Η αρχή του ελέγχου κινητήρα είναι ο πυρήνας του τομέα της τεχνολογίας κινητήρα, ο οποίος περιλαμβάνει την αρχή λειτουργίας του κινητήρα, μεθόδους ελέγχου και πρακτικές εφαρμογές και άλλες πτυχές. Με την ανάπτυξη της σύγχρονης βιομηχανίας, ο κινητήρας ως σημαντική συσκευή για τη μετατροπή και τη μεταφορά ενέργειας, η ακρίβεια ελέγχου και η απόδοσή του επηρεάζουν άμεσα την απόδοση και την απόδοση ολόκληρου του συστήματος. Επομένως, μια-εις βάθος κατανόηση και μελέτη της αρχής ελέγχου κινητήρα έχει σημαντική θεωρητική και πρακτική σημασία.
Πρώτον, η αρχή λειτουργίας του κινητήρα
Ο κινητήρας είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια και η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και στο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας του, ο κινητήρας μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: κινητήρα DC και κινητήρα AC.
1. η αρχή λειτουργίας του κινητήρα συνεχούς ρεύματος
Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος είναι η χρήση ροής ρεύματος συνεχούς ρεύματος μέσω της αλληλεπίδρασης πηνίου οπλισμού και πηνίου μαγνητικού πεδίου, δημιουργώντας ροπή για την επίτευξη μηχανικής κίνησης της συσκευής. Η κύρια δομή του περιλαμβάνει οπλισμό, μαγνητικούς πόλους, βούρτσες και μαγνητικό πεδίο. Όταν το συνεχές ρεύμα διέρχεται από το πηνίο του οπλισμού, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που αλληλεπιδρά μεταξύ του οπλισμού και του μαγνητικού πεδίου, το οποίο παράγει μια ροπή που ξεκινά τη λειτουργία του κινητήρα. Η ταχύτητα του κινητήρα συνεχούς ρεύματος μπορεί να ελεγχθεί ρυθμίζοντας την τάση οπλισμού ή το ρεύμα οπλισμού.
2. Η αρχή λειτουργίας του κινητήρα AC
Ο κινητήρας AC είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί τη συνεχή αλλαγή του ρεύματος AC για να δημιουργήσει ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, πραγματοποιώντας έτσι μηχανική κίνηση. Σύμφωνα με την αρχή της δημιουργίας περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, ο κινητήρας AC μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους ασύγχρονου κινητήρα και σύγχρονου κινητήρα. Οι ασύγχρονοι κινητήρες (γνωστοί και ως κινητήρες επαγωγής) βασίζονται στην αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Όταν το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος διέρχεται από τις περιελίξεις του στάτη, δημιουργείται ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στον στάτορα και ο ρότορας αλληλεπιδρά με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο λόγω του επαγωγικού φαινομένου, δημιουργώντας έτσι μια περιστρεφόμενη ροπή για την κίνηση του κινητήρα. Ο σύγχρονος κινητήρας βασίζεται στην ταχύτητα του κινητήρα και η συχνότητα τροφοδοσίας έχει μια σταθερή αναλογική σχέση μεταξύ του κινητήρα και της λειτουργίας, η ταχύτητα και η συχνότητα τροφοδοσίας του είναι αυστηρά συγχρονισμένη.
Δεύτερον, μέθοδοι ελέγχου κινητήρα
Οι μέθοδοι ελέγχου κινητήρα περιλαμβάνουν κυρίως έλεγχο ταχύτητας, έλεγχο εκκίνησης και έλεγχο πέδησης. Αυτές οι μέθοδοι ελέγχου και οι αρχές τους περιγράφονται λεπτομερώς παρακάτω.
