Módszerek az egyenáramú motor fordulatszámának szabályozására

A sebességszabályozás az egyik legfontosabb teljesítményjellemző a DC motor , és ez a fő oka annak, hogy az egyenáramú motorokat továbbra is széles körben használják olyan alkalmazásokban, amelyek precíz, állítható és érzékeny mozgást igényelnek. Ellentétben a váltakozó áramú motorokkal, amelyek fordulatszáma szorosan kötődik a tápfeszültség frekvenciájához, az egyenáramú motorok fordulatszáma számos jól bevált módszerrel zökkenőmentesen és gazdaságosan állítható. Ezeknek a módszereknek a megértése lehetővé teszi a mérnökök és terméktervezők számára, hogy kiválasszák az adott alkalmazáshoz legmegfelelőbb megközelítést, kiegyensúlyozva az olyan tényezőket, mint a költség, a hatékonyság, a nyomatékkövetelmények és a vezérlés bonyolultsága.

Az egyenáramú motor sebességét az armatúra feszültsége, a hátsó elektromotoros erő, az armatúra ellenállása és a mező által keltett mágneses fluxus közötti kapcsolat szabályozza. Ezen tényezők bármelyikének manipulálásával a motor forgási sebessége növelhető vagy csökkenthető. A gyakorlatban ezt elsősorban három elektromos vezérlési módszerrel érik el, míg a negyedik, tisztán mechanikus megközelítés a hajtómű-reduktorral – amely ma már a motoros megoldások tervezésének fő és kritikus módszere – a motor elektromos rendszerének módosítása nélkül biztosítja a fordulatszám szabályozását.

Armatúra feszültségszabályozás

Az armatúra feszültségszabályozása a legelterjedtebb és legszélesebb körben alkalmazott módszer az egyenáramú motor fordulatszámának beállítására. Mivel a motor fordulatszáma hozzávetőlegesen arányos az armatúra tekercsére adott feszültséggel, a tápfeszültség növelése a motor gyorsabb forgását okozza, míg a csökkentés lassítja a motort. Ez a kapcsolat teszi az armatúra feszültségszabályozását intuitív és rendkívül hatékony eszközzé a zökkenőmentes, folyamatos fordulatszám-beállítás elérésére.

A modern alkalmazásokban az armatúra feszültségét jellemzően impulzusszélesség-modulációval (PWM) szabályozzák, ahol a motorhoz szállított átlagos feszültséget a táplálás gyors be- és kikapcsolásával változtatják, szabályozott munkaciklus mellett. Ez a megközelítés kiváló hatékonyságot, gyors reakciót és széles fordulatszám-beállítási tartományt kínál, miközben viszonylag kevés hőt termel az ellenállásos módszerekhez képest. Az armatúra feszültségszabályozása különösen alkalmas a motor névleges fordulatszáma alatti alkalmazásokhoz, ahol viszonylag állandó nyomatékot tart fenn az állítható fordulatszám-tartományban, így ez a preferált választás a precíziós hajtásokhoz, automatizált berendezésekhez és akkumulátoros eszközökhöz.

Field Flux Control

Egyenáramú kefés motorok esetében a visszafelé ható elektromotoros erőt a mágneses fluxus és a forgási sebesség határozza meg. Az armatúra feszültsége a visszafelé ható elektromotoros erő és az armatúra tekercseken jelentkező feszültségesés összessége. Mivel a tekercselés feszültségesése normál üzemben nagyon kicsi, az armatúra feszültsége nagyjából megegyezik a hátsó elektromotoros erővel.

Ha az armatúra feszültségét és a terhelési nyomatékot állandó értéken tartják, a motor fordulatszáma fordítottan arányos a mágneses fluxussal. A mágneses fluxus csökkentése csökkenti az elektromotoros erőt, növeli az armatúra áramköri feszültségkülönbségét és növeli az armatúra áramát. A nagyobb áramerősség kompenzálja a gyengített mágneses fluxus miatti nyomatékveszteséget, és stabil kimeneti nyomatékot tart fenn. Végül a motor gyorsabban működik kisebb mágneses fluxus mellett, és lassabban nagyobb mágneses fluxus mellett.

A terepi tekercselésű egyenáramú motoroknál a mágneses fluxus a téráram változtatásával állítható. A terepi tekercs áramkörében sorba kapcsolt változó ellenállás lehetővé teszi a szabályozást: az ellenállás csökkentése növeli a téráramot, erősíti a mágneses teret és növeli a mágneses fluxust.

