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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Стекло для отталкивания воды 16.01.2008 Ученые из США создали сверхгидрофобное покрытие из стекла. "Вода совершенно не способна смочить созданный нами новый материал. Вряд ли он пригодится для изготовления дождевика. Но в качестве покрытия для днища корабля или опор мостов вполне может сэкономить немало энергии и денег", - считает Джон Симпсон из Окриджской лаборатории (США). Секрет материала находится на его поверхности. Созданная там наноструктура не позволяет воде соприкоснуться с твердым веществом, сохраняя между ними постоянную прослойку воздуха. Чтобы добиться столь сильной гидрофобности, Симпсон сначала выплавил боросиликатное стекло. Затем он выдержал его при высокой температуре, и слиток распался на две фазы: в нем появились области, занятые боратным стеклом. Слиток измельчили в мелкий порошок, а затем боратное стекло вытравили. Полученные порошинки приобрели вид микроскопических кораллов с нанометровыми веточками. Их обработали реактивами, и поверхность стала гидрофильной из гидрофобной. Размер нановеточек и расстояния между ними столь малы, что поверхностное натяжение растягивает между их концами пленку воды. "В отличие от известных сверхгидрофобных покрытий, которые так и не могут выйти за пределы лаборатории, стеклянный порошок совсем не дорог, и его легко делать", - говорит Джон Симпсон.

Другие интересные новости:

▪ Плавание улучшает словарный запас детей

▪ Тонкие плазменные излучатели: революция в шумоподавлении

▪ Прототип квантовой памяти

▪ Глаза в глаза

▪ Красный фосфор для увеличения емкости литиевых батарей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Блоки питания. Подборка статей

▪ статья Магнитная полоса. История изобретения и производства

▪ статья Почему пал Рим? Подробный ответ

▪ статья Работы асфальтобетонные. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Сварочный аппарат с электронной регулировкой сварочного тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Дрессированная собачка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026