробежные вентиляторы и насосы, экструдеры и смесители, малогабаритные машины для переработки бумаги.

 

  • Полностью изолированные электрические цепи управления;
  • Степень защиты IP20;
  • Работа в 2 квадрантах;
  • Мульти вход для уставки по скорости или по току;
  • Ток, номинальный: до 32 А;
  • Питание: 1 х 110-415 В AC.

Серия 514C.

Регенеративный тиристорный привод постоянного тока серии 514C обеспечивает полное управление в 4 квадрантах двигателями постоянного тока с однофазным питанием. Таким образом, он обеспечивает управление в приложениях, где требуется быстрое и точное замедление. Приводы данной серии являются подходящим решением для управления одним двигателем или для использования в системе с несколькими приводами в приложениях с низким энергопотреблением.

Данная серия обеспечивает управление скоростью или крутящим моментом двигателей постоянного тока с постоянными магнитами или катушечными двигателями постоянного тока с однофазным питанием.

 

Типичными приложениями для применения данной серии являются: шпиндели, намоточные машины, волочильные машины.

 

  • Полностью изолированные электрические цепи управления;
  • Степень защиты IP20;
  • Работа в 4 квадрантах;
  • 3 входа для уставки по скорости или по току;
  • Ток, номинальный: до 32 А;
  • Питание: 1 х 100-500 В AC.

Серия 590P.

Благодаря своей современной 32-битной архитектуре управления привод Parker Hannifin серии DC590+ обеспечивает высокофункциональное и гибкое управление, подходящее для целого ряда промышленных приложений, связанных с применением двигателей постоянного тока.

Типичные приложения: перерабатывающие машины, намоточные машины, автомобильная отрасль, конвейеры.

 

Программируемые функциональные блоки.

Гибкая структура управления, которая позволяет легко реализовать практически бесконечное сочетание пользовательских функций. Каждая управляющая функция (например, вход, выход, ПИД) представлена ​​в виде программного блока, который может быть свободно связан со всеми другими блоками для обеспечения любого желаемого действия.

В качестве альтернативы возможно использование предустановленных макросов, а также создать свою собственную схему управления, при этом устраняя необходимость во внешнем ПЛК и, следовательно, снижая затраты.

 

Интерфейсные опции.

DC590+ имеет ряд коммуникационных возможностей и возможностей ввода / вывода, которые позволяют приводу непосредственно управлять приложением или интегрироваться в более крупную систему. В сочетании с программированием функций, существует возможность создания  пользовательских функций, предлагая пользователю гибкую и универсальную платформу для управления двигателем постоянного тока.

 

Программирование / Управление.

Благодаря интуитивно понятной структуре меню эргономичная панель оператора обеспечивает быстрый и легкий доступ ко всем параметрам и функциям привода через яркий, легко читаемый дисплей с подсветкой и тактильной клавиатурой. Кроме того, он обеспечивает локальное управление пуском / остановкой, скоростью и направлением вращения, что значительно облегчает ввод в эксплуатацию.

 

Связь.

Какова бы ни была сложна схема управления, DC590+ имеет подходящий для нее интерфейс. В качестве стандарта достаточно аналогового и цифрового ввода-вывода для самых сложных приложений. В качестве альтернативы существует возможность добавления соответствующего «технологического блока».

DC590+ был разработан так, чтобы легко и без компромиссов встраиваться в любую среду управления.

 

  • Цифровой привод;
  • Работа в 4 квадрантах;
  • Аналоговые и цифровые входы и выходы;
  • Датчики обратной связи: аналоговый тахометр, различные виды оптических энкодеров, стандартный энкодер;
  • Протоколы связи: Profibus, CanOpen, RS422/485, DeviceNet, Modbus, Ethernet, ControlNet;
  • Ток, номинальный: до 2700 А;
  • Питание: 3 х 110-690 В AC.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Выше рассмотрен простейший случай системы автоматического регулирования скорости с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. В качестве примера для определения  [c.15]

Скоростной лифт с кабиной на 12 человек и скоростью движения v=2 м/с предназначен в основном для административных зданий высотой 20—40 этажей и отвечает высоким требованиям, предъявляемым к лифтам. Приводом лифта служит двигатель постоянного тока независимого возбуждения и тиристорный преобразователь с импульсно-фазовым регулированием. Поэтому данная схема существенно отличается от рассмотренных выше схем управления лифтами с односкоростным и двухскоростным приводами. Система регулирования обеспечивает  [c.186]


Из формулы следует, что скорость вращения двигателя можно регулировать, изменяя напряжение, магнитный поток и сопротивление цепи якоря. На рис. 98 показаны механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения при регулировании магнитного потока (характеристики И и III), при регулировании подводимого к двигателю напряжения (характеристики /У и У) и при изменении сопротивления в цепи якоря (характеристики VI и VII).[c.158] Как показано в работе [2], упрощенная динамическая характеристика (7) с достаточной для практики точностью отражает динамические свойства приводного двигателя в режимах наброса и сброса нагрузки при сложных периодических режимах. При этом характеристика (7) свойственна двигателям постоянного тока независимого возбуждения (с простой системой автоматического регулирования скорости), асинхронным электродвигателям, а также гидроприводам с объемным и дроссельным регулированием. Значения параметров То и v приведены в работе [3], В случае использования двигателей со сложной системой автоматического регулирования скорости динамическая характеристика двигателя задается дифференциальным уравнением высокого порядка [3].  [c.411]

На рис. 0. 1, (Э показаны характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Скорость регулируют путем изменения возбуждения генератора, питающего цепь якоря двигателя. Эта система, названная системой Г—Д (генератор— двигатель), допускает очень тонкое регулирование скорости и находит наибольшее применение там, где, с одной стороны, устанавливают двигатели очень большой мощности, а с другой — предъявляют особые требования в отношении плавного изменения скорости вращения. Мощность двигателей системы Г—Д на крупных шахтных подъемных установках достигает 4 000 кет. В то же время на современных металлорежущих станках, где устанавливают двигатели сравнительно малой мощности, в ряде случаев также применяют систему Г—Д.  [c.18]


Двигатели постоянного тока с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением допускают устойчивое регулирование частоты вращения в пределах 1 4 и получение малых устойчивых скоростей перемещения. Они также допускают частые  [c.61]

Электропривод металлорежущих станков преобразует электрическую энергию в механическую. Различают привод главного движения, привод подачи, привод быстрых перемещений и т. д. В электроприводе применяют двигатели переменного и постоянного тока, чаще асинхронные двигатели переменного трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, который соединяется непосредственно или через ременную передачу с коробкой передач. Асинхронные двигатели могут быть с одной или двумя скоростями вращения (например, 3000/1500, 1500/750). Для бесступенчатого регулирования скорости вращения органов станка применяют асинхронные двигатели с независимым возбуждением и двигатели постоянного тока, которые позволяют изменять частоту вращения в диапазоне 10 1.  [c.157]

Пуск электродвигателей главных приводов и регулирование их скорости осуществляются изменением напряжения, подводимого к двигателю постоянного тока от соответствующего генератора, за счет изменения величины сопротивлений в цепях независимой и параллельной обмоток возбуждения генератора. Чтобы скорость вращения двигателя стала выше номинальной, изменяют ток в обмотке возбуждения, увеличивая при этом сопротивление, а следовательно, ослабляя магнитный поток. Повышенное число оборотов используется при опускании ковша после разгрузки. Рис. 130. Влияние, отдельных  [c.201]

Импульсное регулирование ДПТ независимого возбуждения. В этом случае двигатель независимого возбуждения периодически подключается к источнику напряжения постоянного тока. Так как частота переключений может быть большой и составлять около 1-2 кГц, то угловая скорость за цикл переключений практически остается неизменной. Такую частоту переключений можно обеспечить с помощью полупроводниковых приборов и ЭВМ.  [c.182]

Система Г—Д состоит из электродвигателя постоянного тока, получающего питание от генератора постоянного тока с регулируемым напряжением. Электродвигатель имеет независимое возбуждение с регулируемым током возбуждения, благодаря чему в системе осуществляется двухзонное регулирование скорости в сторону уменьшения путем изменения напряжения генератора и в сторону увеличения путем уменьшения тока возбуждения двигателя. Широкий диапазон регулирования может обеспечиваться без применения тахо-генераторов или иных устройств контроля скорости.  [c.14]

Для сварки проволокой большого диаметра используют другой принцип, основанный на изменении скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения на дуге. На рис. 9.6 показана упрощенная схема автоматического регулирования параметров дуги сварочного автомата. Электродвигатель М подающего механизма сварочной головки питается постоянным током от специального генератора О, имеющего две обмотки возбуждения, включенные встречно. Независимая обмотка I создает постоянный, независимый от напряжения дуги магнитный поток Ф . Обмотка II генератора через выпрямитель У подключена к дуге и создает переменный, зависимый от напряжения дуги магнитный поток Фд, который всегда больше магнитного потока Ф . Результирующий магнитный поток Фрез = Фд Фн- Генератор О будет подавать на якорь двигателя М напряжение такой полярности и величины, которая обеспечивает постоянную длину и напряжение дуги. Предварительно нужное напряжение дуги задается потенциометром КК в цепи независимой обмотки.  [c.160]

Электроприводы постоянного тока системы УВ—Д. Электроприводы с тиристорными преобразователями (ТП) постоянного тока применяются для мощных крановых механизмов. При числе включений не более 300 в час используются нереверсивные ТП серии АТК [9] с контактными реверсорами в главной цепи двигателя (рис. П.1.29). Реверсивные ТП серии АТРК (табл. П.1.28) применяются для регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения питаются от сети переменного тока 380 В частотой 50 Ft и обеспечивают диапазон регулирования ниже основной скорости 1 8, ёыше до 2 1. Для приводов мощностью свыше 250 кВт выбираются два парая-  [c.276]


