Métodos para la regulación de velocidad de motores de CC:
Primero, se puede usar un regulador de voltaje directamente para cambiar el voltaje de entrada para la regulación de velocidad, que a menudo se usa para motores de nivel de kilovatios.
En segundo lugar, la regulación de la velocidad por cambio de fase del tiristor puede regular la velocidad del motor desde decenas hasta cientos de kilovatios.
En tercer lugar, la regulación de la velocidad del ancho del pulso permite la regulación de la velocidad del motor a un nivel de decenas a cientos de vatios. 4. Cambie la posición del cepillo para ajustar la velocidad de motores especiales, como los motores de limpiaparabrisas de automóviles.
Características:
1. Regulación de velocidad cambiando el voltaje de entrada del regulador de voltaje: 1. Regulación de velocidad de debilitamiento del campo, cambiando el voltaje magnético, la velocidad aumentará cuando el El voltaje se reduce y la velocidad disminuirá cuando el voltaje aumenta. 2. Cambie el voltaje de la armadura, aumente el voltaje para aumentar la velocidad y disminuya el voltaje para disminuir la velocidad. Esto se usa ampliamente. En resumen, cambiar el voltaje requiere un dispositivo regulador de voltaje, que puede ser un cátodo en serie o un regulador de voltaje de CC. Sin embargo, en el campo que debilita la regulación de velocidad, el voltaje magnético debe estar presente. Si no hay voltaje magnético, se producirá un exceso de velocidad, lo cual es muy peligroso.
2. Regulación de la velocidad del cambio de fase del SCR: la activación del cambio de fase es un método de control del SCR. Controla la energía de conducción del SCR controlando el ángulo de conducción del SCR, cambiando así la potencia aplicada al. carga. Características: La fluctuación del control es pequeña, lo que hace que la corriente y el voltaje de salida suban y bajen suavemente.
3. Regulación de velocidad por ancho de pulso: 1. Puede usar directamente un regulador de voltaje para cambiar el voltaje de entrada para la regulación de velocidad, que a menudo se usa para motores de nivel de kilovatios. En segundo lugar, la regulación de la velocidad por cambio de fase de tiristores permite la regulación de la velocidad del motor a un nivel de decenas de kilovatios a cientos de kilovatios. En tercer lugar, la regulación de la velocidad del ancho de pulso permite la regulación de la velocidad del motor desde decenas de vatios hasta cientos de vatios. 4. Cambie la posición del cepillo para ajustar la velocidad de motores especiales, como los motores de limpiaparabrisas de automóviles.
Un motor DC es un motor que convierte la energía eléctrica DC en energía mecánica. Debido a su buen desempeño en la regulación de velocidad, se usa ampliamente en arrastre eléctrico. Los motores de CC se dividen en tres categorías: imanes permanentes, excitados por separado y autoexcitados según el modo de excitación. La autoexcitación se divide a su vez en tres categorías: excitación en derivación, excitación en serie y excitación compuesta.
Introducción básica
Un motor DC es un motor que convierte la energía eléctrica DC en energía mecánica. El método de excitación de un motor de CC se refiere a cómo suministrar energía al devanado de excitación, generar fuerza magnetomotriz de excitación y establecer el campo magnético principal.
Según los diferentes métodos de excitación, los motores DC se pueden dividir en los siguientes tipos:
1. Motor de CC con excitación separada
El devanado de excitación y el devanado del inducido no tienen relación de conexión, y el motor de CC cuyo devanado de excitación es alimentado por otras fuentes de energía de CC se denomina motor de CC con excitación separada en la figura. el motor, si es un generador, entonces representado por G. Un motor de CC de imán permanente también puede considerarse como un motor de CC con excitación independiente.
2. Motor de CC en derivación
El devanado de campo y el devanado del inducido del motor de CC en derivación están conectados en paralelo. Como generador en derivación, el voltaje terminal generado por el propio motor suministra energía al devanado de campo. En términos generales, el devanado de excitación y la armadura utilizan la misma fuente de alimentación y su rendimiento es el mismo que el de un motor de CC con excitación independiente.
