Электропривод ру регулятор оборотов двигателя. Регулятор оборотов коллекторного двигателя: принцип работы, характеристики, применение

alexxlabРазное
Как работает регулятор оборотов коллекторного двигателя. Какие преимущества дает использование регулятора BMD-40DIN. Для каких целей применяются регуляторы оборотов двигателей.

Содержание

Принцип работы стабилизатора частоты вращения коллекторного двигателя

Стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя представляет собой регулятор с положительной обратной связью по току. Его работа основана на том, что информацию о частоте вращения двигателя можно извлечь из потребляемого им тока.

Ток коллекторного двигателя содержит переменную составляющую, первая гармоника которой имеет частоту, равную частоте вращения двигателя, умноженную на число пластин коллектора. Для типичных двигателей с тремя пластинами коллектора эта частота равна утроенной частоте вращения.

Основные элементы схемы стабилизатора

  • Датчик тока R1 в цепи питания двигателя
  • Фильтр нижних частот R2C1 для выделения основной гармоники
  • Усилитель на операционном усилителе U1A
  • Дифференцирующая цепочка C3R6R7R8
  • Компаратор на операционном усилителе U1B
  • Интегрирующие цепочки R11R12C5 и R13C6
  • Пропорционально-интегрирующий регулятор на U1C
  • Выходной каскад на комплементарном эмиттерном повторителе VT1VT2

Принцип формирования сигнала обратной связи

  1. На датчике тока R1 формируется сигнал с переменной составляющей около 100 мВ peak-to-peak
  2. Фильтр R2C1 выделяет основную гармонику
  3. Усилитель U1A формирует прямоугольный сигнал с частотой, равной утроенной частоте вращения двигателя
  4. Дифференцирующая цепочка формирует короткие импульсы
  5. Компаратор U1B преобразует их в прямоугольные импульсы постоянной длительности
  6. Интегрирующие цепочки выделяют постоянное напряжение, пропорциональное частоте вращения

Особенности регулятора оборотов BMD-40DIN

Регулятор оборотов коллекторного двигателя BMD-40DIN обладает рядом важных характеристик, делающих его эффективным решением для управления двигателями постоянного тока:


  • Напряжение питания: 12-24В постоянного тока
  • Максимальный ток: 20А
  • Защита от короткого замыкания: срабатывает при 30А
  • Настраиваемая защита двигателя от перегрузки: 0.1-20А
  • Время срабатывания защиты: 5 секунд
  • Возможность управления двигателями мощностью до 480 Вт
  • Регулирование скорости аналоговым сигналом или встроенным потенциометром
  • Функция плавного разгона и торможения двигателя
  • Компактный корпус для монтажа на DIN-рейку

Режимы работы регулятора BMD-40DIN

Регулятор BMD-40DIN поддерживает несколько режимов управления скоростью вращения двигателя:

1. Регулирование встроенным потенциометром

В этом режиме скорость регулируется с помощью встроенного потенциометра «SPEED». Крайнее положение по часовой стрелке соответствует максимальной скорости, против часовой — минимальной.

2. Регулирование внешним потенциометром

При использовании внешнего потенциометра максимальная скорость достигается при подаче 5В на вход «SPEED», минимальная — при 0В. Рекомендуемое сопротивление потенциометра: 2.2-4.7 кОм.


3. Управление аналоговым сигналом 0-5В

В этом режиме скорость вращения пропорциональна уровню напряжения на входе «SPEED». 5В соответствует максимальной скорости, 0В — минимальной.

Применение регуляторов оборотов коллекторных двигателей

Регуляторы оборотов коллекторных двигателей находят широкое применение в различных областях техники и промышленности:

  • Автоматизированные производственные линии
  • Робототехнические системы
  • Конвейерные системы
  • Вентиляционное оборудование
  • Насосные станции
  • Мехатронные системы
  • Лабораторное оборудование
  • Медицинская техника

Использование регуляторов позволяет точно контролировать скорость вращения двигателей, что критически важно во многих технологических процессах.

Преимущества использования регуляторов оборотов

Применение регуляторов оборотов коллекторных двигателей дает ряд существенных преимуществ:

  • Точное управление скоростью вращения
  • Плавный пуск и остановка двигателя
  • Защита двигателя от перегрузок
  • Повышение энергоэффективности системы
  • Увеличение срока службы двигателя
  • Снижение механических нагрузок на приводимые механизмы
  • Возможность автоматизации процессов

Особенности настройки и эксплуатации регуляторов оборотов

При настройке и эксплуатации регуляторов оборотов коллекторных двигателей важно учитывать следующие аспекты:


Устойчивость системы автоматического регулирования

Устойчивость системы зависит не только от электрических параметров, но и от механических характеристик приводимого механизма. В некоторых случаях может потребоваться подбор АЧХ регулятора с помощью дополнительных элементов (например, R16C7 в схеме) или ограничение коэффициента усиления.