Как показано в работах [1, 3], такая характеристика достаточно хорошо аппроксимирует динамические характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения с упрощенной системой регулирования скорости, а также асинхронных двигателей и гидропри- водов с объемным и дроссельным регулированием. Значения v н То для различных двигателей приведены в работах [1, 3].  [c.352]

Таким образом, изложенное выше представляет собой описание практической реализации транзисторного преобразователя с микропроцессорным управлением, предназначенного для регулирования скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. На основе измеренных параметров системы преобразователь — двигатель (ток ротора, ток возбуждения, противоЭДС, входное напряжение преобразователя) с помощью 16-битового микропроцессора формируется такой алгоритм управления, который позволяет добиться таких же тяговых характеристик, как в двигателях с последовательным возбуждением.  [c.33]

В машинных агрегатах главного движения ряда технологических машин широкое применение получили электродвигатели постоянного тока независимого возбуждения. Наиболее характерным является случай, когда двигатель Ц, питается от отдельного генератора Г (рис. 2). Такая система называется генератор— двигатель ГД и используется в машинных агрегатах с бесступенчатым регулированием скорости за счет изменения напряжения генератора (в диапазоне 10), а такх[c.11]

Главный привод обычно включает двигатель независимого возбуждения. Реверсирование производится изменением направления тока в якоре контакторами направления В VL Н, разгон — замыканием секций реостата, а регулирование скорости — изменением напряжения генератора регулирования магнитного потока-возбуждения. Автоматические двери приводятся в движение шун-товым двигателем постоянного тока с реверсированием его путем изменения направления тока в якоре. Рас-тормаживание механического тормоза производится электромагнитом постоянного тока, включаемым контактором торможения КТ при возбуждении контактора пуска КП. В некоторых схемах катушка контактора пуска КП включается последовательно с контакторами направления В и Н.  [c.194]

Регулирование скорости двигателей независимого возбуждения изменением напряжения на якоре. Система Г—Д (генератор-двигатель) старое название — система Леонарда. Двигатель Д (фиг. 27) постоянного тока независи.мого возбуждения, приводя-  [c.133]

В настоящее время на судах применяют стреловые поворотные, козловые и подпалубные краны. Масса крана должна быть по возможности минимальна. Вместо тяжелых судовых кранов целесообразнее иметь так называемые судовые грузовые стрелы. Для достижения по возможности более высокой производительности скорость подъема порожнего крюка иногда принимают больше скорости подъема номинального груза. Для регулирования скорости отдельных механизмов применяют двух- или трехскоростные двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока с независимым возбуждением и редукторы с переключением ступеней. Судовые краны должны сохранять работоспособность при ветре до 6 баллов и крене судна до 5°. Управление судовыми кранами должно быть достаточно простым, так как его часто выполняют портовые рабочие. Электродвигатели, механизмы и электропроводка судовых кранов должны быть выполнены во влагозащитном исполнении.  [c.232]

Электроприводы с регулированием частоты вращения при постоянной предельной мощности — приводы постоянного тока с двигателями независимого возбуждения с искусственной вентиляцией с изменением скорости враще1]ия только ослаблением потока возбуждения двигателя.  [c.207]

Электропривод постоянного тока с двигателем независимого возбуждения, имеющий жесткие механичесвде характеристики. Используется на механизмах передвижения и подъема. Применяется двухзонное регулирование скорости выше и ниже основной. Обеспечивает хорошие регулировочные свойства. Для получения экскаваторных характеристик применяется система Г—Д с двухобмоточным возбудителем  [c.226]

Система реостатного торможения с независимым возбуждением находит широкое применение на электровозах и моторных вагонах переменного тока. Вводя автоматику в систему управления тяговыми двигателями, удается изменить вид тормозных характеристик в зависимости от предъявляемых к ним требований. Такая система использована на электровозах ВП80 , ЧС4Т и ЧС2Т, Система автоматического регулирования позволяет по желанию машиниста поддерживать постоянную скорость движения, изменяя тормозную силу в зависимости от профиля пути, или поддерживать постоянную тормозную силу при торможении перед остановкой поезда.  [c.290]

В машинных агрегатах первой и второй групп широкое применение получил электропривод постоянного тока с электродвигателями независимого возбуждения. В качестве системы автоматического регулирования (САР) скорости наиболее часто используется система Преобразователь— двигатель (Я—Д). При этом преобразователем может служить генератор постоянного тока с различными усилителями (элек-тромашинными, электронными, магнитными, полупроводниковыми), тиристорный преобразователь, управляемый ртутный выпрямитель, эму поперечного поля [9—II].  [c.257]


Регулятор мощности двигателя постоянного тока. Схема, плата, прошивка. — PIC — Статьи — Каталог статей


За время эксплуатации устройства описанной в статье  внесены изменения, обеспечивающие более функциональное использование в работе.

После изменения в программе работает регулятор следующим образом:

  1. При нажатии кнопки «Start/Stop» — SB1 двигатель медленно набирает обороты  до ранее заданной или максимальной скорости, зависит от предварительной настройки.

  2.  Остановить вращения двигателя возможно повторным нажатиям на кнопку Start/Stop. После этого скорость плавно снижается до полной остановки. Скорость увеличения/уменьшения отображаются на светодиодном индикаторе.

  3. В режиме «Стоп» нажатием на кнопку «Реверс» — SB2 включится реле, обмотки двигателя поменяют полярность подключения, вращения будет, производится в противоположном направлении. Индикация состояния переключения реверса отображается светодиодами VD2,VD3.  Запустить/остановить двигатель  нужно нажать кнопку «Start/Stop» алгоритм работы, как выше описано в пункте 1 – 2.

  4. Если нужно изменить направления вращения во время работы двигателя необходимо нажать на кнопку «Реверс». Скорость мелено будет уменьшаться до полной остановки и только после этого сработает реле, обмотка двигателя поменяют полярность подключения.  Функция  «Реверс» не работает, если двигатель  находится в режиме плавного разгона или остановки.

  5. Необходимую Вам скорость двигателя, возможно, изменить при помощи энкодера. Если регулятор находится  в режиме «Стоп» ручкой энкодера возможно увеличивать скорость, при этом двигатель будет вращаться  по мере увеличении/уменьшении настройки в тоже время это будет отображаться на светодиодном индикаторе. Так  можно оптимально подобрать  скорость двигателя необходимую для Вашей работы. Чтобы сохранить данные скорости двигателя нужно нажать на кнопку   энкодера.  Ети параметры хранится в памяти микроконтроллера до следующего внесенного Вами изменения не зависимо от того будет ли отключен регулятор от источника питания или нет.

  Переключения направления вращения вала двигателя, возможно, коммутировать с помощью Н — моста на транзисторах или реле. Оба варианта имеют свои плюсы и минусы, все же было принято решения применить реле как более дешевый вариант и проще в управлении.

Радиодетали имеющееся на то время у меня в наличии определили конструктив всего устройства. Особо каких-то требований применяемых элементам нет, большинство их меняются на аналогичные не ниже по параметрам, чем применены в устройстве.

Правильно собранная конструкция с установленными исправными радиодеталями и прошитым микроконтроллером в настройке не нуждается. Радиолюбителям имеющий небольшой опыт  сборки подобных устройств предлагаю придерживаться следующего порядка работы:

1. Проверить целостность дорожек и  замыканий между ними.

2. Установить микросхему DA1, С3,С4,С5, подпаять соединяющие провода разъем  XS1. 

Подать от стабилизированного источника питания (ИП) 9…12В. На выходе стабилизатора должно быть напряжения 5В. 

3. Следующий этап установить панельку под микроконтроллер DD1

Омметром проверить отсутствие  замыканий между выводами. Подключить ИП, проверить наличие напряжения 5В на выводе 14 относительно вывода 5.

4. Если проверено и работает все нормально, установить тактовые кнопки SB1,SB2 резисторы R1,R2 не забывая при этом тестером проверить исправность кнопок и номиналы резисторов.  

Подать напряжения на плату, проверить вольтметром на выводах панельки 3 и 15 наличие 5В. При нажатии  кнопки, на  проверяемом выводе,  должен быть 0В.

 5. Установить энкодер BQ1, резисторы R4, R5,R7 конденсаторы С1,С2.           

 

Для проверки этого участка схемы понадобится  ИП, который нужно подключить разъему XS1. При нажатии кнопки энкодер на выводе 4 панельки микроконтроллера напряжения будет 0В при отпускании 5В. Работу энкодер  возможно проверить вольтметром подключенном к выводам 2 и 3 панельки, при вращении ручки показатели на шкале вольтметра должны меняться.  Лучший вариант проверки осциллографом.

6. Светодиодный индикатор HL1, резисторы R3,R6, R10-R16, транзисторы VT1,VT2 установить на плату.

      Соединить между собой выводы 14 – 17 – 18 панельки микросхемы.           

      Перемычку подключить выводу 5, свободным концом по очереди подключать выводы 6 – 8, 10 -13 при этом должны засвечиваться только тот сегменты индикатора вывод который должен быть подключен.   

7. Произвести монтаж управления реле и индикаторов направления “Реверс” – R8,R9,R19,R20,R21, VD1,VD2,VD3, VT3,VT5.  

 Проверить  этот узел возможно следующим способом, замыкая выводы 16  по очереди с 5 и 14 должно включатся реле,  поменяться индикация на светодиодах VD2,VD3.  Диод  VD1 по возможности установить на выводах реле.

8.Установить на плату драйвер ШИМ — VT4,R17,R18. 

Чтобы проверить работу как работает ШИМ до подключение двигателя разъему XS3.1   через резистор 1..10к подключить ИП.  В панельку установить заранее за программированный микроконтроллер. 

Осциллографом проконтролировать, как меняется скважность. При отсутствии осциллографа последовательно резистору 1k подключить светодиод при нажатии кнопки “Старт” или вращением энкодер свечения светодиода будет меняться.

