En el període del 18thsegle mateix, es va produir l'evolució dels motors de corrent continu. El desenvolupament de motors de corrent continu ha augmentat àmpliament i s’apliquen significativament en múltiples indústries. Al començament del 1800 i amb les millores realitzades l'any 1832, els motors de corrent continu van ser desenvolupats inicialment per l'investigador britànic Sturgeon. Va inventar el tipus de commutador inicial del motor de corrent continu on també té la capacitat de simular maquinària. Però ens podem preguntar quina és la funcionalitat del motor de corrent continu i per què és important conèixer el control de velocitat del motor de corrent continu. Per tant, aquest article explica clarament el seu funcionament i diverses tècniques de control de velocitat.
Què és el motor de corrent continu?
Un motor de corrent continu funciona mitjançant l’ús de corrent continu on transforma l’energia elèctrica rebuda en energia mecànica. Això provoca un canvi de rotació en el propi dispositiu, cosa que proporciona potència per operar diverses aplicacions en diversos dominis.
El control de velocitat del motor de corrent continu és una de les característiques més útils del motor. Controlant la velocitat del motor, podeu variar la velocitat del motor segons els requisits i obtenir el funcionament necessari.
El mecanisme de control de velocitat és aplicable en molts casos com el control del moviment de vehicles robòtics, el moviment de motors a les fàbriques de paper i el moviment de motors als ascensors on diferents tipus de motors de corrent continu s’utilitzen.
Principi de funcionament de DC Motor
Un simple motor de corrent continu funciona amb el principi que quan un conductor que transporta corrent es col·loca en un magnetic fidel d, experimenta una força mecànica. En un pràctic motor de corrent continu, l'armadura és el conductor que transporta corrent i el camp proporciona un camp magnètic.
Quan el conductor (armadura) se subministra amb un corrent, produeix el seu propi flux magnètic. El flux magnètic se suma al flux magnètic a causa dels bobinats de camp en una direcció o bé cancel·la el flux magnètic a causa dels bobinats de camp. L’acumulació de flux magnètic en una direcció en comparació amb l’altra exerceix una força sobre el conductor i, per tant, comença a girar.
Segons la llei d’inducció electromagnètica de Faraday, l’acció de rotació del conductor produeix un CEM . Aquesta CEM, segons la llei de Lenz, tendeix a oposar-se a la causa, és a dir, a la tensió subministrada. Per tant, un motor de corrent continu té una característica molt especial d’ajustar el seu parell en cas de càrrega variable a causa de la CEM posterior.
Per què és important el control de velocitat del motor de corrent continu?
El control de velocitat a la màquina mostra un impacte sobre la velocitat de rotació del motor, on aquesta influència directa sobre la funcionalitat de la màquina és tan important per al rendiment i el resultat del rendiment. En el moment de la perforació, tot tipus de material té la seva pròpia velocitat de rotació i també canvia en funció de la mida del trepant.
En l’escenari de les instal·lacions de bombes, hi haurà un canvi en la velocitat de producció i, per tant, una cinta transportadora ha d’estar sincronitzada amb la velocitat funcional del dispositiu. Aquests factors depenen directament o indirectament de la velocitat del motor. Per això, s'ha de tenir en compte la velocitat del motor de corrent continu i observar diversos tipus de mètodes de control de velocitat.
El control de velocitat del motor CC es realitza manualment pel treballador o mitjançant qualsevol eina de control automàtic. Sembla que això contrasta amb la limitació de la velocitat, on hi ha d’haver una regulació de la velocitat que s’oposi a la variació natural de la velocitat a causa de la variació de la càrrega de l’eix.
El principi del control de velocitat
A partir de la figura anterior, l’equació de tensió d’un simple DC motor és
V = Eb + IaRa
V és el voltatge subministrat, Eb és el CEM posterior, Ia és el corrent de l’armat i Ra és la resistència de l’armat.
Ja ho sabem
Eb = (PøNZ) / 60A.
P - nombre de pols,
A - constant
Z - nombre de conductors
N- la velocitat del motor
Substituint el valor d’Eb a l’equació de tensió, obtenim
V = (PøNZ) / 60A) + IaRa
O bé, V - IaRa = (PøNZ) / 60A
és a dir, N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø
L'equació anterior també es pot escriure com:
N = K (V – IaRa)/ ø, K is a constant
Això implica tres coses:
- La velocitat del motor és directament proporcional a la tensió d’alimentació.
- La velocitat del motor és inversament proporcional a la caiguda de tensió de l'armadura.
- La velocitat del motor és inversament proporcional al flux degut a les troballes de camp
Per tant, la velocitat d’un motor de corrent continu es pot controlar de tres maneres:
- Al variar la tensió d’alimentació
- Variant el flux i variant el corrent a través del bobinat de camp
- Al variar la tensió de l'armat i variar la resistència de l'armat
Múltiples tècniques de control de velocitat del motor CC
Com hi ha dos tipus de motors de corrent continu, aquí parlarem clarament dels mètodes de control de velocitat tant de la sèrie com de la corrent continu motors de derivació.