Критерии настройки

Основные критерии правильной настройки регулятора:

  • Плавное достижение номинального напряжения питания двигателя при включении
  • Отсутствие колебательных процессов при изменении нагрузки на валу
  • Стабильность работы в установившемся режиме

Мониторинг работы системы

Для оптимальной настройки и контроля работы регулятора рекомендуется использовать осциллограф для мониторинга напряжения питания двигателя в различных режимах работы.

Интеграция регуляторов оборотов в системы автоматизации

Современные регуляторы оборотов, такие как BMD-40DIN, легко интегрируются в системы автоматизации благодаря следующим особенностям:

  • Возможность управления по интерфейсу CAN
  • Поддержка протоколов промышленных сетей (Modbus, Profibus и др.)
  • Наличие аналоговых и цифровых входов/выходов
  • Возможность программирования логики работы
  • Поддержка удаленного мониторинга и управления

Это позволяет использовать регуляторы оборотов в составе сложных автоматизированных комплексов, обеспечивая точное управление двигателями в рамках общей системы управления технологическим процессом.


Перспективы развития технологий регулирования оборотов двигателей

Развитие технологий регулирования оборотов двигателей идет в нескольких направлениях:

  • Повышение энергоэффективности регуляторов
  • Увеличение точности регулирования
  • Расширение функциональных возможностей
  • Интеграция с системами искусственного интеллекта
  • Развитие беспроводных технологий управления
  • Миниатюризация устройств

Эти тенденции способствуют созданию все более совершенных систем управления двигателями, открывая новые возможности для автоматизации и оптимизации различных технологических процессов.


Стабилизатор частоты вращения коллекторных двигателей

Cтабилизатор частоты вращения — регулятор с положительной обратной связью по току. Информацию о частоте вращения коллекторного двигателя можно извлечь из потребляемого им тока. Этот ток содержит переменную составляющую, первая гармоника которой имеет частоту, равную частоте вращения двигателя, умноженную на число пластин коллектора. Двигатели, которые чаще всего применяются в магнитофонах, имеют три пластины коллектора. Поэтому эта частота равна утроенной частоте вращения двигателя. Именно на этом принципе и построен описываемый регулятор.

Принципиальная схема стабилизатора частоты вращения

Для получения сигнала обратной связи в цепь питания двигателя включен датчик тока R1. Ток, потребляемый двигателем, создает на этом резисторе падение, которое имеет переменную составляющую около 100 мВ peak-to-peak (график 1).

Основная гармоника выделяется с помощью простейшего ФНЧ R2C1 и через разделительный конденсатор C2 поступает на вход усилителя, собранного на ОУ U1A. Коэффициент усиления задан резисторами R4R5 так, чтобы усилитель работал в режиме ограничения. На его выходе формируетя практически прямоугольный сигнал с частотой, равной утроенной частоте вращения двигателя (график 2). Этот сигнал дифференцируется с помощью цепочки C3R6R7R8 (график 3). Отрицательный выброс ограничивается диодом VD1. Далее сигнал поступает на компаратор, в роли которого использован ОУ U1B. Опорное напряжение задается с помощью делителя R9R10. На выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы постоянной длительности (график 4). Постоянная составляющая такой импульсной последовательности пропорциональна частоте следования импульсов, т.е. частоте вращения двигателя.
Импульсная последовательность интегрируется с помощью цепочек R11R12C5 и R13C6. Постоянное напряжение, пропорциональное частоте вращения, поступает на пропорционально-интегрирующий регулятор, собранный на ОУ U1C. Для получения образцового напряжения применен регулируемый стабилитрон U2. Нужную частоту вращения устанавливают регулировкой этого напряжения с помощью переменного резистора R19. Выход ОУ U1C умощнен комплементарным эмиттерным повторителем на транзисторах VT1VT2. Казалось бы, направление тока питания двигателя всегда одно и то же и достаточно было бы одиночного эмитерного повторителя, который обеспечивал бы вытекающий ток. Но на самом деле с двухтактным эмиттерным повторителем гораздо лучше поведение системы во время переходных процессов (при пуске двигателя или при резких колебаниях нагрузки на валу).

