Tasavirtamoottorin nopeuden säätömenetelmät

Nopeudensäätö on yksi tärkeimmistä suorituskykyominaisuuksista DC moottori , ja se on keskeinen syy siihen, miksi tasavirtamoottoreita käytetään edelleen laajalti sovelluksissa, jotka vaativat tarkkaa, säädettävää ja reagoivaa liikettä. Toisin kuin AC-moottoreissa, joiden nopeus on tiiviisti sidottu virransyötön taajuuteen, tasavirtamoottorin nopeutta voidaan säätää sujuvasti ja taloudellisesti useilla vakiintuneilla menetelmillä. Näiden menetelmien ymmärtäminen antaa insinöörille ja tuotesuunnittelijalle mahdollisuuden valita sopivimman lähestymistavan tiettyyn sovellukseen tasapainottaakseen tekijöitä, kuten kustannus, tehokkuus, vääntömomenttivaatimukset ja ohjauksen monimutkaisuus.

Tasavirtamoottorin nopeutta säätelee ankkurijännitteen, takasähkömotorisen voiman, ankkurin vastuksen ja kentän tuottaman magneettivuon välinen suhde. Käsittelemällä mitä tahansa näistä tekijöistä, moottorin pyörimisnopeutta voidaan lisätä tai vähentää. Käytännössä tämä saavutetaan ensisijaisesti kolmella sähköisellä ohjausmenetelmällä, kun taas neljäs, puhtaasti mekaaninen lähestymistapa, jossa käytetään vaihteiston supistusmekanismia - joka on nykyään yleinen ja kriittinen menetelmä moottoriratkaisujen suunnittelussa - tarjoaa nopeuden säädön ilman muutoksia moottorin sähköjärjestelmään.

Ankkurin jännitteen säätö

Ankkurijännitteen ohjaus on yleisin ja laajimmin käytetty menetelmä tasavirtamoottorin nopeuden säätämiseen. Koska moottorin nopeus on suunnilleen verrannollinen ankkurikäämin yli syötettyyn jännitteeseen, syöttöjännitteen nostaminen saa moottorin pyörimään nopeammin, kun taas sen pienentäminen hidastaa moottoria. Tämä suhde tekee ankkurin jännitteen ohjauksesta intuitiivisen ja erittäin tehokkaan tavan saavuttaa tasainen ja jatkuva nopeuden säätö.

Nykyaikaisissa sovelluksissa ankkurijännitettä säädellään tyypillisesti pulssinleveysmodulaatiolla (PWM), jossa moottorille toimitettua keskimääräistä jännitettä muutetaan kytkemällä syöttö nopeasti päälle ja pois hallitulla käyttöjaksolla. Tämä lähestymistapa tarjoaa erinomaisen tehokkuuden, nopean vasteen ja laajan nopeuden säätöalueen, samalla kun se tuottaa suhteellisen vähän lämpöä verrattuna resistiivisiin menetelmiin. Ankkuroidun jännitteen ohjaus sopii erityisen hyvin sovelluksiin, jotka ovat moottorin nimellisnopeuden alapuolella, missä se ylläpitää suhteellisen tasaisen vääntömomentin säädettävällä nopeusalueella, joten se on ensisijainen valinta tarkkuuskäytöille, automatisoiduille laitteille ja akkukäyttöisille laitteille.

Kenttävuon ohjaus

DC-harjatuissa moottoreissa sähkömoottorivoiman takaisinkytkentä määräytyy magneettivuon ja pyörimisnopeuden perusteella. Ankkurin jännite on takasähkömotorisen voiman ja ankkurikäämien jännitehäviön summa. Koska käämin jännitehäviö on normaalikäytössä hyvin pieni, ankkurijännite vastaa suunnilleen takasähkömotorista voimaa.

Kun ankkurin jännite ja kuorman vääntömomentti pidetään vakiona, moottorin nopeus on kääntäen verrannollinen magneettivuon. Magneettivuon pienentäminen pienentää takaisin sähkömotorista voimaa, lisää ankkuripiirin jännite-eroa ja nostaa ankkurivirtaa. Suurempi virta kompensoi heikentyneen magneettivuon aiheuttamaa vääntömomentin menetystä ja ylläpitää vakaan lähtömomentin. Lopulta moottori käy nopeammin pienemmällä magneettivuolla ja hitaammin suuremmalla magneettivuolla.

Kenttäkäämityksellä varustetuissa tasavirtamoottoreissa magneettivirtaa voidaan säätää muuttamalla kenttävirtaa. Kenttäkäämin tehopiirissä sarjaan kytketty säädettävä vastus mahdollistaa säätelyn: vastuksen pienentäminen lisää kenttävirtaa, vahvistaa magneettikenttää ja nostaa magneettivuoa.

