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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Умные часы, анализирующие состав пота 13.06.2024 Ученые из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук представили инновационные умные часы, которые способны анализировать состав пота. Это устройство может стать ценным инструментом для спортсменов, позволяя им отслеживать изменения в организме во время тренировок и соревнований. Устройство оснащено различными датчиками, способными обрабатывать пот из тела человека и анализировать химические вещества в его составе. С помощью сенсоров можно точно определять уровни ионов калия, натрия и кальция. Показатели состава пота можно отслеживать как в реальном времени, так и в течение шести месяцев. Это позволяет спортсменам получать непрерывную обратную связь о состоянии своего организма во время тренировок и восстановления. Датчики умных часов работают на базе электрохимических методов и используют микрофлюидный чип, способный обрабатывать очень малые объемы жидкости. Это позволяет изучать состав даже 0,01 мл пота. Стабильность работы сенсоров является ключевым аспектом для эффективности и долговечности устройства. Ученые обеспечили высокую стабильность и надежность функционирования датчиков. Изучение состава пота может помочь спортсменам и тренерам лучше понимать, как организм реагирует на физическую нагрузку и какие электролиты теряются в процессе потоотделения. Электролиты, такие как калий и натрий, играют важную роль в регуляции функций нервов и мышц. Понимание процессов, связанных с потоотделением, может помочь спортсменам оптимизировать свою диету и режим водопотребления для улучшения выносливости и производительности. Умные часы, способные анализировать состав пота, представляют собой значимый прогресс в области спортивных технологий. Они обеспечивают спортсменам и тренерам ценную информацию о состоянии организма во время физических нагрузок и помогают оптимизировать процессы тренировок и восстановления. Развитие таких технологий может способствовать улучшению спортивных результатов и общего здоровья спортсменов.

Другие интересные новости:

▪ Умная система освещения для офисных зданий от Philips

▪ Выявление деменции за десять лет до диагноза

▪ Хромбук Samsung Galaxy Chromebook 2 360

▪ Ультразвуковой кухонный нож

▪ Планшет Asus ZenPad 3 8.0 с дисплеем разрешением 2K

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы. Подборка статей

▪ статья Щекотливая ситуация. Крылатое выражение

▪ статья Сколько времени потребовалось константинопольскому патриарху Фотию, чтобы пройти все степени, отделявшие мирянина от главы клира? Подробный ответ

▪ статья Основы принятия и применения государственных нормативных требований охраны труда

▪ статья Отделка овчин после крашения. Простые рецепты и советы

▪ статья Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Защитные меры безопасности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026