1. έλεγχος ταχύτητας
Ο έλεγχος ταχύτητας είναι η πιο σημαντική και πολύπλοκη πτυχή του ελέγχου του κινητήρα. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι ελέγχου ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου ταχύτητας διαίρεσης τάσης αντίστασης, του ελέγχου ταχύτητας μετατροπής συχνότητας και του διανυσματικού ελέγχου. Ο έλεγχος ταχύτητας διαίρεσης τάσης αντίστασης είναι μια μέθοδος μείωσης της ταχύτητας του κινητήρα αλλάζοντας την τάση τροφοδοσίας του κινητήρα, αυτή η μέθοδος είναι απλή και εύκολη στην εφαρμογή αλλά λιγότερο αποτελεσματική. Ο έλεγχος ταχύτητας μετατροπής συχνότητας είναι μια μέθοδος ρύθμισης της ταχύτητας του κινητήρα αλλάζοντας τη συχνότητα της ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος που παρέχεται από το τροφοδοτικό, αυτή η μέθοδος μπορεί να πραγματοποιήσει ένα ευρύ φάσμα στροφών και υψηλή απόδοση. Ο διανυσματικός έλεγχος είναι μια πιο προηγμένη μέθοδος ελέγχου, η οποία πραγματοποιεί την ακριβή ρύθμιση της ταχύτητας και της ροπής του κινητήρα ελέγχοντας με ακρίβεια το ρεύμα και το μαγνητικό πεδίο του κινητήρα και είναι κατάλληλη για περιπτώσεις με υψηλότερες απαιτήσεις στην απόδοση του κινητήρα.
2. Έλεγχος εκκίνησης
Έλεγχος εκκίνησης είναι ο έλεγχος του κινητήρα στη διαδικασία από τη στατική κατάσταση στην κατάσταση λειτουργίας. Για τους ασύγχρονους κινητήρες, λόγω της ροπής εκκίνησης είναι μικρή, επομένως είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν ορισμένες ειδικές μέθοδοι για την ομαλή εκκίνηση. Οι συνήθεις μέθοδοι ελέγχου εκκίνησης περιλαμβάνουν την άμεση εκκίνηση, την εκκίνηση με μειωμένη τάση και την ομαλή εκκίνηση. Αν και η άμεση εκκίνηση είναι απλή, αλλά το ρεύμα εκκίνησης είναι μεγάλο και ο αντίκτυπος στο ηλεκτρικό δίκτυο είναι μεγάλος. μειωμένη τάση εκκίνησης είναι η μείωση του ρεύματος εκκίνησης μειώνοντας την τάση τροφοδοσίας. Ομαλή εκκίνηση είναι η χρήση ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος για την επίτευξη ομαλού ελέγχου της διαδικασίας εκκίνησης του κινητήρα.
3. Έλεγχος πέδησης
Ο έλεγχος πέδησης είναι ο έλεγχος του κινητήρα από την κατάσταση λειτουργίας στη στάση κατά τη διαδικασία. Οι μέθοδοι ελέγχου πέδησης έχουν μια ποικιλία μεθόδων, συμπεριλαμβανομένης της ενεργειακής πέδησης, της όπισθεν πέδησης και της πέδησης-πίσω. Η πέδηση της κατανάλωσης ενέργειας γίνεται μέσω της περιέλιξης του στάτη στον κινητήρα στη συνεχή ισχύ για την παραγωγή ροπής πέδησης. Η αντίστροφη πέδηση γίνεται με την αλλαγή της σειράς φάσεων τροφοδοσίας του κινητήρα για την παραγωγή της αντίθετης φοράς περιστροφής με τη ροπή του κινητήρα για την επίτευξη πέδησης. τροφοδοσία-πίσω πέδηση είναι η χρήση των χαρακτηριστικών παραγωγής του κινητήρα, η μηχανική ενέργεια θα μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια και θα ανατροφοδοτηθεί στο πλέγμα για την επίτευξη πέδησης.
Τρίτον, το διάγραμμα κυκλώματος ελέγχου κινητήρα
1. Διάγραμμα κυκλώματος ελέγχου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη
Αυτό είναι το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος ελέγχου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ελέγχου μόνιμου μαγνήτη. Το κύκλωμα χρησιμοποιεί στοιχεία μεταγωγής AC triac για να βελτιώσει τα χαρακτηριστικά μεταγωγής, επειδή οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη είναι γεννήτριες και τα τυπικά στοιχεία μεταγωγής triac είναι δύσκολο να μετακινηθούν σωστά. Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη απαιτούν πλήρη-διόρθωση DC κυμάτων.
