Что измеряет двигатель постоянного тока
Электрические цепи постоянного тока
Как можно электрически измерять выход крутящего момента двигателем постоянного магнита «// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00553×01.png»>
Если некоторые из ваших учеников считают, что символ «V» в измерителе означает, что он измеряет напряжение двигателя, им необходимо проверить назначение и функцию шунтирующего резистора!
Этот метод измерения крутящего момента двигателя является точным, если двигатель находится в хорошем состоянии. Спросите своих учеников, что, по их мнению, метр укажет, начал ли двигатель развивать низкоомный отказ из-за накопления углеродной пыли от кистей, замыкающих некоторый ток якоря. Будет ли показания индикатора ложно низкими, ложно высокими или будет ли он точно регистрировать крутящий момент двигателя «панель панелей панели панелей по умолчанию» itemscope>
Что произойдет с крутящим моментом затормаживания этого двигателя постоянного тока, если значение резистора «управления полем» внезапно уменьшится? Поясните свой ответ.
Крутящий момент двигателя увеличится.
Вашим ученикам, скорее всего, придется исследовать значение фразы «момент застоя», прежде чем они смогут ответить на этот вопрос. Это хорошо, хотя! Начните обсуждение этого вопроса с обзора определений, найденных для этой фразы.
Что произойдет с контр-ЭДС этого двигателя постоянного тока, если значение резистора «управления полем» внезапно уменьшится (пока оно работает) »// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz /00551×01.png «>
Какое влияние это изменение в полевом возбуждении влияет на рабочую скорость двигателя?
Контр-ЭДС будет увеличиваться, и двигатель будет замедляться.
Если ваши ученики никогда не слышали слово «возбуждение», используемое в этом контексте, было бы неплохо объяснить это сейчас. Электрическая мощность, используемая для питания схемы, в которой ожидается конкретный выход, иногда называется «возбуждением». Источники питания мостовой схемы являются еще одним примером источника «возбуждения».
Это очень важный, но часто неправильно понимаемый аспект управления двигателем постоянного тока. Хотя кажется парадоксальным, что увеличение мощности, приложенной к обмотке поля, приведет к замедлению двигателя, это действительно так. Попросите ваших учеников объяснить, что произойдет с скоростью двигателя, если возбуждение поля будет ослаблено .
Двигатели постоянного тока с постоянной частотой вращения имеют очень разные рабочие характеристики, чем двигатели постоянного тока с постоянным магнитом. Опишите, что происходит в двигателе с последовательной смазкой, когда механическая нагрузка установлена на двигатель, что приводит к ее замедлению и уменьшению контр-ЭДС:
Контрастируйте это поведение против поведения двигателя постоянного тока постоянного тока при тех же условиях (повышенная механическая нагрузка, что приводит к уменьшению контр-ЭДС).
По мере замедления механической нагрузки двигатель с последовательной смазкой увеличивает его напряженность поля, что резко увеличивает крутящий момент.
Попросите ваших учеников сравнить это поведение двигателя с двигателем постоянного магнита или шунтирующего двигателя. Что происходит с постоянными напряженностями магнитного поля в этих типах двигателей при механической загрузке «панелей панели панели по умолчанию» itemscope>
Опишите, что такое электрический электродвигатель с постоянным напряжением, и как он сравнивается с другими типами двигателей, о которых вы узнали до сих пор.
Электродвигатели «Compound» имеют как серию, так и обмотку шунтирующего поля, что дает ей гибридную эксплуатационную характеристику.
Попросите ваших учеников составить схематическое изображение сложного двигателя постоянного тока, в котором показаны оба набора обмотки возбуждения. Кроме того, спросите их, есть ли существенная разница между конструкцией двух обмоток поля (шунт против серии). Один определенно отличается от другого, и не без оснований!
Эта схема запуска двигателя уменьшает количество «пускового» тока при запуске, вставляя сопротивление последовательно с двигателем в течение нескольких секунд, а затем удаляя это сопротивление после временной задержки, чтобы обеспечить полную скорость работы. Реле времени задержки обеспечивает управление с пониженной скоростью.
