Metoder for å kontrollere hastigheten til en likestrømsmotor

Hastighetskontroll er en av de viktigste ytelsesegenskapene til en DC motor , og det er en nøkkelårsak til at likestrømsmotorer fortsatt er mye brukt i applikasjoner som krever presise, justerbare og responsive bevegelser. I motsetning til AC-motorer, hvis hastighet er nært knyttet til frekvensen til strømforsyningen, kan hastigheten til en DC-motor justeres jevnt og økonomisk gjennom flere veletablerte metoder. Å forstå disse metodene lar ingeniører og produktdesignere velge den mest passende tilnærmingen for en gitt applikasjon, balanserende faktorer som kostnad, effektivitet, dreiemomentkrav og kontrollkompleksitet.

Hastigheten til en DC-motor styres av forholdet mellom ankerspenningen, den bakre elektromotoriske kraften, ankermotstanden og den magnetiske fluksen produsert av feltet. Ved å manipulere noen av disse faktorene kan rotasjonshastigheten til motoren økes eller reduseres. I praksis oppnås dette først og fremst gjennom tre elektriske kontrollmetoder, mens en fjerde, rent mekanisk tilnærming ved bruk av en girkasseredusering – som nå er en mainstream og kritisk metode innen design av motorløsninger – gir hastighetsregulering uten endringer i motorens elektriske system.

Armatur spenningskontroll

Armaturspenningskontroll er den vanligste og mest brukte metoden for å justere DC-motorhastigheten. Siden motorhastigheten er tilnærmet proporsjonal med spenningen som påføres over ankerviklingen, fører en økning av forsyningsspenningen til at motoren roterer raskere, mens den reduseres bremser motoren. Dette forholdet gjør armaturspenningskontroll til et intuitivt og svært effektivt middel for å oppnå jevn, kontinuerlig hastighetsjustering.

I moderne applikasjoner reguleres ankerspenning typisk ved hjelp av pulsbreddemodulasjon (PWM), hvor gjennomsnittsspenningen som leveres til motoren varieres ved å raskt slå forsyningen av og på ved en kontrollert driftssyklus. Denne tilnærmingen gir utmerket effektivitet, rask respons og et bredt hastighetsjusteringsområde, samtidig som den genererer relativt lite varme sammenlignet med resistive metoder. Armaturspenningskontroll er spesielt godt egnet for applikasjoner under motorens nominelle hastighet, der den opprettholder et relativt konstant dreiemoment over det justerbare hastighetsområdet, noe som gjør det til det foretrukne valget for presisjonsdrev, automatisert utstyr og batteridrevne enheter.

Feltflukskontroll

For DC-børstede motorer bestemmes tilbake elektromotorisk kraft av magnetisk fluks og rotasjonshastighet. Armaturspenningen er summen av tilbake elektromotorisk kraft og spenningsfallet på armaturviklinger. Siden viklingsspenningsfallet er svært lite ved vanlig drift, er ankerspenningen omtrent ekvivalent med tilbake elektromotorisk kraft.

Når ankerspenning og belastningsmoment holdes konstant, er motorhastigheten omvendt proporsjonal med magnetisk fluks. En reduksjon i magnetisk fluks vil senke tilbake elektromotorisk kraft, øke ankerkretsspenningsforskjellen og øke ankerstrømmen. Den høyere strømmen kompenserer for momenttap fra svekket magnetisk fluks og opprettholder stabilt utgangsmoment. Etter hvert går motoren raskere med mindre magnetisk fluks, og langsommere med større magnetisk fluks.

For likestrømsmotorer med feltviklinger kan magnetisk fluks justeres ved å variere feltstrømmen. En variabel motstand koblet i serie innenfor strømkretsen til feltspolen muliggjør regulering: reduksjon av motstanden vil øke feltstrømmen, styrke magnetfeltet og øke den magnetiske fluksen.

Permanent magnet DC-motorer er ikke utstyrt med feltviklinger, og deres magnetiske felt leveres av permanente magneter. For å øke magnetisk fluks kan magneter med høyere magnetisk ytelse brukes. Videre er den magnetiske holderringen en komponent med høy magnetisk permeabilitet. Den holder tilbake magnetisk fluks fra magnetene og optimerer den interne magnetiske kretsen. Installering av en magnetisk holderring reduserer magnetisk tap og øker den effektive magnetiske fluksen for elektromekanisk energiomdannelse.

Armaturmotstandskontroll

Ankermotstandskontroll oppnår hastighetsreduksjon ved å sette inn en variabel motstand i serie med ankerkretsen. Når motstanden øker, øker spenningsfallet over motstanden, og etterlater mindre spenning tilgjengelig for å drive motoren og resulterer i lavere hastighet. Omvendt, reduksjon av motstanden lar mer spenning nå ankeret, og øker hastigheten opp til motorens nominelle verdi.

Selv om denne metoden er enkel, lav i kostnad og lett å implementere, har den bemerkelsesverdige ulemper. En betydelig del av tilført energi spres som varme i motstanden, noe som resulterer i lavere total effektivitet, spesielt ved reduserte hastigheter. I tillegg tillater denne metoden kun hastighetsreduksjon under nominell hastighet og gir relativt grov kontroll sammenlignet med elektroniske metoder. Som et resultat er kontroll av armaturmotstand generelt begrenset til applikasjoner med lav effekt, grunnleggende kontrollsystemer eller situasjoner der sporadiske, ikke-kritiske hastighetsjusteringer er tilstrekkelig og elektroniske drivløsninger ikke er berettiget av kostnad.

Legge til en girkasseredusering

I tillegg til de elektriske kontrollmetodene beskrevet ovenfor, kan utgangshastigheten også justeres mekanisk ved å koble DC-motoren til en girkasseredusering. En girkasse reduserer rotasjonshastigheten levert av motorakselen mens den øker det tilgjengelige dreiemomentet ved utgående aksel proporsjonalt, i henhold til girreduksjonsforholdet valgt for applikasjonen.

Denne tilnærmingen er spesielt verdifull når en applikasjon krever en fast, forutsigbar utgangshastighet som er betydelig lavere enn motorens naturlige driftsområde, eller når høyt dreiemoment ved lav hastighet er nødvendig uten å stille for store elektriske krav til selve motoren. Fordi motoren kan fortsette å operere nær det optimale hastighets- og effektivitetsområdet mens girkassen håndterer hastighetsreduksjonen, gir denne kombinasjonen ofte bedre total effektivitet og holdbarhet enn å stole på elektriske metoder alene for å oppnå svært lave utgangshastigheter. Girkasseredusere er mye brukt i forbindelse med børstede likestrømsmotorer på tvers av robotikk, industriell automasjon, husholdningsapparater og elektroverktøyapplikasjoner, og de kan kombineres med hvilken som helst av de elektriske hastighetskontrollmetodene ovenfor for ytterligere finjustering av den endelige utgangshastigheten.

Konklusjon

Hastighetskontroll av DC-motorer er avgjørende for å optimere systemytelsen, forbedre energieffektiviteten og oppnå utformede funksjoner. Når du velger en passende løsning, er det viktig å ta fullt hensyn til faktiske applikasjonskrav, energieffektivitetsmål og kostnadsbudsjetter. Hongyang Motors børstede DC-motorer har fleksibel design og er kompatible med ulike hastighetskontrollløsninger for å tilfredsstille differensierte kundebehov. Vi tilbyr omfattende produktkonfigurasjoner og profesjonell teknisk støtte for å hjelpe utstyret med å nå sin beste driftstilstand.