Τα αμφίδρομα θυρίστορ AC συνδέονται σε σειρά στην πλευρά εισόδου AC της γέφυρας ανορθωτή. Το πιο κρίσιμο μέρος της εγκατάστασης ενός SCR στην πλευρά DC της γέφυρας είναι η αντιμετώπιση της καθυστερημένης ενεργοποίησης-και του χρονισμού κοντά στο τέλος του μισού-κύκλου. Το κύκλωμα παρέχει έλεγχο ευρείας εμβέλειας, έτσι ώστε το τριακικό στοιχείο μεταγωγής AC να μπορεί να ενεργοποιηθεί γρήγορα ή με χαμηλή αγωγιμότητα σε χαμηλούς κινητήρες. Η αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος και ο ανορθωτής έχουν παρόμοιες ονομαστικές τιμές τάσης. Όλα βασίζονται στο πραγματικό φορτίο του κινητήρα και τις απαιτήσεις τάσης γραμμής.
2. 555 Διάγραμμα κυκλώματος ελέγχου κινητήρα IC PWM με περιοριστή ρεύματος
Για την παροχή γρήγορων αλλαγών ταχύτητας κινητήρα και αντιστροφής κατεύθυνσης κινητήρα, τέσσερις έξοδοι κινούν γέφυρες MOSFET H-. Οι συσκευές N-καναλιού είναι MOSFET χαμηλότερης ισχύος ράγας και το κανάλι P-είναι MOSFET ισχύος ανώτερης ράγας. όλα οδηγούνται από το TC4469.
Οι αντιστάσεις μικρής σειράς βοηθούν στην αποφυγή ταλαντώσεων της πύλης και επιβραδύνουν το χρόνο μετάβασης της συσκευής κάτω ράγας, γεγονός που βοηθά στη διατήρηση της επάνω συσκευής απενεργοποιημένη. Διαιρέτες αντιστάσεων και τρανζίστορ χαμηλού{1}}επιπέδου κόστους-μετακίνησης μπορούν εύκολα και οικονομικά να προστεθούν για να διατηρηθεί η μετάδοση κίνησης πύλης 15VDC του επάνω-MOSFET ράγας ώστε να επιτυγχάνονται τάσεις κινητήρα άνω των 12VDC.
Σε τάσεις πάνω από 15 VDC, ένας απλός γραμμικός ρυθμιστής μπορεί να τα τροφοδοτήσει από μια θετική τροφοδοσία κινητήρα επειδή το ICM7555 και το TC4469 απαιτούν αμελητέο ρεύμα. Για να βοηθήσουμε στην προστασία της πύλης από μεταβατικά ρεύματα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια δίοδο Zener. Όταν το κάτω MOSFET στον ίδιο βραχίονα γέφυρας είναι "ενεργό", δημιουργείται ένα υψηλό dV/dT και ο πυκνωτής πύλης-προς-πηγής βοηθά να διατηρείται το επάνω MOSFET "απενεργοποιημένο". Μια άλλη λύση σε αυτήν την κατάσταση είναι να διατηρήσετε την αντίσταση κίνησης πύλης του άνω MOSFET χαμηλά στην κατάσταση "OFF".
Η αντίσταση αίσθησης στον πείρο γείωσης H-γέφυρας παρέχει μια απλή μέθοδο ανίχνευσης παλμού ρεύματος κινητήρα, ανεξάρτητα από το αν ο κινητήρας περιστρέφεται προς τα εμπρός ή προς τα πίσω. Αυτό το σήμα φιλτράρεται και εφαρμόζεται στο ICM7555 προκειμένου να παρεμποδιστεί η παραγωγή PWM όταν το ρεύμα του κινητήρα υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή.
