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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Игры с квантами энергии 29.09.2010 Добавив несколько квантов энергии, можно затормозить распад холодного вещества. Вот какой опыт поставил для изучения особенностей квантовой динамики Кеннет Янда из Калифорнийского университета в Ирвине. Смесь неона, гелия и паров брома продували сквозь сопло, в результате чего газы сильно охлаждались и порождали твердые частички в виде тетраэдрических комплексов из молекулы брома и двух атомов неона. Молекулу брома возбуждали импульсом лазера, и комплекс за десяток пикосекунд распадался, что сказывалось на спектральной характеристике. Однако когда стали считать кванты энергии, попавшей в комплекс, все оказалось не так-то просто. Действительно, получив 16 квантов, комплекс из брома и неонов распадался, причем каждый неон улетал независимо от другого. А вот 23 кванта приводили молекулу брома в такой режим колебания, что неон не мог от нее отлететь - энергия ударов делилась между обоими атомами. В результате вместо распада получалась жидкая капля. Последующий же импульс, подобно бильярдному кию, выбивал из нее атомы неона. Этот тонкий эксперимент позволил американским ученым впервые в режиме реального времени проследить за диссоциацией квантовой системы.

Другие интересные новости:

▪ Зеленые комплектующие Microsoft

▪ Ноутбук Toshiba Libretto W100

▪ Подсластитель из яблочных и грушевых отходов

▪ Отдых на корточках

▪ Аудиофильский плеер Walkman NW-A105

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья Майкл Каннингем. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто придумал комиксы? Подробный ответ

▪ статья Вишня кустарниковая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Конструкции громкоговорителей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Условные графические обозначения электрических машин. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026