Форма сигналов в контрольных точках

Нужно отдельно остановиться на проблеме устойчивости системы автоматического регулирования. В данной ситуации дело усложняется тем, что на устойчивость влияют и механические параметры системы, которые количественно учесть очень трудно. Поэтому в некоторых случаях придется подобрать АЧХ регулятора с помощью элементов R16C7 или даже ограничить коэффициент усиления, включив параллельно этой цепочке резистор. Подбор нужно вести по критерию устойчивости регулятора как в установившемся режиме, так и во время переходных процессов. Для этого нужно с помощью осциллографа контролировать напряжение питания двигателя. При включении оно должно плавно достичь номинального значения, причем без колебательного процесса. Если при работающем я такждвигателе изменить нагрузку на валу, напряжение питание должно принять новое значение без колебательного процесса.

Полную версию этой статьи можно найти в журнале «Схемотехника», №4 за 2001 год. Автор — Л.Ридико

Блоки управления коллекторными двигателями BMD-20DIN с регулируемым ограничением тока.

Заказать

Описание в PDF

Технические характеристики

Напряжение питания, стабилизированнное, В12…24
Максимальный ток фазы, А20
Аппаратная защита от короткого замыкания, А30
Защита двигателя от перегрузки (настраиваемая), А0,1 – 20
Время срабатывания защиты двигателя от перегрузки, с5

Скачать паспорт .pdfОписание .pdf

BMD—20DIN — это драйверы коллекторных двигателей постоянного тока, предназначенные для управления скоростью и направлением вращения двигателей мощностью до 480 Вт. Регулирование скорости производится аналоговым сигналом или встроенным потенциометром. Разгон и торможение двигателя задаются встроенными регуляторами.

Драйверы BMD 20DIN имеют функцию регулирования максимального тока, обеспечивающую защиту двигателя от перегрузки.
Компактный корпус драйвера предназначен для крепления на стандартную DIN рейку.

Габаритные размеры блоков управления коллекторным двигателем постоянного тока BMD‑20DIN

Крепление блока BMD-20DIN осуществляется на DIN-рейку ТН-35-7,5 ГОСТ Р МЭК 60715-2003

Схема подключения блоков управления коллекторным двигателем постоянного тока BMD‑20DIN

При больших токах рекомендуется располагать источник питания в непосредственной близости от блока и использовать обе линии как питающих, так и фазных клемм.

Режимы работы блока управления BMD‑20DIN

Регулирование скорости встроенным потенциометром «SPEED»

При управлении скоростью коллекторного двигателя с использованием встроенного потенциометром «SPEED» дополнительных подключений не требуется. Крайнее положение регулятора оборотов по часовой стрелке соответствует максимальной скорости вращения коллекторного двигателя. Крайнее положение регулятора против часовой стрелки соответствует минимальной скорости.

Регулирование скорости внешним потенциометром

В случае регулирования оборотов двигателя с использованием внешнего потенциометра, максимальная скорость соответствует крайнему положению регулятора, при котором на вход «SPEED» поступает напряжение 5 В. Минимальная скорость вращения соответствует положению потенциометра, при котором на вход «SPEED» подаётся напряжение 0 В. Рекомендуемое сопротивление внешнего потенциометра: 2,2…4,7 кОм.

Регулирование скорости аналоговым сигналом — напряжение 0…5 В

В случае управления коллекторным двигателем с использованием внешнего аналогового сигнала 0…5В, В случае управления коллекторным двигателем с использованием внешнего аналогового сигнала 0…5В, скорость вращения пропорциональна уровню напряжения на входе «SPEED». Максимальная скорость двигателя соответствует уровню сигнала 5 В, минимальная скорость — 0 В.

Тестирование контроллера BMD-20DIN с двигателем установленным на динамометрическом стенде.

С этим товаром покупают

Связаться с нами

Хотите узнать дополнительную информацию о продукции — задайте вопрос. Наш специалист свяжется с вами в ближайшее время.

Комплект Drive-by-Wire, решение для автономного транспортного средства

A Полное решение

Решение Drive-by-Wire

тормоз, дроссельная заслонка, рулевое управление и переключение передач, чтобы можно было тестировать приложения для автономных транспортных средств.

Качество

Все комплекты разрабатываются и собираются в США для обеспечения тщательного контроля качества. Кроме того, каждый модуль изготовлен из проверенного промышленного оборудования.

Надежность

Элементы управления автомобиля OEM хорошо понятны, что позволяет легко интегрировать комплект в шины CAN автомобиля и другие электрические интерфейсы.

Безопасность

Все функции безопасности производственного уровня остаются нетронутыми и полностью функционирующими.

Эффективность

Наши готовые к работе комплекты можно установить в течение дня, что позволит вашим инженерам быстро приступить к работе над алгоритмом, датчиком или исследованием данных.

Что включено

Тормозной и дроссельный модуль Модуль рулевого управления и переключения передач Модуль USB CAN и разветвитель Распределение мощности