3． Motor de CC en serie
Después de que el devanado de excitación y el devanado de armadura del motor de CC en serie se conectan en serie, se conectan a la fuente de alimentación de CC. La corriente de excitación de este motor de CC es la corriente de armadura.
4. Motor de CC compuesto
El motor de CC complejo tiene dos devanados de excitación, en derivación y en serie. Si la fuerza magnetomotriz generada por el devanado en serie y la fuerza magnetomotriz generada por el devanado en derivación están en la misma dirección, se llama. Fomentar el complejo de productos. Si las dos fuerzas magnetomotrices están en direcciones opuestas, se llama excitación compuesta diferencial.
Los motores DC con diferentes métodos de conexión magnética tienen diferentes características. Generalmente, los principales modos de excitación de los motores de CC son excitación en derivación, excitación en serie y excitación compuesta, y los principales modos de excitación de los generadores de CC son excitación por separado, excitación en derivación y excitación compuesta.
Características
(1) Buen rendimiento de regulación de velocidad. El llamado "rendimiento de regulación de velocidad" significa que el motor puede cambiar artificialmente la velocidad del motor según sea necesario bajo ciertas condiciones de carga. Los motores de CC pueden lograr una regulación de velocidad continua uniforme y suave en condiciones de carga pesada y tienen un amplio rango de regulación de velocidad.
(2) Gran par de arranque. El ajuste de la velocidad se puede lograr de manera uniforme y económica. Por lo tanto, toda la maquinaria que arranca bajo carga pesada o requiere un ajuste de velocidad uniforme, como grandes laminadores reversibles, cabrestantes, locomotoras eléctricas, tranvías, etc., son accionadas por motores de CC.
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Se divide en dos partes: el estator y el rotor. Recuerde de qué partes están compuestos el estator y el rotor. Nota: No confunda el polo conmutador con el conmutador. Recuerde las funciones de ambos.
El estator incluye: polo magnético principal, bastidor, polo de conmutación, dispositivo de cepillo, etc.
El rotor incluye: núcleo de armadura, devanado de armadura, conmutador, eje y ventilador, etc.
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1) El eje de la armadura debe extenderse para instalar el generador de impulsos y la junta del eje de empuje para la detección de velocidad.
2) El diámetro del rotor debe diseñarse más pequeño y la longitud del eje debe ser más larga para adaptarse a la rotación de alta velocidad.
3) Para facilitar la disipación del calor se deben diseñar más ranuras de armadura.
4) Para facilitar la inspección y el mantenimiento regulares de los segmentos del conmutador, escobillas, etc., la abertura de inspección debe ampliarse.
5) Para evitar que el cepillo funcione mal debido a la vibración, se debe aumentar la presión de precarga del cepillo.
6) Al igual que otros motores de vehículos eléctricos, la potencia máxima y la potencia nominal están registradas en la placa de características. [1]
Contraer y editar esta sección Características mecánicas
La característica n=f(T) en la que la velocidad del motor n cambia con el par T se llama características mecánicas. Es una base importante para seleccionar motores eléctricos. Varios tipos de motores son adecuados para diferentes ocasiones debido a sus propias características mecánicas. Las características mecánicas de varios motores de CC se muestran en la Figura 2. Regulación de velocidad Desde el circuito del inducido del motor de CC, la caída de voltaje entre el voltaje de la fuente de alimentación U y la fuerza contraelectromotriz del motor Eа y la corriente del inducido Zа en el circuito del inducido La resistencia Rа debe estar equilibrada. Es decir, U=Ed+IdRd
La fuerza contraelectromotriz está relacionada con la velocidad n del motor y el flujo magnético φ, y la corriente de la armadura está relacionada con el par mecánico M y el flujo magnético φ. Es decir, motor CC serie z4
