Metódy riadenia rýchlosti jednosmerného motora

Regulácia rýchlosti je jednou z najdôležitejších výkonnostných charakteristík a DC motor a to je kľúčový dôvod, prečo jednosmerné motory zostávajú široko používané v aplikáciách, ktoré vyžadujú presný, nastaviteľný a citlivý pohyb. Na rozdiel od striedavých motorov, ktorých rýchlosť je úzko spätá s frekvenciou napájacieho zdroja, rýchlosť jednosmerného motora sa dá plynulo a ekonomicky nastaviť niekoľkými osvedčenými metódami. Pochopenie týchto metód umožňuje inžinierom a produktovým dizajnérom vybrať najvhodnejší prístup pre danú aplikáciu, pričom vyvažujú faktory, ako sú náklady, účinnosť, požiadavky na krútiaci moment a zložitosť riadenia.

Rýchlosť jednosmerného motora sa riadi vzťahom medzi napätím kotvy, spätnou elektromotorickou silou, odporom kotvy a magnetickým tokom vytváraným poľom. Manipuláciou s ktorýmkoľvek z týchto faktorov je možné zvýšiť alebo znížiť rýchlosť otáčania motora. V praxi sa to dosahuje predovšetkým tromi spôsobmi elektrického ovládania, zatiaľ čo štvrtý, čisto mechanický prístup s použitím reduktora prevodovky – ktorý je teraz hlavnou a kritickou metódou pri navrhovaní riešenia motora – poskytuje reguláciu rýchlosti bez akýchkoľvek úprav elektrického systému motora.

Ovládanie napätia kotvy

Regulácia napätia kotvy je najbežnejšou a najrozšírenejšou metódou nastavenia rýchlosti jednosmerného motora. Pretože rýchlosť motora je približne úmerná napätiu aplikovanému na vinutie kotvy, zvýšenie napájacieho napätia spôsobí, že sa motor bude otáčať rýchlejšie, zatiaľ čo jeho zníženie spomaľuje. Tento vzťah robí ovládanie napätia kotvy intuitívnym a vysoko efektívnym prostriedkom na dosiahnutie plynulého a nepretržitého nastavenia rýchlosti.

V moderných aplikáciách je napätie kotvy typicky regulované pomocou modulácie šírky impulzov (PWM), kde sa priemerné napätie dodávané do motora mení rýchlym zapínaním a vypínaním napájania pri riadenom pracovnom cykle. Tento prístup ponúka vynikajúcu účinnosť, rýchlu odozvu a široký rozsah nastavenia rýchlosti, pričom generuje relatívne málo tepla v porovnaní s odporovými metódami. Regulácia napätia kotvy je obzvlášť vhodná pre aplikácie pod menovitými otáčkami motora, kde udržuje relatívne konštantný krútiaci moment v celom rozsahu nastaviteľných otáčok, čo z neho robí preferovanú voľbu pre presné pohony, automatizované zariadenia a zariadenia napájané z batérie.

Kontrola toku poľa

Pre jednosmerné kartáčované motory je spätná elektromotorická sila určená magnetickým tokom a rýchlosťou otáčania. Napätie kotvy je súčet spätnej elektromotorickej sily a poklesu napätia na vinutiach kotvy. Pretože pokles napätia vinutia je pri bežnej prevádzke veľmi malý, napätie kotvy je zhruba ekvivalentné spätnej elektromotorickej sile.

Keď sú napätie kotvy a záťažový moment konštantné, otáčky motora sú nepriamo úmerné magnetickému toku. Zníženie magnetického toku zníži spätnú elektromotorickú silu, zvýši rozdiel napätia v obvode kotvy a zvýši prúd kotvy. Vyšší prúd kompenzuje stratu krútiaceho momentu v dôsledku oslabeného magnetického toku a udržuje stabilný výstupný krútiaci moment. Nakoniec motor beží rýchlejšie s menším magnetickým tokom a pomalšie s väčším magnetickým tokom.

Pre jednosmerné motory s budiacim vinutím je možné magnetický tok upraviť zmenou budiaceho prúdu. Variabilný odpor zapojený do série v silovom obvode budiacej cievky umožňuje reguláciu: zníženie odporu zvýši prúd poľa, zosilní magnetické pole a zvýši magnetický tok.