Плата

Схема

VT1,VT2, VT5 КТ315, VT3,VT4 IRFZ44

Плата, прошивка  скачать……..
                                                      Радиоблок — YouTube


Похожие темы:  Паяльная станция — Atmega328        Регулятор скорости двигателя постоянного тока


При использовании материалов сайта, обязательна ссылка на сайт http://vinratel.at.ua 

Двунаправленный регулятор скорости двигателя постоянного тока. Схема и описание

Изменение скорости двигателя постоянного тока является фундаментальной задачей во многих устройствах, в которых используются двигатели.

Силиконовый коврик для пайки

Размер 55 х 38 см, вес 800 гр….

В статье представлен несложный, а главное — «не микроконтроллерный» двунаправленный регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока с использованием метода ШИМ.

В этом устройстве для установки скорости двигателя используется потенциометр. В крайних положениях двигатель работает на максимальной скорости в заданном направлении. Двигатель останавливается и тормозит, когда потенциометр находится в среднем положении.

 

Изменение направления вращения выполняется автоматически в зависимости от положения потенциометра. В крайних положениях сигнал ШИМ имеет 100% заполнение, что обеспечивает минимальные потери при максимальной скорости. «Нулевое» положение имеет мертвую зону, что способствует стабильной остановке двигателя.

На контроллер можно подавать напряжение в диапазоне 8 … 30 В постоянного тока, что обеспечивает совместимость с типичными двигателями постоянного тока. Максимальная допустимая нагрузка по току составляет 2 А.

Принципиальная схема регулятора скорости вращения двигателя показана на рисунке ниже.

Регулятор состоит из четырех функциональных блоков:

Набор для Arduino

Cтартовый набор Keyestudio Super с платой V4.0 для Arduino…

  • ШИМ генератор (0 … 100%), управляемый напряжением — интегральная схема LTC6992-1 (DD1).
  • Блок обработки управляющего сигнала на микросхеме LM324 (DA1).
  • Детектор направления и логическое управление приводом двигателя на микросхеме 74HC00 (DD2).
  • Драйвер двигателя с защитой — интегральная микросхема DRV8871 (DD3).

Устройство питается от стабилизатора LM317 (DA2). Схема драйвера двигателя собрана на специализированной интегральной схеме DRV8871 (DD3). Блок-схема данной микросхемы показана на следующем рисунке.

Микросхема DRV8871 содержит все компоненты, необходимые для реализации управления щеточным электродвигателем постоянного тока:

  • два MOSFET полумоста с низким сопротивлением Rdson и систему измерения тока двигателя, для которой не требуются внешние компоненты
  • защитную логику
  • зарядовый насос для управления силовыми транзисторами,
  • встроенную систему защиты от перегрузки
  • тепловую защиту
  • логику управления входом

Встроенный датчик тока двигателя не требует внешнего измерительного резистора, но по-прежнему можно изменить максимальный ток обмотки путем подключения соответствующего резистора к выводу Ilim, в соответствии с формулой:

 Ilim = 64 / R8

В прототипе ток был установлен на уровне 2 А, что соответствует сопротивлению R8 около 33 кОм. Минимальное значение резистора составляет 15 кОм. Резистор следует подобрать в зависимости от используемого двигателя.

Направление вращения двигателя регулируется с использованием входов IN1 / IN2. Логические схемы, построенные с использованием микросхемы DD2 (74HC00), меняют способ управления на стандарт PWM/DIR. Двухцветный светодиод LED1 указывает на направление вращения и индикацию заполнения ШИМ.

Компаратор на операционном усилителе DA1.1 сравнивает напряжение с ползунка потенциометра ШИМ с опорным напряжением REF = 2,5 В, генерируя внутренний сигнал DIR, определяющий направление вращения двигателя.

Опорное напряжение является производным от напряжения питания 5 В (стабилизированный DA2) через резистивный делитель R23 / R24 и буферизуется через DA1.2.

Когда заполнение сигнала ШИМ равно 0%, двигатель останавливается, т. е. замыкается встроенными ключами к массе. Сигнал ШИМ генерируется микросхемой LTC6992-1 (DD1), блок-схема которой показана на следующем рисунке.

Данная микросхема содержит все блоки, необходимые для реализации генератора ШИМ с фиксированной частотой и регулируемым рабочим циклом. Опорная частота встроенного генератора устанавливается резистором, подключенным к входу SET (R1). Дополнительное деление частоты устанавливает делитель, подключенный к выводу DIV (R2 / R3).

Изменение напряжения на клемме MOD в диапазоне 0 … 1 В изменяет рабочий цикл в пределах 0 … 100%. В прототипе частота генератора была установлена ​​на уровне около 128 кГц, а степень деления на уровне 256, что дает тактовую частоту 500 Гц.

Управляющий сигнал генератора ШИМ вырабатывается с помощью двух дифференциальных усилителей DA1.3 / DA1.4, которые отвечают за преобразование напряжения 0 … 5 В от ползунка потенциометра ШИМ в управляющее напряжение MOD U1 в диапазоне 0 … 1 В.

Усилитель DA1.3 работает для напряжения ползунка потенциометра в диапазоне 2,5…5 В, масштабируя до диапазона 0 … 1,7 В, а DA1.4 соответственно —  0…2,5 В масштабируя до 1,7 … 0 В.

Диоды VD2 и VD3 складывают напряжение усилителей DA1.3 / DA1.4 и вводят вместе с резисторами R15, R20 небольшую мертвую зону в среднем положении потенциометра. Диоды VD4 и VD5 защищают вход MOD DD1 от превышения допустимого диапазона напряжения. Кривые напряжения в системе управления показаны на рисунке ниже.

Напряжение питания 5 В подается стабилизатором DA2 типа LM317 в своем типовом применении. Питание на регулятор подается через разъем PWR напряжением 8 … 30 В с мощностью, соответствующей используемому двигателю. Двигатель подключен к разъему DCM.

В зависимости от требуемой точности регулировки вместо обычного 9-миллиметрового потенциометра (ШИМ) можно припаять SIP-разъем и использовать внешний многооборотный потенциометр с сопротивлением 1 кОм.

Микросхему DD3 необходимо снабдить небольшим радиатором для корпуса SO8 для облегчения рассеивания тепла. Модуль, собранный из исправных компонентов, не требует наладки, но стоит проверить управляющие напряжения CTRL, DIR, PWM в зависимости от положения потенциометра.

Управление двигателем постоянного тока — Системы управления двигателем, приводы и продукты питания

American Control Electronics предлагает широкий выбор средств управления двигателем постоянного тока, которые превосходят отраслевые стандарты. Контроллер двигателя постоянного тока управляет положением, скоростью или крутящим моментом двигателя постоянного тока и легко реверсирует, поэтому постоянный ток течет в противоположном направлении. Наслаждайтесь более высоким пусковым моментом, быстрым пуском и остановкой, задним ходом, переменной скоростью с входным напряжением и многим другим. Выберите тип технологии, входное напряжение, выходное напряжение, непрерывный ток, корпус, тип торможения, тип реверса и изоляцию.

Управление скоростью двигателя постоянного тока, пожалуй, наиболее распространенная манипуляция, используемая в контроллерах постоянного тока. Эта скорость может регулироваться четырьмя различными способами: изменением потока, изменением напряжения якоря, изменением напряжения питания и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). ШИМ — это метод, обычно используемый для достижения контроля скорости в двигателе постоянного тока. Он подает энергию в виде серии импульсов, а не непрерывного сигнала. Изменяя ширину импульса, контроллер двигателя постоянного тока может регулировать поток энергии, чтобы поддерживать его постоянным.

Хотя управление крутящим моментом двигателя постоянного тока менее популярно, оно достигается за счет привода постоянного тока, регулирующего ток якоря. Поскольку ток якоря не регулируется, двигатель может работать на любой скорости, необходимой для достижения желаемого уровня крутящего момента. Уровень крутящего момента может оставаться постоянным, достигая «эффекта конусного натяжения» для фиксированного входного задания и режима крутящего момента по центру намоток. Однако в некоторых случаях оператор станка может увеличить уставку крутящего момента по мере увеличения диаметра.

American Control Electronics предлагает различные устройства управления двигателем постоянного тока, которые включают различные режимы работы как по отдельности, так и вместе.Это просто зависит от применения и потребностей ваших систем управления двигателем. Однако из-за такого разнообразия может быть трудно найти контроллер двигателя постоянного тока, который подходит для вашей формы. Убедитесь, что вы понимаете диапазоны напряжения и типы управления, необходимые для правильной работы вашей системы управления.

 

Посмотрите наш выбор управления двигателем постоянного тока ниже.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока | Аврора

  • Регулятор скорости постоянного тока для двигателей, вентиляторов и насосов на 12, 24 и 48 В

  •    Управление через изолированные входы: 0–10 В постоянного тока, 0–20 мА, потенциометр
  •    Верно 1.0 Форм-фактор: мотор работает тише и холоднее
  •    Заводская настройка для заказов от 50 шт.
Эксплуатация/установка PDF

Аврора Технический паспорт

Aurora представляет собой компактный и экономичный регулятор скорости двигателя постоянного тока, разработанный для OEM-применений в области систем ОВКВ, электронного и промышленного управления. Aurora регулирует скорость двигателя постоянного тока с помощью управляющего сигнала (0-5 В постоянного тока, 0-10 В постоянного тока, 0-20 мА) или потенциометра. Напряжение на двигателе изменяется с помощью схемы управления понижающим преобразователем, работающей на высокой частоте для достижения максимальной энергоэффективности при минимальных размерах.Типичные области применения контроллера двигателя постоянного тока включают: промышленное оборудование, конвейеры, технологическое оборудование, вентиляторы и центробежные насосы. 100% тестирование на производственном предприятии, соответствующем стандарту ISO 9001:2008, гарантирует получение надежного и качественного продукта, соответствующего вашим требованиям к управлению двигателем постоянного тока.