Реле с надписью «M1» представляет собой большой «контактор», предназначенный для шунтирования тока двигателя вокруг пускового резистора. Это требует, по крайней мере, нескольких ампер тока через свою катушку, чтобы активизировать.
Реле с надписью «CR1» представляет собой гораздо меньшее «управляющее реле», и его время включения контролируется зарядкой электролитического конденсатора.
Что можно было бы настроить в этой схеме, чтобы заставить его переключиться на полноскоростную работу раньше после запуска «# 6»> Показать ответ Скрыть ответ
Потенциометр можно отрегулировать, чтобы обеспечить меньшее сопротивление, чтобы ускорить переход в режим «полной скорости» после запуска.
Задача вопроса: что еще можно было бы изменить в этой схеме, чтобы обеспечить более короткий период времени «сокращенной скорости»?
Этот общий принцип полезен для запуска многих различных электродвигателей (включая большинство двигателей переменного тока). Такие схемы иногда называются регуляторами мягкого запуска .
Попросите ваших учеников описать, каким образом нужно переместить очиститель потенциометра для изменения сопротивления.
Существует более одного способа электрически «тормозить» (замедлять) электрический двигатель. Три общих метода:
Динамическое торможение Регенеративное торможение закупоривание
Опишите, как работают каждый из этих методов.
Динамическое торможение повторно соединяет двигатель как генератор и рассеивает генерируемую мощность в резистивную нагрузку. Регенеративное торможение является продолжением динамического торможения, используя генерируемую мощность, чтобы сделать что-то полезное. Подсоединение — это временное применение обратной полярности к двигателю, чтобы принудительно остановить его.
Все три метода моторного торможения используются в промышленности, каждый из которых имеет свои преимущества. Обсудите относительные достоинства каждого метода со своими учениками в отношении простоты, мощности торможения, энергопотребления и т. Д.
Обязательно обсудите преимущества и недостатки электрического торможения при механическом торможении. Какое преимущество (и) делает электрическое торможение (с использованием двигателя в качестве тормоза) по механическому торможению (с использованием отдельного тормозного механизма, прикрепленного к валу двигателя)? Какой тип торможения вы считаете более надежным?
Определите метод электрического торможения, используемый в этой схеме управления двигателем:
Эта схема обеспечивает динамическое торможение.
Из принципиальной схемы видно, что обмотка возбуждения двигателя продолжает получать питание, когда переключатель находится в положении «тормоза». Спросите студентов, почему это необходимо для динамического торможения. Спросите их, что произойдет, если обмотка возбуждения будет отключена, а также арматура, когда переключатель переместится в положение «тормоза».
Предположим, что кто-то подключает переключатель DPDT к электрическому двигателю, как это, в надежде добиться прямого / обратного управления:
К сожалению, это расположение переключателей не изменит двигатель!
Объясните, почему двигатель не будет реверсироваться и определить поправку на схему, которая позволит переключателю функционировать как управление вперед / назад.
Эта коммутационная схема не отменяет двигатель, поскольку он меняет полярность как на якорь, так и на поле.
Последующий вопрос: что этот факт говорит нам о способности двигателя работать на спрятанном переменном токе (AC) «Примечания» Примечания:
Существует более одного решения проблемы реверсирования. Обсудите решения своих учеников и поощрите подачу нескольких идей! Одна вещь, которую вы, возможно, захотите упомянуть, это то, что обмотка возбуждения двигателя с импульсным током, подобная этому, обычно имеет гораздо меньший ток, чем обмотка якоря (особенно при полной нагрузке). Спросите своих учеников, как этот факт может повлиять на их решение о том, как перепроектировать схему переключения.
Как работает частотно-регулируемый привод (ЧРП)
Система привода типичного двигателя приводится в действие подачей на вход трёхфазного напряжения переменного тока, которое поступает на блок привода или преобразователя напряжения.
Блок привода состоит из трёх основных секций:
- Выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный
- Шины постоянного тока
- Инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в сигнал напряжения переменного тока (в большинстве случаев сигнал с ШИМ)
И хотя это не показано на данной схеме, цепи обратной связи и логические схемы управления отслеживают нагрузку двигателя и подстраивают систему привода, управляя моментом и частотой вращения. Это даёт системе возможность запускать двигатель в работу при условиях от нулевой нагрузки до максимальной.