Ed=Cφn, M=CφId, donde C es una constante. De esto, podemos obtener que n0 es la velocidad sin carga y k es Rа/C2. Lo anterior es una relación ideal sin considerar factores como la saturación del núcleo de hierro, pero también tiene una importancia rectora para el análisis de motores de CC reales. De lo anterior se puede ver que existen tres métodos de ajuste de velocidad para motores de CC: ajustar la corriente de excitación, ajustar el voltaje del terminal del inducido y ajustar la resistencia en serie con el bucle del inducido. El método para ajustar la resistencia en serie del circuito de armadura es relativamente simple, pero el consumo de energía es grande para los motores de CC de la serie z4 bajo carga ligera, debido a la pequeña corriente de carga y la pequeña caída de voltaje en la resistencia en serie, el ajuste de velocidad. Es muy insensible. Al ajustar el voltaje del terminal de la armadura y ajustar adecuadamente la corriente de excitación, el motor de CC puede regular suavemente la velocidad en un amplio rango. Aumentar el voltaje del terminal aumentará la velocidad de rotación y aumentar la corriente de excitación disminuirá la velocidad de rotación. Si los dos están coordinados adecuadamente, el motor puede funcionar a diferentes velocidades de rotación. Al ajustar la velocidad, cabe señalar que las condiciones de conmutación se deterioran durante el funcionamiento a alta velocidad y las condiciones de refrigeración se deterioran durante el funcionamiento a baja velocidad, limitando así la potencia del motor. Debido a que sus características mecánicas (Figura 2) están cercanas a las características de potencia constante y su par es grande a bajas velocidades, los motores de CC en serie se usan ampliamente en la tracción de vehículos eléctricos. En los tranvías se usan comúnmente dos o más motores, tanto con excitación en serie como en derivación. El motor de CC con excitación compuesta tiene el mismo accionamiento. El método de cambiar entre conexión en serie y en paralelo puede hacer que el voltaje del terminal del motor cambie exponencialmente (el voltaje del terminal del motor en la conexión en serie es solo la mitad que en la conexión en paralelo), de modo que se puede obtener un rango más amplio de regulación de velocidad de manera económica y la potencia. Se puede reducir el consumo durante el arranque.
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1. Motor DC sin escobillas: Un motor DC sin escobillas intercambia el estator y el rotor de un motor DC normal. El rotor es un imán permanente que genera un flujo de entrehierro: el estator es una armadura compuesta de devanados multifásicos. Estructuralmente, es similar a un motor síncrono de imanes permanentes.
La estructura del estator del motor DC sin escobillas es la misma que la de un motor síncrono normal o un motor de inducción. Incruste devanados multifásicos (trifásicos, cuatrofásicos, cincofásicos) en el núcleo de hierro. Los devanados pueden conectarse en forma de estrella o delta y conectarse a cada tubo de alimentación del inversor respectivamente para una conmutación de fase razonable. El rotor utiliza principalmente materiales de tierras raras con alta coercitividad y alta densidad de remanencia, como samario, cobalto o neodimio, hierro y boro, debido a las diferentes posiciones de los materiales magnéticos en los polos magnéticos. Se puede dividir en polos magnéticos de superficie, polos magnéticos integrados y polos magnéticos en anillo. Dado que el cuerpo del motor es un motor de imán permanente, se acostumbra llamar al motor de CC sin escobillas motor de CC sin escobillas de imán permanente.
2. Motor DC con escobillas: Las dos escobillas (escobillas de cobre o escobillas de carbón) del motor con escobillas se fijan en la tapa trasera del motor a través de un asiento aislante e introducen directamente los polos positivo y negativo del motor. La fuente de alimentación al rotor en el convertidor de fase, y el conmutador de fase está conectado a las bobinas en el rotor, la polaridad de las tres bobinas se alterna constantemente y forma una fuerza con los dos imanes fijados en la carcasa para girar. Dado que el conmutador de fase y el rotor están fijados juntos, y la escobilla y la carcasa (estator) están fijados juntos, la escobilla y el conmutador de fase rozan constantemente entre sí cuando el motor gira, generando mucha resistencia y calor. Por tanto, la eficiencia y la pérdida de los motores con escobillas son muy altas.