Преимущества использования контроллера двигателя постоянного тока Aurora включают в себя снижение акустического шума, регулирование окружающей среды (влажность, температура или давление), повышенную надежность продукта, повышенную безопасность и экономию энергии.

Технические характеристики Характеристики
  • » Источник питания:
    • – от 10 до 72 В постоянного тока
    • – от 12 до 48 В переменного тока, 50/60 Гц
  • » Номинальный ток: 6 А при 55°C или меньше
  • » Номинальное напряжение двигателя 12, 24 или 48 В пост. тока выбирается перемычкой.Примечание. Выходное напряжение не должно превышать напряжения питания.
    • – с полным диапазоном регулирования 0-12/24/48 В постоянного тока. Примечание. Напряжение питания постоянного тока должно превышать макс. желаемое выходное напряжение не менее чем на 2,5 В при полной нагрузке. Свяжитесь с заводом для получения вариантов снижения падения напряжения.
  • » Выход постоянного тока с фильтрацией обеспечивает форм-фактор 1.0, обеспечивающий важные преимущества:
    • – Двигатель работает тише
    • – Двигатель работает кулер
    • — Позволяет источнику питания высокого напряжения запускать низковольтные двигатели без повреждений
  • » Цикл за циклом Защита от перегрузки по току 8 А
  • » Вход защищен предохранителем на 10 А
  • » Рабочая температура: от -20°C до 55°C
  • » Температура хранения: от -40°C до 125°C
  • » Вес: 8.3 унции (236 грамм)
  • » Соответствует RoHS (6/6)
  • » Плавный пуск и ограничение тока при пуске
  • » Полная аналоговая обратная связь для регулирования с обратной связью
  • » Высокая энергоэффективность, обычно более 90 %
  • » Двухполупериодная мостовая схема выпрямления, модель ADC600-F
  • » Защита от обратной полярности, модель ADC602-F
  • » Off-Input позволяет запускать/останавливать без разрыва линий переменного тока
  • » Управление двигателем постоянного тока на основе изолированных входных сигналов управления:
    • – управляющий сигнал 0-20 мА
    • – управляющий сигнал 0–5 В пост. тока
    • – управляющий сигнал 0–10 В постоянного тока
    • – Дистанционный потенциометр
  • » Доступна специальная заводская конфигурация для установки:
    • – ИК компенсация
    • — Ограничение тока
    • – Коэффициенты ускорения/замедления
    • – Мин./Макс. скорости
  • » Монтаж: на печатной плате или на DIN-рейке
  • » Соединения: клеммные колодки
  • » Совместимость с датчиками скорости SmartFan TachScan

Размеры регулятора скорости двигателя постоянного тока Aurora

Для получения чертежей САПР используйте ссылки в разделе «Дополнительная информация» ниже.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока Aurora Номера деталей

Номер детали Описание
АЦП600-Ф Контроллер Aurora для питания 12–48 В переменного тока
АЦП602-Ф Контроллер Aurora для питания 10–72 В постоянного тока
DIN600-F Дополнительный комплект для монтажа на DIN-рейку (щелкните, чтобы увидеть размеры)

Дополнительная информация

» Лист данных по эксплуатации и установке Aurora (PDF)
» Чертеж Aurora STEP CAD (.шаг)
ПРИМЕЧАНИЕ. Если файл САПР открывается как новое окно браузера с текстом, щелкните ссылку правой кнопкой мыши, выберите «Сохранить ссылку как» и выберите локальную папку для сохранения файла.
» Прайс-лист (PDF)
» Нажмите здесь, чтобы задать вопросы или комментарии

Чтобы поговорить с инженером или представителем по обслуживанию, позвоните по телефону (978) 486-4160 (с 9:00 до 17:00 по восточному поясному времени)

.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока — Inst Tools

Электродвигатели постоянного тока модели

генерируют крутящий момент за счет реакции между двумя магнитными полями: одно поле создается стационарными «полевыми» обмотками (катушками), а другое — обмотками во вращающемся якоре.В некоторых двигателях постоянного тока отсутствуют обмотки возбуждения, вместо них используются большие постоянные магниты, так что стационарное магнитное поле является постоянным для всех условий эксплуатации.

В любом случае, принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в том, что ток, проходящий через якорь, создает магнитное поле, которое пытается выровняться со стационарным магнитным полем. Это заставляет якорь вращаться:

Однако набор сегментированных медных полосок, называемый коммутатором, разрывает электрический контакт с теперь выровненной катушкой и подает питание на другую катушку (или в простом примере, показанном выше, повторно подает напряжение на ту же петлю провода в противоположном направлении), чтобы создать другое несоосное магнитное поле, которое продолжает вращать якорь.Электрический контакт между вращающимися сегментами коммутатора и стационарным источником питания осуществляется через угольные щетки. Эти щетки со временем изнашиваются (как и сам коммутатор), и их необходимо периодически заменять.

Большинство промышленных двигателей постоянного тока имеют несколько катушек якоря, а не одну, как показано на упрощенном рисунке выше. Здесь показана фотография большого (1250 лошадиных сил) двигателя постоянного тока, используемого для приведения в движение паромного судна, с четко видимыми полюсами возбуждения и арматуры (выглядящими как спицы в колесе):

Крупный план узла одной щетки на этом большом двигателе показывает как угольную щетку, подпружиненный держатель щетки, так и множество коллекторных стержней, с которыми щетка соприкасается при вращении якоря:

Двигатели постоянного тока демонстрируют следующие отношения между механическими и электрическими величинами:

Момент затяжки:

  • Крутящий момент прямо пропорционален напряженности магнитного поля якоря, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна току через обмотки якоря
  • Крутящий момент также прямо пропорционален напряженности магнитного поля неподвижного полюса, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна току через обмотки возбуждения (в двигателе с непостоянными магнитами возбуждения)

Скорость:

  • Скорость ограничена противо-ЭДС, создаваемой якорем, когда он вращается в стационарном магнитном поле.Эта противо-ЭДС прямо пропорциональна скорости якоря, а также прямо пропорциональна напряженности магнитного поля неподвижного полюса (которая прямо пропорциональна току обмотки возбуждения в двигателе без постоянного магнита)
  • Таким образом, скорость прямо пропорциональна напряжению якоря
  • Скорость также обратно пропорциональна напряженности стационарного магнитного поля, которая прямо пропорциональна току через обмотки возбуждения (в двигателе с непостоянными магнитами возбуждения)

Очень простой метод управления характеристиками скорости и крутящего момента двигателя постоянного тока с возбуждением (с непостоянными магнитами) заключается в контроле величины тока через обмотку возбуждения:

Уменьшение сопротивления резистора управления полем позволяет увеличить ток через обмотку возбуждения, усиливая ее магнитное поле.Это повлияет на работу двигателя двумя способами: во-первых, двигатель будет генерировать больший крутящий момент, чем раньше (при той же величине тока якоря), потому что теперь якорь реагирует на более сильное магнитное поле; во-вторых, скорость двигателя уменьшится, потому что вращающийся якорь будет генерировать больше противо-ЭДС для той же скорости вращения, и эта противо-ЭДС, естественно, попытается выровняться с приложенным напряжением источника постоянного тока. И наоборот, мы можем увеличить скорость двигателя постоянного тока (и уменьшить его выходной крутящий момент), увеличив сопротивление резистора управления полем, ослабив стационарное магнитное поле, в котором вращается якорь.

Регулирование тока возбуждения может изменить баланс между скоростью и крутящим моментом, но мало влияет на общую мощность двигателя. Чтобы контролировать выходную мощность двигателя постоянного тока, мы также должны регулировать напряжение и ток якоря. Переменные резисторы также могут использоваться для этой задачи, но в наше время это обычно не одобряется из-за потраченной впустую мощности.

Лучшим решением является электронная схема управления мощностью, которая очень быстро включает и выключает транзисторы, переключая питание на якорь двигателя.Это называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ.

Рабочий цикл (время включения в зависимости от времени включения+выключения) формы импульсного сигнала будет определять долю общей мощности, подаваемой на двигатель:

Такая электронная схема управления мощностью обычно называется приводом. Таким образом, привод с регулируемой скоростью или ЧРП представляет собой схему большой мощности, используемую для управления скоростью двигателя постоянного тока. Моторные приводы могут быть настроены вручную для запуска двигателя с заданной скоростью или принимать электронный управляющий сигнал для изменения скорости двигателя таким же образом, как электронный сигнал дает команду регулирующему клапану двигаться.При оснащении сигнализацией дистанционного управления моторный привод работает так же, как и любой другой исполнительный элемент управления: следуя команде контроллера процесса, чтобы стабилизировать некоторую переменную процесса на заданном уровне.

Более старая технология подачи импульсной мощности на двигатель постоянного тока заключается в использовании схемы управляемого выпрямителя с использованием тиристоров вместо обычных выпрямительных диодов для преобразования переменного тока в постоянный. Поскольку основным источником питания большинства промышленных двигателей постоянного тока в любом случае является переменный ток, и этот переменный ток должен быть преобразован в постоянный в какой-то точке системы, имеет смысл интегрировать управление прямо в точку выпрямления:

Схемы управляемого выпрямителя работают по принципу изменения длительности «пусковых» импульсов относительно импульсов формы волны переменного тока.Чем раньше цикл переменного тока запускается каждым тиристором, тем дольше он будет работать, чтобы пропускать ток к двигателю. Схема «управления фазой» управляет всей этой синхронизацией и генерацией импульсов.

