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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Steuerung des Kollektormotors. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Die Elektromotoren Der Artikel beschreibt ein Schema zur automatischen Aufrechterhaltung der Drehzahl eines Gleichstrom-Kollektormotors (EM) (Abb. 1), das keinen speziellen Drehzahlsensor erfordert. Seine Besonderheit besteht darin, dass die Drehzahl des Motors durch die Spannung am durch Trägheit rotierenden Anker (bei Belastung der Welle) bei kurzzeitigen, regelmäßig wiederholten Trennungen von der Stromquelle bestimmt wird.
Die Geschwindigkeitsregelung erfolgt pulsweitengesteuert, indem die obige Spannung als Gegenkopplung für den Regelkreis genutzt wird. Die Motordrehzahl wird automatisch innerhalb eines Bereichs mit einem festgelegten Maximum und Minimum gehalten und durch externe Spannung von einem manuellen oder Software-Geschwindigkeitsregler eingestellt. Die Breite der Kontrollzone beträgt:
wo bist du+ - positive Sättigungsspannung des Operationsverstärkerausgangs, V; U- - negative Sättigungsspannung des Operationsverstärkerausgangs, V; R1' – Widerstand des geerdeten Teils des Widerstands R1, Ohm. Die Breite der Regelzone in Form der Drehzahlabweichung ΔN des Elektromotors kann durch den Ausdruck dargestellt werden
wobei: N die Anzahl der Umdrehungen der Motorwelle pro Zeiteinheit bei der Nennanker-Versorgungsspannung U2 ist. Wenn sich die Versorgungsspannung U2 sowie der Lastwert ändern, wird die Motorwellendrehzahl automatisch innerhalb des festgelegten Regelbereichs gehalten. Strukturell kann der Steuerkreis als zwei Blöcke dargestellt werden: ein Regler und ein Schlüsselverstärker A1 (Abb. 2). Abbildung 1 zeigt einen Elektromotor M1 mit Permanentmagneterregung. Wird im Elektromotor eine Erregerwicklung verwendet, muss dessen Versorgungsspannung stabil sein.
Wenn diese Spannung instabil ist, erfolgt die Drehzahlregelung bei Lastwechsel zwar weiterhin, aber jede Spannung der Erregerwicklung entspricht einer eigenen Motordrehzahl, die bei Lastwechsel automatisch beibehalten wird. Die Änderung der Last und der den Anker versorgenden Spannung entspricht der EM-Geschwindigkeit, umgekehrt proportional zum Störeinfluss innerhalb der festgelegten Regelzone. Gemäß der Klassifizierung in der Automatisierung handelt es sich um eine proportionale automatische Steuerung. Die Breite der Steuerzone nimmt mit abnehmender eingestellter Drehzahl ab und umgekehrt, da sie von der Position des variablen Widerstands R1 des Motors (d. h. des Widerstands R1') und damit von der Drehzahl des Motors abhängt. Somit bleibt das Verhältnis der Breite der Regelzone zur Drehzahl des Motors bei jeder Drehzahleinstellung konstant. Diese nützliche Eigenschaft wird beim Betrieb mit einer externen Steuerspannungsquelle mit konstanter Ausgangsimpedanz nicht beobachtet. Die Stromquelle für den ausgewählten Operationsverstärker (±U1) kann auch zur Stromversorgung des EM-Geschwindigkeitsreglers (R1) verwendet werden, muss dann aber stabil sein. Der ED-Anker wird von einer separaten Quelle U2 gespeist. Wenn die Spannung U2=U1 ist, wird der Widerstand R6 nicht eingebaut und anstelle von R5 wird eine Brücke eingelötet. Die Spannung U2 muss immer etwas höher sein als die Nennversorgungsspannung des ausgewählten Motors, um bei der Einstellung ihres Maximalwerts eine konstante Drehzahl einhalten zu können. Eine Stabilisierung ist jedoch nicht erforderlich. Betrachten wir die Funktionsweise des Reglers. Wir gehen davon aus, dass der Schieberegler des variablen Widerstands R1 ungefähr