Схема включения двигателя постоянного тока: Страница не найдена — Онлайн-журнал «Толковый электрик»

Содержание

Электродвигатель постоянного тока: схема подключения, принцип работы

Автор Светозар Тюменский На чтение 3 мин. Просмотров 12.2k. Опубликовано Обновлено

Электродвигатели постоянного тока действуют на основе использования принципа магнитной индукции и применяются на производстве в тех случаях, когда необходимо обеспечить регулировку скорости вращения в различных диапазонах, но с высокой точностью. На сегодняшний день существует множество вариантов исполнения электродвигателей постоянного тока. В зависимости от необходимой мощности их работа может обеспечиваться как за счет постоянных магнитов, так и за счет электромагнитов.

Схема подключения электродвигателя постоянного тока

Если попробовать отобразить устройство электродвигателя постоянного тока схематически, то у нас получится изображение с двумя цилиндрами, помещенными один в другой. Больший из цилиндров является полым и неподвижным и называется статор или же станина. Внутри станины помещается якорь – меньший из цилиндров, являющийся подвижным. При этом между цилиндрами внутри, в обязательном порядке, должно быть воздушное пространство и они не должны вплотную соприкасаться. Это необходимо, поскольку именно в воздушном зазоре формируется магнитное поле.

Устройство электродвигателя постоянного тока

Любой электродвигатель состоит из двух основных частей станины (статора) и якоря. На внутренней поверхности статора располагаются полюсы, которые изготавливаются из тонких листов электротехнической стали, изолируются друг от друга при помощи лака и заканчиваются расширениями – наконечниками. Эти наконечники предназначены для равномерного распределения магнитной индукции в воздушном зазоре. Уже непосредственно на самих полюсах располагаются несколько обмоток возбуждения. При этом некоторые из обмоток изготавливаются с большим количеством витков тонкого провода, в то время как конструкция других предполагает малое число витков толстого провода.

Якорь представляет собой зубчатый цилиндр, который устанавливается на валу внутри статора и состоит из пакетов тонких листов электротехнической стали изолированных друг от друга. Стоит отметить, что между каждым отдельным пакетом находятся специальные каналы, предназначенные для вентиляции. В то же время отдельные пазы якоря соединяются между собой проводниками, выполненными из меди. Также необходимым условием при изготовлении якоря является наличие двухслойной обмотки.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

В основе принципа работы любого современного электродвигателя постоянного тока лежит принцип магнитной индукции, а также «Правило левой руки». В том случае, если по верхней части обмотки якоря пропустить ток в одном направлении, а по нижней в другом, то он начнет вращаться. Это обусловлено тем, что по правилу левой руки, проводники, которые уложены непосредственно в пазах якоря, будут выталкиваться из магнитного поля, которое создается станиной.

Таким образом, верхняя часть будет выталкиваться влево, а нижняя – вправо, что приведет к вращению самого якоря, поскольку вся энергия от проводников будет передаваться и ему. Однако, в тот момент, когда проводники провернутся и части якоря поменяются местами расположения, его вращение остановится. Чтобы этого не случилось, в электродвигателе применяется коллектор, предназначенный для коммутирования обмотки якоря.

Электродвигатель постоянного тока 12 Вольт

На сегодняшний день этот тип электродвигателей является одним из самых популярных. Это обусловлено тем, что именно двигатели с таким напряжением устанавливаются на большинство автомобилей и не только на них, но и на множество другой техники, которая применяется для решения самых разнообразных задач.

Электродвигатель постоянного тока П -11 С1 У4 работа


Двигатель постоянного тока (часть 1)


Электродвигатели постоянного тока


Схема включения и статические характеристики двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением

Особенностью двигателей постоянного тока является то, что ток якоря (ток нагрузки) одновременно является и током возбуждения. Известно, что магнитный поток зависит от тока возбуждения по нелинейному закону.

Схема включения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Зависимость магнитного потока от тока возбуждения в двигателе постоянного тока с последовательным возбуждением.

Чтобы определить зависимость между скоростью вращения и током якоря аппроксимируем нелинейную зависимость в линейную.

Фδ = a·Iв = a·Iа

a = tg α

Подставим формулу электромеханической характеристики в уравнение.

ω = [U / (CM·a·Iа)] – [Rа / (CM·a)]

M = CM·a·Iа2

Iа = √[M / (CM·a)]

ω = [U / √(CM·a·M)] – [Rа / (CM·a)]

Прежде чем построить электромеханическую и механическую характеристики этого двигателя, проведем анализ формул электромеханической и механической характеристик. При токе якоря, стремящемся к нулю и моменту двигателя, стремящемся к нулю, угловая скорость ω стремится к бесконечности. Отсюда ось скорости будет являться асимптотой и электромеханической и механической характеристик двигателя.

Рассмотрим второй случай: Ток якоря Iа стремится к бесконечности, момент стремится к бесконечности, следовательно:

ω = -[Rа / (CM·a)] = ωа

Линия ωа будет представлять собой вторую асимптоту и электромеханической и механической характеристик.

Электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Ток короткого замыкания и момент короткого замыкания превышают номинальные значения примерно в 10 раз, поэтому работа в этой точке приведет к разрушению двигателя.

Особенностью характеристик двигателя с последовательным возбуждением состоит в том, что при токе якоря, близком к нулю, и моменте, близком к нулю, скорость двигателя стремиться к бесконечности, начинается разнос двигателя. А так как характеристики не пересекают ось скорости, у двигателя постоянного тока отсутствует точка холостого хода.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения можно применять только для тех электроприводов, у которых отсутствует режим холостого хода, то есть их нельзя приводить в действие при отсутствии нагрузки на валу.

Если рассмотреть энергетические режимы работы электродвигателей, то у двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением отсутствует режим рекуперативного возбуждения, то есть режим работы генератора параллельно с сетью. Это связано с тем, что ЭДС двигателя меньше напряжения сети, из чего следует, что характеристика не может перейти во второй квадрант.

Как видно из характеристики, режим короткого замыкания возможен теоретически, но недопустим практически, так как ток короткого замыкания и момент короткого замыкания настолько велики, что приводят к разрушению электрической машины.

32. Основные схемы включения дпт. Независимое возбуждение

Обмотка возбуждения подключается к независимому источнику. Характеристики двигателя получаются такие же, как у двигателя с постоянными магнитами. Скорость вращения регулируется сопротивлением в цепи якоря. Регулируют ее и реостатом (регулировочным сопротивлением) в цепи обмотки возбуждения, но при чрезмерном уменьшении его величины или при обрыве ток якоря возрастает до опасных значений. Двигатели с независимым возбуждением нельзя запускать на холостом ходу или с малой нагрузкой на валу. Скорость вращения резко увеличится, и двигатель будет поврежден.

Схема независимого возбуждения

Остальные схемы называют схемами с самовозбуждением.

Параллельное возбуждение

Обмотки ротора и возбуждения подключаются параллельно к одному источнику питания. При таком включении ток через обмотку возбуждения в несколько раз меньше, чем через ротор. Характеристики электродвигателей получаются жесткими, позволяющие использовать их для привода станков, вентиляторов.

Регулировка скорости вращения обеспечивается включением реостатов в цепь ротора или последовательно с обмоткой возбуждения.

Схема параллельного возбуждения

Последовательное возбуждение

Обмотка возбуждения включается последовательно с якорной, по ним течет один и тот же ток. Скорость такого двигателя зависит от его нагрузки, его нельзя включать на холостом ходу. Но он обладает хорошими пусковыми характеристиками, поэтому схема с последовательным возбуждением применяется на электрифицированном транспорте.

Схема последовательного возбуждения

Смешанное возбуждение

При этой схеме используются две обмотки возбуждения, расположенные попарно на каждом из полюсов электродвигателя. Их можно подключить так, чтобы потоки их либо складывались, либо вычитались. В результате двигатель может иметь характеристики как у схемы последовательного или параллельного возбуждения.

Схема смешанного возбуждения

Для изменения направления вращения изменяют полярность одной из обмоток возбуждения. Для управления пуском электродвигателя и скоростью его вращения применяют ступенчатое переключение сопротивлений

33. Характеристика дпт с независимым возбуждением.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат rрег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат RпХарактерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения

 Iв не зависит от тока якоря Iя так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Рисунок 1

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

где: n0 — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n0 (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря Rа

 =∑R + Rдоб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря Rа = ∑R, когда Rдоб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными (график 7).

Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением Rдоб), то механиче­ские характеристики называют искусственными.

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления R

доб, называют также реостатными (графики 7, 2 и 3).

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M). При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора Rдоб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора Rдоб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; Iя — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n0 — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n

0 представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную nном на столько, на сколько номинальное напряжение Uном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Ея ном при номинальной нагрузки двигателя.

откуда:

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора rpeг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n0 и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных Rдоб и Rрег

), то меняется n0, a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Схема включения, характеристики и режимы работы двигателя последовательного возбуждения Двигатель последовательного возбуждения рабочие характеристики

Схема двигателя. Схема двигателя последовательного возбуждения изображена на рис. 1.31. Ток, потребляемый двигателем из сети, протекает по якорю и обмотке возбуждения, соединенной с якорем последовательно. Поэтому I = I я = I в.

Также последовательно с якорем включен пусковой реостат R п, который, как и у двигателя параллельного возбуждения, после выпуска выводится.

Уравнение механической характеристики. Уравнение механической характеристики может быть получено из формулы (1.6). При токах нагрузки, меньших (0,8 – 0,9) I ном, можно считать, что магнитная цепь двигателя не насыщена и магнитный поток Ф пропорционален току I: Ф = kI, где k = const. (При больших токах коэффициент k несколько уменьшается). Заменяя в (1.2) Ф, получаем М = С м kI откуда

Подставим Ф в (1.6):

n = (1.11)

График, соответствующий (1.11), представлен на рис. 1.32 (кривая 1). При изменении момента нагрузки частота вращения двигателя резко изменяется – характеристики подобного типа называются «мягкими». При холостом ходе, когда М » 0, частота вращения двигателя безгранично возрастает и двигатель «идет вразнос».


Ток, потребляемый двигателем последовательного возбуждения, при увеличении нагрузки растет в меньшей степени, чем у двигателя параллельного возбуждения. Это объясняется тем, что одновременно с ростом тока растет поток возбуждения и вращающий момент становится равным моменту нагрузки при меньшем токе. Эта особенность двигателя последовательного возбуждения используется там, где есть значительные механические перегрузки двигателя: на электрифицированном транспорте, в подъемно-транспортных механизмах и других устройствах.

Регулирование частоты вращения. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока, как указывалось выше, возможно тремя способами.

Изменение возбуждения можно осуществить включением реостата R р1 параллельно обмотке возбуждения (см. рис. 1.31) или включением реостата R р2 параллельно якорю. При включении реостата R р1 параллельно обмотке возбуждения магнитный поток Ф можно уменьшать от номинального до минимального Ф min . Частота вращения двигателя при этом будет увеличиваться (в формуле (1.11) уменьшается коэффициент k). Механические характеристики, соответствующие этому случаю, показаны на рис. 1.32, кривые 2, 3. При включении реостата параллельно якорю ток в обмотке возбуждения, магнитный поток и коэффициент k увеличиваются, а частота вращения двигателя уменьшается. Механические характеристики для этого случая изображены на рис. 1.32, кривые 4, 5. Однако регулирование вращения реостатом, включенном параллельно якорю, применяется редко, так как потери мощности в реостате и КПД двигателя уменьшается.

