Управление коллекторным электродвигателем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

В статье описывается схема автоматического поддержания скорости вращения коллекторного электродвигателя (ЭД) постоянного тока (рис.1), не требующая специального датчика скорости. Ее особенность состоит в том, что скорость вращения ЭД определяется по величине напряжения на вращающемся по инерции якоре (с нагрузкой на валу) в моменты кратковременных регулярно повторяющихся отключений от источника питания.

Регулирование скорости осуществляется широтно-импульсным способом путем использования упомянутого выше напряжения в качестве отрицательной обратной связи для схемы управления. Скорость вращения ЭД автоматически поддерживается внутри зоны, имеющей установленные максимум и минимум, и задается внешним напряжением от ручного или программного задатчика скорости. Ширина зоны регулирования равна:

где: U⁺ - положительное напряжение насыщения выхода ОУ, В; U^- - отрицательное напряжение насыщения выхода ОУ, В; R1' - сопротивление заземленной части резистора R1, Ом.

Ширину зоны регулирования в.виде отклонения числа оборотов ΔN ЭД можно представить выражением

где: N - число оборотов вала ЭД в единицу времени при номинальном напряжении питания якоря U2.

При изменении напряжения питания U2, как и величины нагрузки, скорость оборотов вала ЭД автоматически удерживается внутри установленной зоны регулирования.

Структурно схему управления можно представить в виде двух блоков: регулятора и ключевого усилителя А1 (рис.2). На рис.1 показан электродвигатель М1 с возбуждением от постоянного магнита. Если в ЭД применена обмотка возбуждения, то напряжение ее питания должно быть стабильным.

Если это напряжение нестабильно, то регулирование скорости при изменении нагрузки все же происходит, но каждому напряжению обмотки возбуждения соответствует своя автоматически поддерживаемая при изменении нагрузки скорость ЭД.

Изменению нагрузки и питающему якорь напряжению соответствует обратно пропорциональная возмущающему воздействию скорость ЭД внутри установленной зоны регулирования. По классификации в автоматике это - пропорциональное автоматическое регулирование.

Ширина зоны регулирования уменьшается с уменьшением установленной скорости вращения и наоборот, так как зависит от положения движка переменного резистора R1 (т.е. от сопротивления R1'), а значит, и скорости ЭД. Таким образом, отношение ширины зоны регулирования к скорости вращения ЭД остается постоянным при задании любой скорости.

Это полезное свойство не будет соблюдаться при работе от внешнего источника управляющего напряжения с постоянным выходным сопротивлением. источник питания для выбранного ОУ (±U1) можно использовать и для питания задатчика скорости ЭД (R1), но тогда он должен быть стабильным.

Якорь ЭД питается от отдельного источника U2. Если напряжение U2=U1, резистор R6 не устанавливается, а вместо R5 запаивается перемычка. Напряжение U2 должно быть всегда немного больше номинального напряжения питания выбранного ЭД для возможности поддержания неизменной скорости при задании ее максимального значения. При этом оно не требует стабилизации.

Рассмотрим работу регулятора. Считаем, движок переменного резистора R1 установлен примерно в среднее положение. Операционный усилитель DA1, цепочки C1-R3 и R4-R1' образуют генератор прямоугольных импульсов. При положительных импульсах с выхода DA1 якорь М1 через ключевой усилитель А1 получает питание от источника U2 и вращается, диод VD1 в это время заперт обратным напряжением, конденсатор С1 заряжается через резистор R3.

Когда напряжение на С1 превысит напряжение на неинвертирующем входе DA1, его выход переключается в отрицательную полярность, ключ А1 отключает М1 от источника U2, но его якорь вместе с нагрузкой продолжает вращаться по инерции (кратковременное отключение ЭД только незначительно уменьшает его скорость).

Если при этом напряжение на якоре ЭД окажется ниже напряжения на С1, то этот конденсатор через открывшийся диод VD1 подключается к якорю ЭД, и напряжение на них (с учетом падения напряжения на VD1) уравнивается. Выход генератора переходит в положительную фазу цикла генерации, начиная с этого напряжения.

При этом ЭД набирает обороты.