Jednosmerné motory s permanentným magnetom nie sú vybavené budiacimi vinutiami a ich magnetické pole je napájané permanentnými magnetmi. Na zvýšenie magnetického toku je možné použiť magnety s vyšším magnetickým výkonom. Okrem toho je magnetický prídržný krúžok komponentom s vysokou magnetickou permeabilitou. Zabraňuje rozptýlenému magnetickému toku z magnetov a optimalizuje vnútorný magnetický obvod. Inštalácia magnetického prídržného krúžku znižuje magnetické straty a zvyšuje efektívny magnetický tok pre elektromechanickú premenu energie.

Kontrola odporu kotvy

Regulácia odporu kotvy dosahuje zníženie rýchlosti vložením variabilného odporu do série s obvodom kotvy. So zvyšujúcim sa odporom sa zvyšuje úbytok napätia na rezistore, čím zostáva k dispozícii menšie napätie na pohon motora a výsledkom je nižšia rýchlosť. Naopak, zníženie odporu umožňuje, aby sa ku kotve dostalo väčšie napätie, čím sa zvýši rýchlosť až na menovitú hodnotu motora.

Aj keď je táto metóda jednoduchá, lacná a ľahko implementovateľná, má značné nevýhody. Významná časť vstupnej energie sa rozptýli ako teplo v rezistore, čo vedie k nižšej celkovej účinnosti, najmä pri znížených rýchlostiach. Okrem toho táto metóda umožňuje iba zníženie otáčok pod menovité otáčky a poskytuje relatívne hrubé riadenie v porovnaní s elektronickými metódami. Výsledkom je, že riadenie odporu kotvy je vo všeobecnosti obmedzené na aplikácie s nižším výkonom, základné riadiace systémy alebo situácie, kde postačuje príležitostné, nekritické nastavenie rýchlosti a riešenia elektronického pohonu nie sú odôvodnené cenou.

Pridanie redukcie prevodovky

Okrem vyššie opísaných spôsobov elektrického ovládania je možné výstupnú rýchlosť nastaviť aj mechanicky pripojením jednosmerného motora k reduktoru prevodovky. Prevodovka znižuje rýchlosť otáčania dodávanú hriadeľom motora a zároveň proporcionálne zvyšuje dostupný krútiaci moment na výstupnom hriadeli podľa prevodového pomeru zvoleného pre danú aplikáciu.

Tento prístup je obzvlášť cenný, keď aplikácia vyžaduje pevnú, predvídateľnú výstupnú rýchlosť, ktorá je výrazne nižšia ako prirodzený prevádzkový rozsah motora, alebo keď je potrebný vysoký krútiaci moment pri nízkych otáčkach bez kladenia nadmerných elektrických požiadaviek na samotný motor. Pretože motor môže pokračovať v prevádzke v blízkosti svojho optimálneho rozsahu otáčok a účinnosti, zatiaľ čo prevodovka zvláda zníženie otáčok, táto kombinácia často poskytuje lepšiu celkovú účinnosť a odolnosť, než spoliehanie sa len na elektrické metódy na dosiahnutie veľmi nízkych výstupných otáčok. Reduktory prevodovky sú široko používané v spojení s brúsenými jednosmernými motormi v robotike, priemyselnej automatizácii, domácich spotrebičoch a aplikáciách elektrického náradia a možno ich kombinovať s akoukoľvek z vyššie uvedených metód elektrického riadenia otáčok na ďalšie jemné doladenie konečnej výstupnej rýchlosti.

Záver

Regulácia otáčok jednosmerných motorov je rozhodujúca pre optimalizáciu výkonu systému, zvýšenie energetickej účinnosti a dosiahnutie navrhnutých funkcií. Pri výbere vhodného riešenia je nevyhnutné plne zohľadniť skutočné požiadavky aplikácie, ciele energetickej účinnosti a rozpočty nákladov. Motory Hongyang Motor s kartáčovaným jednosmerným prúdom majú flexibilný dizajn a sú kompatibilné s rôznymi riešeniami riadenia rýchlosti, aby uspokojili rôzne potreby zákazníkov. Ponúkame komplexné konfigurácie produktov a profesionálnu technickú podporu, ktorá pomôže zariadeniu dosiahnuť najlepší prevádzkový stav.