Пример №1 – Сломанные стержни ротора к содержанию
Спецификации электродвигателя: 3500 л.с., 2 полюса, асинхронный электродвигатель переменного тока, 4160 Вольт, 3590 об/мин.
Описание проблемы
Во время обычного измерения с помощью тестера электродвигателей EMAX было замечено, что пиковый уровень боковых полос вокруг полюсной частоты составляет 0.7419 Дб, что превышает сигнальный уровень в 0.3 Дб. (иллюстрация 1). На основании полученных данных было сделано предположение о наличии проблемы со стержнями ротора, однако, по результатам выполненного анализа вибрации, электродвигатель был исправен. Из-за этого противоречия между показаниями EMAX и результатом замера вибрации, было принято решение продолжать периодический контроль электродвигателя и следить за изменением результатов измерений во времени.
Иллюстрация 1 — демодулированный спектр тока с боковыми полосами 0.7419 Дб. вокруг полюсной частоты.
Предпринятые действия
Двигатель впоследствии периодически контролировался вплоть до 5/12/2004 г, когда он был выведен из работы. Измерения показали 1420 %-ое увеличение пикового уровня боковых полос вокруг полюсной частоты от 0.1814 Дб. при частоте вращения 3591 об/мин. 8/15/2001 до 2.5851 Дб. при частоте вращения 3592 об/мин. 5/12/2004 (иллюстрация 2). Анализ измерений показал экспоненциальное увеличение уровня вибрации на полюсной частоте за этот период времени, что обычно указывает на наличие по крайней мере одного или более сломанных стержней ротора.
Дополнительно, было зарегистрировано 275%-ое увеличение колебания нагрузки, от 0.855 % к 2.345 % (иллюстрация 2). Колебание нагрузки при нормальных условиях эксплуатации и состоянии электродвигателя должно быть постоянным от измерения к измерению. Спектр тока по данным, взятым на 5/12/2004 (иллюстрация 3) показал увеличение уровня боковых полос вокруг частоты первой гармоники, что также указывает на сломанные стержни ротора.
Иллюстрация 2 — боковых полосы уровня 2.5851 Дб. вокруг полюсной частоты при частоте вращения 3592 об/мин.
Иллюстрация 3 — Спектр тока, отцентрированный на частоте первой гармоники.
Все результаты измерений, проведенных EMAX, указали на наличие сломанного стержня ротора в электродвигателе. Двигатель демонтировали и был произведен тест RIC, который также указал на аномалию ротора (иллюстрация 4).
Иллюстрация 4 — Результаты теста проверки влияния ротора (RIC) произведенного перед разборкой электродвигателя. Обратите внимание на повторяющиеся изменения формы кривой индуктивности, которые указывают на сломанные стержни ротора.
Электродвигатель отослали в мастерскую электродвигателей, где он был разобран. Визуальный осмотр показал, что 22 из 51 стержня ротора были сломаны или треснуты (См. иллюстрацию 5).
Иллюстрация 5 — Один из сломанных стержней ротора, найденный с помощью онлайн и оффлайн контроля.
Первопричина неисправности
Было определено, что поломку и растрескивание стержней ротора вызвал дефект паяного соединения между стержнями и короткозамыкающим кольцом ротора, сделанного во время произведенного в 2001 г. ремонта.
Экономическая выгода
Стоимость восстановления электродвигателя составила 90 000 $ (ремонт 60 000 $ плюс 30 000 $ запланированное время простоя ). Если бы электродвигатель работал до отказа, то стоимость ремонта составила бы 370 000 $ (170 000 $ цена нового электродвигателя плюс 200 000 $ незапланированное время простоя). Таким образом, полные сбережения составили 280 000 $.
