Estado de desenvolvemento e perspectiva do circuíto regulador de velocidade do motor DC
No proceso de produción industrial moderna, case non hai lugar sen o uso de accionamento eléctrico. Coa mellora continua da tecnoloxía de produción, a calidade do produto e a produción, requírese cada vez máis maquinaria de produción para realizar a regulación automática da velocidade. O sistema de accionamento eléctrico de velocidade axustable pódese dividir en regulación de velocidade de CC e regulación de velocidade de CA. O motor de CC ten excelentes características de regulación de velocidade, regulación de velocidade suave e cómoda, regulación de velocidade fácil de suavizar nun amplo rango, gran capacidade de sobrecarga, pode soportar cargas de impacto frecuentes, pode realizar frecuentes arranques rápidos continuos, freadas e rotación inversa e pode satisfacer varios requisitos especiais de operación no sistema de automatización do proceso de produción. Ata agora, aínda é amplamente utilizado en máquinas-ferramentas de corte de metal, máquinas de papel e outros campos que requiren un accionamento eléctrico controlable de alto rendemento, polo tanto, o sistema de regulación de velocidade de CC aínda se usa amplamente en varios departamentos de produción con altos requisitos para o control automático. É a principal forma de sistema de regulación de velocidade ata agora. Os motores DC divídense en dúas categorías: conmutador e non conmutador. O motor de CC sen escobillas desenvólvese sobre a base do motor de CC sen escobillas. En 1831, Faraday descubriu o fenómeno da indución electromagnética, que sentou as bases teóricas do motor moderno.
O primeiro motor de corrente continua desenvolveuse con éxito na década de 1840. Tardaron uns 70 anos en madurar o motor de corrente continua. Coa expansión do uso, os requisitos para o motor DC son cada vez máis altos. Obviamente, o dispositivo de conmutación de contacto limita a aplicación do motor DC de escobillas en moitas ocasións. Co fin de substituír o dispositivo de contacto mecánico da estrutura do conmutador de escobillas do motor DC de escobillas, a xente fixo unha exploración a longo prazo. Xa en 1915, o americano langmil inventou o rectificador de mercurio que controlaba a rede e fixo que o dispositivo inversor fose de CC a CA; Na década de 1930, propúxose utilizar un dispositivo iónico para realizar o chamado motor conmutador no que se substitúe o devanado do estator do motor segundo a posición do rotor. Este tipo de motor non ten ningún significado práctico debido á súa escasa fiabilidade, a súa baixa eficiencia e o dispositivo enteiro pesado e complexo. O rápido desenvolvemento da ciencia e da tecnoloxía trouxo un salto na tecnoloxía de semicondutores. O desenvolvemento exitoso do transistor de conmutación trouxo vitalidade á creación dun novo motor: un motor DC sen escobillas.
Estado de desenvolvemento e perspectiva do circuíto regulador de velocidade do motor DC
En 1955, D. Harrison e outros dos Estados Unidos solicitaron por primeira vez unha patente para substituír o contacto da escobilla do motor pola liña de conmutación do transistor, que é o prototipo do motor de CC sen escobillas. Está composto por parte de amplificación de potencia, parte de detección de sinal, corpo de polo magnético e circuíto de conmutación de transistores. O seu principio de funcionamento é que cando o rotor xira, indúcese un potencial de sinal periódico no devanado de sinal W1 ou W2. Este sinal acende os transistores BG1 e BG2 respectivamente, o que fai que os enrolamentos de potencia W1 e W2 se alimenten á súa vez, é dicir, realízase a conmutación. O problema é que, en primeiro lugar, cando o rotor non xira, non hai potencial inducido no enrolamento do sinal, o transistor non está polarizado e o devanado de potencia non pode alimentar, polo que este motor sen escobillas non ten par de arranque; en segundo lugar, debido á pequena inclinación do bordo de ataque do potencial do sinal, o consumo de enerxía do transistor é grande. Para superar estas desvantaxes, as persoas usan o conmutador do dispositivo centrífugo ou colocan