Изменение частоты вращения путем изменения сопротивления цепи якоря возможно при включении реостата R р3 последовательно в цепь якоря (рис. 1.31). Реостат R р3 увеличивает сопротивление цепи якоря, что ведет к уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики. (В (1.11) вместо R я надо подставить R я + R р3 .) Механические характеристики при этом способе регулирования представлены на рис. 1.32, кривые 6, 7. Подобное регулирование используется сравнительно редко из-за больших потерь в регулировочном реостате.

Наконец, регулирование частоты вращения изменением напряжения сети, как и в двигателях параллельного возбуждения, возможно только в сторону уменьшения частоты вращения при питании двигателя от отдельного генератора или управляемого выпрямителя. Механическая характеристика при этом способе регулирования изображена на рис. 1.32, кривая 8. При наличии двух двигателей, работающих на общую нагрузку, они с параллельного соединения могут переключаться на последовательное, напряжение U на каждом двигателе при этом уменьшается вдвое, соответственно уменьшается и частота вращения.

Тормозные режимы двигателя последовательного возбуждения. Режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть в двигателе последовательного возбуждения невозможен, так как получить частоту вращения n>n x не представляется возможным (n х = ).

Режим торможения противовключением можно получить, так же как в двигателе параллельного возбуждения, путем переключения выводов обмотки якоря или обмотки возбуждения.

Обмотка возбуждения подключается к независимому источнику. Характеристики двигателя получаются такие же, как у двигателя с постоянными магнитами. Скорость вращения регулируется сопротивлением в цепи якоря. Регулируют ее и реостатом (регулировочным сопротивлением) в цепи обмотки возбуждения, но при чрезмерном уменьшении его величины или при обрыве ток якоря возрастает до опасных значений. Двигатели с независимым возбуждением нельзя запускать на холостом ходу или с малой нагрузкой на валу. Скорость вращения резко увеличится, и двигатель будет поврежден.

Схема независимого возбуждения

Остальные схемы называют схемами с самовозбуждением.

Параллельное возбуждение

Обмотки ротора и возбуждения подключаются параллельно к одному источнику питания. При таком включении ток через обмотку возбуждения в несколько раз меньше, чем через ротор. Характеристики электродвигателей получаются жесткими, позволяющие использовать их для привода станков, вентиляторов.

Регулировка скорости вращения обеспечивается включением реостатов в цепь ротора или последовательно с обмоткой возбуждения.

Схема параллельного возбуждения

Последовательное возбуждение

Обмотка возбуждения включается последовательно с якорной, по ним течет один и тот же ток. Скорость такого двигателя зависит от его нагрузки, его нельзя включать на холостом ходу. Но он обладает хорошими пусковыми характеристиками, поэтому схема с последовательным возбуждением применяется на электрифицированном транспорте.

Схема последовательного возбуждения

Смешанное возбуждение

При этой схеме используются две обмотки возбуждения, расположенные попарно на каждом из полюсов электродвигателя. Их можно подключить так, чтобы потоки их либо складывались, либо вычитались. В результате двигатель может иметь характеристики как у схемы последовательного или параллельного возбуждения.

Схема смешанного возбуждения

Для изменения направления вращения изменяют полярность одной из обмоток возбуждения. Для управления пуском электродвигателя и скоростью его вращения применяют ступенчатое переключение сопротивлений

33. Характеристика дпт с независимым возбуждением.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат r рег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат R п. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения I в не зависит от тока якоря I я так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Рисунок 1

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

где: n 0 — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n 0 (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn , обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря R а =∑R + R доб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря R а = ∑R, когда R доб = 0 , соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn . При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными (график 7).

Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением R доб ), то механиче­ские характеристики называют искусственными .

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления R доб, называют также реостатными (графики 7, 2 и 3).

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M) . При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора R доб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора R доб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; I я — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n 0 — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n 0 представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную n ном на столько, на сколько номинальное напряжение U ном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Е я ном при номинальной нагрузки двигателя.

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф . При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора r peг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n 0 и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных R доб и R рег), то меняется n 0 , a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U , подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения . Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Типы коллекторных электродвигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть и .

Схема коллекторного двигателя с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора. КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

    Преимущества:
  • лучшее соотношение цена/качество
  • высокий момент на низких оборотах
  • быстрый отклик на изменение напряжения
    Недостатки:
  • постоянные магниты со временем, а также под воздействием высоких температур теряют свои магнитные свойства

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

    По схеме подключения обмотки статора коллекторные электродвигатели с обмотками возбуждения разделяют на двигатели:

Схема независимого возбуждения

Схема параллельного возбуждения

Схема последовательного возбуждения

Схема смешанного возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения U ОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы .

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

    Преимущества:
  • практически постоянный момент на низких оборотах
  • хорошие регулировочные свойства
  • отсутствие потерь магнетизма со временем (так как нет постоянных магнитов)
    Недостатки:
  • дороже КДПТ ПМ
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с , двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя .

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (I в = I а), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (I а &lt I ном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф ~ I а), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:

  • где M – , Н∙м,
  • с М – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
  • Ф – основной магнитный поток, Вб,
  • I a – ток якоря, А.

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током I а и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом I а практически не увеличивается. График зависимости M=f(I a) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию .

Важно: Недопустимо включать двигатели последовательного возбуждения в сеть в режиме холостого хода (без нагрузки на валу) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках частота вращения якоря резко возрастает, достигая значений, при которых возможно механическое разрушение двигателя, поэтому в приводах с двигателями последовательного возбуждения недопустимо применять ременную передачу, при обрыве которой двигатель переходит в режим холостого хода. Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения мощностью до 100-200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, так как их мощность механических и магнитных потерь при больших частотах вращения соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль

В рассматриваемых двигателях постоянного тока обмотка возбуждения включается (рис.7.1) последовательно с обмоткой якоря, в результате чего ток возбуждения равен току якоря и создаваемый им поток будет

(7.1)

З
десь а – нелинейный коэффи-циент
; нелинейность этого коэффициента связана с формой кривой намагничивания и размагничивающим действием реак-ции якоря; оба этих фактора проявляются при больших токах
; при малых токах якоря коэффициент а можно считать величиной постоянной; при токах якоря
машина насыщается, и величина потока мало зависит от тока якоря. Соотношение 7.1 определяет свое-образие электромеханических характеристик двигателя постоян-ного тока последовательного возбуждения.

Для изменения направления вращения двигателя последова-тельного возбуждения недостаточ-но изменить полярность напряже-ния, подводимого к двигателю, т.к. при этом изменится одновременно и направление тока в обмотке якоря и полярность потока воз-буждения. Поэтому для реверси-рования двигателя нужно изменить направление тока в одной из частей машины, например в обмотке возбуждения, оставив направление тока в обмотке якоря неизменным, как это показано на схеме рис.7.2.

Подставив (7.1) в (6.2) и (6.3), получим основные соотношения для рассматриваемых двигателей.

(7.2)

(7.3)

Соответственно, выражение для электромеханической и механической характеристик двигателя последовательного возбуждения будут:

; (7.4)

В
первом приближении механическую характерис-тику двигателя постоянно-го тока последовательного возбуждения, если не учитывать насыщение магнит-ной цепи, можно предста-вить в виде гиперболы, не пересекающей ось орди-нат, а асимптотически при-ближающуюся к ней. Если положить (R Я + R в )=0, то характеристика (см. рис. 7.3) не будет пересекать и ось абсцисс. Такая характерис-тика называется «идеаль-ной»; выше нее характеристики быть не могут. Реальная естественная характеристика пересекает ось абсцисс в точке, соответствующей току короткого замыкания (момент М к ). Если учитывать насыщение двигателя, то при моментах меньших 0,8М к характеристика криволинейна и носит гиперболический характер; при больших значениях тока и момента поток вследствие насыщения становится постоянным и характеристика выпрямляется.

Характерной особенностью характеристик двигателя последовательного возбуждения является отсутствие точки идеального холостого хода. При уменьшении нагрузки скорость двигателя существенно возрастает, вследствие чего оставлять двигатель без нагрузки недопустимо.

Важным достоинством двигателей последовательного возбуждения является большая перегрузочная способность на низких скоростях. При перегрузке по току в 2,25-2,5 раза двигатель развивает момент 3,0-3,5 номинального. Это обстоятельство определило широкое использование двигателей последовательного возбуждения для электрических транспортных средств, где наибольшие моменты необходимы при трогании с места. Вторым важным достоинством двигателей последовательного возбуждения является отсутствие источника питания для цепи возбуждения двигателя.

Искусственные механические характеристики могут быть получены тремя способами: включением добавочного сопротивления в цепь якоря, изменением величины питающего напряжения и шунтированием обмотки якоря добавочным сопротивлением.

При введении добавочного сопротивления в цепь якоря жесткость механических характеристик уменьшается и уменьшается значение М к (см.рис.7.4). Этот способ регулирования используется при пуске двигателя, когда ступени сопротивления перемыкаются пусковыми контакторами. На рис.7.4. показаны пусковые характеристики, соответствующие двухступенчатой схеме пуска. Длительная работа на реостатных характеристиках сопряжена со значительными потерями энергии в сопротивлениях.


Наиболее экономичным способом регулирования скорости двигателя последовательного возбуждения является изменение величины подводимого к двигателю напряжения. Механические характеристики, соответствующие этому способу регулирования, показаны на рис.7.5. По мере уменьшения напряжения они смещаются вниз от естественной характеристики. Внешне искусственные характеристики при регулировании изменением напряжения схожи с реостатными характеристиками, однако, есть существенная разница в этих способах регулирования. Реостатное регулирование сопряжено с потерей энергии в добавочных сопротивлениях, а при регулировании изменением напряжения дополнительные потери отсутствуют.

Д
вигатели последо-вательного возбуждения часто получают питание от сети постоянного тока или источника постоянного то-ка с нерегулируемой вели-чиной напряжения. Регули-рование напряжения на за-жимах двигателя в этом случае целесообразно про-изводить способом широт-но-импульсного регулирования, который был рассмотрен в §6.3. Упрощенная схема регулируемого электропривода с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения и широтно-импульсным регулятором напряжения показана на рис.7.6.

Изменение потока возбуждения в рассматриваемых двигателях возможно, если зашунтировать обмотку якоря сопротивлением (см.рис.7.7а). В этом случае ток возбуждения будет равен

,

т.е. содержит постоянную составляющую, не зависящую от нагрузки двигателя. При этом двигатель приобретает свойства двигателя смешанного возбуждения: независимого и последовательного. Благодаря независимому возбуждению механические характеристики приобретают большую жесткость и пересекают ось ординат. Примерные механические характеристики для этого способа регулирования показаны на рис.7.7б. Шунтирование якоря позволяет получить устойчивую пониженную скорость при отсутствии нагрузки на валу двигателя. В данной схеме возможен переход двигателя в режим рекуперативного торможения при скорости
или
. Существенным недостатком рассматриваемого способа регулирования является его неэкономичность, обусловленная большими потерями энергии в шунтирующем сопротивлении.

Д
ля двигателей последовательного возбуждения характерны два режима торможения: противовключением и динамический. В режиме противовключения необходимо включение добавочного сопротивления в цепь яко-ря двигателя. На рис.7.8 показаны механические характеристики для двух вариантов режима противовключения. Характерис-тика 1 получается, если при работе двигателя в на-правлении «вперед» (точ-ка «в») изменить направление тока в обмотке возбуждения и одновре-менно ввести в цепь двигателя добавочное сопро-тивление. При этом дви-гатель переходит в режим противовключения в точке «а» с тормозным моментом М торм , под действием которого будет происходить торможение двигателя.