auf die mittlere Position eingestellt ist. Der Operationsverstärker DA1, die Ketten C1-R3 und R4-R1' bilden einen Rechteckimpulsgenerator. Bei positiven Impulsen vom Ausgang DA1 erhält der Anker M1 über den Schlüsselverstärker A1 Strom von der Quelle U2 und dreht sich, die Diode VD1 ist zu diesem Zeitpunkt mit Sperrspannung gesperrt, der Kondensator C1 wird über den Widerstand R3 geladen . Wenn die Spannung an C1 die Spannung am nicht invertierenden Eingang DA1 überschreitet, schaltet sein Ausgang auf negative Polarität, Schalter A1 trennt M1 von der Quelle U2, aber sein Anker dreht sich zusammen mit der Last aufgrund der Trägheit weiter (kurzfristig). Durch das Abschalten des Motors wird dessen Drehzahl nur geringfügig reduziert. Wenn in diesem Fall die Spannung am EM-Anker niedriger ist als die Spannung an C1, wird dieser Kondensator über die geöffnete Diode VD1 mit dem EM-Anker verbunden und die Spannung an ihnen (unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls an VD1) wird ausgeglichen . Der Generatorausgang tritt ab dieser Spannung in die positive Phase des Erzeugungszyklus ein. Gleichzeitig gewinnt ED an Dynamik. Die Widerstände R1, R4 bilden einen Spannungsteiler am Ausgang DA1 und erzeugen eine positive Rückkopplung, die die Erzeugungsbedingungen und die Hysterese der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers beim Umschalten gewährleistet. Die ED-Geschwindigkeitsregelzone entspricht dieser Spannung. Das Vorhandensein einer etablierten Kontrollzone bedeutet nicht, dass die EM-Geschwindigkeit innerhalb dieser Zone vom Maximum zum Minimum „durchläuft“. Sie bleibt konstant, bis die Last- oder Versorgungsspannung ihre Werte ändert. Dann stellt sich die ED-Geschwindigkeit auf einem neuen stabilen Niveau ein, verlässt die Zone jedoch nicht. Die Regulierung innerhalb der Zone erfolgt reibungslos. Die Betriebsfrequenz des Steuerkreises hängt von der Zeitkonstante der C1-R3-Kette, der Versorgungsspannung U2, der Motorlast, der eingestellten Drehzahl und Hysterese des Operationsverstärkers, dem Trägheitsmoment des Motorankers zusammen mit dem Last und ist eine komplexe Funktion. Durch die Wahl der Zeitkonstanten C1-R3 und des Widerstands R4 lässt sich jedoch leicht ein Modus festlegen, in dem sich die Motordrehzahl bei tatsächlichen Änderungen der Motorlast und Abweichungen im Regelbereich mit der gewünschten Schaltfrequenz befindet in seiner Versorgungsspannung U2. Dies bestimmt die allgemeine Einstellung des Reglers für das ausgewählte EM. Die Schaltungselemente und ihre Parameter sind nicht kritisch. DA1 kann auch 140UD12 sein. Bei Verwendung eines unipolaren Netzteils U1 können Sie einen Doppel-Operationsverstärker AS339N (LM339N, K140SA1, KR110SA2) verwenden. Es verfügt über einen Open-Collector-Ausgang, der mit einem Widerstand belastet werden muss (die Schaltung verwendet einen Operationsverstärker). Zusätzlich zum Schlüssel, dessen Diagramm in Abb. 2 dargestellt ist, können optoelektronische Relais und MOS-Transistoren verwendet werden. Um Störungen im Netz während des Betriebs des Reglers zu unterdrücken, können zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein, beispielsweise die Umgehung des EM-Ankers durch eine RC-Schaltung. Es hat praktisch keine Auswirkung auf den Betrieb des Steuerkreises. Die Drehzahl des Motors kann ohne Verwendung eines Drehzahlmessers gemessen werden, indem die Spannung am Anker mit einem Zeigervoltmeter gemessen wird (die Trägheit seines Bewegungssystems glättet die Spannungsschwankungen). Autor: V. Gusarov, Minsk
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