aceiro magnético auxiliar no estator para garantir o arranque fiable do motor, pero a estrutura do primeiro é complexa, mentres que o segundo aínda necesita pulso de arranque adicional; Despois, despois de repetidos experimentos e prácticas continuas, a xente finalmente atopou o dispositivo de conmutación mecánica usando un sensor de posición e un circuíto de conmutación electrónica para substituír o motor de CC sen escobillas, o que abriu un novo camiño para o desenvolvemento do motor de CC sen escobillas. A principios da década de 1960, o sensor de posición de tipo interruptor de proximidade, o sensor de posición de tipo resonancia electromagnética e o sensor de posición de tipo acoplamento de alta frecuencia que actúan para achegarse a algo saían un tras outro, e despois apareceron os sensores de posición fotoeléctricos e de acoplamento magnetoeléctricos. rápido desenvolvemento da tecnoloxía de semicondutores, a xente está interesada no efecto Hall descuberto por American Hall en 1879. Despois de moitos esforzos, o motor de CC sen escobillas coa axuda do efecto Hall foi probado con éxito en 1962. Coa aparición do díodo magnético sensible que é miles de veces máis sensible que o elemento Hall, a principios da década de 1970 desenvolveuse con éxito un motor de CC sen escobillas coa axuda dun díodo magnético sensible.
Mentres desenvolven varios tipos de sensores de posición, a xente intenta atopar un motor de CC sen escobillas sen unha estrutura de sensor de posición adicional. En 1968, w. mieslinger da antiga República Federal de Alemaña propuxo un novo método para realizar a conmutación por cambio de fase capacitivo: sobre esta base, R. hanitsh da antiga República Federal de Alemaña desenvolveu con éxito un motor de corrente continua sen escobillas sen sensor de posición adicional para realizar a conmutación co combinación de distribuidor de anel dixital e discriminador de cruce cero. As persoas comprometéronse coa investigación da posición sen sensores. Segundo o método de identificación da posición do polo do rotor do motor síncrono, a posición do polo do rotor do motor de CC sen escobillas obtense indirectamente mediante a forza electromotriz inducida (tensión) do devanado do estator, é dicir, un método de detección indirecta. En comparación co método de detección directa, omite o sensor de posición, o que pode simplificar a complexidade da estrutura orixinal do corpo do motor. É especialmente axeitado para motores DC sen escobillas de pequeno tamaño e capacidade. Desde a década de 1980, co rápido desenvolvemento da tecnoloxía de microordenadores, o motor de CC sen escobillas sen sensor de posición do rotor entrou na fase práctica; Ademais, coa chegada dos sensores multifuncionais, utilizouse un sensor no sistema de servomotor de CC sen escobillas para detectar a posición do polo do rotor, a velocidade e a posición do servo ao mesmo tempo.
Estado de desenvolvemento e perspectiva do circuíto regulador de velocidade do motor DC
Desde o nacemento da tecnoloxía de semicondutores a finais da década de 1950, a velocidade de desenvolvemento é moi rápida e o rendemento dos dispositivos de semicondutores de potencia foi mellorando gradualmente. Ao mesmo tempo, o seu correspondente circuíto de condución tamén se desenvolveu rapidamente. Agora un circuíto de condución pode conducir trifásico e seis interruptores, o que simplifica moito o circuíto periférico.
Circuíto, especialmente o deseño do circuíto de condución. Ao mesmo tempo, a chegada de materiais de imán permanente de alto rendemento, como cobalto samario e boro de ferro de neodimio, sentou unha base sólida para a ampla aplicación do motor de CC sen escobillas.
Nalgúns campos de aplicación especiais que requiren alta eficiencia e alta densidade de potencia, indica a brillante perspectiva do motor de CC sen escobillas. A calor de desenvolvemento internacional do motor Brushless DC e do seu sistema de accionamento en todos os aspectos continuará. Como resultado, o motor de CC sen escobillas seguirá converténdose no obxecto dun servodispositivo libre de posición de alto rendemento no futuro.
