DCモータードライブとは何か

DCモータードライブとは何か

DCモータードライブの定義

DCモータードライブは、DCモーターの性能を制御するシステムで、速度、起動、ブレーキング、逆転などの操作を強化します。

起動メカニズム

DCモータードライブの起動には、モーターの損傷を防ぐために高電流を管理することが必要であり、通常は抵抗を変えることで行われます。

ブレーキングシステム

ブレーキングはDCモータードライブにとって非常に重要な操作です。モーターの速度を減速したり完全に停止させる必要がいつでも生じる可能性があり、その際にブレーキングが適用されます。DCモーターのブレーキングは基本的に負のトルクを発生させ、モーターが発電機として動作し、その結果モーターの動きが反対方向になります。DCモーターのブレーキングには主に3つのタイプがあります：

再生ブレーキング

生成されたエネルギーが電源に供給される場合、または次の式で示すことができます：

E > V かつ 負のIa.

磁束を定格値以上に増加させることはできないため、再生ブレーキングはモーターの速度が定格値よりも高い場合にのみ可能です。上記のグラフに速度トルク特性が示されています。再生ブレーキングが発生すると端子電圧が上昇し、その結果電源からの電力供給がこの量だけ減少します。これが回路に負荷を接続する理由です。したがって、再生電力を吸収できる十分な負荷がある場合にのみ再生ブレーキングを使用すべきです。

ダイナミックブレーキングまたはリスタットブレーキング

ダイナミックブレーキングは、アーマチュア自体の回転によってブレーキングが発生するDCモータードライブの別のタイプのブレーキングです。この方法は広く使用されているDCモータードライブシステムの一つです。ブレーキングが必要な場合は、モーターのアーマチュアを電源から切り離し、アーマチュアに直列抵抗を導入します。その後、モーターは発電機として動作し、電流は反対方向に流れ、これはフィールド接続が反転することを示しています。別励磁と直列DCモーターの両方の図が下に示されています。

ブレーキングが迅速に行われる必要がある場合、抵抗（RB）はいくつかのセクションに分けられます。ブレーキングが発生しモーターの速度が低下すると、抵抗はセクションごとに順次切断され、軽い平均トルクを維持します。

プラギングまたは逆電圧ブレーキング

プラギングは、ブレーキングが必要なときに供給電圧を逆にするタイプのブレーキングです。ブレーキング中に回路に抵抗も導入されます。供給電圧の方向が逆になると、アーマチュア電流も逆になり、バックEMFが非常に高くなるため、モーターがブレーキングされます。直列モーターではプラギングのためにアーマチュアのみを逆にします。別励磁と直列励磁モーターの図が下に示されています。

速度制御

電気駆動装置の主要な用途は、DCモーターのブレーキングの必要性と言えます。回転するDCモータードライブの速度を表す式は以下の通りです。

この式によれば、モーターの速度は以下の方法で制御できます。

アーマチュア電圧制御

これらの方法の中で、アーマチュア電圧制御は高効率と良好な速度制御および一時応答により好まれています。ただし、この方法の唯一の欠点は、アーマチュア電圧が定格値を超えてはならないため、定格速度以下でのみ動作できることです。アーマチュア電圧制御の速度トルク曲線は以下の通りです。

フィールド磁束制御

速度制御が必要な場合、フィールド磁束制御が使用されます。通常の機器では最大速度は定格速度の2倍まで許容され、特別に設計された機器では定格速度の6倍まで許容されます。フィールド磁束制御のトルク速度特性は以下の図に示されています。

アーマチュア抵抗制御

抵抗制御法は、アーマチュアに直列に抵抗を導入することで速度を調整します。この方法は効率が悪いため、通常は短時間の速度制御が必要な場合、例えばトラクションシステムなどで使用されます。