Второй случай режима противовключения возникает в режиме «протягивающего груза», когда в грузоподъемных механизмах производится спуск груза, а для подтормаживания спускаемого груза двигатель включается в направлении его подъема. При этом благодаря тому, что в цепь двигателя включено большое добавочное сопротивление (которому соответствует характеристика 2), двигатель под действием момента, создаваемого грузом, вращается в обратном направлении и будет работать в точке «б», в которой активный статический момент М груза уравновешивается тормозным моментом двигателя, работающего в режиме противовключения. Режим противовключения сопряжен со значительными потерями энергии в цепи двигателя и добавочного сопротивления.

Режим динамического торможения для двигателей последовательного возбуждения возможен в двух вариантах. В первом – якорь двигателя замыкается на сопротивление, а обмотка возбуждения питается от сети через добавочное сопротивление. Характеристики двигателя в этом режиме подобны характеристикам двигателя независимого возбуждения в режиме динамического торможения.

В

о втором варианте, схема ко-торого показана на рис.7.9, дви-гатель работает как генератор с самовозбуждением. Особенность данной схемы состоит в том, что необходимо при переходе из дви-гательного режима в режим дина-мического торможения сохранить направление тока в обмотке возбуждения во избежание размагничивания машины. При размыкании контактора КМ ток в обмотке возбуждения становится равным нулю, но, так как магнитопровод машины был намагничен, то сохраняется остаточный поток возбуждения, благодаря которому в обмотке якоря вращающегося двигателя наводится э.д.с., под действием которой при замыкании контактов КВ в цепи: обмотка якоря – обмотка возбуждения – сопротивление R протекает ток, и машина самовозбуждается. Этот процесс происходит, если скорость двигателя будет больше граничной скорости
. Механические характеристики в режиме динамического торможения с самовозбуждением показаны на рис.7.10.

Режим рекуперативного торможения в обычной схеме включения двигателя последовательного возбуждения невозможен. Для его осуществления необходимо шунтирование якоря двигателя, либо применение отдельной дополнительной обмотки независимого возбуждения.

В рассматриваемых двигателях обмотка возбуждения выполняется с малым числом витков, но рассчитана на большие токи. Все особенности этих двигателей связаны с тем, что обмотка возбуждения включается (см. рис. 5.2,в) последовательно с обмоткой якоря, в результате чего ток возбуждения равен току якоря и создаваемый поток Ф пропорционален току якоря:

где а =/(/ я) — нелинейный коэффициент (рис. 5.12).

Нелинейность а связана с формой кривой намагничивания двигателя и размагничивающим действием реакции якоря. Эти факторы проявляются при / я > , / ян (/ ян — номинальный ток якоря). При меньших токах а можно считать величиной постоянной, а при / я > 2/ я н двигатель насыщается и поток мало зависит от тока якоря.


Рис. 5.12.

Основные уравнения двигателя последовательного возбуждения в отличие от уравнений двигателей независимого возбуждения нелинейны, что связано, в первую очередь, с произведением переменных:

При изменении тока в якорной цепи изменяется магнитный поток Ф, наводя в массивных частях магнитопровода машины вихревые токи. Влияние вихревых токов может быть учтено в модели двигателя в виде эквивалентного короткозамкнутого контура, описываемого уравнением

а уравнение для цепи якоря имеет вид:

где w B , w B т — число витков обмотки возбуждения и эквивалентное число витков вихревых токов.

В установившемся режиме

Из (5.22) и (5.26) получим выражения для механической и электромеханической характеристик двигателя постоянного тока последовательного возбуждения:

В первом приближении механическую характеристику двигателя последовательного возбуждения, без учета насыщения магнитной цепи, можно представить в виде гиперболы, не пересекающей ось ординат. Если положить Л я ц = /? я + /? в = 0, то характеристика не будет пересекать и ось абсцисс. Такую характеристику называют идеальной. Реальная естественная характеристика двигателя пересекает ось абсцисс и вследствие насыщения магнитопровода при моментах больше М н спрямляется (рис. 5.13).

Рис. 5.13.

Характерной особенностью характеристик двигателя последовательного возбуждения является отсутствие точки идеального холостого хода. При уменьшении нагрузки скорость возрастает, что может привести к неконтролируемому разгону двигателя. Оставлять такой двигатель без нагрузки нельзя.

Важным достоинством двигателей последовательного возбуждения является большая перегрузочная способность на низких скоростях. При перегрузке по току в 2-2,5 раза двигатель развивает момент 3,0…3,5М н. Это обстоятельство определило широкое использование двигателей последовательного возбуждения в качестве привода электрических транспортных средств, для которых максимальные моменты необходимы при трогании с места.

Изменение направления вращения двигателей последовательного возбуждения не может быть достигнуто изменением полярности питания цепи якоря. В двигателях последовательного возбуждения при реверсировании нужно изменять направление тока в одной части якорной цепи: либо в обмотке якоря, либо в обмотке возбуждения (рис. 5.14).

Рис. 5.14.

Искусственные механические характеристики для регулирования скорости и момента могут быть получены тремя способами:

  • введением добавочного сопротивления в цепь якоря двигателя;
  • изменением питающего двигатель напряжения;
  • шунтированием обмотки якоря добавочным сопротивлением. При введении добавочного сопротивления в цепь якоря жесткость механических характеристик уменьшается и уменьшается пусковой момент. Этот способ используют при пуске двигателей последовательного возбуждения, получающих питание от источников с нерегулируемым напряжением (от контактных проводов и др.) В этом случае (рис. 5.15) необходимое значение пускового момента достигается последовательным закорачиванием секций пускового резистора посредством контакторов К1-КЗ.

Рис. 5.15. Реостатные механические характеристики двигателя последовательного возбуждения: /? 1до —R iao -сопротивления ступеней добавочного резистора в цепи якоря

Наиболее экономичным способом регулирования скорости двигателя последовательного возбуждения является изменение питающего напряжения. Механические характеристики двигателя смещаются вниз параллельно естественной характеристике (рис. 5.16). По форме эти характеристики подобны реостатным механическим характеристикам (см. рис. 5.15), однако, существует принципиальная разница — при регулировании изменением напряжения отсутствуют потери в добавочных резисторах и регулирование производится плавно.

Рис. 5.1

Двигатели последовательного возбуждения при использовании в качестве привода мобильных агрегатов во многих случаях получают питание от контактной сети или других источников питания с постоянным значением напряжения, подаваемого на двигатель, в этом случае регулирование производится посредством широтно-импульсного регулятора напряжения (см. § 3.4). Такая схема показана на рис. 5.17.

Рис. 5.17.

Независимое регулирование потока возбуждения двигателя последовательного возбуждения возможно, если зашунтировать обмотку якоря сопротивлением (рис. 5.18,а). В этом случае ток возбуждения в = я + / ш, т.е. содержит постоянную составляющую, не зависящую от нагрузки двигателя. При этом двигатель приобретает свойства двигателя смешанного возбуждения. Механические характеристики (рис. 5.18,6) приобретают большую жесткость и пересекают ось ординат, что позволяет получить устойчивую пониженную скорость при малых нагрузках на валу двигателя. Существенный недостаток схемы — это большие потери энергии в шунтирующем сопротивлении.


Рис. 5.18.

Для двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением характерны два тормозных режима: динамического торможения и противовключения.

Режим динамического торможения возможен в двух случаях. В первом — якорная обмотка замыкается на сопротивление, а обмотка возбуждения питается от сети или другого источника через добавочное сопротивление. Характеристики двигателя в этом случае подобны характеристикам двигателя независимого возбуждения в режиме динамического торможения, (см. рис. 5.9).

Во втором случае, схема которого показана на рис. 5.19, двигатель при отключении контактов КМ и замыкании контактов КВ работает как генератор с самовозбуждением. При переходе из двигательного режима в тормозной необходимо сохранить направление тока в обмотке возбуждения во избежание размагничивания машины, так как при этом машина переходит в режим самовозбуждения. Механические характеристики такого режима представлены на рис. 5.20. Существует граничная скорость со ф, ниже которой самовозбуждение машины не происходит.

Рис.5.19.

Рис. 5.20.

В режиме противовключения в цепь якоря включают добавочное сопротивление. На рис. 5.21 приведены механические характеристики двигателя для двух вариантов противовключения. Характеристика 1 получается, если при работе двигателя в направлении «вперед» В (точка с) изменить направление тока в обмотке возбуждения и ввести в цепь якоря добавочное сопротивление. Двигатель переходит в режим противовключения (точка а) с тормозным моментом М торм.

Рис.5.21.

Если привод работает в режиме спуска груза, когда задача привода подтормаживать механизм подъема при работе в направлении «назад» Н, то двигатель включают в направлении «вперед» В, но с большим добавочным сопротивлением в цепи якоря. Работе привода соответствует точка b на механической характеристике 2. Работа в режиме противовключения сопряжена с большими потерями энергии.

Динамические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения описывает система уравнений, вытекающих из (5.22), (5.23), (5.25) при переходе к операторной форме записи:

В структурной схеме (рис. 5.22) коэффициент а = Д/ я) отражает кривую насыщения машины (см. рис. 5.12). Влиянием вихревых токов пренебрегаем.

Рис. 5.22.

Определить передаточные функции двигателя последовательного возбуждения аналитическим путем достаточно сложно, поэтому анализ переходных процессов производят методом компьютерного моделирования на основе схемы, приведенной на рис. 5.22.

Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения: независимую и последовательную. Вследствие этого их статические и динамические характеристики сочетают характерные свойства двух рассматриваемых ранее видов двигателей постоянного тока. К какому из видов больше принадлежит тот или иной двигатель смешанного возбуждения зависит от соотношения намагничивающих сил, создаваемых каждой из обмоток: в/ п.в = в / п.в я> где в’ п. в — число витков обмотки независимого и последовательного возбуждения.

Исходные уравнения двигателя смешанного возбуждения:

где / в, R B , w b — ток, сопротивление и число витков обмотки независимого возбуждения; L m — взаимная индуктивность обмоток возбуждения.

Уравнения установившегося режима:

Откуда уравнение электромеханической характеристики можно записать в виде:

В большинстве случаев обмотка последовательного возбуждения выполняется на 30…40% МД С, тогда скорость идеального холостого хода превышает номинальную скорость двигателя примерно в 1,5 раза.

11 Схема включения и основные соотношения для двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Модуль 2. Электромеханические и регулировочные свойства двигателей постоянного тока независимого возбуждения

2.1 Схема включения и основные соотношения для двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Вплоть до последнего времени двигатели постоянного тока являлись основой для регулируемого электропривода различных механизмов. Несмотря на интенсивное внедрение регулируемого электропривода переменного тока в последние годы и тенденцию постепенной замены приводов постоянного тока регулируемым приводом переменного тока, регулируемый электропривод постоянного тока находит широкое применение в промышленности. Поэтому следует рассмотреть основные характеристики и режимы работы двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока могут иметь независимое, последовательное и смешанное возбуждение. В зависимости от схемы возбуждения будут различаться и механические характеристики двигателей.

Двигатели независимого возбуждения могут иметь электромагнитное возбуждение  и возбуждение от постоянных магнитов. Последнее применяется для  высоко динамичных двигателей мощностью до 20 кВт.

Схема включения двигателя независимого возбуждения с электромагнитным возбуждением приведена на рис. 2.1

На рисунке приняты следующие обозначения:

 и  — токи якоря и обмотки возбуждения;

U и – напряжение на зажимах двигателя и ЭДС двигателя;

Рекомендуемые файлы

и  – угловая скорость и момент двигателя;

 – дополнительные сопротивления в цепи якоря и обмотки возбуждения.

Rя, Lя – сопротивление и индуктивность обмотки якоря двигателя;

Rв,Lв – сопротивление и индуктивность обмотки возбуждения двигателя.