Температура электродвигателя
При изменении температуры сопротивление обмоток меняется, поэтому температура двигателя при измерении должна быть 20°С или сопротивление необходимо пересчитывать по специальным таблицам. Для измерения температуры используются встроенные или дополнительно устанавливаемые внутренние температурные датчики. Их количество зависит от мощности электромашины:
- до 10кВт — 1шт;
- 10-100кВт — 2шт;
- 100кВт-1мВт — 3шт;
- более 1мВт — 4шт.
Температурой аппарата считается среднее значение показаний. При измерении сопротивления двигателя, не работавшего длительное время, его температурой считается температура окружающей среды. При этом она не должна меняться в течение нескольких дней перед началом измерений больше, чем на 5°С. Измерения производят несколько раз с перерывом не менее 2 часов. Если результат меняется, то следует подождать до приобретения электромашиной температуры окружающей среды.
Заключение
BLDC-двигатели имеют множество преимуществ по сравнению с традиционными коллекторными двигателями. Благодаря наличию мощных магнитов, мощность BLDC-двигателей оказывается сопоставимой с мощностью коллекторных двигателей, однако их габариты существенно меньше. Грамотное проектирование системы управления является залогом высокой эффективности электропривода. Четкое определение требований в каждом конкретном приложении также является фактором обеспечения высокой эффективности. Современные микроконтроллеры и интегральные драйверы позволяют достигать требуемого уровня эффективности и обеспечивать необходимый функционал систем управления. Управление двигателями играет важную роль в различных промышленных приложениях, например, в роботизированных системах, в станках с ЧПУ и в других прецизионных системах с двигателями.
Шаговые двигатели
Шаговые двигатели, как и серводвигатели, предназначены для построения машин, требующих точных управления и отслеживания позиционирования.
Оценка характеристик шаговых двигателей
То, как шаговые двигатели позволяют управлять позиционированием, сильно отличается от способа, используемого сервоприводами. Серводвигатели имеют возможности абсолютного позиционирования. В любой момент микроконтроллер может сделать запрос контроллеру сервопривода и получить назад значение угла.
Шаговый двигатель, напротив, использует относительное позиционирование. Шаговые двигатели вращаются не непрерывно (как коллекторные двигатели постоянного тока или бесколлекторные двигатели), а дискретными «шагами»,
Типовой шаговый двигатель имеет 200 шагов на полный оборот. Таким образом, каждый раз, когда шаговый двигатель «делает шаг», он поворачивается на 1,8°. Тщательно отслеживая количество шагов, на которое шаговый двигатель повернулся из известного начального положения, микроконтроллер может с высокой степенью точности определять положение двигателя или всего, что к нему прикреплено.
Примеры использования шаговых двигателей в проектах
Лучшие типы проектов для шаговых двигателей
3D принтеры
Шаговые двигатели используются практически во всех настольных 3D принтерах. Эта технология двигателей позволяет контроллерам 3D принтеров отслеживать положение печатающей головки с точностью до минуты (обычно в масштабе микрометров). Кроме того, шаговые двигатели обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях, что полезно для перемещения тяжелого экструдера вокруг рабочей области.
3D принтеры используют шаговые двигатели для отслеживания положения печатающей головки
Станки ЧПУ
По причинам, аналогичным 3D принтерам, шаговые двигатели широко используются в станках ЧПУ. Станок с ЧПУ запускает задание с известной нулевой позиции. Контроллер подсчитывает количество шагов, на которое перемещаются двигатели, переводя их в расстояния в соответствие с конструкцией ремней, которыми управляют шаговые двигатели. Этот тип отслеживания положения обеспечивает высокий уровень точности размеров обрабатываемых станком ЧПУ деталей.
Большие роботы-манипуляторы
В предыдущем разделе объяснялось, как в более мелких роботах манипуляторах используются серводвигатели. В более крупных роботах манипуляторах часто используются шаговые двигатели. Таким образом, если вы разрабатываете робота-манипулятора, который должен будет перемещать тяжелые грузы, дополнительный крутящий момент больших шаговых двигателей по сравнению с крутящим моментом, обеспечиваемым серводвигателями, позволит вашему роботу-манипулятору поднимать и перемещать гораздо более тяжелые объекты.
Шаговые двигатели хорошо работают в больших роботах-манипуляторах, которые требуют возможности подъема более тяжелых объектов