Control de velocitat del motor CC en tipus de sèries
Es pot classificar en dos tipus i són:
- Tècnica controlada per armadura
- Tècnica controlada per camp
La tècnica controlada per armadura es classifica a més en tres tipus
- Resistència controlada per armadura
- Control de l'armadura derivada
- Tensió del terminal de la armadura
Resistència controlada per armadura
Aquesta tècnica s’utilitza més àmpliament quan la resistència reguladora té una connexió en sèrie amb la del subministrament del motor. La imatge següent ho explica.
Control de resistència a la indústria
La pèrdua de potència que es produeix en la resistència de control del motor de la sèrie DC es pot ignorar perquè aquesta tècnica de regulació s’utilitza principalment durant un llarg període per tal de disminuir la velocitat en el moment dels escenaris de càrrega de llum. És una tècnica rendible per al parell persistent i implementada principalment en la conducció de grues, trens i altres vehicles.
Control de l'armadura derivada
Aquí, el reòstat estarà en sèrie i en connexió de derivació amb l'armadura. Es produirà un canvi en el nivell de tensió que s’aplica a la armadura i que varia segons el canvi de sèrie reòstat . Mentre que el canvi del corrent d’excitació es produeix canviant el reòstat de derivació. Aquesta tècnica de control de velocitat en el motor de corrent continu no és tan costosa a causa de pèrdues importants de potència en les resistències de regulació de velocitat. La velocitat es pot regular fins a cert punt, però no per sobre del nivell normal de velocitat.
Mètode de control de velocitat del motor CC de l'armadura derivada
Tensió del terminal de la armadura
La velocitat d'un motor de la sèrie CC també es pot fer mitjançant una font d'alimentació del motor mitjançant una tensió d'alimentació variada individual, però aquest enfocament és costós i no està implementat de manera àmplia.
La tècnica controlada pel camp es classifica a més en dos tipus:
- Desviador de camp
- Control del camp tapat (control del camp tapat)
Tècnica del desviador de camp
Aquesta tècnica fa servir un desviador. La velocitat de flux que es troba a través del camp es pot reduir derivant alguna part del corrent del motor a través del camp de la sèrie. Com més baixa sigui la resistència del desviador, el corrent de camp és menor. Aquesta tècnica s’utilitza durant més del rang normal de velocitats i s’implementa a través d’accionaments elèctrics on la velocitat augmenta quan es produeix una disminució de la càrrega.
Control de velocitat del motor CC del desviador de camp
Control del camp explotat
Aquí també, amb la reducció del flux, la velocitat augmentarà i s’aconsegueix reduint els girs de bobinatge de camp des d’on té lloc el flux de corrent. Aquí es treu el nombre de taps al bobinatge de camp i aquesta tècnica s’utilitza en tractions elèctriques.
Control de velocitat del motor de derivació de CC
Es pot classificar en dos tipus i són:
- Tècnica controlada per camp
- Tècnica controlada per armadura
Mètode de control de camp per al motor de derivació de CC
En aquest mètode, el flux magnètic degut als bobinats de camp es varia per tal de variar la velocitat del motor.
Com que el flux magnètic depèn del corrent que flueix a través del bobinat de camp, es pot variar variant el corrent a través del bobinat de camp. Això es pot aconseguir utilitzant una resistència variable en una sèrie amb la resistència de bobinatge de camp.
Inicialment, quan la resistència variable es manté a la seva posició mínima, el corrent nominal flueix a través del bobinat de camp a causa d’una tensió d’alimentació nominal i, com a resultat, la velocitat es manté normal. Quan la resistència augmenta gradualment, disminueix el corrent a través del bobinat de camp. Al seu torn, això disminueix el flux produït. Així, la velocitat del motor augmenta més enllà del seu valor normal.
Mètode de control de la resistència a l'armadura per al motor de derivació de CC
Amb aquest mètode, es pot controlar la velocitat del motor de CC controlant la resistència de l'armadura per controlar la caiguda de tensió a través de l'armat. Aquest mètode també utilitza una resistència variable en sèrie amb l'armat.
Quan la resistència variable assoleix el seu valor mínim, la resistència de l'armat és normal i, per tant, la tensió de l'armat baixa. Quan el valor de la resistència augmenta gradualment, disminueix el voltatge a través de la indústria. Al seu torn, això condueix a una disminució de la velocitat del motor.
Aquest mètode aconsegueix la velocitat del motor per sota del seu rang normal.
Mètode de control de la tensió de l'armadura per al motor de derivació de CC (mètode Ward Leonard)
La tècnica de Ward Leonard Circuit de control de velocitat del motor CC es mostra de la següent manera:
A la imatge anterior, M és el motor principal on s’ha de regular la seva velocitat i G correspon a un generador de CC excitat individualment on s’acciona mitjançant un motor trifàsic i pot ser de motor síncron o d’inducció. Aquest patró de combinació de motors de corrent altern i generador de corrent altern es denomina conjunt M-G.