 – полное сопротивление в якорной цепи   двигателя;

Rдп,Rко – сопротивления обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки.

 – напряжения питания обмотки якоря и обмотки возбуждения.

В схеме могут быть два, либо один источник напряжения. В последнем случае обмотка возбуждения подключена параллельно якорю (при U=220В или 440В). Однако, чаще применяют независимое питание обмотки возбуждения двигателя, особенно в схемах, где применяется регулирование скорости изменением напряжения якоря и тока возбуждения двигателя.

Прежде чем представить математическое описание двигателей постоянного тока, принимаем следующие допущения: в машине не проявляется действие реакции якоря, ток возбуждения однозначно определяет магнитный поток Ф (), т.е. магнитная система машины не насыщена, щетки расположены на геометрической нейтрале, т.е. коммутация идеальная и др.

В этом случае можно представить следующие уравнения для установившегося режима работы двигателя:

,                                      (2.1)

,                                          (2.2)

.                                      (2.3)

где– конструктивный коэффициент двигателя постоянного тока;

 – индуктивности обмотки якоря и обмотки возбуждения;

– полное сопротивление цепи якоря;

– число проводников и пар параллельных ветвей обмотки якоря;

 – число пар полюсов машины постоянного тока.

Момент на валу двигателя отличается от электромагнитного момента из-за наличия механических потерь и потерь в стали. В двигательном режиме момент на валу будет всегда меньше, а в тормозном режиме – больше электромагнитного. Т.к. разность этих моментов составляет примерно 2÷5% от номинального момента, то приблизительно можно считать, что момент на валу двигателя Мв равен электромагнитному моменту Мэм.

Знак вращающего момента зависит от направления тока якоря и магнитного потока. Поэтому для изменения направления вращения (реверсирования) двигателя постоянного тока изменяют направление магнитного потока или тока якоря.

При работе в двигательном режиме в машине происходит преобразование электрической энергии в механическую. Для этого режима имеем:

P1=U·Iя – мощность, потребляемая двигателем из сети;

 – потери, выделяемые двигателем в обмотке якоря;

Pэм=Е·Iя– электромагнитная мощность машины.

Электромагнитная мощность – это та часть потребляемой электрической мощности, которая преобразуется в механическую, поэтому можно принять

Pэм=Е·Iя=(kФ ω)·Iя=М·ω

Последняя, в свою очередь, может быть определена следующим образом

P2=М·ω

При совпадении направлений момента и скорости вращения машина работает в двигательном режиме и преобразует электрическую энергию в механическую. Если же эти направления не совпадают, то машина работает в генераторном режиме и преобразует механическую энергию, поступаемую с вала машины, в электрическую.

КПД двигателя без учёта потерь на возбуждение и механические потери

Бесплатная лекция: «Послеродовой период» также доступна.

                                      (2.5)

где P-потери в машине могут быть найдены

P=·R=U·Iя-E·Iя

Номинальное значение КПД двигателя может быть найдено по его номинальным величинам

                                                       (2.6)

Простая схема реверса двигателя постоянного тока с концевыми переключателями

Что-то не так?


Пожалуйста, отключите Adblock.

Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.

Как добавить наш сайт в исключения AdBlock

При использовании двигателя постоянного тока в различных устройствах иногда возникает необходимость остановки двигателя в любом положении, а также в крайних положениях позиционирования с последующим реверсом.

 

 

Эту задачу решает предлагаемая схема. 

В1 — тумблер со средним положением для реверса двигателя. В зависимости от задачи он может иметь фиксацию в крайних положениях или без неё.

Диоды Д1 и Д2 подбираются по максимальному току двигателя при его нагрузке. 

SA – концевики, установленные в устройстве.

 

Работа схемы

В исходном состоянии питание на двигатель не поступает и он не вращается.

Если тумблер перевести в верхнее по схеме положение двигатель вращается (допустим) влево. В крайнем левом положении SA левый размыкается и диод Д1 не пропускает напряжение питания. Двигатель останавливается.

Если тумблер перевести в нижнее положение —  то происходит переполюсовка напряжения питания.    Двигатель тогда вращается  в правую сторону.    Д1 этому уже не препятствует.

Далее концевик SA левый замыкается.  При достижении крайнего правого положения  SA правый размыкается и диод Д2 не пропускает напряжение питания. Двигатель останавливается.

Переключением положения  тумблера меняется направление вращения двигателя.

Схему можно применить для вращения антенн, КПЕ, вариометров и т.п.

 

Матвийчук Валерий US3UT. 098-553-7459


Комментарии

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение


Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Схема электродвигателя постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока — проблема выбора 
Электродвигатель постоянного тока, как известно, работает на основе использования принципа магнитной индукции. При этом
основное и важнейшее преимущество электродвигателя постоянного тока заключается в возможности плавной регулировки в нем скорости вращения в различных диапазонах с высокой точностью.

Вследствие этого данный тип электродвигателя приобрел широкое распространение на рельсовом и безрельсовом электрифицированном транспорте, в подъемных кранах, на прокатных станах, в устройствах автоматики и т. п. И, хотя сфера распространения электродвигателя постоянного ока выглядит достаточно внушительной, нельзя не заметить, что данный тип электродвигателя применяют только там, где применение другого типа двигателя — переменного тока невозможно или крайне нецелесообразно. Отсюда неудивительно, что в среднем, на каждые 70 двигателей переменного тока сегодня приходится всего лишь 1 электродвигатель постоянного тока.

Этот момент, кстати, так же резко снижает и выбор производителей данного типа электродвигателей на мировом рынке. Тем более, если мы говорим о качественном выборе. И здесь выбор электродвигателей постоянного тока от такого известного европейского производителя как T-T Electric может оказаться порой реально безальтернативным.

Разумеется, лишь в том случае, если Вам нужен именно электродвигатель постоянного тока. Но как понять, что этот именно тот выбор? Как же здесь не ошибиться?

Для этого давайте рассмотрим устройство электродвигателя постоянного тока, проанализируем схему электродвигателя постоянного тока и принципы его работы.

Отличия электродвигателей постоянного и переменного тока

На сегодняшний день фактом является то, что довольно длительное противостояние двух видов тока, развернувшееся в мировой экономике и производстве в конце XIX — начале ХХ веков, привело к практически безоговорочной победе двигателя переменного тока и постепенной капитуляции электродвигателя постоянного тока.

Причины здесь многогранны и связаны как отчасти с относительной дороговизной электродвигателя постоянного тока, необходимостью его постоянного ремонта, так и с факторами прогресса самих «переменников» активно отвоевывающих все новые и новые ниши у электродвигателя постоянного тока. За электродвигатели переменного тока говорит простота их технологичной конструкции, высокие энергетическим показателям, надежность и стабильность работы.

Однако электродвигатели постоянного тока до сих пор также активно совершенствуются, здесь все также разрабатываются новые модели. И они все еще активно используются на производстве и в быту. Для того, чтобы понять, что это так достаточно просто пройтись по каталогу продукции T-T Electric, представленному на нашем сайте.

При этом основное технологическое отличие электродвигателя постоянного тока от двигателя переменного тока заключается наличие у первого коллектора — устройства переключающего обмотки во время вращения, и представляющего собой выведенные на изолированную часть вала начала и концы обмоток ротора двигателя. Тем самым устройство электродвигателя постоянного тока таково, что выводы якоря и выводы обмоток возбуждения здесь выводятся, как правило, на свои клеммы в клеммной коробке двигателя. На якорь поступает полное напряжение питания, в то время как на обмотку возбуждение регулируемый ток, например, от реостата, а в современных приводных системах, с платы обмотки возбуждения. Причем именно благодаря изменению силы этого тока и происходит вращение двигателя. Принцип работы здесь такой — чем больше ток на обмотке якоря, тем выше скорость двигателя.

Правда стоит заметить, что у электродвигателей переменного тока также бывают выводы роторных обмоток, но в отличие от устройства электродвигателя постоянного тока, здесь они представляют из себя три сплошных кольца, на которые через коллекторный аппарат постоянно подаются фазовые напряжения.

Типы электродвигателя постоянного тока
В зависимости от подключения обмотки якоря и обмотки возбуждения двигатели постоянного тока делятся на электродвигатели с независимым возбуждением — обмотка возбуждения питается от своего источника, и с самовозбуждением — параллельное возбуждение, последовательное возбуждение и смешанное.

В промышленности применяются двигатели с независимым возбуждением. В этих двигателях обмотка возбуждения питается от независимого источника напряжения. Обмотки якоря и возбуждения независимы друг от друга.

Схема подключения двигателя с последовательным возбуждением, по сути, является аналогом схемы с независимым возбуждением. Разница в том, что и якорь, и обмотка возбуждения (через сопротивление) подключены к одному источнику питания.

Двигатели с такой схемой подключения применяются в системах с четким механическими характеристиками, как-то: станки, вентиляторы и т.п.

Моторы постоянного тока с последовательным возбуждением применяется в тех случаях, когда необходим большой пусковой ток, а, следовательно, и момент, а также мягкая механическая характеристика.

Двигатели с таким способом подключения применяются на транспорте: электровозы, трамваи, троллейбусы. По этой схеме обмотка якоря и возбуждения подключены последовательно.

Если подать напряжение на двигатель, то токи в обмотках будут одинаковы. Основной недостаток этих двигателей заключается в том, что при уменьшении нагрузки на валу двигателя до 25% от номинального значения, происходит резкое увеличение оборотов двигателя, чреватое для двигателя постоянного тока. Поэтому для предотвращения этого недостатка двигатель все время приходится нагружать.

Очень редко применяется схема подключения двигателя со смешанным возбуждением. В этой схеме одна обмотка возбуждения включена последовательно, а другая параллельно якоря.

Таким образом на сегодняшний день существует множество вариантов исполнения электродвигателей постоянного тока, однако наиболее распространенным является двигатели с независимым возбуждением, подключаемые через особые приводы постоянного тока обеспечивающие не только рекуперацию энергии, но и точное поддержание скорости и стабильный момент на валу во всем диапазоне регулирования скорости.

Приводы такого типа широко представлены на данном сайте: это приводы постоянного тока серии DCS550 и приводы постоянного тока серии DCS800.

 

Двигатели постоянного тока и шаговые двигатели, используемые в качестве приводов

Электрические двигатели постоянного тока — это исполнительные механизмы непрерывного действия, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Электродвигатель постоянного тока обеспечивает это за счет непрерывного углового вращения, которое можно использовать для вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, колес и т. Д.

Наряду с обычными роторными двигателями постоянного тока доступны также линейные двигатели, которые способны производить непрерывное движение гильзы. В основном доступны три типа обычных электродвигателей: двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока и шаговые двигатели.

Типичный малый двигатель постоянного тока

Двигатели переменного тока обычно используются в мощных одно- или многофазных промышленных системах, где постоянный крутящий момент и скорость требуются для управления большими нагрузками, такими как вентиляторы или насосы.

В этом руководстве по электродвигателям мы рассмотрим только простые легкие двигатели постоянного тока и Шаговые двигатели , которые используются во многих различных типах электронных схем, схем позиционного управления, микропроцессоров, PIC и роботизированных схем.

Базовый двигатель постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока или электродвигатель постоянного тока , чтобы дать ему свое полное название, является наиболее часто используемым приводом для обеспечения непрерывного движения, скорость вращения которого можно легко контролировать, что делает их идеальными для использования в таких приложениях, как регулирование скорости, сервоуправление и / или позиционирование. Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: статора, который является неподвижной частью, и ротора, который является вращающейся частью. В результате существует три основных типа двигателей постоянного тока.