Sin embargo, también tiene las ventajas de una fabricación sencilla y un coste extremadamente bajo.
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La característica n=f(T) en la que la velocidad del motor n cambia con el par T se llama características mecánicas. Es una base importante para seleccionar motores eléctricos. Varios tipos de motores son adecuados para diferentes ocasiones debido a sus propias características mecánicas. Las características mecánicas de varios motores de CC se muestran en la Figura 2.
Regulación de velocidad Desde el circuito de inducido del motor de CC, se debe equilibrar la caída de voltaje entre el voltaje de alimentación U, la fuerza contraelectromotriz del motor Eа y la corriente de inducido Zа en la resistencia del circuito de inducido Rа. . Es decir, U=Ed+IdRd
La fuerza contraelectromotriz está relacionada con la velocidad n del motor y el flujo magnético φ, y la corriente de la armadura está relacionada con el par mecánico M y el flujo magnético φ. Es decir, motor de CC serie z4
Ed=C
M=Cd donde C
es una constante. De esto, podemos obtener que n0 es la velocidad sin carga y k es Rа/C2. Lo anterior es una relación ideal sin considerar factores como la saturación del núcleo de hierro, pero también tiene una importancia rectora para el análisis de motores de CC reales. De lo anterior se puede ver que existen tres métodos de ajuste de velocidad para motores de CC: ajustar la corriente de excitación, ajustar el voltaje del terminal del inducido y ajustar la resistencia en serie con el bucle del inducido. El método para ajustar la resistencia en serie del circuito de armadura es relativamente simple, pero el consumo de energía es grande;
Y con carga ligera, debido a la pequeña corriente de carga y la pequeña caída de voltaje en la resistencia en serie, El ajuste de velocidad es muy insensible. Al ajustar el voltaje del terminal de la armadura y ajustar adecuadamente la corriente de excitación, el motor de CC puede regular suavemente la velocidad en un amplio rango. Aumentar el voltaje del terminal aumentará la velocidad de rotación y aumentar la corriente de excitación disminuirá la velocidad de rotación. Si los dos coinciden correctamente, el motor puede funcionar a diferentes velocidades de rotación. Al ajustar la velocidad, cabe señalar que las condiciones de conmutación se deterioran durante el funcionamiento a alta velocidad y las condiciones de refrigeración se deterioran durante el funcionamiento a baja velocidad, limitando así la potencia del motor. Debido a que sus características mecánicas (Figura 2) están cercanas a las características de potencia constante y su par es grande a bajas velocidades, los motores de CC en serie se usan ampliamente en la tracción de vehículos eléctricos. En los tranvías se usan comúnmente dos o más motores, tanto con excitación en serie como en derivación. El motor de CC con excitación compuesta tiene el mismo accionamiento. El método de cambiar entre conexión en serie y en paralelo puede hacer que el voltaje del terminal del motor cambie exponencialmente (el voltaje del terminal del motor en la conexión en serie es solo la mitad que en la conexión en paralelo), de modo que se puede obtener un rango más amplio de regulación de velocidad de manera económica y la potencia. Se puede reducir el consumo durante el arranque.
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Contraer e iniciar
Dado que la resistencia y la inductancia del bucle de la armadura del motor son pequeñas y el cuerpo giratorio tiene cierta inercia mecánica, por lo tanto, cuando el motor está encendido, la velocidad del inducido y la fuerza contraelectromotriz correspondiente son muy pequeñas al comienzo del arranque, y la corriente de arranque es muy grande. El valor máximo puede alcanzar de 15 a 20 veces la corriente nominal. Esta corriente provocará perturbaciones en la red eléctrica, descargas mecánicas en la unidad y chispas en el conmutador. Por lo tanto, el arranque con cierre directo sólo es adecuado para motores con una potencia no superior a 4 kilovatios (la corriente de arranque es de 6 a 8 veces la corriente nominal).
