Řízení otáček stejnosměrného motoru: řízení odporu vinutí a řízení toku pole

Strojní motor je zařízení, které přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii stejnosměrného proudu. Jednou z nejvýraznějších vlastností strojního motoru je jeho schopnost snadno upravit rychlost podle specifických požadavků pomocí jednoduchých metod. Tento stupeň pohodlného řízení rychlosti není u střídavého motoru tak snadno dosažitelný.

Koncepty regulace rychlosti a řízení rychlosti jsou odlišné. V případě regulace rychlosti se rychlost motoru automaticky mění v reakci na různé pracovní podmínky. Naopak u strojního motoru se změny rychlosti buď ručně provádějí operátorem, nebo se automaticky ovládají pomocí ovládacích zařízení. Rychlost strojního motoru je určena následujícím vztahem:

Rovnice (1) jasně ukazuje, že rychlost strojního motoru závisí na třech klíčových faktorech: napětí zdroje V, odporu okruhu čepe Ra a magnetickém toku ϕ, který vygeneruje polemický proud.

• Při řízení rychlosti strojního motoru je manipulace s napětím, odporem čepe a magnetickým totem klíčovými úvahami. Existuje tři hlavní techniky pro dosažení řízení rychlosti strojního motoru, jak je uvedeno níže:

• Variace odporu v okruhu čepe (Řízení odporem čepe nebo reostatické řízení)

• Variace magnetického toku (Řízení magnetického toku)

• Variace aplikovaného napětí (Řízení napětím čepe)

Podrobnější zkoumání každé z těchto metod řízení rychlosti je poskytnuto níže.
Řízení odporem čepe strojního motoru (Paralelní motor)
Schéma připojení pro implementaci řízení odporem čepe paralelního motoru je zobrazeno níže. V tomto přístupu je do okruhu čepe vložen proměnný odpor Re. Poznamenejme, že změny hodnoty tohoto proměnného odporu nemají vliv na magnetický tok, protože polemické cíve je přímo spojeno s elektrickou sítí.

Charakteristika rychlosti a proudu paralelního motoru je zobrazena níže.

Sériový motor
Nyní si prohlédněme schéma připojení pro řízení rychlosti sériového motoru pomocí metody řízení odporem čepe.

Když je odpor okruhu čepe upraven, současně ovlivňuje proud protékající okruhem a magnetický tok uvnitř motoru. Spád napětí přes proměnný odpor efektivně snižuje napětí dostupné pro čep. Následně tento pokles napětí aplikovaného na čep vedá k snížení otáček motoru.

Charakteristická křivka rychlosti a proudu sériového motoru, která ilustruje vztah mezi rychlostí motoru a proudem protékajícím motoru, je zobrazena na následujícím obrázku.

Když je hodnota proměnného odporu Re zvýšena, motor pracuje s nižšími otáčkami. Protože proměnný odpor vede celkový proud čepe, musí být konstruován tak, aby kontinuálně zvládl plný nominální proud čepe bez přetopení nebo selhání.

Nevýhody metody řízení odporem čepe

• Významné množství elektrické energie je rozptýleno jako teplo v externím odporu Re, což vede k neefektivitě a ztrátě energie.

• Tato metoda řízení odporem čepe je omezena na snížení rychlosti motoru pod jeho normální pracovní rychlost; nedovoluje zvýšení rychlosti nad normální úroveň.

• Pro každou konkrétní hodnotu proměnného odporu, stupeň snížení rychlosti není pevně daný, ale místo toho kolísá v závislosti na zatížení motoru, což komplikuje dosažení přesné regulace rychlosti.

• Vzhledem k svému vrozenému neúčinnosti a omezení je tento přístup k řízení rychlosti obvykle vhodný pouze pro malé motory.

Metoda řízení magnetickým tokem strojního motoru

Magnetický tok uvnitř strojního motoru je generován polemickým proudem. Proto je řízení rychlosti touto metodou dosaženo úpravou velikosti polemického proudu.

Paralelní motor

U paralelního motoru je proměnný odpor RC připojen v sérii s paralelními polemickými cívky, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Tento RC je běžně označován jako regulační odpor paralelního pole, hraje klíčovou roli v modifikaci polemického proudu a následně i magnetického toku motoru.

Polemický proud paralelního motoru je dán rovnicí zobrazenou níže:

Když je proměnný odpor RC vložen do polemického okruhu, omezí proud pole. V důsledku toho se magnetický tok generovaný polemickými cívkami sníží. Toto snížení toku má přímý vliv na rychlost motoru, což vede k jejímu zvýšení. V důsledku toho motor pracuje s otáčkami, které přesahují jeho normální, nezměněnou rychlost.

Tato unikátní charakteristika dělá metodu řízení magnetickým tokem velmi užitečnou pro dva hlavní účely. Zaprvé umožňuje motoru dosáhnout rychlostí vyšších než jeho standardní pracovní rychlost, což poskytuje flexibilitu v aplikacích, které vyžadují vyšší otáčky. Zadruhé lze tuto metodu použít k kompenzaci přirozeného poklesu rychlosti, který nastane, když je motor zatížen, což efektivně udržuje konstantní rychlost za různých zatěžovacích podmínek.

Charakteristická křivka rychlosti a točivého momentu paralelního motoru, která graficky ilustruje vztah mezi otáčkami motoru a točivým momentem, který může vyvinout, je zobrazena níže. Tato křivka poskytuje cenné informace o výkonových charakteristikách motoru v různých pracovních situacích, kdy je použita metoda řízení magnetickým tokem.

Sériový motor

V případě sériového motoru lze změnit polemický proud jedním ze dvou způsobů: buď pomocí diverteru, nebo implementací řízení pole s výběrem.

Pomocí diverteru

Jak je znázorněno na následujícím obrázku, je proměnný odpor Rd připojen paralelně s sériovými polemickými cívkami. Tato konfigurace umožňuje manipulovat s distribucí proudu v okruhu, což ovlivňuje sílu magnetického pole generovaného sériovými polemickými cívkami.

Paralelní odpor v této konfiguraci je znám jako diverter. Když je diverter s proměnným odporem Rd připojen, odkloní určitou část hlavního proudu pryč od sériových polemických cívek. V důsledku toho primární funkce diverteru je snížit magnitudu proudu procházejícího polemickou cívkou. Jak se polemický proud snižuje, snižuje se také magnetický tok generovaný polem. To ved