Hraðastjórnun DC-motors: Stjórnun með armaturetöfnu og stjórnun með sviðssveiflu

DC-motor er tæki sem breytir verkfræði í beint straumstraum. Eitt af mörkilegustu eiginleikum DC-motors er að hægt sé að auka eða minnka hraða hans á einfaldan hátt og samkvæmt öryggisreglum. Þessi nákvæmni í hraðastýringu er ekki eins auðveldt að ná með AC-motor.

Hraðastjórnun og hraðareglun eru tvö ólík orðmyndir. Hraðareglun fer fram sjálfkrafa sem svar við mismunandi keyrsluástand. Á móti því, í DC-motori, eru hraðabreytingar valin, annaðhvort handvirkt af stjórnanda eða sjálfvirklega með stjórnartækjum. Hraðinn á DC-motori er skilgreindur með eftirtöldu formúlu:

Formúla (1) sýnir að hraðinn á DC-motori fer eftir þremur mikilvægum þáttum: spenna V, viðbótarviðmót R_a og markvefja ϕ, sem myndast af markvefjuströumi.

• Þegar kemur að stjórna hraða DC-motors, er mikilvægt að vinna við spennu, viðmót og markvefju. Það eru þrjár aðal aðferðir til að ná hraðastýringu á DC-motor, eins og lýst er hér fyrir neðan:

• Breyting á viðmót í armature rafrás (Armature Resistance eða Rheostatic Control)

• Breyting á markvefju (Field Flux Control)

• Breyting á spennu (Armature Voltage Control)

Nánari umfjöllun um hverja af þessum hraðastýringaraðferðum verður gefin síðar.
Hraðastýring DC-motors með viðmótsbreytingu (Shunt Motor)
Tengingarmynd fyrir að nota viðmótsstýringu á shunt motori er sýnd hér fyrir neðan. Í þessari aðferð er breytilegur viðmið Re settur inn í armature rafrás. Athugið að breytingar á gildi þessa breytilega viðmiðs hefur ekki áhrif á markvefju vegna þess að markvefjur eru tengdar beint á straumnetið.

Hraði-strota eiginleikar shunt motors eru sýndir hér fyrir neðan.

Series Motor
Látum nú okkur skoða tengingarmynd fyrir að stýra hraða DC series motors með viðmótsstýringu.

Þegar viðmót armature rafrás er stillt, hefur það áhrif á bæði strauminn sem fer í rafrásina og markvefju í motornni. Spennuminun yfir breytilegan viðmið lágmarkar spennu sem er tiltæk fyrir armature. Þetta leidir til lækkunar á hraða motorns.

Hraði-strota eiginleikar kurva series motors, sem sýnir hlutverk milli hraða motors og straumsins sem fer í hann, er sýnt í myndinni hér fyrir neðan.

Þegar gildi breytilegs viðmiðs Re er hækkt, keyrir motorinn með lægra snúningshraða. Þar sem breytilegur viðmið leiðir allan armature straum, þarf hann að vera búinn til að halda fullri straumsvæði án þess að hitast of mikið eða brottna.

Mínuser viðmótsstýringar aðferðar

• Mikill raforkupoti er dreift sem hiti í ytri viðmið Re, sem gerir aðferðina óþægileg og vandlegt fyrir orkutækni.

• Þessi aðferð viðmótsstýringar er takmörkuð við að lækkast hraða motors undir venjulegan keyrsluhraða; hún leyfir ekki að hækka hraðann yfir venjulegan hraða.

• Fyrir ákveðið gildi breytilegs viðmiðs, er hækkun hraða ekki fast en hún breytist eftir því hvaða byrða er lagð á motorinn, sem gerir nákvæm hraðastýringu erfitt.

• Vegna þessa óþægileika og takmarkana, er þessi hraðastýringaraðferð oftast aðeins rétt fyrir smá stærðar motors.

Markvefjuhækkunaraðferð DC-motors

Markvefjan í DC-motori er mynduð af markvefjuströumi. Þar með er hraðastýring með þessari aðferð gerð með því að stilla stærð markvefjuströum.

Shunt Motor

Í shunt motori er breytilegur viðmið RC tengdur í röð við shunt markvefju, eins og sýnt er í myndinni hér fyrir neðan. Þessi RC er oft kallaður shunt markvefju reglari, sem spilar mikilvægar hlutverk í að breyta markvefjuströum og svo markvefju motors.