3. Διάγραμμα κυκλώματος ελέγχου βηματικού κινητήρα
Οι βηματικοί κινητήρες παρέχουν απλό,-χαμηλό κόστος και ακριβή έλεγχο θέσης. Ο βηματικός κινητήρας μπορεί να κινηθεί από ένα κύκλωμα που είναι τοποθετημένο κοντά στον κινητήρα και ελέγχεται από ένα κύκλωμα τηλεχειρισμού πάνω από ένα μακρύ καλώδιο. Το κύκλωμα είναι ενδιαφέρον στο ότι η ισχύς τόσο στον κινητήρα όσο και στο κύκλωμα του οδηγού μεταδίδεται μέσω δύο καλωδίων που μεταδίδουν επίσης τα σήματα ελέγχου.
Το ολοκληρωμένο κύκλωμα χρονοδιακόπτη LMC555 CMOS (IC1) παράγει παλμό 200 μικροδευτερόλεπτων σε βηματικό κινητήρα και ελέγχει την ταχύτητά του. Η ταχύτητα του κινητήρα μπορεί να αλλάξει μεταβάλλοντας τη συχνότητα αυτού του παλμού και παρέχεται μια μεταβλητή αντίσταση R1 για το σκοπό αυτό. Στην έξοδο του IC1 (ακίδα 3), ένας αρνητικός παλμός ρολογιού οδηγεί την πύλη του FET ισχύος IRL530N (Q1), το οποίο κλείνει αμέσως και αποσυνδέει την πλακέτα οδηγού από τη γείωση. Αυτή η διακοπή ρεύματος στέλνει ένα σήμα στον οδηγό του κινητήρα να πατήσει τον κινητήρα. Η φορά περιστροφής ελέγχεται από την πολικότητα της τάσης που εφαρμόζεται στο κύκλωμα του οδηγού μέσω των διασυνδέσεων L1 και L2.
Τα τρανζίστορ MPSA05 διπολικό NPN Q2 και MPSA55 PNP τρανζίστορ Q3 και Q4 αναστρέφουν τους παλμούς από τον ακροδέκτη 3, τραβώντας την αποστράγγιση του Q1 ψηλά όταν το Q1 είναι απενεργοποιημένο. Ο διακόπτης εναλλαγής S1 ρυθμίζει την κατεύθυνσή του αλλάζοντας την πολικότητα. Το κουμπί S2 ξεκινά και σταματά τον κινητήρα ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας το ρολόι.
4. Διάγραμμα κυκλώματος ελέγχου κινητήρα PWM με λειτουργία εμπρός, όπισθεν και πέδησης
Αυτό το κύκλωμα ελέγχου κινητήρα PWM παρέχει μια ποικιλία χειριστηρίων για έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Μπορείτε να ελέγξετε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος για προώθηση, όπισθεν ή πέδηση μέχρι να σταματήσει.
Το κύκλωμα χρησιμοποιεί μια γέφυρα MOSFETS για την κίνηση του κινητήρα, που ελέγχεται από μια σειρά από λογικές πύλες και μικρά διπολικά τρανζίστορ. Η τάση του κινητήρα μπορεί να είναι 10-20 βολτ και το ρεύμα πρέπει να είναι 8 αμπέρ το μέγιστο. Τα MOSFET θα πρέπει να είναι εφοδιασμένα με κατάλληλες ψύκτρες. Η είσοδος V+ θα πρέπει να τροφοδοτείται από την τάση λειτουργίας του κινητήρα συνεχούς ρεύματος (10-20 βολτ). Παρόλο που το MOSFET έχει σχεδιαστεί για λειτουργία 100 βολτ, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μόνο 20 βολτ το πολύ, επειδή αυτή η τάση χρησιμοποιείται επίσης για την κίνηση της πύλης, η οποία συνήθως περιορίζεται στα 20 βολτ. Η ελάχιστη τιμή για αυτήν την τάση τροφοδοσίας είναι 10 βολτ επειδή η πύλη δεν θα ανοίξει πλήρως εάν η τάση πέσει κάτω από τα 10 βολτ. Μπορείτε να επιλέξετε από διάφορους τύπους κινητήρων συνεχούς ρεύματος 10-20 volt για αυτήν την εφαρμογή.