Az állandó mágneses egyenáramú motorok nincsenek felszerelve mezőtekerccsel, mágneses mezőjüket állandó mágnesek táplálják. A mágneses fluxus növelésére nagyobb mágneses teljesítményű mágnesek használhatók. Ezenkívül a mágneses rögzítőgyűrű nagy mágneses permeabilitású alkatrész. Megakadályozza a mágnesekből származó szórt mágneses fluxust, és optimalizálja a belső mágneses áramkört. A mágneses rögzítőgyűrű felszerelése csökkenti a mágneses veszteséget és növeli az elektromechanikus energiaátalakítás effektív mágneses fluxusát.

Armatúra ellenállás szabályozása

Az armatúra-ellenállás szabályozása az armatúra-áramkörrel egy változó ellenállás sorba kapcsolásával sebességcsökkentést ér el. Az ellenállás növekedésével a feszültségesés az ellenálláson növekszik, így kevesebb feszültség marad a motor meghajtására, ami alacsonyabb sebességet eredményez. Ezzel szemben az ellenállás csökkentése lehetővé teszi, hogy több feszültség érje el az armatúrát, növelve a sebességet a motor névleges értékéig.

Bár ez a módszer egyszerű, alacsony költségű és könnyen megvalósítható, jelentős hátrányai vannak. A bemeneti energia jelentős része hőként disszipálódik az ellenállásban, ami alacsonyabb általános hatásfokot eredményez, különösen csökkentett sebességeknél. Ezen túlmenően ez a módszer csak a névleges fordulatszám alá teszi a fordulatszám csökkentését, és az elektronikus módszerekhez képest viszonylag durva szabályozást biztosít. Ennek eredményeként az armatúra-ellenállás szabályozása általában kisebb teljesítményű alkalmazásokra, alapvető vezérlőrendszerekre korlátozódik, vagy olyan helyzetekre, amikor az alkalmankénti, nem kritikus fordulatszám-beállítás elegendő, és az elektronikus hajtásmegoldásokat a költségek nem indokolják.

Sebességváltó szűkítő hozzáadása

A fent leírt elektromos szabályozási módokon túlmenően a kimeneti fordulatszám mechanikusan is állítható az egyenáramú motor és a hajtómű reduktorának összekapcsolásával. A sebességváltó csökkenti a motor tengelye által leadott fordulatszámot, miközben arányosan növeli a kimenő tengelyen elérhető nyomatékot, az alkalmazáshoz kiválasztott áttételi áttételnek megfelelően.

Ez a megközelítés különösen akkor hasznos, ha egy alkalmazás fix, kiszámítható kimeneti fordulatszámot igényel, amely lényegesen alacsonyabb, mint a motor természetes működési tartománya, vagy ha alacsony fordulatszámon nagy nyomatékra van szükség anélkül, hogy túlzott elektromos igénybevételt róna magára a motorra. Mivel a motor továbbra is az optimális fordulatszám- és hatásfok tartomány közelében tud működni, miközben a sebességváltó kezeli a fordulatszám-csökkentést, ez a kombináció gyakran jobb általános hatékonyságot és tartósságot biztosít, mintha csak elektromos módszerekre hagyatkozna nagyon alacsony kimeneti sebesség elérése érdekében. A sebességváltó-csökkentők széles körben használatosak a szálcsiszolt egyenáramú motorokkal együtt robotikában, ipari automatizálásban, háztartási gépekben és elektromos kéziszerszám-alkalmazásokban, és kombinálhatók bármelyik fenti elektromos fordulatszám-szabályozási módszerrel a végső kimeneti sebesség további finomhangolásához.

Következtetés

Az egyenáramú motorok fordulatszám-szabályozása kritikus fontosságú a rendszer teljesítményének optimalizálása, az energiahatékonyság növelése és a tervezett funkciók elérése szempontjából. A megfelelő megoldás kiválasztásakor elengedhetetlen a tényleges alkalmazási igények, az energiahatékonysági célok és a költségkeret teljes figyelembevétele. A Hongyang Motor szálcsiszolt egyenáramú motorjai rugalmas kialakításúak, és kompatibilisek különféle fordulatszám-szabályozási megoldásokkal, hogy kielégítsék a különböző vásárlói igényeket. Átfogó termékkonfigurációkat és professzionális műszaki támogatást kínálunk, hogy a berendezés elérje a legjobb működési állapotát.