Резисторы R1, R4 образуют делитель напряжения, снимаемого с выхода DA1, и создают положительную обратную связь, которая обеспечивает условия генерации и гистерезис выходного напряжения ОУ при его переключении. Зона регулирования скорости ЭД эквивалентна этому напряжению. Наличие установленной зоны регулирования не означает, что скорость ЭД будет "рыскать" от максимума до минимума внутри этой зоны.

Она будет поддерживаться постоянной до тех пор, пока нагрузка или напряжение питания не изменят свои значения. Тогда скорость ЭД установится на новом стабильном уровне, но не выйдет из зоны. Регулирование внутри зоны получается плавное.

Частота работы схемы управления зависит от постоянной времени цепочки C1-R3, напряжения питания U2, нагрузки ЭД, установленной скорости и гистерезиса ОУ, момента инерции якоря ЭД совместно с нагрузкой, и является сложной функцией. Однако выбором постоянной времени C1-R3 и сопротивления R4 несложно установить режим, при котором скорость ЭД будет находиться в зоне регулирования с желаемой частотой коммутации при реальных изменениях нагрузки ЭД и отклонениях напряжения его питания U2. Это и определяет общую настройку регулятора под выбранный ЭД.

Элементы схемы и их параметры не критичны. DA1 может быть также 140УД12 В случае применения однополярного источника питания U1 можно взять сдвоенный ОУ AS339N (LM339N, К140СА1, КР110СА2).

Он имеет выход с открытым коллектором, который надо подгрузить резистором (в схеме используется один ОУ). Помимо ключа, схема которого показана на рис.2, можно применить оптоэлектронные реле и МДП-транзисторы.

Для подавления помех в сети при работе регулятора, возможно, потребуются дополнительные меры, например, шунтирование якоря ЭД RC-цепочкой.

На работу схемы управления она практически не повлияет.

Скорость вращения ЭД можно измерять без применения тахометра, измеряя напряжение на якоре стрелочным вольтметром (инерция его подвижной системы сгладит пульсации напряжения).

Автор: В.Гусаров, г.Минск

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Использование систем hands-free не влияет на безопасность вождения 03.01.2017 Использование систем hands-free для приема звонков за рулем полностью легально, в то время как держать телефон у уха во время вождения автомобиля во многих странах запрещено законом. Из этого должен следовать вывод, что различного рода Bluetooth-гарнитуры гораздо безопаснее, однако согласно исследованию Квинслендского технологического университета, это не совсем так. В рамках исследования доктор Шимул Хак (Shimul Haque) измерил время реакции водителей, использовавших технологии hands-free, державших телефон в руке и вовсе не разговаривавших по мобильной связи во время вождения. Тест был проведен в симуляторе, в котором каждый водитель оказывался в одной и той же ситуации: в поле периферического зрения автомобилиста попадал человек, пересекающий улицу по пешеходному переходу. Как выяснилось, время реакции водителей с наушником и без него было примерно одинаковым - на 40 % ниже, чем у тех, у кого вообще не было телефона. "В реальных условиях это сравнимо с запоздалой на 11 метров реакцией для транспортного средства, движущегося на скорости 40 км/ч", - рассказал Хак. Более того, отвлеченные водители были более склонны к резкому торможению, что создавало обеспокоенность среди ехавших рядом автомобилистов. По словам Хака, отвлекает человека именно когнитивная нагрузка, требуемая для поддержания разговора, а не то, держит он в руке телефон или нет. "Другими словами, человеческий мозг компенсирует получение более полной информации с мобильного телефона, не посылая кое-какую визуальную информацию в рабочую память", - объяснил доктор. Проще говоря, отвлеченный водитель смотрит на объекты, но не видит их.

Другие интересные новости:

▪ Автономный сканер отпечатков пальцев

▪ Форма ушей влияет на слух

▪ IBM увеличила емкость флеш-памяти в 100 раз

▪ Новые импульсные стабилизаторы

▪ Infineon начал производство NAND-памяти емкостью 512 Мбит

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сварочное оборудование. Подборка статей

▪ статья Весь этот джаз. Крылатое выражение

▪ статья Какие змеи ядовитые? Подробный ответ

▪ статья Тренировочная автомодель. Личный транспорт

▪ статья Блокиратор со световой индикацией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автоматика и телемеханика. Область применения. Общие требования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025