  • Щеточный двигатель — Этот тип двигателя создает магнитное поле в намотанном роторе (часть, которая вращается), пропуская электрический ток через коллектор и узел угольной щетки, отсюда и термин «щеточный». Магнитное поле статора (неподвижной части) создается либо с помощью намотанной обмотки возбуждения статора, либо с помощью постоянных магнитов. Обычно щеточные электродвигатели постоянного тока дешевы, компактны и просты в управлении.
  • Бесщеточный двигатель — Этот тип двигателя создает магнитное поле в роторе с помощью прикрепленных к нему постоянных магнитов, а коммутация осуществляется электронным способом.Как правило, они меньше, но дороже, чем обычные щеточные двигатели постоянного тока, поскольку в статоре используются переключатели на эффекте Холла для обеспечения требуемой последовательности вращения поля статора, но они имеют лучшие характеристики крутящего момента / скорости, более эффективны и имеют более длительный срок службы. чем эквивалентные матовые типы.
  • Серводвигатель
  • — Этот тип двигателя в основном представляет собой щеточный двигатель постоянного тока с некоторой формой позиционного управления с обратной связью, подключенной к валу ротора. Они подключаются и управляются контроллером типа PWM и в основном используются в системах позиционного управления и радиоуправляемых моделях.

Обычные двигатели постоянного тока имеют почти линейные характеристики: их скорость вращения определяется приложенным напряжением постоянного тока, а их выходной крутящий момент определяется током, протекающим через обмотки двигателя. Скорость вращения любого двигателя постоянного тока может варьироваться от нескольких оборотов в минуту (об / мин) до многих тысяч оборотов в минуту, что делает их пригодными для применения в электронике, автомобилестроении или робототехнике. Соединяя их с коробками передач или зубчатыми передачами, их выходная скорость может быть уменьшена, в то же время увеличивая выходной крутящий момент двигателя на высокой скорости.

«Матовый» электродвигатель постоянного тока

Обычный щеточный двигатель постоянного тока состоит в основном из двух частей: неподвижного корпуса двигателя, называемого статором , и внутренней части, которая вращается, вызывая движение, называемое ротором или «якорем» для машин постоянного тока.

Двигатель с обмоткой статора представляет собой цепь электромагнита, которая состоит из электрических катушек, соединенных вместе в круговой конфигурации для получения необходимого северного полюса, затем южного полюса, затем северного полюса и т. Д., Типа стационарной системы магнитного поля для вращения, в отличие от машин переменного тока поле статора которого постоянно вращается с приложенной частотой.Ток, протекающий в этих катушках возбуждения, известен как ток возбуждения двигателя.

Эти электромагнитные катушки, образующие поле статора, могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или оба вместе (составные) с якорем двигателя. В двигателе постоянного тока с последовательной обмоткой обмотки возбуждения статора серии соединены с якорем. Точно так же в двигателе постоянного тока с шунтирующей обмоткой обмотки возбуждения статора соединены по параллельно с якорем, как показано.

Двигатель постоянного тока с параллельным подключением серии

Ротор или якорь машины постоянного тока состоит из токоведущих проводов, соединенных вместе на одном конце с электрически изолированными медными сегментами, называемыми коммутатором .Коммутатор позволяет выполнять электрическое соединение через угольные щетки (отсюда и название «щеточный двигатель») к внешнему источнику питания во время вращения якоря.

Магнитное поле, устанавливаемое ротором, пытается выровняться со стационарным полем статора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси, но не может выровняться из-за задержек коммутации. Скорость вращения двигателя зависит от силы магнитного поля ротора, и чем больше напряжения приложено к двигателю, тем быстрее будет вращаться ротор.Изменяя это приложенное напряжение постоянного тока, можно также изменять скорость вращения двигателя.

Обычный (щеточный) двигатель постоянного тока

Щеточный электродвигатель постоянного тока с постоянным магнитом (PMDC), как правило, намного меньше и дешевле, чем аналогичные ему аналоги электродвигателей постоянного тока с обмоткой статора, поскольку они не имеют обмотки возбуждения. В двигателях постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) эти катушки возбуждения заменены сильными редкоземельными магнитами (например, самарий-коболт или неодим-железо-бор), которые имеют очень сильные магнитные поля.

Использование постоянных магнитов дает двигателю постоянного тока гораздо лучшую линейную характеристику скорости / крутящего момента по сравнению с эквивалентными двигателями с обмоткой из-за постоянного, а иногда и очень сильного магнитного поля, что делает их более подходящими для использования в моделях, робототехнике и сервоприводах.

Хотя щеточные двигатели постоянного тока очень эффективны и дешевы, проблемы, связанные с щеточными двигателями постоянного тока, заключаются в том, что в условиях большой нагрузки между двумя поверхностями коллектора и угольных щеток возникает искрение, что приводит к самогенерированию тепла, короткому сроку службы и электрическому шуму из-за искрение, которое может повредить любое полупроводниковое переключающее устройство, такое как полевой МОП-транзистор или транзистор.Чтобы преодолеть эти недостатки, были разработаны бесщеточные двигатели постоянного тока .

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Бесщеточный двигатель постоянного тока (BDCM) очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток, которые необходимо заменить или изнашивать из-за искрения коллектора. Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей. Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках за счет использования более сложной схемы привода, в которой магнитное поле ротора представляет собой постоянный магнит, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Тогда конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока очень похожа на двигатель переменного тока, что делает его истинным синхронным двигателем, но одним недостатком является то, что он более дорогой, чем конструкция эквивалентного «щеточного» двигателя.

Управление бесщеточными двигателями постоянного тока сильно отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока, поскольку этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимых для создания сигналов обратной связи, необходимых для управления полупроводником. коммутационные устройства.Наиболее распространенным датчиком положения / полюса является «датчик эффекта Холла», но в некоторых двигателях также используются оптические датчики.

Используя датчики на эффекте Холла, полярность электромагнитов переключается схемой управления двигателем. Затем двигатель можно легко синхронизировать с цифровым тактовым сигналом, обеспечивая точное управление скоростью. Бесщеточные двигатели постоянного тока могут иметь внешний ротор с постоянными магнитами и статор внутреннего электромагнита или внутренний ротор с постоянными магнитами и статор внешнего электромагнита.

Преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока по сравнению с его «щеточным» собратом — это более высокий КПД, высокая надежность, низкий электрический шум, хорошее управление скоростью и, что более важно, отсутствие щеток или коммутатора, которые изнашиваются, обеспечивая гораздо более высокую скорость. Однако их недостаток в том, что они более дорогие и их сложнее контролировать.

Серводвигатель постоянного тока

Серводвигатели постоянного тока используются в приложениях с замкнутым контуром, где положение выходного вала двигателя передается обратно в схему управления двигателем.Типичные устройства позиционной «обратной связи» включают резольверы, энкодеры и потенциометры, которые используются в моделях радиоуправления, таких как самолеты, лодки и т. Д.

Серводвигатель обычно включает в себя встроенный редуктор для снижения скорости и способен напрямую передавать высокие крутящие моменты. Выходной вал серводвигателя не вращается свободно, как валы двигателей постоянного тока, из-за присоединенной коробки передач и устройств обратной связи.

Блок-схема серводвигателя постоянного тока

Серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, редуктора, устройства обратной связи по положению и некоторой формы коррекции ошибок.Скорость или положение регулируются в зависимости от входного сигнала положения или опорного сигнала, подаваемого на устройство.

Серводвигатель с дистанционным управлением

Усилитель обнаружения ошибок смотрит на этот входной сигнал и сравнивает его с сигналом обратной связи от выходного вала двигателя и определяет, находится ли выходной вал двигателя в состоянии ошибки, и, если да, контроллер вносит соответствующие корректировки, либо ускоряя двигатель, либо замедляя его. Этот отклик на устройство обратной связи по положению означает, что серводвигатель работает в «замкнутой системе».

Помимо крупных промышленных приложений, серводвигатели также используются в небольших моделях дистанционного управления и робототехнике, при этом большинство серводвигателей могут вращаться примерно на 180 градусов в обоих направлениях, что делает их идеальными для точного углового позиционирования. Однако эти сервоприводы RC-типа не могут постоянно вращаться с высокой скоростью, как обычные двигатели постоянного тока, если не были внесены специальные изменения.

Серводвигатель состоит из нескольких устройств в одном корпусе, двигателя, коробки передач, устройства обратной связи и коррекции ошибок для управления положением, направлением или скоростью.Они широко используются в робототехнике и небольших моделях, поскольку ими легко управлять с помощью всего трех проводов: Power , Ground и Signal Control .

Коммутация и управление двигателями постоянного тока

Малые двигатели постоянного тока могут быть включены или выключены с помощью переключателей, реле, транзисторов или цепей MOSFET, причем простейшей формой управления двигателем является «линейное» управление. Этот тип схемы использует биполярный транзистор в качестве переключателя (транзистор Дарлингтона также может использоваться, если требуется более высокий номинальный ток) для управления двигателем от одного источника питания.

Изменяя величину базового тока, протекающего в транзистор, можно управлять скоростью двигателя, например, если транзистор включен «наполовину», то только половина напряжения питания поступает на двигатель. Если транзистор включен «полностью» (насыщен), то все напряжение питания поступает на двигатель, и он вращается быстрее. Затем для этого линейного типа управления мощность постоянно подается на двигатель, как показано ниже.

Контроль скорости двигателя

Простая схема переключения выше показывает схему для однонаправленной (только в одном направлении) цепи управления скоростью двигателя.Поскольку скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна напряжению на его выводах, мы можем регулировать это напряжение на выводах с помощью транзистора.

Два транзистора соединены как пара Дарлингтона для управления основным током якоря двигателя. Потенциометр 5 кОм используется для управления величиной базового возбуждения первого контрольного транзистора TR 1 , который, в свою очередь, управляет основным переключающим транзистором TR 2 , позволяя при этом изменять напряжение постоянного тока двигателя от нуля до Vcc. например от 9 до 12 вольт.

Дополнительные диоды маховика подключаются к переключающему транзистору TR 2 и клеммам двигателя для защиты от любой обратной ЭДС, генерируемой двигателем при его вращении. Регулируемый потенциометр может быть заменен сигналом непрерывной логической «1» или логического «0», подаваемым непосредственно на вход схемы для включения двигателя «полностью» (насыщение) или «полностью выключено» (отключение) соответственно. от порта микроконтроллера или ПОС.

Помимо этого базового управления скоростью, та же схема может также использоваться для управления скоростью вращения двигателей.Путем многократного переключения тока двигателя в положение «ВКЛ» и «ВЫКЛ» с достаточно высокой частотой, скорость двигателя может быть изменена между остановкой (0 об / мин) и полной скоростью (100%) путем изменения соотношения между метками и промежутками. поставка. Это достигается изменением пропорции времени «ВКЛ» (t ON ) к времени «ВЫКЛ» (t OFF ), и это может быть достигнуто с помощью процесса, известного как широтно-импульсная модуляция.

Контроль скорости по ширине импульса

Ранее мы говорили, что скорость вращения двигателя постоянного тока прямо пропорциональна среднему (среднему) значению напряжения на его выводах, и чем выше это значение, вплоть до максимально допустимого напряжения двигателя, тем быстрее будет вращаться двигатель.Другими словами, больше напряжения — больше скорость. Путем изменения соотношения между временем включения (t ON ) и продолжительности времени выключения (t OFF ), называемого «Коэффициент заполнения», «Соотношение метки / пространства» или «Рабочий цикл», среднее значение напряжения двигателя и, следовательно, его скорость вращения можно изменять. Для простых униполярных приводов коэффициент заполнения β имеет следующий вид:

.