Para limitar la corriente de arranque, a menudo se inserta una resistencia variable especialmente diseñada en serie en el bucle de la armadura. El cableado principal se muestra en la Figura 1. Durante el proceso de arranque, a medida que la velocidad continúa aumentando, cada resistencia de segmento se cortocircuita paso a paso para limitar la corriente de arranque dentro de un cierto valor permitido. Este método de arranque se llama arranque por resistencia en serie. Es muy simple y el equipo es liviano y se usa ampliamente en varios motores de CC pequeños y medianos. Sin embargo, debido al gran consumo de energía durante el proceso de arranque, no es adecuado para motores que arrancan con frecuencia ni para motores de CC medianos y grandes. Sin embargo, para algunas necesidades especiales, como los tranvías urbanos que arrancan con frecuencia, con el fin de simplificar el equipo, reducir el peso y facilitar la operación y mantenimiento, se suele utilizar el método de arranque por resistencia en serie.
Para motores DC de mayor capacidad se suele utilizar la reducción de tensión para el arranque. Es decir, una fuente de alimentación CC de voltaje ajustable separada suministra energía a la armadura del motor. Controlar el voltaje de la fuente de alimentación no sólo puede arrancar el motor suavemente sino también lograr la regulación de la velocidad. El equipo de suministro de energía de este método es relativamente complicado.
Estructura de control plegable
La estructura de control del motor CC sin escobillas El motor CC sin escobillas es un tipo de motor síncrono, es decir, la velocidad del rotor del motor se ve afectada. por la velocidad del campo magnético giratorio del estator del motor y la influencia del número de polos del rotor (P), N=120. f/P. Cuando el número de polos del rotor es fijo, cambiar la frecuencia del campo magnético giratorio del estator puede cambiar la velocidad del rotor. Un motor de CC sin escobillas es un motor síncrono acoplado con un control electrónico (controlador), que controla la frecuencia del campo magnético giratorio del estator y devuelve la velocidad del rotor del motor al centro de control para correcciones repetidas, con el fin de lograr un nivel similar al de un motor de corriente continua. Es decir, el motor de CC sin escobillas aún puede controlar el rotor del motor para mantener una cierta velocidad cuando la carga cambia dentro del rango de carga nominal.
El controlador DC sin escobillas incluye una sección de fuente de alimentación y una sección de control: la sección de fuente de alimentación proporciona energía trifásica al motor, y la sección de control convierte la frecuencia de potencia de entrada según las necesidades. La fuente de alimentación puede utilizar directamente la entrada de alimentación de CC (normalmente 24 V) o la entrada de alimentación de CA (110 V/220 V). Si la entrada es alimentación de CA, primero debe convertirse en alimentación de CC a través de un convertidor. Ya sea entrada de CC o entrada de CA, antes de transferirse a la bobina del motor, un inversor debe convertir el voltaje de CC en voltaje trifásico para accionar el motor. El inversor generalmente se compone de 6 transistores de potencia (Q1~Q6) divididos en brazo superior (Q1, Q3, Q5)/brazo inferior (Q2, Q4, Q6) conectados al motor como un interruptor para controlar el flujo a través de la bobina del motor. . La unidad de control proporciona PWM (modulación de ancho de pulso) para determinar la frecuencia de conmutación del transistor de potencia y el tiempo de conmutación del inversor. Generalmente se espera que los motores de CC sin escobillas se utilicen para el control de velocidad, donde la velocidad se puede estabilizar en el valor establecido sin cambiar demasiado cuando cambia la carga. Por lo tanto, el motor está equipado con un sensor Hall que puede inducir un campo magnético como un. El sensor de velocidad. El control de bucle cerrado también sirve como base para el control de secuencia de fases. Pero esto sólo se usa para el control de velocidad y no se puede usar para el control de posicionamiento.