Привод двигателя постоянного тока, который просто меняет мощность двигателя в соответствии с управляющим сигналом, был бы грубым и трудным для применения для управления большинством процессов. В идеале от привода с регулируемой скоростью требуется точное управление скоростью двигателя. По этой причине большинство преобразователей частоты рассчитаны на получение обратной связи от тахометра, механически соединенного с валом двигателя, поэтому преобразователь частоты «знает», с какой скоростью вращается двигатель.Тахометр обычно представляет собой небольшой генератор постоянного тока, вырабатывающий напряжение постоянного тока, прямо пропорциональное скорости его вала (от 0 до 10 вольт — обычная шкала). Обладая этой информацией, преобразователь частоты может дросселировать подачу электроэнергии на двигатель по мере необходимости для достижения любой скорости, задаваемой управляющим сигналом. Встроенная в привод петля обратной связи управления скоростью делает преобразователь частоты «ведомым контроллером» в системе каскадного управления, при этом привод получает сигнал заданного значения скорости от любого контроллера процесса, который отправляет ему выходной сигнал:

.

Фотография тахогенераторов (двойных, для резервирования), механически соединенных с этим большим паромным двигателем мощностью 1250 лошадиных сил, появляется здесь:

Здесь можно увидеть тиристоры, переключающие питание на этот двигатель, подключенные через витую пару к платам управления, выдающим «запускающие» импульсы на каждый тиристор в соответствующие моменты времени:

Целостность сигнала обратной связи тахогенератора с преобразователем частоты чрезвычайно важна по соображениям безопасности.Если тахогенератор отключается — механически или электрически (не важно) — от привода, привод «думает», что двигатель не вращается. В качестве регулятора скорости привод передает полную мощность двигателю постоянного тока, пытаясь разогнать его до нужной скорости. Таким образом, потеря обратной связи тахогенератора приводит к тому, что двигатель сразу же «разбегается» до полных оборотов. Это в лучшем случае нежелательно и, вероятно, опасно в случае двигателей такой мощности, как тот, что приводит в движение этот корабль.

Как и во всех формах управления электроэнергией, основанных на длительности импульсов и рабочих циклах, схемы ЧРП создают много электрического «шума». Импульсные сигналы с прямоугольным фронтом, создаваемые быстрым включением и выключением полупроводниковых силовых устройств, эквивалентны бесконечным сериям высокочастотных синусоидальных волн, некоторые из которых могут иметь достаточно высокую частоту для самораспространения в пространстве в виде электромагнитных волн. . Эти радиочастотные помехи или РЧ-помехи могут быть довольно серьезными, учитывая высокие уровни мощности цепей привода промышленных двигателей.По этой причине крайне важно, чтобы ни проводники питания двигателя, ни проводники, подающие переменный ток в цепь привода, не прокладывались рядом с проводкой слабого сигнала или проводкой управления, потому что наведенный шум нанесет ущерб любым системам, использующим эти сигналы низкого уровня. .

Помехи радиопомех на силовых проводах переменного тока можно уменьшить, направив мощность переменного тока через цепи фильтра нижних частот, называемые сетевыми реакторами, расположенными рядом с приводом. Эти линейные дроссели, состоящие из катушек индуктивности с сердечником из черных металлов, соединенных последовательно с приводом, блокируют обратное распространение высокочастотного шума на остальную часть проводки распределения питания переменного тока, где он может повлиять на другое электронное оборудование.Тем не менее, мало что можно сделать с помехами РЧ-помех между приводом и двигателем, кроме как экранировать проводники внутри хорошо заземленного металлического кабелепровода и/или использовать силовые кабели с заземленным экраном.

RAE DC Products Group — A Bluffton Motor Works Company


Модель SC представляет собой экономичный контроллер двигателя с входным напряжением 115 В переменного тока и выходным сигналом 0–90 В постоянного тока, где требуется хорошая производительность при очень низкой стоимости. SC рассчитан на непрерывный выходной ток 5 А и работает в одном направлении.Встроенные потенциометры обеспечивают основное управление скоростью, а потенциометры меньшего размера доступны для установки пределов управления минимальной/максимальной скоростью. Фиксированное ограничение по току 200 % и защита от переходных процессов дополняют этот небольшой прочный корпус. Отличный выбор для применения OEM с открытым корпусом для управления скоростью двигателей постоянного тока с постоянными магнитами.

Узнать больше >


Модель IPC Automation D130 220 В переменного тока на входе, 0–180 В постоянного тока на выходе с регулируемой скоростью Привод двигателя SCR обеспечивает четырехквадрантное полуволновое управление двигателями постоянного тока в различных приложениях.Недорогая конструкция может быть использована в танцполе, проволочной раздаче, натяжении полотна или в других экономичных приложениях с приводом от двигателя.

Сочетая традиционное качество IPC в прочном корпусе, D130 предлагает плавное регулируемое ускорение, регулируемое ограничение прямого и обратного тока, регулируемое положение потенциометра и многие другие функции для специализированной или групповой работы. Быстрое реверсирование обеспечивает быстрый отклик и экономию энергии. Простое подключение.

Узнать больше >


Модель IPC Automation D130 110 В переменного тока на входе, 0–90 В постоянного тока на выходе с регулируемой скоростью Привод двигателя SCR обеспечивает четырехквадрантное полуволновое управление двигателями постоянного тока в различных приложениях.Недорогая конструкция может быть использована в танцполе, проволочной раздаче, натяжении полотна или в других экономичных приложениях с приводом от двигателя. Объединяя традиционное качество IPC в прочном корпусе, D130 предлагает плавное регулируемое ускорение, регулируемое ограничение прямого и обратного тока, регулируемое положение потенциометра и многие другие функции для специализированной или групповой работы. Быстрое реверсирование обеспечивает быстрый отклик и экономию энергии. Простое подключение.

Узнать больше >


Модель IPC Automation D130 220 В переменного тока на входе, 0–180 В постоянного тока Выходная мощность 2 л.с. Привод двигателя SCR с регулируемой скоростью обеспечивает четырехквадрантное полуволновое управление двигателями постоянного тока в различных приложениях.Недорогая конструкция может быть использована в танцполе, проволочной раздаче, натяжении полотна или в других экономичных приложениях с приводом от двигателя. Объединяя традиционное качество IPC в прочном корпусе, D130 предлагает плавное регулируемое ускорение, регулируемое ограничение прямого и обратного тока, регулируемое положение потенциометра и многие другие функции для специализированной или групповой работы. Быстрое реверсирование обеспечивает быстрый отклик и экономию энергии. Простое подключение.

Узнать больше >


IPC D160 представляет собой трехфазный регулятор мощности SCR, который обеспечивает управление фазовым углом с переменным напряжением для различных приложений.Полностью изолированное полностью цифровое возбуждение невосприимчиво к искажениям сети переменного тока, радиочастотам и шумам. Эти защищенные контроллеры имеют множество стандартных функций, таких как плавный пуск, вход управления напряжением или током, выход переменного или постоянного тока, работа в открытом или замкнутом контуре и различные варианты обратной связи по переменному или постоянному току. Токовый вход 4-20 мА с регулировкой смещения и смещения. Регулируемый предел тока. Непрерывный выходной ток 30 А. (Более высокие токи или другие напряжения по запросу) Также доступен в виде пакета, предназначенного только для триггера (используется силовая часть, поставляемая заказчиком).

Узнать больше >


Недорогой однофазный SCR-контроллер мощности IPC D1000 предлагает управление фазовым углом с переменным напряжением для различных приложений. Полностью цифровая стрельба невосприимчива к искажениям сети переменного тока, РЧ и шуму. Эти защищенные контроллеры имеют множество стандартных функций, таких как плавный пуск, вход управления напряжением или током, выход переменного или постоянного тока, работа в открытом или замкнутом контуре и различные варианты обратной связи по переменному или постоянному току. Токовый вход 4-20 мА с регулировкой смещения и смещения.Регулируемый предел тока. Непрерывный номинал 30 ампер постоянного тока. (Более высокие токи или другие напряжения по запросу) Небольшая занимаемая площадь экономит ценное пространство. Простое подключение.

Узнать больше >


IPC Automation RHV PWM 115 В переменного тока Вход, ШИМ-выход с регулируемой скоростью Привод постоянного тока обеспечивает эффективное управление двигателями с постоянными магнитами и мотор-редукторами, используемыми во многих типах приложений и устройств для работы двигателя в одном направлении. Сочетая традиционное качество IPC в компактном прочном корпусе, RHV предлагает плавное и линейное ускорение, регулируемую максимальную скорость, автоматическое ограничение тока и бесшумную работу в очень компактном корпусе.

Использует внешний потенциометр для управления скоростью двигателя. В упрощенном подключении используются обычные экономичные быстроразъемные разъемы 0,250 дюйма. Использование ШИМ-контроллера позволяет увеличить мощность двигателя до 78% по сравнению с аналогичными конструкциями контроллеров на основе SCR.

Узнать больше >


Контроллеры IPC RLVS 1215 и RLVS 2415 предназначены для простого и очень эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами на 12 и 24 В и мотор-редукторами, работающими в одном направлении.Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя. Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (с широтно-импульсной модуляцией).

Узнать больше >


Контроллеры IPC RLVS 2415 специально разработаны для обеспечения простого и эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами и мотор-редукторами с батарейным питанием, работающими в одном направлении. Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя.Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (широтно-импульсная модуляция).

Узнать больше >


Контроллеры IPC RLVS1215F/R специально разработаны для обеспечения простого и эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами и мотор-редукторами с батарейным питанием, работающими в двух направлениях. Интеллектуальный реверс фиксирует сигнал скорости до нуля при изменении направления. Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя.Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (широтно-импульсная модуляция). 15А выход 20А пик. (Большие токи по запросу). Может быть инкапсулирован эпоксидной смолой для суровых условий.