, а среднее выходное напряжение постоянного тока, подаваемое на двигатель, определяется как: Vmean = β x Vsupply. Затем, изменяя ширину импульса a, можно управлять напряжением двигателя и, следовательно, мощностью, подаваемой на двигатель, и этот тип управления называется широтно-импульсной модуляцией или PWM .

Другим способом управления скоростью вращения двигателя является изменение частоты (и, следовательно, периода времени управляющего напряжения), при этом продолжительности включения и выключения остаются постоянными. Этот тип управления называется с частотно-импульсной модуляцией или PFM .

При частотно-импульсной модуляции напряжение двигателя регулируется путем подачи импульсов переменной частоты, например, с низкой частотой или с очень небольшим количеством импульсов, среднее напряжение, подаваемое на двигатель, низкое, и поэтому скорость двигателя низкая.При более высокой частоте или при большом количестве импульсов среднее напряжение на клеммах двигателя увеличивается, а также увеличивается скорость двигателя.

Затем транзисторы могут использоваться для управления мощностью, подаваемой на двигатель постоянного тока, с режимом работы либо «Линейный» (изменение напряжения двигателя), «Широтно-импульсная модуляция» (изменение ширины импульса), либо «Импульсный». Частотная модуляция »(изменение частоты импульса).

Изменение направления двигателя постоянного тока

Хотя управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью одного транзистора имеет много преимуществ, оно также имеет один главный недостаток: направление вращения всегда одно и то же, это «однонаправленная» схема.Во многих случаях нам необходимо управлять двигателем в обоих направлениях — вперед и назад.

Чтобы управлять направлением двигателя постоянного тока, полярность мощности постоянного тока, подаваемой на соединения двигателя, должна быть изменена на обратную, позволяя его валу вращаться в противоположном направлении. Один очень простой и дешевый способ контролировать направление вращения двигателя постоянного тока — использовать различные переключатели, расположенные следующим образом:

Управление направлением двигателя постоянного тока

В первой цепи используется одинарный двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT) для управления полярностью соединений двигателей.При переключении контактов питание на клеммы двигателя меняется на обратное, и двигатель меняет направление. Вторая схема немного сложнее и использует четыре однополюсных однонаправленных переключателя (SPST), расположенных по схеме «H».

Механические переключатели расположены в парах переключения и должны работать в определенной комбинации, чтобы приводить в действие или останавливать двигатель постоянного тока. Например, комбинация переключателей A + D управляет прямым вращением, а переключатели B + C управляют обратным вращением, как показано.Комбинации переключателей A + B или C + D закорачивают клеммы двигателя, вызывая его быстрое торможение. Однако использование переключателей таким образом сопряжено с опасностями, поскольку рабочие переключатели A + C или B + D вместе вызвали бы короткое замыкание источника питания.

Хотя две приведенные выше схемы будут очень хорошо работать для большинства небольших двигателей постоянного тока, действительно ли мы хотим использовать различные комбинации механических переключателей только для изменения направления двигателя, НЕТ !. Мы могли бы изменить ручные переключатели для набора электромеханических реле и иметь одну кнопку или переключатель прямого / обратного хода или даже использовать четырехконтактный твердотельный двусторонний переключатель CMOS 4066B.

Но еще один очень хороший способ достижения двунаправленного управления двигателем (а также его скоростью) — это подключить двигатель к схеме типа Н-мост на транзисторе , как показано ниже.

Базовая двунаправленная H-мостовая схема

Н-мостовая схема выше названа так потому, что базовая конфигурация четырех переключателей, либо электромеханических реле, либо транзисторов, напоминает конфигурацию буквы «H» с двигателем, расположенным на центральной планке.H-мост на транзисторах или полевых МОП-транзисторах, вероятно, является одним из наиболее часто используемых типов двунаправленных схем управления двигателем постоянного тока. Он использует «комплементарные пары транзисторов» как NPN, так и PNP в каждой ветви, при этом транзисторы переключаются попарно для управления двигателем.

Управляющий вход A управляет двигателем в одном направлении, т. Е. Вращением вперед, в то время как вход B управляет двигателем в другом направлении, т. Е. Вращением в обратном направлении. Затем переключение транзисторов в положение «ВКЛ» или «ВЫКЛ» в их «диагональных парах» приводит к направленному управлению двигателем.

Например, когда транзистор TR1 находится в состоянии «ВКЛ», а транзистор TR2 в положении «ВЫКЛ», точка A подключена к напряжению питания (+ Vcc), и если транзистор TR3 находится в состоянии «ВЫКЛ», а транзистор TR4 «ВКЛ», точка B. до 0 вольт (GND). Затем двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положительной клемме A двигателя и отрицательной клемме B двигателя.

Если состояния переключения меняются местами, так что TR1 находится в положении «ВЫКЛ», TR2 в положении «ВКЛ», TR3 в положении «ВКЛ», а TR4 в положении «ВЫКЛ», ток двигателя теперь будет течь в противоположном направлении, заставляя двигатель вращаться в противоположное направление.

Затем, применяя противоположные логические уровни «1» или «0» ко входам A и B, можно управлять направлением вращения двигателей следующим образом.

Таблица истинности H-моста

Вход A Вход B Функция двигателя
TR1 и TR4 TR2 и TR3
0 0 Двигатель остановлен (ВЫКЛ)
1 0 Двигатель вращается вперед
0 1 Мотор вращается в обратном направлении
1 1 ЗАПРЕЩЕНО

Важно, чтобы никакая другая комбинация входов не была разрешена, поскольку это может вызвать короткое замыкание источника питания, т.е. оба транзистора, TR1 и TR2, будут включены в состояние «ВКЛ» одновременно (предохранитель = взрыв!).

Как и в случае однонаправленного управления двигателем постоянного тока, как показано выше, скорость вращения двигателя также можно контролировать с помощью широтно-импульсной модуляции или ШИМ. Затем, комбинируя переключение H-моста с ШИМ-управлением, можно точно контролировать как направление, так и скорость двигателя.

Коммерческие готовые микросхемы декодеров, такие как микросхема с четырьмя полумостами SN754410 или L298N, имеющая 2 Н-моста, доступны со всеми необходимыми встроенными логическими схемами управления и безопасности и специально разработаны для управления двигателем с двухсторонним мостом. схемы.

Шаговый двигатель постоянного тока

Как и двигатель постоянного тока, описанный выше, Шаговые двигатели также являются электромеханическими приводами, которые преобразуют импульсный цифровой входной сигнал в дискретное (инкрементное) механическое движение, широко используются в промышленных системах управления. Шаговый двигатель — это тип синхронного бесщеточного двигателя, в котором он не имеет якоря с коммутатором и угольными щетками, но имеет ротор, состоящий из многих, некоторые типы имеют сотни постоянных магнитных зубцов и статор с отдельными обмотками.

Шаговый двигатель

Как следует из названия, шаговый двигатель не вращается непрерывно, как обычный двигатель постоянного тока, а движется дискретными «шагами» или «приращениями», причем угол каждого вращательного движения или шага зависит от количества полюсов статора и зубья ротора шагового двигателя.

Поскольку шаговые двигатели работают с дискретным шагом, их можно легко повернуть на конечную долю оборота за один раз, например, 1,8, 3,6, 7,5 градусов и т. Д.Так, например, предположим, что шаговый двигатель совершает один полный оборот (360 o ровно за 100 шагов.

Тогда угол шага двигателя определяется как 360 градусов / 100 шагов = 3,6 градуса на шаг. Это значение обычно известно как шаговые двигатели Step Angle .

Существует три основных типа шаговых двигателей: с переменным сопротивлением , с постоянным магнитом и Hybrid (своего рода комбинация обоих). Шаговый двигатель особенно хорошо подходит для приложений, требующих точного позиционирования и повторяемости с быстрой реакцией на запуск, остановку, реверсирование и контроль скорости, а еще одной ключевой особенностью шагового двигателя является его способность удерживать нагрузку стабильно, когда это необходимо. позиция достигнута.

Обычно шаговые двигатели имеют внутренний ротор с большим количеством «зубцов» постоянного магнита с рядом «зубцов» электромагнита, установленных на статоре. Электромагниты статоров поляризованы и деполяризованы последовательно, заставляя ротор вращаться на один «шаг» за раз.

Современные многополюсные шаговые двигатели с несколькими зубьями обладают точностью менее 0,9 градуса на шаг (400 импульсов на оборот) и в основном используются для высокоточных систем позиционирования, подобных тем, которые используются для магнитных головок в дисководах гибких / жестких дисков. , принтеры / плоттеры или роботизированные приложения.Наиболее часто используемый шаговый двигатель — это шаговый двигатель с 200 шагами на оборот. Он имеет ротор с 50 зубьями, 4-фазный статор и угол шага 1,8 градуса (360 градусов / (50 × 4)).

Конструкция и управление шаговым двигателем

В нашем простом примере шагового двигателя с переменным сопротивлением, приведенном выше, двигатель состоит из центрального ротора, окруженного четырьмя катушками электромагнитного поля, обозначенными A, B, C и D. Все катушки с одной и той же буквой соединены вместе, так что подача энергии, скажем, катушки, помеченные буквой A, заставят магнитный ротор выровняться с этим набором катушек.

Подавая мощность на каждый набор катушек по очереди, ротор можно заставить вращаться или «шагать» из одного положения в другое на угол, определяемый его конструкцией угла шага, и путем последовательного включения катушек ротор будет производить вращательное движение.

Драйвер шагового двигателя управляет как углом шага, так и скоростью двигателя, запитывая катушки возбуждения в заданной последовательности, например, «ADCB, ADCB, ADCB, A…» и т. Д., Ротор будет вращаться в одном направлении (вперед) и при изменении последовательности импульсов на «ABCD, ABCD, ABCD, A…» и т. д. ротор будет вращаться в противоположном направлении (обратном).

Итак, в нашем простом примере, приведенном выше, шаговый двигатель имеет четыре катушки, что делает его четырехфазным двигателем с числом полюсов на статоре, равным восьми (2 x 4), которые разнесены с интервалом 45 градусов. На роторе шесть зубцов, разнесенных на 60 градусов.

Тогда есть 24 возможных положения или «ступеней» (6 зубцов x 4 витка) для ротора, чтобы он совершил один полный оборот. Следовательно, указанный выше угол ступени задается как: 360 o /24 = 15 o .

Очевидно, что чем больше зубцов ротора и / или обмоток статора, тем лучше управляемость и уменьшится угол шага. Также при соединении электрических катушек двигателя в различных конфигурациях возможны углы полного, половинного и микрошага. Однако для достижения микрошагового режима шаговый двигатель должен приводиться в действие (квази) синусоидальным током, реализация которого требует больших затрат.

Также можно управлять скоростью вращения шагового двигателя, изменяя временную задержку между цифровыми импульсами, подаваемыми на катушки (частоту), чем больше задержка, тем меньше скорость на один полный оборот.Подавая на двигатель фиксированное количество импульсов, вал двигателя будет вращаться на заданный угол.

Преимущество использования импульсов с задержкой по времени состоит в том, что не потребуется никакой дополнительной обратной связи, поскольку при подсчете количества импульсов, подаваемых на двигатель, будет точно известно конечное положение ротора. Эта реакция на заданное количество импульсов цифрового входа позволяет шаговому двигателю работать в «системе разомкнутого контура», что упрощает и удешевляет управление.

Например, предположим, что наш шаговый двигатель выше имеет угол шага 3,6 градуса на шаг. Чтобы повернуть двигатель на угол, скажем, 216 градусов, а затем снова остановиться в требуемом положении, потребуется всего: 216 градусов / (3,6 градуса / шаг) = 80 импульсов, приложенных к катушкам статора.