Necesítase unha fonte de alimentación de CC controlable especial no sistema de accionamento eléctrico de CC O seguinte: primeiro, o sistema de regulación de velocidade CC orixinal utilizaba unha tensión continua constante para subministrar enerxía á armadura do motor CC e realizou a regulación da velocidade cambiando a resistencia no circuíto da armadura. Este método é sinxelo, fácil de fabricar e barato. Non obstante, as desvantaxes son a baixa eficiencia, as características mecánicas suaves e non pode axustar a velocidade sen problemas nunha ampla gama, polo que raramente se usa actualmente. En segundo lugar, a finais da década de 1930 apareceu o motor xerador (tamén coñecido como grupo convertidor rotativo). Co uso de amplificadores magnéticos, expansores de motor, tiristores e outros dispositivos de control, pódese obter un excelente rendemento de regulación de velocidade, como un amplo rango de regulación de velocidade (de 10:1 a decenas de: 1), unha pequena taxa de cambio de velocidade e unha regulación suave da velocidade, especialmente cando o motor está desacelerado, a inercia do volante no eixe do motor pódese devolver facilmente á rede eléctrica a través do xerador. Deste xeito, por unha banda, pódense obter características de freada suave, por outra banda, pódese reducir a perda de enerxía e mellorar a eficiencia. Non obstante, a principal desvantaxe do sistema de regulación de velocidade do xerador e do motor é que necesita engadir dous motores xiratorios equivalentes ao motor de regulación de velocidade e algúns equipos de excitación auxiliares, polo que é difícil manter o volume.
Estado de desenvolvemento e perspectiva do circuíto regulador de velocidade do motor DC
Os motores de corrente continua divídense en dúas categorías: conmutadores e non conmutadores. O sistema de regulación da velocidade do motor de CC utilizou primeiro voltaxe de CC constante para subministrar enerxía ao motor de CC e realizou a regulación da velocidade cambiando a resistencia do circuíto da armadura. Este método é sinxelo, fácil de fabricar e barato; Non obstante, as desvantaxes son a baixa eficiencia e as características mecánicas suaves, que non poden obter un rendemento de regulación de velocidade amplo e suave. Este método só é aplicable a algúns campos con baixa potencia e sen rango de regulación de velocidade. A finais da década de 1930, a aparición do sistema xerador e motor fixo que o motor de corrente continua cun excelente rendemento de regulación de velocidade fose amplamente utilizado. Este método de control pode obter un amplo rango de regulación de velocidade, unha pequena taxa de cambio de velocidade e un rendemento de regulación de velocidade suave. Non obstante, as principais desvantaxes deste método son o gran peso do sistema, a gran ocupación do terreo, a baixa eficiencia e o difícil mantemento. Nos últimos anos, co rápido desenvolvemento da tecnoloxía electrónica de potencia, o sistema de regulación da velocidade do motor de CC alimentado por un conversor de tiristores substituíu o sistema de regulación de velocidade do xerador e do motor, e o seu rendemento de regulación de velocidade superou con creces o do xerador, o rendemento dinámico e a fiabilidade. . O desenvolvemento de IGBT e outros dispositivos de alta potencia na tecnoloxía electrónica de potencia está a substituír os tiristores e xurdiu un sistema de regulación de velocidade de CC con mellor rendemento. Durante moito tempo, a investigación no campo da simulación centrouse no establecemento do modelo de simulación, é dicir, despois do establecemento do modelo do sistema, debe deseñarse un algoritmo para que o modelo do sistema sexa aceptado pola computadora e, a continuación, compilalo en programa informático e executalo no ordenador. Polo tanto, naceron un tras outro varios algoritmos de simulación e software de simulación.
Debido a que hai pouca investigación sobre o establecemento de modelos e experimentos de simulación, a modelización adoita levar moito tempo. Ao mesmo tempo, a análise dos resultados da simulación tamén debe confiar en expertos relevantes, e hai unha falta de orientación directa para os tomadores de decisións, o que dificulta moito a toma de decisións. Dificulta a popularización e aplicación da tecnoloxía de simulación.
