Püstikese DC-mootori juhtimissüsteemid

Määratlus

Sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem on määratletud kui sõltumatu muutuv sagedusega juhtimissüsteem, mis kasutab sinusoidsete jäikmagneetsete vaikevoolu (PMAC) mootorit. See tüüp juhtimissüsteemist pakub mitmeid olulisi eeliseid. Praktiliselt hooldusvaba see omab pikemat eluajad, mis teeb selle usaldusväärseks erinevates rakendustes. Lisaks sellel on madal pöördliikumise inertsiaga, minimaalne haaretus ja ta töötab madala sagedusega omadustega. Samuti toodab see minimaalse raadiofrekvenstide segena ja müra, tagades sujuva ja vaikse toimimise. Kuid see ei ole ilma puudusteta; peamised piirangud on selle suhteline kõrge hind ja madal käivitustork.

Rakendused

Sikluseta DC-mootori juhtimissüsteeme leidub laialdaselt kasutuses erinevates tööstusharudes ja seadmetes. Tarbijaeeslitööriistade valdkonnas neid kasutatakse plaadilauad, tape-recorderite tape-auditseerijad ja arvuti kiirtrummide spindlilauad. Nad teenivad ka madalate võimsuste juhtimissüsteeme arvuti perifeeriliste instrumentide ja juhtimissüsteemide jaoks. Tarbijaeeslitööriistade valdkonna väljaspool nende rakendused ulatuvad kosmosetehnika tööstuseni, kus usaldusväärsus ja vaikne toimimine on kriitilised. Biomeeditsiinivaldkonnas nende täpsus ja puhas toimimine teevad need sobivaks erinevate meditsiiniliste seadmete jaoks. Lisaks kasutatakse neid tihti jahutusventilaatorite juhtimiseks, pakkudes efektiivset ja vaikset ventileerimist paljudes süsteemides.

Mootori struktuur

Allpool näidatakse kolmekordset, kahepolusa trapeetsi PMAC mootori lõike, mis on sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemi oluline komponent. Mootoril on jäikmagneetiline rotori lai polujoon, mis aitab selle efektiivsele toimimisele. Statoril on kolm-polu windingu, igaüks 120 kraadi vahetult üksteisest. See kindla windingu konfiguratsioon tagab tasakaalustatud elektrilise toimimise ja sujuva torkteguri tootmise. Iga fasi windingul on 60 kraadi mõlemal poolt, optimiseerides selle magnetvälja interaktsiooni mootoris ja võimaldades täpset kontrolli selle kiirusel ja toimimisel.

Mootori kolmes fasis genereeritud pinged on näidatud allpool. Trapeetsi lainekuju loomine tuleneb spetsiifilisest interaktsioonist rotoriga ja statoriga. Kui rotor pöörleb vastupäeva suunas, esimese 120 kraadi pöörete ajal algsest viitepositsioonist, kõik ülemised jooned fasi A kohtlevad magnetvälja lõunapooltega, samas kui kõik alumised jooned fasi A kohtlevad magnetvälja põhjapooltega.

See konstantne magnetiline sidumine selle nurga ulatuses viib suhteliselt stabiilsele induktseeritud voltagile, millel on trapeetsi lainekuju ülemine osa. Kui rotor jätkab pööret, muutuvad magnetvälja orientatsioonid, mis viib induktseeritud voltagi üleminekule, lõpuks moodustades karakteristliku trapeetsi kuju, mis on hädavajalik sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemi korrektseks toimimiseks ja kontrolliks.

Rotori 120 kraadi pöörete ajal fasi A induktseeritud voltagi jääb suhteliselt konstandiks. Kui pööret ületab 120 kraadi, mõned ülemised jooned fasi A alustavad sidumist põhjapooltega, samas kui teised jätkavad lõunapooltega sidumist. Sama fenomen toimub ka alumiste joontega. Tulemuseks on järgneval 60 kraadi pöörete ajal fasi A induktseeritud voltagi lineaarne ümberpööramine. Sarnane voltagi muutmine toimub ka fasi B ja C, luues kooskõlastatud elektroonilise käitumise, mis on hädavajalik mootori toimimiseks.

Sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem, mis on näidatud allpool, koosneb voltagi allikast inverteerijast ja trapeetsi PMAC mootorist. Mootori statorwindingu on konfigureeritud tähistena. Joonis näitab ka trapeetsi PMAC mootori karakteristlikku fasi-voltagi lainekuju, mis heaks kiidab eelnevalt kirjeldatud unikaalset voltagi-induktsioonidünaamikat. See lainekuju on oluline omadus, mis võimaldab sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemi efektiivset kontrolli ja toimimist, soodustades sujuvat torkteguri tootmist ja täpset kiiruse reguleerimist.

Sikluseta DC-mootori statorwindingu tarnitakse pulssidega. Igal pulsil on kestus 120 elektrilist kraadi ja need on täpselt paigutatud piirkonda, kus induktseeritud voltagi jääb konstandiks ja saavutab oma maksimumväärtuse. Oluliselt, nende pulside polariteet vastab induktseeritud voltagi polariteedile, tagades harmoonilise interaktsiooni elektriliste sisendite ja mootori poolt genereeritud magnetvälja vahel.

Mootori õhusuuress olev magnetvood on hooldatud stabiilsel tasemel, ja induktseeritud voltagi suurus on otse proportsionaalne rotori pöördeliikumise kiirusega. See suhe on mootori toimimise põhiline, kuna see võimaldab mootori toimimise täpset kontrolli kiiruse sõltuvate induktseeritud voltagi kaudu, võimaldades efektiivset energiaveo ja sujuvat toimimist erinevates toimimistingimustes.