Узнать больше >


Контроллеры IPC RLVS2415F/R специально разработаны для обеспечения простого и эффективного управления двигателями постоянного тока с постоянными магнитами и мотор-редукторами с батарейным питанием, работающими в двух направлениях. Интеллектуальный реверс фиксирует сигнал скорости до нуля при изменении направления.Эти контроллеры обеспечивают плавное, бесшумное и экономичное управление скоростью двигателя. Конструкция высокоскоростного выхода FET PWM (широтно-импульсная модуляция). 15А выход 20А пик. (Большие токи по запросу). Может быть инкапсулирован эпоксидной смолой для суровых условий.

Узнать больше >

Учебное пособие по контроллеру скорости двигателя — инженерное мышление

Изучите основы регулятора скорости электродвигателя. В этой статье мы узнаем, как спроектировать простой ШИМ-регулятор скорости для двигателя постоянного тока, изучая, как протекает ток в цепи и что делает каждый компонент.Вы даже можете построить схему самостоятельно!

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

Это простой контроллер скорости с широтно-импульсной модуляцией для двигателя постоянного тока, в котором используется один из них, таймер 555, и мы собираемся показать вам, как работает схема, как спроектировать ее и даже превратить ее в профессионально выглядящую печатную модель. печатная плата. Вы даже можете скачать копию нашей печатной платы и собрать свой собственный ЗДЕСЬ.

Проектирование схемы

Сердцем нашей системы является таймер 555.Это компонент интегральной схемы, а это означает, что внутри него находится несколько более мелких компонентов, объединенных в один корпус, что значительно облегчает нашу работу как дизайнеров. Мы увидим, как работает этот компонент, когда будем строить схему.

Теперь мы собираемся использовать Altium Designer для этого проекта, который любезно спонсировал эту статью. Все наши зрители могут получить бесплатную пробную версию программы ЗДЕСЬ.

Мы начинаем новый проект и создаем нашу схему, а также файл платы.Затем нам нужно начать добавлять наши компоненты, мы можем использовать встроенный инструмент, но мы собираемся использовать надстройку, которая, по нашему мнению, немного упростит задачу. Находим компонент на сайте поставщиков, мы используем mouser, но вы можете использовать кого хотите.

Мы нашли таймер 555, поэтому мы берем номер детали, вставляем его в загрузчик библиотеки и нажимаем «Поиск», он находит компонент, поэтому мы нажимаем «Добавить в дизайн».

Таймер 555 может выдерживать максимальную нагрузку около 200 миллиампер. Мы собираемся управлять одним из этих двигателей постоянного тока от источника питания 12 вольт, и мы видим, что при 12 вольтах он потребляет ток около 1.4 ампера, и это без нагрузки, что уже больше, чем может выдержать таймер 555. Поэтому нам нужно будет использовать полевой МОП-транзистор, который представляет собой тип электронного переключателя.

Кстати, мы подробно рассмотрели, как работают двигатели постоянного тока, в нашей предыдущей статье ЗДЕСЬ .

Мы собираемся использовать полевой МОП-транзистор IRFZ24N, потому что он может работать как с напряжением, так и с током, а также имеет низкое сопротивление сток-исток в открытом состоянии. Итак, мы находим этот компонент и добавляем его в схему. Двигатель будет подключен к выводу стока MOSFET, а вывод истока соединится с землей.

МОП-транзистор обычно блокирует ток, поэтому двигатель не вращается. Однако, если мы подадим небольшое напряжение на вывод затвора, это позволит протекать некоторому току. Чем выше приложенное напряжение, тем больший ток может протекать, и поэтому двигатель вращается быстрее.

Таймер 555 подает напряжение на контакт затвора MOSFET с контакта 3. Для изменения напряжения и управления скоростью двигателя он посылает его в виде импульсов. Каждый импульс длится определенный период времени, в течение которого будет сегмент, когда сигнал включен, поэтому подается напряжение, и сегмент, когда сигнал выключен, поэтому напряжение не подается.Таким образом, МОП-транзистор будет испытывать среднее напряжение для каждого периода времени. Чем шире импульс включения, тем выше будет среднее напряжение. Это широтно-импульсная модуляция, расчеты для которой вы можете увидеть далее в статье.

Ток на вывод затвора очень мал, но мы поместим резистор 1 кОм между выводом затвора MOSFET и выводом 3 таймера 555, это защитит компонент, ограничив ток, если MOSFET выйдет из строя, и позволит току вытекать из ворот.

Заряд электронов будет накапливаться на контакте затвора MOSFET, и нам нужно разрядить его, чтобы выключить его, поэтому мы помещаем еще один резистор на 1 кОм и подключаем его к земле, которая обеспечивает путь разряда.

Я хочу подключить двигатель и источник питания снаружи от печатной платы, поэтому теперь я добавлю клемму для входа и еще одну для подключения двигателя. Я также хочу, чтобы встроенный переключатель включал и выключал контроллер, поэтому я нашел подходящий переключатель и добавил его.Теперь мы подключим входную клемму к земле, а затем подключим источник питания к переключателю. Затем мы подключаем выход переключателя к клемме двигателя. Затем подключите клемму двигателя к сливному штырьку MOSFET.

Электродвигатель состоит из витков провода, поэтому мы можем считать его катушкой индуктивности. Когда катушки индуктивности включены, они накапливают энергию в своем магнитном поле, когда мощность отключается, это магнитное поле разрушается, и катушка индуктивности выталкивает электроны через цепь. Это вызывает очень большой и внезапный всплеск энергии, который может повредить нашу цепь.Поэтому мы добавляем обратноходовой диод, который обеспечивает путь для безопасной циркуляции и уменьшения энергии. Для этого мы используем диод 1N4007, который выдерживает большой пиковый ток. Итак, мы добавляем это в схему.

Мы подробно рассмотрели катушки индуктивности, диоды и транзисторы в наших предыдущих статьях ЗДЕСЬ — Катушки индуктивности, диоды, транзисторы.

Теперь мы можем подключить контакт 8 таймера 555, который является источником питания компонентов, и мы подключаем его к плюсу. Затем подключаем контакт 1 к земле.

Внутри таймера у нас есть три резистора по 5 кОм между контактами 1 и 8, напряжение уменьшается на одну треть (1/3) после каждого резистора.Поскольку у нас есть 12 вольт на контакте 8, напряжение уменьшится до 8 вольт после первого резистора, а затем до 4 вольт после второго резистора. Таймер 555 использует их в качестве эталона.

К резисторам подключены два компаратора. Компаратор имеет положительный и отрицательный вход, а также один выход. Первый компаратор подключен к резисторам через отрицательный вход. Положительный вход подключен к контакту 6, пороговому контакту. Компаратор 2 подключен к резисторам через положительный вход.Его отрицательный вход подключен к контакту 2, триггерному контакту.

Теперь компараторы подключены к двум разным напряжениям, поэтому он может их сравнивать. Если положительное входное напряжение выше отрицательного, он выдает высокий сигнал или положительное напряжение. Если отрицательное входное напряжение равно или выше положительного входного напряжения, на выходе будет низкий сигнал или нулевое напряжение.

Мы соединим контакты 2 и 6 вместе, чтобы напряжение было одинаковым. Выход компараторов подключается к другому внутреннему компоненту, называемому триггером.Первый компаратор подключается к входу «сброс», второй компаратор подключается к входу «установка». Существует также вывод с именем «не Q». Когда триггер получает высокий уровень сигнала от компаратора 1, он выдает высокий уровень сигнала. Когда триггер получает высокий сигнал от компаратора 2, он выдает низкий сигнал. Если оба компаратора обеспечивают низкий уровень сигнала, триггер остается неизменным и продолжает работу. Затем он проходит через другой компонент, называемый инвертором, который просто инвертирует полученный сигнал.

Если это кажется запутанным, не волнуйтесь, это станет понятным через мгновение, когда мы пройдемся по цепи.

Если мы подадим небольшое напряжение, скажем, 3,9 В на контакты 2 и 6, компаратор 1 выдаст низкий уровень сигнала, а компаратор 2 выдаст высокий сигнал. Это устанавливает временной интервал для начала. Триггер выдает низкий сигнал. Инвертор выдает высокий уровень сигнала.

Как повышаем напряжение, например до 6 вольт. Компаратор 1 и 2 будут выдавать сигнал низкого уровня, триггер остается неизменным, отсчет времени продолжается.Но при напряжении 8 вольт компаратор 1 выдает высокий сигнал, а компаратор 2 выдает низкий сигнал. Выход триггера теперь меняется на противоположный, и на выходе высокий уровень. Это сбрасывает время.

Выход триггера остается неизменным до тех пор, пока напряжение не упадет примерно до 4 вольт, где компаратор 1 выдает низкий сигнал, а компаратор 2 выдает высокий сигнал, это снова запускает таймер.

Итак, мы видим, что по мере увеличения и уменьшения напряжения на контактах 2 и 6 изменяется выход таймера 555.Итак, чтобы контролировать напряжение и, следовательно, временной интервал, мы подключаем контакты 2 и 6 к конденсатору.

Когда мы подключаем конденсатор к источнику питания, он мгновенно достигает напряжения батареи. Но если мы подключим его через резистор, резистор замедлит время зарядки. Чем больше резистор, тем больше времени требуется, чтобы зарядить напряжение.

Итак, чтобы зарядить наш конденсатор, мы будем использовать фиксированный резистор на 1 кОм и потенциометр на 100 кОм. Потенциометр представляет собой переменный резистор, поэтому мы можем изменять время зарядки конденсатора.Нам также потребуется разрядить конденсатор, чтобы перезапустить таймер. Итак, мы добавим два диода, чтобы создать отдельный путь заряда и разряда. Ток в этой части цепи очень мал, так как резисторы находятся в килоомном диапазоне. Мы будем использовать два диода 1N4148, которые имеют прямой ток около 300 миллиампер, что подойдет для этого приложения.