Shunt markvefjuströum er gefin með jöfnunni hér fyrir neðan:

Þegar breytilegur viðmið R_C er settur inn í markvefju rafrás, takmarkar hann markvefjuströum. Þetta leidir til lækkunar á markvefju sem myndast af markvefju. Þessi lækkun á markvefju hefur beint áhrif á hraða motors, sem gerir hann hærra. Þar með keyrir motorinn með snúningshraða sem er hærra en venjulegur, óbreyttur hraði.

Þessi eiginleiki gerir markvefjuhækkunaraðferð mikilvæg fyrir tvö aðal tilgangi. Fyrst, hún leyfir motorinn að ná hraða sem eru hærra en venjulegur keyrsluhraði, sem gefur fleksibíleika í notkun sem krefst hærra snúningshraða. Annars, hún getur verið notuð til að mótmæla náttúrulegri lækkun hraða sem gerist þegar motorinn er undir byrðu, sem heldur að hægri og jafnari hraða við mismunandi byrðuástand.

Hraði-strota eiginleikar kurva shunt motors, sem graflega sýnir hlutverk milli snúningshraða motors og strota sem hann getur útbúið, er sýnt hér fyrir neðan. Þessi kurva býður upp á gagnlegt innsýn í hvernig motors prestar undir mismunandi keyrsluástand þegar markvefjuhækkunaraðferð er notuð.

Series Motor

Í tilfelli series motors, getur markvefjuströum verið breytt með einu af tveimur aðferðum: annaðhvort með að nota diverter eða með að nota tapped field control.

Með að nota diverter

Eins og sýnt er í myndinni hér fyrir neðan, er breytilegur viðmið Rd tengdur í samsíðu við series markvefju. Þessi skipulag leyfir að vinna við straumadreifingu í rafrás, sem hefur áhrif á styrk markvefju sem myndast af series markvefju.

Samsíðu viðmiður í þessu skipulagi er kallaður diverter. Þegar diverter með breytilegan viðmið Rd er tengdur, dreifir hann ákveðið hlutfall af aðalstrauminum frá series markvefju. Þetta leidir til lækkunar á stærð straumsins sem fer í markvefju. Þegar markvefjuströum lækkar, lækkar markvefju sem myndast af markvefju. Þessi lækkun á markvefju leidir til hækkunar á snúningshraða motors.Tapped Field ControlAðrar aðferð til að breyta markvefjuströum í series motori er með að nota tapped field control. Tengingarmyndin, sem sýnir ákveðna elektriskar tengingar og aðgerðir sem eru nauðsynlegar fyrir þessa aðferð, er sýnd hér fyrir neðan.

Í tapped field control aðferð, eru ampere-takkar breytt með því að breyta fjölda virka markvefju takka. Þessi skipulag er mjög gild fyrir rafbilsdrifakerfi. Með því að breyta fjölda markvefju takka, er markvefju sem myndast af markvefju breytt, sem gerir mögulegt nákvæm hraðastýringu.

Hraði-strota eiginleikar kurva series motors, sem graflega sýnir hlutverk milli snúningshraða motors og strota sem hann getur útbúið undir mismunandi keyrsluástand, er sýnt hér fyrir neðan. Þessi kurva býður upp á gagnlegt innsýn í hvernig motors prestar þegar tapped field control aðferð er notuð, sem hjálpar verkfræðingum og teknikum að skilja hvernig motors svarað á mismunandi byrðu og hraðastillingar.

Plúsaskilyrði markvefjuhækkunaraðferðar
Markvefjuhækkunaraðferðin býður upp á nokkrar mikilvægar kosti, eins og lýst er hér fyrir neðan:

• Auðvelda notkun: Þessi aðferð er einfald og notendavæn, sem gerir hana auðveld til að setja upp og keyra.

• Lágr orkupotiloss: Þar sem shunt markvefju typa er með litla straumskröfu, er orkupotilossi innan shunt markvefju litill, sem bætir almennum hagnýtra.

• Hraðahækkunaraðferð: Vegna mettleysis í jarnkerfinu í markvefju, er ekki hægt að hækka markvefju yfir venjulegt gildi. Þar með fokuserar markvefjuhækkunaraðferð á að veikka markvefju, sem efni hækkar snúningshraða motors.

• Stjórnunarsvið: En það er mikilvægt að athuga að þessi aðferð er aðeins gild fyrir takmarkað svið. Of mikil veikkan markvefju getur leitt til óstöðugleika í keyrslu motors, sem takmarkar notkun hennar að ákveðnum tilvikum þar sem nákvæm stýring og öruggleiki eru mikilvægir.