Iga 60 kraadi intervalli ajal voolab vool ühte mootori statorwindingu faasi ja väljub teisest. See vahelduv vooluvood on sikluseta DC-mootori toimimise oluline iseloomulik omadus. Tulemuseks on mootori igas 60 kraadi intervallis tarnitav energia väljendatud järgmise valemi kaudu, mis arvestab voltagi ja voolu interaktsiooni windingufaaside vahel.

Mootori poolt tekitatud tork

Sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemi torkteguri lainekuju on näidatud allpool. Mootori poolt tekitatud torkteguri suurus on otse proportsionaalne vooluga, mis voolab DC-energiaallikas. See suhe on oluline mootori dünaamilise käitumise ja toimimisomaduste mõistmiseks.

Regeneratiivne brekid selles juhtimissüsteemis saavutatakse fasi voolu keeristamise kaudu. Kui fasi vool keeristatakse, muutub ka vooluallika Id suund vastavalt. See keeristus käivitab energiavoo, mis algab mootorist, läbib inverteerijat ja lõpetab DC-allikas. Sel protsessi ajal mootor toimib generaatorina, teisendades mehaanilise energiakaalu ladalt elektrivooluks, mis seejärel tagastatakse energiaallikasse. See aitab mitte ainult mootori aeglustada, vaid võimaldab ka energiakaalu taaselustamist ja uuesti kasutamist, parandades süsteemi üldist efektiivsust.

Kui juhtimissüsteemi pöördeliikumise kiirus keeristatakse, keeristub ka mootori sees induktseeritud voltagi polariteet. See voltagi polariteedi muutus käivitab regeneratiivse brekid, võimaldades süsteemil ladale mehaanilist energiakaalu teisendada elektrivooluks, mida saab tagastada energiaallikasse.

Vastupidiselt, kui voolu suund mootori windingutes keeristatakse, käivitatakse mootoritegevus, edastades mootorit soovitud suunas. Voolude lainekujud, mis vastavad nendele erinevatele toimimisrežiimidele - regeneratiivne brekid ja mootoritegevus - on selgelt näidatud allpool, andes visuaalse esitluse süsteemi elektroonilisest käitumisest erinevates tingimustes.

Sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemi tüübid

Sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemi saab peamiselt kategoriseerida kaheks erinevaks tüübiks: odav sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem ja ühefase sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem. Iga tüüp oma unikaalsed omadused ja toimimisperioodid, mis on detailsemalt kirjeldatud allpool.

Odav sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem

Odav sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem on disainitud lihtsuse ja odava hinnaga silmas. See sisaldab minimalistlikku konfiguratsiooni, mis koosneb vaid kolmest transistoorist ja kolmest dioodist. See seadistus piirab süsteemi võimet tarnida vaid positiivset voolu või voltagi kolmefase mootorile.

Toimimisel mängivad induktseeritud voltagi ja vool olulist rolli nii mootoritegevuses kui ka brekid. Kui mootorile tarnitakse 120 kraadi positiivsed voolupulsid, käivitatakse mootoritegevus, mille tulemuseks on mootori pöördeliikumine vastupäeva suunas. Vastupidiselt, kui need voolupulsid nihutatakse 60 kraadi, kokku 180 kraadi, siis mootor läheb brekidirežiimi. See muutus voolupulsides aeglustab elektrilise sisendi ja mootori magnetvälja interaktsiooni, võimaldades liikumisest brekidirežiimini ülemineku.

Odav sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem: voolu kontrollimehhanism

Odavas sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemis reguleeritakse fasi A voolu täpselt thiistoor Tr1 ja diood D1 abil. Kui Tr1 aktiveeritakse (lülitatakse sisse), yhendatakse allikavool Vd windingu A kaudu. See yhendus muudab voolu IA muutumiskiiruse positiivseks, mille tulemuseks on fasi A voolu kasv. Vastupidiselt, kui Tr1 deaktiveeritakse (lülitatakse välja), vool iA jääb vabalt voolama dioodi D1 kaudu. Selle vabad voolu ajal muutub iA muutumiskiiruse negatiivseks, ja vool aeglaselt langemas.

Ajaperioodil 0-120º Tr1 võib lülituda sisse ja välja vaheldumisi. See sisse-välja lülitamise strateegia kasutatakse, et tegelik vool IA jälgiks täpselt ristkülikukujulist viitevoolu iA, tagades, et nende vaheline erinevus jääks etteantud histereesi riba sisse. See täpne kontroll aitab säilitada stabiilset mootori toimimist ja efektiivset energiaveo.

Ühefase sikluseta DC-mootori juhtimissüsteem

Ühefase sikluseta DC-mootori juhtimissüsteemi konfiguratsioon on näidatud allpool. Analüüsi eesmärgil eeldatakse, et mootor on varustatud poolpuuühendusega ühefase konverteerijaga, mis tarnib mootorile ristkülikukujulise voolu lainekuju, nagu kaartidel näidatud. See konkreetne voolu lainekuju mängib olulist rolli mootori toimimisomaduste ja toimimisviisi määramisel.

Mootori poolt tekitatud tork näitab olulisi fluctuatseid, mida tavaliselt nimetatakse torkfluktuatsiooniks. Kuid kui mootor töötab kõrgete kiirustega, siis mootori-laadiga süsteemi inertsiatöötab loomulikuks filtreerimiseks. See inertsia suurendab torkfluktuatsioone, võimaldades mootoril säilitada suhteliselt ühtlane pöördeliikumise kiirus, isegi kui torkfluktuatsioon on olemas.