Kestomagneettitasavirtamoottoreissa ei ole kenttäkäämityksiä, ja niiden magneettikenttä syötetään kestomagneeteilla. Magneettivuon lisäämiseksi voidaan käyttää magneetteja, joilla on korkeampi magneettinen suorituskyky. Lisäksi magneettinen pidätinrengas on korkean magneettisen läpäisevyyden komponentti. Se estää hajamagneettivuon magneeteista ja optimoi sisäisen magneettipiirin. Magneettisen kiinnitysrenkaan asentaminen vähentää magneettista häviötä ja lisää tehollista magneettivuoa sähkömekaanisessa energian muuntamisessa.

Ankkurin vastuksen ohjaus

Ankkurin vastuksen säädöllä saavutetaan nopeuden vähentäminen asettamalla säädettävä vastus sarjaan ankkuripiirin kanssa. Kun vastus kasvaa, jännitehäviö vastuksen yli kasvaa, mikä jättää vähemmän jännitettä käytettävissä moottorin käyttämiseen ja johtaa alhaisempaan käyntiin. Sitä vastoin vastuksen pienentäminen mahdollistaa suuremman jännitteen saavuttamisen ankkuriin, mikä lisää nopeutta moottorin nimellisarvoon asti.

Vaikka tämä menetelmä on yksinkertainen, edullinen ja helppo toteuttaa, sillä on huomattavia haittoja. Merkittävä osa syöttöenergiasta haihtuu lämpönä vastuksessa, mikä johtaa alhaisempaan kokonaishyötysuhteeseen, erityisesti pienemmillä nopeuksilla. Lisäksi tämä menetelmä mahdollistaa vain nopeuden pienentämisen alle nimellisnopeuden ja tarjoaa suhteellisen karkean ohjauksen verrattuna elektronisiin menetelmiin. Tästä johtuen ankkurin resistanssin ohjaus rajoittuu yleensä pienempitehoisiin sovelluksiin, perusohjausjärjestelmiin tai tilanteisiin, joissa satunnainen, ei-kriittinen nopeudensäätö riittää ja elektroniset käyttöratkaisut eivät ole kustannuksiltaan perusteltuja.

Vaihteiston alennusvaihteen lisääminen

Edellä kuvattujen sähköisten ohjausmenetelmien lisäksi lähtönopeutta voidaan säätää myös mekaanisesti kytkemällä DC-moottori vaihteiston alennuslaitteeseen. Vaihteisto vähentää moottorin akselin toimittamaa pyörimisnopeutta ja lisää samalla suhteellisesti käytettävissä olevaa vääntömomenttia ulostuloakselilla sovellukseen valitun välityssuhteen mukaan.

Tämä lähestymistapa on erityisen arvokas, kun sovellus vaatii kiinteän, ennustettavan lähtönopeuden, joka on huomattavasti pienempi kuin moottorin luonnollinen toiminta-alue, tai kun tarvitaan suurta vääntömomenttia alhaisella nopeudella ilman liiallisia sähkövaatimuksia itse moottorille. Koska moottori voi jatkaa toimintaansa lähellä optimaalista nopeus- ja hyötysuhdealuettaan, kun vaihteisto hoitaa nopeuden alennuksen, tämä yhdistelmä tarjoaa usein paremman kokonaishyötysuhteen ja kestävyyden kuin pelkän sähkömenetelmien luottaminen erittäin alhaisten lähtönopeuksien saavuttamiseksi. Vaihteiston vähennyksiä käytetään laajalti yhdessä harjattujen tasavirtamoottoreiden kanssa robotiikassa, teollisuusautomaatiossa, kodinkoneissa ja sähkötyökalusovelluksissa, ja ne voidaan yhdistää mihin tahansa yllä olevista sähköisistä nopeudensäätömenetelmistä lopullisen lähtönopeuden hienosäätöä varten.

Johtopäätös

Tasavirtamoottoreiden nopeudensäätö on kriittinen järjestelmän suorituskyvyn optimoimiseksi, energiatehokkuuden parantamiseksi ja suunniteltujen toimintojen saavuttamiseksi. Sopivaa ratkaisua valittaessa on tärkeää ottaa täysimääräisesti huomioon todelliset sovellustarpeet, energiatehokkuustavoitteet ja kustannusbudjetit. Hongyang Motorin harjatuissa tasavirtamoottoreissa on joustava muotoilu ja ne ovat yhteensopivia erilaisten nopeudensäätöratkaisujen kanssa erilaisten asiakkaiden tarpeiden tyydyttämiseksi. Tarjoamme kattavat tuotekokoonpanot ja ammattimaisen teknisen tuen, joka auttaa laitteita saavuttamaan parhaan käyttötilan.