Контрола на брзината на DC мотор: Контрола на отпорот на арматурата и контрола на магнетното поле

DC мотор е уред кој го претвара механичкиот помин во електрична енергија со посебен ток. Една од најзначајните карактеристики на DC моторот е можността да се прилагоди неговата брзина според специфични потреби со користење на прост методи. Овој ниво на удобно контролирање на брзината не е така лесно постижливо со AC мотор.

Концептите на регулација на брзина и контрола на брзина се различни. Во случај на регулација на брзина, брзината на моторот се менува автоматски во одговор на различни работни услови. Спротивно, во DC мотор, промените на брзината се намерно иницирани или рачно од оператор или автоматски преку контролни уреди. Брзината на DC моторот се определува со следната релација:

Јасната јавна равенка (1) покажува дека брзината на DC моторот зависи од три клучни фактори: напонот на захранување V, отпорот на арматурниот кружник Ra, и полето флукс ϕ, кој е генериран од полето струја.

• Кога доаѓа до контрола на брзината на DC моторот, манипулацијата со напон, отпорот на арматурата и полето флукс се важни размислувања. Постојат три основни техники за постигнување на контрола на брзината на DC моторот, како што се објаснува подолу:

• Промена на отпорот во арматурниот кружник (контрола на отпорот на арматурата или реостатска контрола)

• Промена на полето флукс (контрола на полето флукс)

• Промена на применетиот напон (контрола на напонот на арматурата)

Поглед на секоја од овие методи за контрола на брзината се дава подолу.
Контрола на отпорот на арматурата на DC мотор (шунт мотор)
Дијаграмот на поврзување за имплементација на контрола на отпорот на арматурата на шунт моторот е прикажан подолу. Во овој пристап, варијабилен отпор Re се вметнува во арматурниот кружник. Забележете дека промените во вредноста на овој варијабилен отпор не влијаат на магнетниот флукс бидејќи полето виткање е директно поврзано со захранувањето.

Характеристиката на брзина-струја на шунт моторот е прикажана подолу.

Сериески мотор
Сега нека го испитаме дијаграмот на поврзување за контрола на брзината на DC сериески мотор со методот на контрола на отпорот на арматурата.

Кога се прилагодува отпорот на арматурниот кружник, истовремено влијае на струјата која протекува низ кружникот и магнетниот флукс во моторот. Напонот на пад на варијабилниот отпор ефективно намалува напонот достапен за арматурата. Како резултат, ова намалување на применетиот напон на арматурата доведува до намалување на ротационата брзина на моторот.

Характеристичната крива на брзина-струја на сериески мотор, која илустрација на врската помеѓу брзината на моторот и струјата која минува низ него, е прикажана на следната слика.

Кога се зголемува вредноста на варијабилниот отпор Re, моторот работи на пониска ротационата брзина. Бидејќи варијабилниот отпор проводи целата арматурска струја, мора да биде дизајниран да константно обработува целата номинална арматурска струја без да се загреја или не успее.

Недостатоци на методот на контрола на отпорот на арматурата

• Значителна количина електрична енергија се дисипира како топлина во екстерниот отпор Re, што доведува до неефикасности и трошење на енергија.

• Овој метод на контрола на отпорот на арматурата е ограничен само до намалување на брзината на моторот под неговата нормална работна брзина; тој не дозволува зголемување на брзината над нормалниот ниво.

• За секоја специфична вредност на варијабилниот отпор, степенот на намалување на брзината не е фиксиран, туку се флуктуира во зависност од опфатената нагрузка на моторот, што прави точната регулација на брзината предизвик.

• Бидејќи на своите инхерентни неефикасности и ограничувања, овој пристап на контрола на брзината е типично соодветен само за малите мотори.

Метод на контрола на полето флукс на DC мотор

Магнетниот флукс во DC моторот се генерира од полето струја. Соодветно, контролата на брзината со овој метод се постигува со прилагодување на величината на полето струја.

Шунт мотор

Во шунт мотор, варијабилен отпор RC е поврзан во серија со шунт полето виткање, како што е прикажано на следната слика. Овој RC е често наречен шунт полето регулатор, играјќи важна улога во модификацијата на полето струја и, следбено, магнетниот флукс на моторот.