Конденсатор будет керамическим конденсатором емкостью 10 нанофарад, через мгновение мы поймем, почему. Итак, мы добавляем эти компоненты в схему, затем подключаем диоды к постоянному резистору, а диоды к контактам 1 и 3 потенциометра.Затем мы подключаем конденсатор к земле, а также к контактам 2 и 6 таймера 555, а также к контакту 2 потенциометра.

Контакт 7 — это контакт разрядки, который подключен к нашему времязадающему конденсатору. Внутри таймера 555 выход триггера соединяется с выводом затвора внутреннего транзистора. Это контролирует поток тока от конденсатора к земле. Когда на выходе триггера низкий уровень, транзистор закрыт, поэтому конденсатор заряжается, и напряжение начинает увеличиваться. Когда напряжение увеличивается настолько, что на выходе триггера появляется высокий уровень, открывается транзистор, который разряжает конденсатор, и, таким образом, напряжение уменьшается.Когда оно достигает 4 Вольт, конденсатор снова начинает заряжаться, когда он достигает 8 Вольт, он разряжается.

Вы можете узнать, как работают конденсаторы в нашей предыдущей статье ЗДЕСЬ

У нас также есть контакт 5, который является управляющим напряжением. Мы можем использовать это, чтобы переопределить компаратор 1. Нам это не нужно для этой схемы, поэтому мы подключаем его к земле через керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Заземление этого вывода предотвращает случайное переопределение, а конденсатор отфильтровывает любой шум или частоту.

У нас также есть контакт 4, контакт сброса, который мы соединим с плюсом схемы. Мы могли бы использовать это, чтобы переопределить и сбросить триггер, отключив питание. Нам это не нужно для этой схемы, поэтому она подключена к плюсу.

Итак, при зарядке ток течет через резистор, диод и левую часть потенциометра к конденсатору. На выходе триггера низкий уровень, поэтому разрядный транзистор закрыт. Контакт 3 выводит высокий сигнал.

Как только конденсатор заряжается до 8 В, на выходе триггера появляется высокий уровень, который включает транзистор, и конденсатор разряжается через правую часть потенциометра и диода.Контакт 3 выводит сигнал низкого уровня.

Транзистор остается открытым, поэтому конденсатор разряжается до тех пор, пока не достигнет 4 В, после чего триггер снова меняет направление, отключая транзистор, что снова запускает отсчет времени. Этот цикл повторяется непрерывно. Конденсатор заряжается и разряжается, создавая пилообразную волну, а таймер 555 выдает прямоугольную волну с широтно-импульсной модуляцией.

Мы можем рассчитать производительность следующим образом.

Конденсатор заряжается через резистор R1 и левую часть потенциометра.Таким образом, время зарядки рассчитывается по этой формуле. Если предположить, что потенциометр был на 50%. Тогда мы получим 0,35 миллисекунды.

Конденсатор разряжается через правую часть потенциометра, поэтому время разрядки рассчитывается по этой формуле. Это дает нам 0,34 миллисекунды.

Каждый цикл представляет собой объединенное время включения и выключения, поэтому 0,35 плюс 0,34 дает нам 0,69 миллисекунды.

Частота равна 1, деленной на время цикла, что дает нам 1428 Герц

Рабочий цикл рассчитывается таким образом, поэтому выход включен примерно 50% времени.

Мы используем конденсатор емкостью 10 нанофарад, потому что он обеспечивает очень высокую частоту, а двигатель постоянного тока лучше всего работает на высокой частоте. Если бы мы использовали очень большой конденсатор, например, 100 микрофарад, частота падала бы до 0,14 Герца, и каждый цикл выполнялся бы за 7 секунд. Таким образом, вы можете использовать конденсаторы других размеров, но учтите, как это повлияет на скорость двигателя.

Итак, теперь я создам простой прототип на макетной плате, чтобы проверить, все ли работает. Вроде нормально, скорость можно регулировать, так что будем доделывать дизайн печатной платы.

Добавляем аннотации. Затем мы импортируем компоненты в файл проекта печатной платы и тратим некоторое время на перестановку компонентов на плате. Когда все будет готово, мы обрисовываем доску и преобразуем ее в «защиту». Затем определите форму платы. Мы добавляем текст на клеммы, чтобы знать полярность цепи, когда будем ее использовать. Затем мы будем использовать функцию автоматического маршрута, чтобы соединить все. Как только он будет завершен, мы увеличим ширину маршрутов, которые будут нести более высокое напряжение и ток.Увеличение до 1 мм должно быть в порядке. Вероятно, нам нужно будет переместить некоторые маршруты в лучшее место, так что проверьте свой дизайн. После того, как мы удовлетворены, мы создаем наш полигон. И, наконец, мы можем экспортировать наши файлы gerber.

Производство печатной платы

Итак, мы готовы к печати нашей печатной платы.

Мы собираемся использовать JLC PCB для печати нашей печатной платы, которая также любезно спонсировала это видео. Они предлагают исключительную ценность с 5 печатными платами всего за 2 доллара.Обязательно посмотрите их, я оставлю для вас ссылку в описании видео.

Не забудьте, что вы можете скачать мои файлы дизайна, снова ссылки в описании видео для этого.

Итак, мы просто авторизуемся и загрузим наш gerber-файл. Через несколько секунд он генерирует предварительный просмотр схемы на экране. Затем мы можем настроить дизайн с помощью различных цветов и материалов и т. д. Но я оставлю их по умолчанию и сохраню в корзину. Затем мы идем к кассе, заполняем наши почтовые данные, а затем выбираем вариант почтовых расходов.Я лично хочу, чтобы это было очень быстро, поэтому я выбираю экспресс-почту, которая дороже, вы можете выбрать более медленные методы, чтобы сэкономить на расходах. Затем отправляем заказ и оплачиваем.

Через несколько дней наша плата приходит по почте. Доски выглядят отлично, я очень доволен результатом.

Итак, начинаем припаивать компоненты к плате. Я начинаю с центра и продвигаюсь вперед. Я использую держатель для таймера 555, который предотвратит повреждение компонента от перегрева и позволит нам легко заменить компонент в случае неисправности.С такими сложными компонентами, как этот, мы можем использовать ленту, чтобы держать их на месте, пока мы их припаиваем.

Таким образом, мы припаиваем все компоненты на свои места, используя ленту везде, где это необходимо. И через несколько минут у нас должна получиться идеально выглядящая печатная плата.

Теперь для теста подключаем стендовый блок питания и двигатель к плате. Затем включите питание. Я включаю плату, чтобы подать на нее питание, а затем, когда я настраиваю потенциометр, вал двигателя начинает вращаться. Скорость вращения может быть увеличена или уменьшена очень легко.Итак, у нас есть очень простой контроллер скорости двигателя постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией.

Посмотрите один из видеороликов на экране, чтобы продолжить изучение электроники, и я встречусь с вами на следующем уроке. Не забудьте подписаться на нас в Facebook, Instagram, LinkedIn, а также на Engineering mindset.com


Управление скоростью двигателя постоянного тока

Методы управления скоростью двигателя постоянного тока – управление напряжением, реостатным сопротивлением и потоком последовательных и параллельных двигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока используется для преобразования электрической энергии постоянного тока (DC) в механическую энергию на основе сил, создаваемых магнитным полем (полями).Выход двигателя представляет собой механическую мощность с точки зрения вращения (скорости) вала.

Согласно приложениям, нам нужно изменить скорость двигателя. Итак, преднамеренное изменение скорости известно как управление скоростью двигателя.

Термин «управление скоростью» отличается от «регулирования скорости». Регулирование скорости означает, что скорость вращения вала поддерживается постоянной при изменении нагрузки.

Уравнение ЭДС двигателя постоянного тока

уравнение ЭДС двигателя постоянного тока приведено ниже:

Eb = PΦNZ / 60A

Где;

  • P = Количество полюсов
  • Ф = поток на полюс
  • N = скорость двигателя (об/мин)
  • Z = количество проводников
  • A = Количество параллельных путей

После проектирования двигателя количество полюсов (P), количество проводников (Z) и количество параллельных путей (A) изменить нельзя.Таким образом, это фиксированные количества.

Eb ∝ ΦN

Eb = kΦN

Где k = константа пропорциональности

Для двигателя постоянного тока ЭДС также определяется как;

Е б = В – И а Р а

Где;

  • В = Напряжение питания
  • I a = ток якоря
  • R a = сопротивление якоря

Теперь сравните оба уравнения;

кΦN = В – I а R а

k = N = V – I a R a / kΦ

Из приведенного выше уравнения скорость двигателя зависит от напряжения питания (В), магнитного потока (Φ) и сопротивления якоря (R a ).

Таким образом, скорость двигателя постоянного тока можно варьировать, изменять и контролировать путем изменения;

  • Напряжение на клеммах «V» (также известный как «Прикладной метод контроля напряжения» ).
  • Внешнее сопротивление с сопротивлением якоря R и (AKA Метод реостатного контроля ).
  • Поток на полюс Φ (он же Метод управления потоком ).

Здесь напряжение на клеммах и сопротивление якоря связаны с цепью якоря, а поток на полюс связан с цепью возбуждения.

Итак, методы управления скоростью двигателя постоянного тока классифицируются как;

  • Метод управления якорем
  • Полевой метод управления

Теперь мы обсудим, как реализовать эти методы для последовательных, параллельных и составных двигателей постоянного тока.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Регулирование скорости двигателя постоянного тока осуществляется методами управления якорем и полем.

Метод контроля сопротивления якоря для двигателей постоянного тока

В этом методе переменный резистор или реостат соединены последовательно с резистором якоря.Принципиальная схема этого метода показана на рисунке ниже.

Рис-1

В последовательном двигателе обмотка якоря соединена последовательно с обмоткой возбуждения. Следовательно, ток якоря и ток возбуждения одинаковы.

При изменении сопротивления якоря меняются ток и напряжение якоря. Если значение внешнего сопротивления увеличивается, напряжение на якоре и ток с обмотки якоря уменьшаются. И скорость уменьшится.