Существует множество ИС контроллеров шаговых двигателей, которые могут управлять скоростью шага, скоростью вращения и направлением двигателей. Одной из таких микросхем контроллера является SAA1027, которая имеет все необходимые встроенные счетчики и преобразователи кода и может автоматически управлять 4 полностью управляемыми выходами моста на двигатель в правильной последовательности.

Направление вращения также можно выбрать вместе с пошаговым режимом или непрерывным (бесступенчатым) вращением в выбранном направлении, но это накладывает некоторую нагрузку на контроллер. При использовании 8-битного цифрового контроллера также возможно 256 микрошагов на шаг

SAA1027 Микросхема управления шаговым двигателем

В этом руководстве о вращательных приводах мы рассмотрели щеточный и бесщеточный двигатель постоянного тока , серводвигатель постоянного тока и шаговый двигатель в качестве электромеханического привода, который можно использовать в качестве выходного устройства для позиционного управления или регулирования скорости. .

В следующем руководстве по устройствам ввода / вывода мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами , в частности устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в звуковые волны с помощью электромагнетизма. Тип устройства вывода, который мы рассмотрим в следующем уроке, — это громкоговоритель.

Управление двигателями постоянного тока — код, схемы и конструкция

Есть два легко регулируемых параметра двигателя постоянного тока: направление и скорость.Для управления направлением полярность двигателя меняется на обратную. Для управления скоростью входное напряжение изменяется с использованием широтно-импульсной модуляции.

Контроль направления

Для управления двигателем постоянного тока с микроконтроллера используется схема переключения, известная как H-мост. Выглядит это так:

Когда переключатели 1 и 4 замкнуты, а 2 и 3 разомкнуты, напряжение течет от источника питания к 1 к двигателю к 4 к земле. Когда 2 и 3 замкнуты, а 1 и 4 разомкнуты, полярность меняется, и напряжение течет от источника питания к 3 к двигателю и к 2 к земле.

H-мост может быть построен из транзисторов, так что микроконтроллер может переключать двигатель, например:

Как видите, здесь шесть транзисторов; два внешних используются для переключения четырех внутренних, попарно, так что правильные два транзистора всегда переключаются вместе. Если вы использовали эту схему, вам нужно было убедиться, что контакты управления 1 и 2 всегда меняли местами; когда один высокий, другой низкий.

Несмотря на то, что вы можете изготовить свои собственные H-образные мосты, обычно проще использовать контроллер, специально изготовленный для этой работы.Предварительно изготовленная микросхема H-моста будет включать диоды для защиты транзисторов от обратного напряжения, иногда контактный датчик тока для измерения тока, потребляемого двигателем, и многое другое. Есть много драйверов двигателей, доступных от различных поставщиков электроники. Посмотрите вокруг, чтобы найти тот, который соответствует вашим потребностям и диапазону цен.

Вот пример микросхемы контроллера H-моста Texas Instruments SN754410 в действии. Функционально он аналогичен H-мосту L293, который легче запомнить.Еще один хороший чип — 3952 от Allegro Micro.

Более продвинутый контроллер двигателя постоянного тока — Motormind B от Parallax, Inc. Этот контроллер обеспечивает управление направлением и скоростью, а также многое другое, и управляется последовательно с микроконтроллера. Хотя это очень просто для пользователя, это немного дорого, если вы хотите управлять несколькими двигателями. Менее дорогой альтернативой является «секретный» драйвер двигателя Solarbotics L293. Два контакта задают направление, а третий вывод имеет широтно-импульсную модуляцию для установки скорости.

Скорость

Скорость двигателя постоянного тока пропорциональна подаваемому напряжению. Если напряжение упадет слишком сильно, двигатель не получит достаточной мощности для вращения, но в определенном диапазоне, обычно 50% от номинального напряжения, двигатель будет работать с разными скоростями. Наиболее эффективный способ регулировки скорости — использование широтно-импульсной модуляции. Это означает, что вы включаете и выключаете двигатель с разной скоростью, чтобы имитировать напряжение. Вот несколько примеров значений ширины пули и напряжений, которые они будут имитировать:

Когда время высокого напряжения (рабочий цикл) составляет половину рассматриваемого полного времени, эффективное напряжение составляет примерно половину от общего напряжения.

Когда рабочий цикл сокращается до одной четверти от общего времени, эффективное напряжение составляет около четверти от общего напряжения.

Как и в случае с направлением, существует множество контроллеров, которые изменяют скорость вашего двигателя, поэтому, если вы не хотите самостоятельно вникать в вопросы синхронизации, вы можете положиться на продукты, предназначенные для этой работы.

Управление направлением двигателя постоянного тока с помощью релейной цепи

Контроллер двигателя постоянного тока на основе реле работает с Н-мостовой схемой.С помощью H-мостовой схемы полярность нагрузки может быть изменена в обоих направлениях.

В схеме драйвера двигателя Dual SPDT клеммы двигателя постоянного тока подключаются между общими полюсами двух реле. Нормально закрытые клеммы обоих реле подключены к минусу или заземлению. И нормально открытые клеммы подключены к положительной клемме.

Клеммы катушки реле подключаются к источнику питания с помощью нажимного переключателя. Переключатели S1 и S2 управляют реле 1 и реле 2 соответственно.

На показанной принципиальной схеме переключатель S1 включен, а переключатель S2 выключен. Таким образом, клеммы двигателя будут иметь положительную полярность с левой стороны и отрицательную полярность с правой стороны. Таким образом, мотор вращается по часовой стрелке. Точно так же, когда S2 включен, а S1 выключен, двигатель вращается против часовой стрелки.

Режимы работы двигателя

S1 S2 Движение мотора
0 0 Мотор тормоза
1 0 Двигатель движется вправо
0 1 Двигатель движется влево
1 1 Мотор тормоза

Когда два переключателя разомкнуты, оба реле находятся в нормально замкнутом положении.Что делает заземление или минус на клеммах двигателя, это одинаковая полярность с обеих сторон. Точно так же, когда оба переключателя замкнуты (здесь оба терминала будут иметь положительное напряжение), одинаковая полярность будет получена с двух сторон. В обоих случаях клеммы двигателя закорочены, и двигатель тормозит.

В релейном H-мосте клеммы двигателя не имеют свободно плавающих состояний клемм. Таким образом, режим движения по инерции не возникает в любой момент.

Цепь реверсирования двигателя постоянного тока с использованием реле DPDT

Направление двигателя постоянного тока можно контролировать с помощью входной полярности на клеммах двигателя.Итак, здесь мы используем простую схему реле DPDT для изменения полярности.

В схеме клеммы двигателя соединены между двумя общими полюсами реле. Нормально замкнутая клемма первого полюса подключена к положительной клемме, а нормально разомкнутая клемма — к земле. Точно так же нормально закрытый вывод второго полюса подключается к земле, а нормально открытый вывод — к положительному выводу. То есть как нормально открытые, так и нормально закрытые клеммы подключены с противоположной полярностью.

Когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, электродвигатель имеет положительный полюс на левой стороне и массу на правой стороне. Следовательно, двигатель вращается по часовой стрелке или в правильном направлении.

При нажатии переключателя S1 общий полюс подключается к нормально разомкнутому. Затем полярность двигателя меняется, и двигатель вращается против часовой стрелки.

При нажатии переключателя полярность меняется на противоположную, поэтому направление двигателя также изменяется.В оставшееся время, когда переключатель отпущен, двигатель всегда вращается по часовой стрелке.

Управление двигателем постоянного тока с помощью одного переключателя

Это простое управление двигателем постоянного тока с использованием схемы с одним переключателем позволяет запускать двигатель постоянного тока по часовой стрелке или против часовой стрелки и останавливать его с помощью одного переключателя. Он обеспечивает постоянное напряжение для правильной работы двигателя. Свечение светодиодов LED1 — LED3 указывает на то, что двигатель остановлен, вращается вперед и назад, соответственно.

Цепь управления двигателем постоянного тока с помощью одного переключателя

Здесь таймер IC1 подключен как моностабильный мультивибратор, чтобы избежать ложного срабатывания двигателя при нажатии переключателя S1. Его период времени составляет примерно 500 миллисекунд (мс).

Схема управления двигателем постоянного тока с использованием одного переключателя

Предположим, что изначально схема находится в состоянии сброса с высоким уровнем на выходе Q0 IC2. Поскольку на выходах Q1 и Q3 IC2 низкий уровень, на выходах IC3 и IC4 высокий уровень, и двигатель не вращается.Светодиод LED1 светится, указывая на то, что двигатель остановлен.

Схема работы

Когда вы мгновенно нажимаете переключатель S1, таймер 555 (IC1) подает импульс на счетчик декад CD4017 (IC2), который увеличивает свой выходной сигнал на единицу, и его высокое состояние смещается с Q0 на Q1. Когда Q1 становится высоким, выход IC3 на выводе 3 становится низким, поэтому двигатель начинает вращаться по часовой стрелке (вперед). Светодиод LED2 светится, указывая на то, что двигатель вращается в прямом направлении.

Теперь, если вы снова нажмете S1, высокий выход IC2 сместится с Q1 на Q2.Низкий уровень на выходе Q1 микросхемы IC2 делает вывод 3 микросхемы IC3 высоким, и двигатель не вращается. Светодиод LED1 светится (через диод D2), указывая на то, что двигатель остановлен.

Нажатие переключателя S1 еще раз переключает высокий выход IC2 с Q2 на Q3. Высокий уровень на выходе Q3 микросхемы IC2 устанавливает низкий уровень на контакте 3 микросхемы IC4, и двигатель начинает вращаться против часовой стрелки (в обратном направлении). Светодиод LED3 светится, указывая на то, что двигатель вращается в обратном направлении.

Если вы снова нажмете S1, высокий выход IC2 сместится с Q3 на Q4.Поскольку Q4 подключен к выводу сброса 15, он сбрасывает декадный счетчик CD4017, и его выход Q0 становится высоким, поэтому двигатель не вращается. Светодиод LED1 светится через диод D1, указывая на то, что двигатель остановлен. После этого цикл повторяется.

Строительство и испытания

Если вы не хотите, чтобы двигатель работал в обратном направлении, снимите таймер IC4 вместе с резисторами R5, R7 и LED3. И подключите клемму «b» двигателя к + Vcc.

Аналогичным образом, если вы не хотите запускать двигатель в прямом направлении, удалите таймер IC3 вместе с резисторами R4, R6 и LED2.И подключите клемму «a» двигателя к + Vcc.

Схема работает от стабилизированного источника питания 9 В для двигателя постоянного тока 9 В. Используйте стабилизированный источник питания 6 В для двигателя постоянного тока 6 В.

Для получения дополнительных статей по схемам:

нажмите здесь

Статья была впервые опубликована в сентябре 2004 г. и недавно была обновлена.

Драйвер двигателя постоянного тока высокой мощности

с использованием реле и полевых МОП-транзисторов


Источник GitHub
Источник CadlabIO

Введение:

Драйвер двигателя состоит из H-образного моста с механизмом для управления скоростью двигателя.Базовая схема H-моста состоит из четырех переключателей и двигателя. Для управления скоростью можно использовать четыре полевых МОП-транзистора в качестве переключающих устройств для управления временем включения и выключения двигателя. Управление скоростью достигается путем подачи сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на затвор полевого МОП-транзистора.