Simulink, unha ferramenta de simulación dinámica de sistemas proporcionada por MATLAB, é a máis potente, excelente e fácil de usar entre moitos programas de simulación. Resolve eficazmente os problemas da tecnoloxía de simulación anterior. En Simulink, o modelado do sistema será moi sinxelo e o proceso de simulación é interactivo, polo que os parámetros de simulación pódense cambiar a vontade e os resultados modificados pódense obter inmediatamente. Ademais, os resultados da simulación pódense analizar e visualizar utilizando varias ferramentas de análise en MATLAB.
Simulink pode ir máis aló do modelo lineal ideal para explorar modelos máis realistas de problemas non lineais, como fricción, resistencia ao aire, engranaxe de engrenaxes e outros fenómenos naturais do mundo real; Pode simular grandes estrelas e pequenos átomos moleculares. Pode modelar e simular unha ampla gama de obxectos, que poden ser mecánicos, electrónicos e outras entidades reais, ou sistemas ideais. Pode simular a complexidade do sistema dinámico, que pode ser continuo, discreto ou híbrido. Simulink fará que o seu ordenador se converta nun laboratorio, que se pode usar para modelar e simular varios sistemas que existen, non existen ou mesmo o contrario na realidade.
Os métodos de investigación tradicionais inclúen principalmente o método analítico, o método experimental e o experimento de simulación. Os dous primeiros métodos non só teñen as súas propias vantaxes, senón que tamén teñen diferentes limitacións. Co desenvolvemento da tecnoloxía de produción, propóñense requisitos máis altos para a condución eléctrica no arranque e freada, rotación cara adiante e atrás, precisión de regulación de velocidade, rango de regulación de velocidade, características estáticas, resposta dinámica, etc., o que require o uso extensivo da velocidade. sistema de regulación. Debido ao bo rendemento de regulación da velocidade e do control de par do motor de corrente continua, o sistema de regulación de velocidade de corrente continua utilízase desde a década de 1930. O seu proceso de desenvolvemento é o seguinte: desde o primeiro control da unidade do convertidor rotativo ata o control do amplificador e do amplificador magnético. Ademais, a regulación da velocidade de CC realízase cun conversor de tiristores estáticos e un controlador analóxico. Máis tarde, o circuíto de control PWM composto por un rectificador controlable e un transistor de alta potencia úsase para realizar a regulación dixital de velocidade de CC, o que mellora continuamente a rapidez, a controlabilidade e a economía do sistema. A mellora continua do rendemento da regulación de velocidade fai que a aplicación do sistema de regulación de velocidade de CC sexa cada vez máis ampla.
Estado de desenvolvemento e perspectiva do circuíto regulador de velocidade do motor DC
Co desenvolvemento da tecnoloxía de produción, propóñense requisitos máis elevados para a tracción eléctrica de CC no arranque e freada, rotación cara adiante e atrás, precisión de regulación, rango de regulación de velocidade, características estáticas e resposta dinámica, o que require un gran número de sistemas de regulación de velocidade de CC. Polo tanto, a investigación sobre o sistema de regulación da velocidade de CC será máis profunda.
O motor DC é o motor máis antigo e o motor máis antigo para realizar a regulación da velocidade. Durante moito tempo, o motor de CC ocupou a posición dominante do control de velocidade. Debido ás súas boas características de regulación de velocidade lineal, rendemento de control sinxelo, alta eficiencia e excelente rendemento dinámico, aínda é a mellor opción para a maioría dos motores de control de regulación de velocidade. Polo tanto, é de gran importancia estudar o control de regulación de velocidade do motor de CC. A tensión da armadura do motor DC é subministrada polo circuíto rectificador de tiristores trifásico a través do reactor de suavizado L, e o ángulo de control do tiristor axústase cambiando o sinal de control de cambio de fase do disparador UC, para cambiar a tensión de saída. do rectificador e realizar a regulación de velocidade do motor DC. A figura 1-1 é o diagrama esquemático do sistema de regulación da velocidade do motor de CC do tiristor. Na figura, VT é un rectificador controlable con tiristores. Ao axustar a tensión de control Uc do dispositivo de disparo para mover a fase do pulso de disparo, pódese cambiar a tensión media rectificada UD para conseguir unha regulación suave da velocidade.