По этому методу скорость двигателя уменьшается только от уровня скорости, когда внешнее сопротивление не подключено. Скорость двигателя не может увеличиться с этого уровня.

Здесь внешнее сопротивление включено последовательно с якорем. Следовательно, полный ток нагрузки будет протекать через внешний резистор. Таким образом, он предназначен для непрерывной передачи полного тока нагрузки.

Характеристика скорость-ток показана на рисунке ниже.

Рис-2

Метод управления напряжением якоря для двигателей постоянного тока

В этом методе скорость регулируется изменением напряжения якоря (напряжения питания).В этом методе требуется отдельный источник переменного напряжения.

Скорость двигателя пропорциональна напряжению питания. Так, если напряжение увеличивается, скорость двигателя будет увеличиваться и наоборот.

Обычно этот метод не используется. Потому что стоимость переменного блока питания очень высока. Следовательно, этот метод редко используется для контроля скорости.

Метод управления полем для двигателя постоянного тока

Ток возбуждения пропорционален потоку.В этом методе скорость регулируется путем управления током возбуждения. Есть два способа управления током возбуждения;

  • Управление полевым переключателем
  • Постукивание в файле управления
Управление отклоняющим устройством

В этом методе последовательная обмотка возбуждения подключается параллельно дивертеру. Дивертер представляет собой не что иное, как переменный резистор. Часть тока возбуждения будет проходить через дивертер.

Из уравнения скорости двигателя поток обратно пропорционален скорости двигателя.Таким образом, если поток уменьшается, скорость увеличивается.

Чем меньше значение сопротивления дивертора, тем меньше ток возбуждения и меньше поток, создаваемый внутри двигателя. Следовательно, скорость двигателя увеличивается.

В этом методе скорость может быть увеличена по сравнению с нормальной скоростью. Принципиальная схема этого метода показана на рисунке ниже.

Рис-3

Управление полем с резьбой

Есть постукивание по обмотке возбуждения для выбора количества витков в обмотке.Выбирая отвод, можно управлять током возбуждения.

При большем числе витков ток возбуждения больше, а скорость меньше. При меньшем числе витков ток поля меньше, а скорость больше.

Таким образом, в этом методе скорость можно регулировать, выбирая соответствующие ответвления, предусмотренные на обмотке с подачей.

Этот метод используется в электротяге для регулирования скорости привода. Принципиальная схема этого метода показана на рисунке ниже.

Рис-4

Регулятор скорости параллельного двигателя постоянного тока

Методы управления скоростью для двигателя постоянного тока Шунтового двигателя аналогичны последовательному двигателю постоянного тока. Методы управления якорем и полем также применимы к шунтирующему двигателю постоянного тока.

Метод контроля сопротивления якоря параллельного двигателя постоянного тока

В этом методе к цепи якоря добавляется внешнее сопротивление. Обмотка возбуждения напрямую связана с источником питания. Следовательно, ток возбуждения останется прежним.А также, поток останется прежним, если внешнее сопротивление будет меняться.

Из уравнения скорости ток якоря пропорционален скорости двигателя. Если значение внешнего сопротивления увеличивается, ток якоря уменьшается. Следовательно, скорость снижается.

Этот метод используется для контроля скорости ниже ее нормального значения. Скорость не может увеличиться больше, чем нормальная скорость. Схема подключения этого метода показана на рисунке ниже.

Рис-5

Характеристика скорость-ток показана на рисунке ниже.

Рис-6

Метод полевого управления для параллельного двигателя постоянного тока

В шунтирующем двигателе постоянного тока переменный резистор включен последовательно с шунтирующей обмоткой возбуждения. С помощью этого переменного резистора можно изменять ток возбуждения. Этот переменный резистор также известен как регулятор поля.

Схема подключения этого метода показана на рисунке ниже.

Рис-7

Из приведенной выше принципиальной схемы уравнение тока шунтирующего поля:

При увеличении значения сопротивления ток возбуждения уменьшается и, следовательно, уменьшается поток.Из уравнения скорости поток обратно пропорционален скорости. Таким образом, скорость увеличивается по мере уменьшения потока.

Таким образом, этот метод применим для контроля скорости выше нормальной скорости. В этом методе скорость не может быть ниже нормальной скорости. Скоростно-токовая характеристика этого метода показана на рисунке ниже.

Рис-8

Метод управления напряжением якоря для параллельного двигателя постоянного тока

В этом методе обмотка возбуждения питается от постоянного источника.А вот обмотка якоря питается от отдельного переменного источника постоянного тока.

Этот метод также известен как метод Уорда-Леонарда . Схема подключения этого метода показана на рисунке ниже.

Рис-9

На приведенной выше диаграмме мы контролируем скорость двигателя M1. Этот мотор питался от генератора Г.

.

Шунтирующая обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока. Генератор G приводится в движение двигателем М2. Двигатель M2 представляет собой двигатель с постоянной скоростью и питается от источника постоянного тока.

Двигатель M1 начинает вращаться, когда на двигатель подается выходное напряжение генератора G. Скорость двигателя можно контролировать, контролируя выходное напряжение генератора G.

Регулятор поля подключается через генератор к линии питания постоянного тока для управления возбуждением поля.

Путем управления напряжением возбуждения генератора регулируется выходное напряжение генератора. И это напряжение будет управлять скоростью двигателя М1.

Переключатель RS является обратным переключателем.Этот переключатель используется для переключения терминала возбуждения поля. Из-за этого ток возбуждения станет обратным, и он будет генерировать противоположное напряжение.

Таким образом, это противоположное напряжение будет изменять скорость двигателя M1. Следовательно, с помощью этого метода двигатель может работать в обоих направлениях. И скорость можно контролировать с обеих сторон направления вращения.

Преимущества и недостатки метода Уорда Леонарда

Преимущества метода Уорда Леонарда

Преимущества этого метода приведены ниже;

  • Скорость двигателя можно регулировать в широком диапазоне.
  • Работа двигателя очень плавная.
  • Регулировка скорости двигателя в порядке.
  • Двигатель может работать с равномерным ускорением.
  • Обладает собственной отключающей способностью.
  • Легко изменить направление вращения и скорость можно контролировать в обоих направлениях.

Недостатки метода Уорда Леонарда

Недостатки этого метода перечислены ниже;

  • Требуются две дополнительные машины (двигатель-генератор) с такой же мощностью основного двигателя.Таким образом, общая стоимость этого устройства очень высока.
  • Производит больше шума.
  • Требуется частое обслуживание.
  • Для установки этого устройства требуется больше места.
  • Общий КПД низкий, если двигатель работает с малой нагрузкой в ​​течение длительного периода времени.
Применение метода Уорда Леонарда

Этот метод используется, когда двигатель должен управляться в широком диапазоне скоростей. Применение двигателя очень чувствительно к скорости, в этом случае этот метод очень полезен.

Этот метод используется в таких приложениях, как; краны, экскаватор, элеватор, шахтные подъемники, бумагоделательная машина, сталепрокатные станы и т. д.

Похожие сообщения:

Основы ШИМ-управления скоростью щеточного двигателя постоянного тока | Сообщество RobotShop

История

Коллекторный двигатель постоянного тока

является наиболее широко используемым двигателем из-за его простоты. Его применение варьируется от игрушек, небольших электроприборов до машин промышленной автоматизации и робототехники.В большинстве приложений мы не хотим, чтобы двигатель работал на фиксированной скорости, и управление переменной скоростью имеет важное значение. Управление скоростью двигателя довольно простое, поскольку скорость коллекторного двигателя постоянного тока пропорциональна приложенному напряжению. Что нам нужно сделать, так это просто изменить напряжение источника питания.

Но подождите, это звучит проще, чем есть на самом деле. Что делать, если я хочу запитать двигатель от источника постоянного напряжения, такого как батарея?

Может быть, попробовать периодически включать и выключать мотор, нажимая на такой переключатель?

Нет, двигатель работает слишком рывками.Давайте попробуем нажать на переключатель быстрее.

Да, мы довольно близко, но еще не все.

Как насчет того, чтобы нажимать на переключатель 20 000 раз в секунду? К сожалению, я не могу показать вам видео, так как мой палец недостаточно быстр.

Однако мы можем заменить механический переключатель электронным переключателем, таким как BJT или MOSFET. Этот электронный переключатель может переключаться микроконтроллером (например, Arduino, Raspberry Pi и т. д.) от сотен до тысяч раз в секунду.

Чтобы управлять скоростью двигателя, нам просто нужно варьировать соотношение времени включения и выключения (рабочий цикл).Этот метод называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

 

Когда двигатель переключается на высокой частоте, он ведет себя так, как будто питается от чистого постоянного напряжения из-за механической инерции и индуктивности катушки. Инерция двигателя предотвращает быстрое изменение скорости двигателя, в то время как свойство индуктора не позволяет току изменяться мгновенно.

 

Итак, какая оптимальная частота для ШИМ-сигнала? Жестких правил для этого нет.Я бы рекомендовал использовать где-то между 16 кГц и 20 кГц, так как это находится за пределами слышимости человека, поэтому шум переключения не слышен. И тем не менее, это достаточно мало для MOSFET.

Кстати, выходная частота ШИМ Arduino по умолчанию составляет около 490 Гц. Это далеко не идеально, но все же можно использовать.

Обобщает влияние различных частот ШИМ:
  • Низкая частота ШИМ:
  • Двигатель дергается
  • Более низкий КПД двигателя
  • Шумно, если в пределах слышимости человека
  • Меньшие потери переключения MOSFET
  • Более дешевые компоненты
Более высокая частота ШИМ:
  • Двигатель плавный
  • Повышенный КПД двигателя
  • Тихий (>16 кГц)
  • Более высокие потери переключения MOSFET
  • Стоимость компонентов выше

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.