Драйвер Relay-MOSFET в этом проекте представляет собой простую схему, в которой H-мост был построен с использованием двух электромагнитных реле (EMR), используемых в качестве 4 переключателей. Они использовались для управления направлением вращения двигателя.Теперь для управления скоростью использовался N-канальный полевой МОП-транзистор IRF460N для переключения двигателя. ШИМ-сигнал, подаваемый на GATE этого полевого МОП-транзистора, управлял временем включения и выключения полевого МОП-транзистора, который, в свою очередь, определяет количество времени, в течение которого ток течет через двигатель. ШИМ с 50% -ным рабочим временем держит двигатель включенным в течение 50% времени и, таким образом, заставляет его вращаться на 50% скорости, которую он мог бы достичь при 100% -ном рабочем цикле ШИМ-сигнала. Таким образом, изменяя рабочий цикл сигнала ШИМ, мы можем контролировать время включения и выключения двигателя.Этот полевой МОП-транзистор должен был пропускать большой ток, поэтому использовался силовой МОП-транзистор IRF460N. Этот привод двигателя использовался в ручном роботе, который моя команда робототехников разработала для соревнований по робототехнике — Robocon 2012. Ручной робот должен был приводиться в движение ручным оператором, сидящим сверху робота. Разработать схему привода двигателя, которая выдержит высокие токи и большую мощность, необходимые для перевозки нашего ручного привода массой 65 кг, было непростой задачей. Вот изображение ручного робота моей команды в действии.

Типичный средний ток под нагрузкой для этого драйвера составлял около 5-10 ампер, а пиковый ток достигал 15-20 ампер. Для цепи, работающей от 24 В, это действительно высокие значения тока. Чтобы представить это в перспективе, типичный драйвер двигателя средней шкалы выдерживает под нагрузкой около 2 ампер постоянного тока. В среднем драйвер двигателя с релейным МОП-транзистором потреблял под нагрузкой 240 Вт мощности.


Компоненты цепи:

  • Реле: Два реле 10 А / 24 В постоянного тока использовались в качестве 4 переключателей для управления направлением.
  • ULN2003A IC: Это пара Дарлингтона IC. Ток, необходимый для возбуждения катушек реле, обеспечивался этой парной ИС Дарлингтона.
  • MOSFET (IRF460N): Этот силовой MOSFET способен обрабатывать большое количество постоянных токов, поэтому его RDS (ON) составляет несколько миллиомов, поэтому выбран. Также был предусмотрен радиатор для надлежащего отвода тепла.
  • Диоды: Это 2 диода свободного хода, которые используются всякий раз, когда двигатель требует холостого хода.

Печатная плата:

Полный дизайн этого драйвера двигателя можно найти по ссылкам на репозиторий выше. Вот схема печатной платы.

Рис. 1: Схема: драйвер двигателя постоянного тока с реле-MOSFET

Вот несколько снимков экрана с файлами платы из программного обеспечения EAGLE для проектирования печатных плат и соответствующей печатной платы.

Рис. 2: Конструкция печатной платы: драйвер двигателя реле-MOSFET


Рис. 3: Конструкция печатной платы: драйвер двигателя реле-MOSFET


Рис.4: Печатная плата драйвера двигателя реле-MOSFET

Вот некоторые из начальных прототипов, которые я пробовал:


Рис.

При более низких частотах ШИМ (менее 8 кГц) двигатель MAXON R30 будет реагировать на ШИМ только после 10% рабочего цикла. На более высоких частотах, таких как 16 кГц или 32 кГц, он будет реагировать только после 30% рабочего цикла.Это связано с тем, что отклик полевого МОП-транзистора при более низком рабочем цикле был плохим, что еще больше ухудшается на более высоких частотах.

Линейность:

Реакция двигателя на ШИМ не была линейной. Если применяется 50% ШИМ, то идеальное напряжение на двигателе должно составлять 12 В, но на практике оно отклоняется от этого значения. Чтобы добиться линейности, мы экспериментировали с транзистором для управления напряжением GATE.

Нагрузочное тестирование:

Этот драйвер тестировался несколько раз, непрерывно потребляя ток от 5 до 6 А в течение двух часов.При этом полевой МОП-транзистор будет показывать нормальную степень нагрева с приличным радиатором. Мы установили этот привод двигателя на ручную машину и несколько раз проехали на ней с общим весом груза 75 кг (машина + ручной оператор). Мы заметили, что ULN2003 часто повреждается на контакте заземления. То же самое было отмечено при подъеме и опускании захватных челюстей ручной машины. Мы пришли к выводу, что вероятной причиной были колебания напряжения в ЗЕМЛЕ цепи во время работы под нагрузкой.Эти колебания, производимые двигателем, поступали непосредственно на вывод GND ULN IC, и это в конечном итоге могло повредить IC.

Другое:

Я также пробовал другую версию с DRAIN, подключенным к VCC. В этой конфигурации ИСТОЧНИК был подключен к двигателю, и он стал плавающим, в результате чего цепь не работала. Диоды свободного хода D1 и D2 могут быть подключены всякий раз, когда требуется свободный ход, и могут быть удалены в противном случае.

Возможные улучшения:

— Чтобы избежать повреждения ULN, индуктор можно разместить между заземлением питания и GND ULN для изоляции.
— Могут использоваться более совершенные полевые МОП-транзисторы с более высокой мощностью.

Простое управление щеточным двигателем постоянного тока

Вопрос: Какой самый простой способ управлять (останавливать / вращать) щеточными двигателями постоянного тока?

Ответ: Простое включение переключателя между щеточным двигателем постоянного тока и источником питания позволит включить / выключить операцию, позволяя двигателю останавливаться и вращаться в одном направлении. Этой же операции можно добиться, заменив переключатель на полупроводниковый.Однако в момент выключения переключателя катушка будет пытаться продолжать подавать ток, генерируя значительное количество напряжения. Следовательно, чтобы минимизировать напряжение и предотвратить повреждение полупроводника, диод должен быть подключен параллельно двигателю.

Рисунок 1. Примеры схемы переключателя электродвигателя щеток постоянного тока

Переключатель позволяет управлять работой ВКЛ / ВЫКЛ путем подключения двигателя к источнику постоянного тока или отключения источника питания путем размыкания цепи.Когда переключатель включен, двигатель вращается в одном направлении. И наоборот, выключение переключателя отключает питание двигателя, переводя его в режим холостого хода. Переключатель может быть вставлен либо со стороны заземления, либо со стороны источника питания, и при использовании силового транзистора в качестве переключателя он становится частью реальной электронной схемы. На рисунке 2 показаны примеры схем, в том числе МОП Nch, подключенная к земле ②, и МОП Pch на стороне источника питания.

Однако в реальной цепи из-за индуктивности двигателя ток будет продолжать течь сразу после выключения двигателя, в результате чего напряжение падает ниже уровня земли на отрицательной (-) клемме и выше уровня напряжения питания. на положительном (+) выводе.Это может привести к тому, что генерируемое двигателем напряжение превысит напряжение питания. Чтобы предотвратить это, при использовании силового транзистора в качестве переключателя необходимо подключить силовой диод параллельно, чтобы подавить (ограничить) генерируемое напряжение с использованием прямого напряжения диода.

Рис. 2. Примеры схем переключателя электродвигателя щеток постоянного тока

Преимущество схемы этого типа в том, что она проста и требует всего одного силового транзистора. Однако есть некоторые недостатки, в том числе то, что двигатель может вращаться только в одном направлении.К тому же на остановку нужно время, и нужен силовой диод для ограничения ЭДС.

Тем не менее, при настройке МОП-шлюза для работы с импульсным приводом, ШИМ становится возможным. Аналогичным образом, изменение напряжения, подаваемого на двигатель (напряжение питания x рабочий коэффициент), позволяет управлять скоростью двигателя. При использовании ШИМ-привода, когда силовой транзистор выключен, рекуперативный ток будет течь через диод, подключенный параллельно двигателю. Поэтому важно учитывать потребляемую мощность диода, чтобы мощность корпуса никогда не превышалась.

Цепь реверсирования двигателя постоянного тока

: таймер или дистанционное управление

Если вам нужно изменить направление двигателя постоянного тока или полярность постоянного напряжения, у нас есть решения …

У нас есть ряд плат, которые позволяют вам делать это автоматически или вручную. От ручного кнопочного управления до автоматического и радиочастотного дистанционного управления.

Здесь вы найдете несколько решений для ваших нужд.

Как это работает

В подходе, который используются в этих решениях для изменения полярности напряжения питания постоянного тока, используются два реле SPDT, которые подключены, как показано ниже (щелкните, чтобы увеличить изображение в новой вкладке).

Двигатель будет в состоянии покоя, когда оба реле выключены или оба реле включены. Двигатель постоянного тока будет двигаться в одном направлении, когда включено только реле-1, и в другом направлении, когда включено только реле-2. Примечание. Помните о более высоком потребляемом токе, если двигатель реверсируют без предварительной остановки, и убедитесь, что он не превышает номинальных значений, указанных для платы.

Автоматический синхронизированный переключатель напряжения постоянного тока / реверсирования двигателя

Если вы хотите, чтобы двигатель автоматически переключал направление каждые несколько секунд или каждые несколько часов, у нас есть несколько релейных плат, которые сделают это за вас.Вы просто подключаете реле, как показано на схеме ниже (щелкните, чтобы увеличить изображение в новой вкладке).

Вот несколько плат, которые можно использовать для этой настройки. Пожалуйста, проверьте страницу отдельного продукта, чтобы узнать о максимальных номинальных значениях напряжения и тока реле, а также о дополнительных платах таймера, необходимых для повторения цикла.

Дистанционное управление (RF или IR) Переключатель напряжения постоянного тока / реверса двигателя

Если вы хотите вручную переключать направление вращения двигателя, вы можете использовать одну из наших 2-канальных релейных плат дистанционного управления.Плата приемника 8157 также включает входы сброса, поэтому вы можете включить концевые выключатели для предотвращения перебега двигателя. Вы просто подключаете реле, как показано на схеме ниже (щелкните, чтобы увеличить изображение в новой вкладке).

Вот несколько плат, которые можно использовать для этой настройки. Пожалуйста, проверьте страницы отдельных продуктов, чтобы узнать максимальное напряжение реле и номинальный ток.

Управляющий сигнал постоянного напряжения / реверсивный переключатель двигателя

Вы можете использовать двухканальную релейную плату SPDT с внешним управляющим сигналом для последовательной активации каждого реле для изменения полярности постоянного напряжения.Некоторые платы, которые следует учитывать:

При использовании реле DPDT вам необходимо поменять местами подключения к NC2 и NO2, как показано на схемах выше. Двигатель с запуском при подаче питания включается в одном направлении, а при подаче управляющего сигнала он меняет направление. Помните о более высоком потребляемом токе, когда двигатель реверсируют без предварительной остановки, и убедитесь, что он не превышает номинальных значений, указанных для платы.

Программируемый / управляющий сигнал от компьютера Переключатель напряжения постоянного тока / двигателя

Для изменения полярности напряжения постоянного тока можно использовать любую пару однополюсных реле, просто последовательно включив каждое реле.Некоторые платы, которые следует учитывать:

Релейная плата DPDT, переключатель напряжения постоянного тока / двигателя

Эта установка может иметь ограниченное применение, но вы можете использовать 1-канальную плату реле DPDT и внешний управляющий сигнал для изменения полярности напряжения постоянного тока. Некоторые платы, которые следует учитывать:

При использовании реле DPDT вам необходимо поменять местами подключения к NC2 и NO2, как показано на схемах выше. Двигатель с запуском при подаче питания включается в одном направлении (реле выключено), а при подаче управляющего сигнала он меняет направление (реле включено).Помните о более высоком потребляемом токе, когда двигатель реверсируют без предварительной остановки, и убедитесь, что он не превышает номинальных значений, указанных для платы.

Свяжитесь с нами, если вы хотите обсудить ваши требования.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *