Metoder til styring af hastigheden af ​​en jævnstrømsmotor

Hastighedskontrol er en af de vigtigste præstationskarakteristika for en DC motor , og det er en nøgleårsag til, at DC-motorer forbliver meget udbredt i applikationer, der kræver præcise, justerbare og responsive bevægelser. I modsætning til AC-motorer, hvis hastighed er tæt knyttet til frekvensen af ​​strømforsyningen, kan hastigheden af ​​en DC-motor justeres jævnt og økonomisk gennem flere veletablerede metoder. Forståelse af disse metoder giver ingeniører og produktdesignere mulighed for at vælge den mest egnede tilgang til en given applikation, balancerende faktorer såsom omkostninger, effektivitet, drejningsmomentkrav og kontrolkompleksitet.

Hastigheden af ​​en jævnstrømsmotor er styret af forholdet mellem ankerspændingen, den tilbageelektromotoriske kraft, ankermodstanden og den magnetiske flux produceret af feltet. Ved at manipulere en af ​​disse faktorer kan motorens rotationshastighed øges eller sænkes. I praksis opnås dette primært gennem tre elektriske styringsmetoder, mens en fjerde, rent mekanisk tilgang ved hjælp af en gearkassereduktion - som nu er en mainstream og kritisk metode i motorløsningsdesign - giver hastighedsregulering uden ændringer af motorens elektriske system.

Armatur spændingskontrol

Armaturspændingsstyring er den mest almindelige og udbredte metode til justering af DC-motorhastighed. Da motorhastigheden er tilnærmelsesvis proportional med den spænding, der påføres over ankerviklingen, får en forøgelse af forsyningsspændingen motoren til at rotere hurtigere, mens en nedsættelse bremser motoren. Dette forhold gør armaturspændingsstyring til et intuitivt og yderst effektivt middel til at opnå jævn, kontinuerlig hastighedsjustering.

I moderne applikationer reguleres ankerspændingen typisk ved hjælp af pulsbreddemodulation (PWM), hvor den gennemsnitlige spænding, der leveres til motoren, varieres ved hurtigt at tænde og slukke for forsyningen ved en kontrolleret driftscyklus. Denne tilgang tilbyder fremragende effektivitet, hurtig respons og et bredt hastighedsjusteringsområde, mens den genererer relativt lidt varme sammenlignet med resistive metoder. Armaturspændingsstyring er særligt velegnet til applikationer under motorens nominelle hastighed, hvor den opretholder et relativt konstant drejningsmoment over det justerbare hastighedsområde, hvilket gør det til det foretrukne valg til præcisionsdrev, automatiseret udstyr og batteridrevne enheder.

Felt flux kontrol

For DC-børstede motorer bestemmes tilbage elektromotorisk kraft af magnetisk flux og rotationshastighed. Armaturspændingen er summen af ​​tilbage elektromotorisk kraft og spændingsfaldet på ankerviklinger. Da viklingsspændingsfaldet er meget lille ved almindelig drift, er ankerspændingen nogenlunde ækvivalent med tilbage elektromotorisk kraft.

Når ankerspænding og belastningsmoment holdes konstant, er motorhastigheden omvendt proportional med magnetisk flux. En reduktion i magnetisk flux vil sænke den elektromotoriske kraft, øge ankerkredsløbsspændingsforskellen og øge ankerstrømmen. Den højere strøm kompenserer for drejningsmomenttab fra svækket magnetisk flux og opretholder et stabilt udgangsmoment. Til sidst kører motoren hurtigere med mindre magnetisk flux og langsommere med større magnetisk flux.

For DC-motorer med feltviklinger kan magnetisk flux justeres ved at variere feltstrømmen. En variabel modstand forbundet i serie i feltspolens effektkredsløb muliggør regulering: reduktion af modstanden vil øge feltstrømmen, styrke magnetfeltet og hæve den magnetiske flux.

Permanent magnet DC-motorer er ikke udstyret med feltviklinger, og deres magnetfelt leveres af permanente magneter. For at øge magnetisk flux kan magneter med højere magnetisk ydeevne bruges. Desuden er den magnetiske holdering en komponent med høj magnetisk permeabilitet. Det begrænser magnetisk flux fra magneterne og optimerer det interne magnetiske kredsløb. Installation af en magnetisk holderring reducerer magnetisk tab og øger den effektive magnetiske flux til elektromekanisk energiomdannelse.

Armaturmodstandskontrol

Ankermodstandskontrol opnår hastighedsreduktion ved at indsætte en variabel modstand i serie med ankerkredsløbet. Når modstanden stiger, stiger spændingsfaldet over modstanden, hvilket efterlader mindre spænding tilgængelig til at drive motoren og resulterer i lavere hastighed. Omvendt tillader reduktion af modstanden mere spænding at nå ankeret, hvilket øger hastigheden op til motorens nominelle værdi.

Selvom denne metode er enkel, lav i omkostninger og nem at implementere, har den bemærkelsesværdige ulemper. En betydelig del af inputenergien spredes som varme i modstanden, hvilket resulterer i lavere samlet effektivitet, især ved reducerede hastigheder. Derudover tillader denne metode kun hastighedsreduktion under den nominelle hastighed og giver relativt grov kontrol sammenlignet med elektroniske metoder. Som et resultat er kontrol af ankermodstand generelt begrænset til applikationer med lavere effekt, grundlæggende kontrolsystemer eller situationer, hvor lejlighedsvis, ikke-kritisk hastighedsjustering er tilstrækkelig, og elektroniske drivløsninger ikke er berettiget af omkostninger.

Tilføjelse af en gearkassereduktion

Ud over de ovenfor beskrevne elektriske styringsmetoder kan udgangshastigheden også justeres mekanisk ved at koble DC-motoren til en gearkassereduktion. En gearkasse reducerer omdrejningshastigheden leveret af motorakslen, mens den proportionalt øger det tilgængelige drejningsmoment ved udgangsakslen, i henhold til gearreduktionsforholdet valgt til applikationen.

Denne tilgang er især værdifuld, når en applikation kræver en fast, forudsigelig udgangshastighed, der er væsentligt lavere end motorens naturlige driftsområde, eller når der er behov for højt drejningsmoment ved lav hastighed uden at stille overdrevne elektriske krav til selve motoren. Fordi motoren kan fortsætte med at arbejde tæt på dets optimale hastigheds- og effektivitetsområde, mens gearkassen håndterer hastighedsreduktionen, giver denne kombination ofte bedre samlet effektivitet og holdbarhed end at stole på elektriske metoder alene for at opnå meget lave udgangshastigheder. Gearkassereduktionsreduktioner er meget udbredt i forbindelse med børstede jævnstrømsmotorer på tværs af robotteknologi, industriel automation, husholdningsapparater og elværktøjsapplikationer, og de kan kombineres med enhver af de elektriske hastighedskontrolmetoder ovenfor for yderligere finjustering af den endelige udgangshastighed.

Konklusion

Hastighedsstyring af DC-motorer er afgørende for at optimere systemets ydeevne, forbedre energieffektiviteten og opnå designet funktioner. Når du vælger en passende løsning, er det vigtigt at tage fuldt hensyn til de faktiske applikationskrav, energieffektivitetsmål og omkostningsbudgetter. Hongyang Motors børstede DC-motorer har fleksibelt design og er kompatible med forskellige hastighedsstyringsløsninger for at tilfredsstille forskellige kundebehov. Vi tilbyder omfattende produktkonfigurationer og professionel teknisk support for at hjælpe udstyret med at nå den bedste driftstilstand.