La tensió del generador es varia alterant el corrent de camp del generador. Aquest nivell de voltatge quan es proporciona a la secció d'armadura del motor de CC i després M és variat. Per tal de mantenir constant el flux del camp del motor, s’ha de mantenir el corrent del camp del motor com a constant. Quan la velocitat del motor està regulada, el corrent d'armatura del motor ha de ser el mateix que el nivell nominal.
El corrent de camp lliurat serà diferent de manera que el nivell de tensió de l’armadura varia de ‘0’ al nivell nominal. Com que la regulació de la velocitat es correspon amb el corrent nominal i amb el flux de camp persistent del motor i el flux de camp fins que s’aconsegueix la velocitat nominal. I com que la potència és el producte de la velocitat i el parell, té una proporció directa amb la velocitat. Amb això, quan hi ha un increment de potència, la velocitat augmenta.
Tots dos mètodes esmentats no poden proporcionar control de velocitat en el rang desitjat. A més, el mètode de control de flux pot afectar la commutació, mentre que el mètode de control de la indústria comporta una gran pèrdua de potència a causa de l’ús d’una resistència en sèrie amb la indústria. Per tant, sovint és desitjable un mètode diferent: el que controla la tensió d’alimentació per controlar la velocitat del motor.
En conseqüència, amb la tècnica Ward Leonard, l’accionament de potència ajustable i el valor constant del parell s’adquireixen des del nivell de velocitat mínim fins al nivell de la velocitat base. La tècnica de regulació del flux de camp s’utilitza principalment quan el nivell de velocitat és superior al de la velocitat base.
Aquí, a la funcionalitat, el corrent d'armatura es manté a un nivell constant al valor especificat i el valor de tensió del generador es manté constant. En aquest mètode, l’enrotllament de camp rep una tensió fixa i l’armadura obté una tensió variable.
Una d’aquestes tècniques del mètode de control de tensió consisteix en l’ús d’un mecanisme de commutació per proporcionar una tensió variable a la indústria, i l’altra utilitza un generador impulsat per motor de corrent altern per proporcionar voltatge variable a la indústria ( Sistema Ward-Leonard ).
El avantatges i desavantatges de la sala Leonard metho d són:
Els avantatges d’utilitzar la tècnica Ward Leonard per al control de velocitat del motor de corrent continu són els següents:
- En ambdues direccions, es pot controlar la velocitat del dispositiu d'una manera suau per a un abast ampliat
- Aquesta tècnica té capacitat de frenada intrínseca
- Els volt-amperis reactius posteriors es contrapesen a través d’una unitat i el motor síncron excitat intensament actua com a unitat, de manera que hi haurà un increment en el factor de potència
- Quan hi ha una càrrega intermitent, el motor de la unitat és el motor d’inducció tenir un volant d'inversió que s'utilitza per reduir la càrrega intermitent a un nivell mínim
Els desavantatges de la tècnica de Ward Leonard són:
- Com que aquesta tècnica té un conjunt de motors i generadors, el cost és més gran
- El dispositiu és de disseny complicat i també té un pes pesat
- Necessiteu més espai per a la instal·lació
- Requereix un manteniment regular i la fonamentació no és rendible
- Hi haurà grans pèrdues i, per tant, es reduirà l’eficiència del sistema
- Es genera més soroll
I la aplicació del mètode Ward Leonard és un control suau de la velocitat al motor de corrent continu. Alguns dels exemples són aixecadors de mines, fàbriques de paper, ascensors, laminadors i grues.
A part d’aquestes dues tècniques, la tècnica més utilitzada és la control de velocitat del motor de corrent continu mitjançant PWM per aconseguir el control de velocitat d’un motor de corrent continu. PWM implica l’aplicació de polsos d’amplada variable al controlador del motor per controlar la tensió aplicada al motor. Aquest mètode demostra ser molt eficient ja que la pèrdua d’energia es manté com a mínim i no implica l’ús d’equips complexos.
Mètode de control de tensió
El diagrama de blocs anterior representa un simple controlador de velocitat del motor elèctric . Tal com es representa al diagrama de blocs anterior, s’utilitza un microcontrolador per alimentar senyals PWM al controlador del motor. El controlador del motor és un IC L293D que consisteix en circuits de pont H per accionar el motor.
PWM s’aconsegueix variant els polsos aplicats al pin d’activació del controlador IC del motor per controlar la tensió aplicada del motor. La variació dels polsos la realitza el microcontrolador, amb el senyal d'entrada dels botons. Aquí es proporcionen dos polsadors, cadascun per disminuir i augmentar el cicle de treball dels polsos.
Per tant, aquest article ha donat una explicació detallada de diverses tècniques de control de velocitat del motor de corrent continu i de com és més important observar el control de velocitat. A més, es recomana saber-ne el controlador de velocitat del motor de 12 V CC .