Principio de control de plegado
El principio de control del motor CC sin escobillas Para hacer girar el motor, primero la parte de control debe detectar la posición actual del rotor del motor basándose en el sensor Hall. , y luego El orden en que se encienden (o apagan) los transistores de potencia en el inversor (inversor) se determina de acuerdo con el devanado del estator AH, BH, CH (estos se denominan transistores de potencia del brazo superior) y AL, BL. , CL (estos se llaman transistores de potencia del brazo inferior) en el inversor /p>
Transistor de potencia del brazo), que hace que la corriente fluya a través de la bobina del motor en secuencia para generar un campo magnético giratorio hacia adelante (o hacia atrás). e interactúa con el imán del rotor, de modo que el motor puede girar en sentido horario o antihorario. Cuando el rotor del motor gira a la posición donde el sensor Hall detecta otro conjunto de señales, la parte de control enciende el siguiente conjunto de transistores de potencia. De esta manera, el motor en circulación puede continuar girando en la misma dirección hasta que la parte de control. decide detener el rotor del motor y luego apaga el transistor de potencia (o solo enciende el transistor de potencia del brazo inferior si se va a invertir el rotor del motor, se invierte el orden de encendido del transistor de potencia);
Básicamente, el método de conmutación del transistor de potencia puede ser el siguiente: AH, grupo BL → AH, grupo CL → BH, grupo CL → BH, grupo AL → CH, grupo AL → CH, BL es un grupo , pero nunca se puede abrir en AH, AL o BH, BL o CH o CL. Además, debido a que los componentes electrónicos siempre tienen un tiempo de respuesta de conmutación, se debe tener en cuenta el tiempo de respuesta del componente cuando el transistor de potencia se apaga y se enciende en el tiempo escalonado, de lo contrario, cuando el brazo superior (o el brazo inferior) lo tiene. no se ha cerrado completamente, el brazo inferior (o el brazo superior) se cerrará. Si se enciende, los brazos superior e inferior sufrirán un cortocircuito y el transistor de potencia se quemará.
Cuando el motor gira, la parte de control comparará el comando (Comando) compuesto por la velocidad establecida por el conductor y la tasa de aceleración/desaceleración con la velocidad del cambio de señal del sensor Hall (o lo calculará mediante software). decida qué interruptor del siguiente grupo (AH, BL o AH, CL o BH, CL o...) está encendido y la duración del tiempo de encendido. Si la velocidad no es suficiente, se abrirá por más tiempo y si la velocidad es demasiado alta, se acortará. Esta parte del trabajo la completa PWM. PWM es la forma de determinar si la velocidad del motor es rápida o lenta. La forma de generar dicho PWM es el núcleo para lograr un control de velocidad más preciso.
El control de velocidad de alta velocidad debe considerar si la resolución del RELOJ del sistema es suficiente para captar el tiempo para procesar las instrucciones del software. Además, el método de acceso a los datos para los cambios de señal del sensor Hall también afecta el rendimiento del procesador y el juicio correcto. . sexo, en tiempo real. En cuanto al control de velocidad a baja velocidad, especialmente el arranque a baja velocidad, el cambio de la señal del sensor Hall devuelta se vuelve más lento. Cómo capturar el método de la señal, procesar el tiempo y configurar adecuadamente los valores de los parámetros de control de acuerdo con las características del motor. son muy importantes. O el cambio de retorno de velocidad toma como referencia el cambio de codificador para aumentar la resolución de la señal para un mejor control. El motor puede funcionar sin problemas y responder bien, y no se puede ignorar la idoneidad del control P.I.D. Como se mencionó anteriormente, el motor de CC sin escobillas se controla en un circuito cerrado, por lo que la señal de retroalimentación equivale a indicarle al departamento de control qué tan lejos está la velocidad actual del motor de la velocidad objetivo. Este es el error (Error).
Una vez conocido el error, es natural compensarlo utilizando controles de ingeniería tradicionales como el control P.I.D. Sin embargo, el estado y el entorno del control son en realidad complejos y cambiantes. Si el control debe ser robusto y duradero, es posible que el control de ingeniería tradicional no comprenda completamente los factores que se deben considerar. Por lo tanto, el control difuso, los sistemas expertos y las redes neuronales también lo serán. Ser incluido para volverse inteligente Teoría importante del control P.I.D.