Шунт полето струја е дадена со равенката прикажана подолу:

Кога варијабилиот отпор RC се вметнува во полето кружник, тој ограничува текот на полето струја. Како резултат, магнетниот флукс генериран од полето виткање се намалува. Ова намалување на флуксот има директен влијание на брзината на моторот, што ја зголемува. Соодветно, моторот работи на ротационата брзина која надминува неговата нормална, непроменета брзина.

Ова единствено карактеристично прави методот на контрола на полето флукс многу корисен за две главни цели. Прво, тој дозволува моторот да постигне брзини поголеми од неговата стандардна работна брзина, што му дава гибкост во примените кои бараат повисени ротациони брзини. Второ, тој може да се користи за компензирање на природното намалување на брзината што се случува кога моторот е под опфатената нагрузка, ефективно одржувајќи повеќе константна брзина под различни услови на опфатената нагрузка.

Характеристичната крива на брзина-момент на шунт мотор, која графички илустрира врската помеѓу ротационата брзина на моторот и моментот кој може да произведе, е прикажана подолу. Оваа крива дава вредни информации за перформансите на моторот под различни работни услови кога се применува методот на контрола на полето флукс.

Сериески мотор

Во случај на сериески мотор, измената на полето струја може да се постигне преку еден од два методи: или со користење на дивертер или со имплементација на тапнато полето контрола.

Со користење на дивертер

Како што е прикажано на следната слика, варијабилен отпор Rd е поврзан паралелно со сериеско полето виткање. Оваа конфигурација дозволува манипулација на распределбата на струјата во кружникот, влијајќи на силата на магнетното поле генерирано од сериеско полето виткање.

Паралелниот отпор во оваа поставка е познат како дивертер. Кога дивертер со варијабилен отпор Rd е поврзан, тој дивертира одреден дел од главната струја од сериеско полето виткање. Соодветно, главната функција на дивертерот е да намали големината на струјата која протекува низ полето виткање. Како полето струја се намалува, магнетниот флукс генериран од полето се намалува. Ова намалување на флуксот доведува до зголемување на ротационата брзина на моторот.Тапнато полето контролаДругиот пристап за измена на полето струја во сериески мотор е преку тапнато полето контрола. Одговарајќи дијаграм на поврзување, кој илустрира специфичните електрични поврзувања и компоненти вклучени во овој метод, е прикажан подолу.

Во методот на тапнато полето контрола, ампер-виткањата се прилагодуваат со менување на бројот на активни полето виткање. Оваа конкретна конфигурација е многу применима во електрични системи за трагање. Со манипулација на бројот на полето виткање, магнетниот флукс генериран од полето виткање на моторот се менува, овозможувајќи прецизна контрола над брзината на моторот.

Характеристичната крива на брзина-момент на сериески мотор, која графички илустрира врската помеѓу ротационата брзина на моторот и моментот кој може да произведе под различни работни услови, е прикажана подолу. Оваа крива дава вредни информации за перформансите на моторот кога се применува методот на тапнато полето контрола, помогнувајќи инженерите и техничарите да разберат како моторот реагира на промени во опфатената нагрузка и подесувања на брзината.

Преимущества на контрола на полето флукс
Методот на контрола на полето флукс нуди неколку значајни предности, како што се објаснува подолу:

• Лесна употреба: Овој пристап е едноставен и корисник-пријателски, што овозможува едноставна имплементација и работа.

• Мала губиток на енергија: Бидејќи шунт полето обично има мала потреба за струја, губитокот на енергија во шунт полето останува минимален, што допринашува до подобрената ефикасност.

• Механизам за зголемување на брзината: Зборувајќи за насытеноста на желивото јдро во магнетниот кружник, магнетниот флукс обично не може да се зголеми над неговата нормална вредност. Соодветно, контролата на полето флукс се фокусира главно на слабеење на полето, што ефективно доведува до зголемување на ротационата брзина на моторот.

• Ограничен опсег на применување: Меѓутоа, важно е да се забележи дека овој метод е применим само во ограничен опсег. Претерано слабеење на полето може да доведе до нестабилност во работата на моторот, што го ограничува неговото користење до специфични сценарија каде што прецизната контрола и стабилност се критични.