Gleichstrommotorsteuerung. DC-Motorsteuerung mit einem Wechselrichter DIY-DC-Motorsteuerung

Der Start eines jeden Motors geht mit bestimmten Schaltvorgängen im Leistungs- und Steuerkreis einher. In diesem Fall werden Relais-Schütze und kontaktlose Geräte verwendet. Für Motoren Gleichstrom Zur Begrenzung werden in den Stromkreis der Rotoren und Anker der Motoren Anlaufwiderstände eingeschaltet, die bei stufenweiser Beschleunigung der Motoren abgeschaltet werden. Wenn der Start abgeschlossen ist, werden die Startwiderstände vollständig überbrückt.

Auch der Motorbremsvorgang kann automatisiert werden. Nach dem Bremsbefehl erfolgt die erforderliche Umschaltung in den Leistungskreisen mittels Relaisschützeinrichtungen. Bei Annäherung an eine Drehzahl nahe Null wird der Motor vom Netz getrennt. Beim Anlaufvorgang werden die Stufen in bestimmten Zeitabständen oder abhängig von anderen Parametern abgeschaltet. Dadurch ändern sich Strom und Drehzahl des Motors.

Der Motorstart wird in Abhängigkeit von EMK (oder Geschwindigkeit), Strom, Zeit und Weg gesteuert.

Typische Komponenten und Diagramme automatische Steuerung Starten von Gleichstrommotoren

Das Starten eines Gleichstrommotors mit paralleler oder unabhängiger Erregung erfolgt über einen in den Ankerkreis eingefügten Widerstand. Zur Begrenzung wird ein Widerstand benötigt Anlaufstrom. Wenn der Motor beschleunigt, wird der Startwiderstand schrittweise entfernt. Wenn der Start abgeschlossen ist, wird der Widerstand vollständig umgangen und der Motor läuft mit seinen natürlichen mechanischen Eigenschaften (Abb. 1). Beim Starten beschleunigt der Motor nach der künstlichen Kennlinie 1, dann 2 und nach Überbrücken des Widerstands – nach der natürlichen Kennlinie 3.

Reis. 1. Mechanische und elektromechanische Eigenschaften eines Gleichstrommotors mit Parallelerregung (ω – Winkeldrehgeschwindigkeit; I1 M1 – Spitzenstrom und Drehmoment des Motors; I2 M2 – Strom und Schaltdrehmoment)

Betrachten wir den Knoten des Gleichstrommotor-Startkreises (DCM) in der EMF-Funktion (Abb. 2).

Reis. 2. Einheit des Parallelerregungs-Gleichstrommotor-Startkreises in der EMF-Funktion

Die Steuerung in der EMF- (oder Geschwindigkeits-)Funktion erfolgt durch Relais, Spannungen und Schütze. Die Spannungsrelais sind so konfiguriert, dass sie bei unterschiedlichen Werten der Anker-EMK arbeiten. Wenn das Schütz KM1 eingeschaltet ist, reicht die Spannung am KV-Relais zum Zeitpunkt des Starts nicht aus, um zu funktionieren. Wenn der Motor beschleunigt (aufgrund einer Erhöhung der Motor-EMF), wird das Relais KV1 und dann KV2 aktiviert (die Relais-Ansprechspannungen haben die entsprechenden Werte); Dazu gehören die Beschleunigungsschütze KM2, KMZ und die Widerstände im Ankerkreis sind überbrückt (die Schaltkreise zum Einschalten der Schütze sind im Diagramm nicht dargestellt; LM ist die Erregerwicklung).

Betrachten wir die Schaltung zum Starten eines Gleichstrommotors als Funktion der EMF (Abb. 3). Die Winkelgeschwindigkeit des Motors wird häufig indirekt festgelegt, d. h. Messung geschwindigkeitsbezogener Größen. FürGleichstrommotor Diese Größe ist die EMK. Der Start erfolgt wie folgt. Der QF-Leistungsschalter wird eingeschaltet und die Feldwicklung des Motors wird an die Stromquelle angeschlossen. Das KA-Relais wird aktiviert und schließt seinen Kontakt.

Die übrigen Geräte der Schaltung bleiben an ihrer ursprünglichen Position. Um den Motor zu starten, ist SB1 „Start“ erforderlich, danach wird das Schütz KM1 aktiviert und verbindet den Motor mit der Stromquelle. Schütz KM1 wird selbstversorgt. Der Gleichstrommotor wird durch den Motorankerkreiswiderstand R beschleunigt.

Mit steigender Motordrehzahl steigen dessen EMK und die Spannung an den Relaisspulen KV1 und KV2. Bei der Geschwindigkeit ω1 (siehe Abb. 1.) wird das Relais KV1 aktiviert. Es schließt seinen Kontakt im Stromkreis des Schützes KM2, der mit seinem Kontakt die erste Stufe des Anlaufwiderstands betätigt und kurzschließt. Bei Geschwindigkeit ω2 wird das Relais KV2 aktiviert. Mit seinem Kontakt schließt es den Versorgungsstromkreis des KMZ-Schützes, das bei Aktivierung die zweite Startstufe des Startwiderstands mit dem Kontakt kurzschließt. Der Motor erreicht seine natürlichen mechanischen Eigenschaften und beendet seinen Startlauf.

Reis. 3. Schaltung zum Starten eines parallel erregten Gleichstrommotors in Abhängigkeit von der EMF

Für den ordnungsgemäßen Betrieb der Schaltung ist es notwendig, das Spannungsrelais KV1 so zu konfigurieren, dass es bei einer EMK arbeitet, die der Geschwindigkeit ω1 entspricht, und das Relais KV2 so zu konfigurieren, dass es bei einer Geschwindigkeit ω2 arbeitet.

Um den Motor zu stoppen, drücken Sie die SB2-Taste „Stopp“. Um den Stromkreis abzuschalten, müssen Sie den QF-Leistungsschalter ausschalten.

Die Steuerung in der Stromfunktion erfolgt über ein Stromrelais. Betrachten wir den StartkreisknotenGleichstrommotor als Funktion des Stroms. Im Diagramm in Abb. 4, Relais werden angewendet maximaler Strom, die beim Anlaufstrom I1 arbeiten und beim Minimalstrom I2 verschwinden (siehe Abb. 1). Die Eigenansprechzeit der Stromrelais muss kleiner sein als die Eigenansprechzeit des Schützes.

Reis. 4. DPT-Startschaltungseinheit mit paralleler Erregung in Abhängigkeit vom Strom

Die Motorbeschleunigung beginnt, wenn der Widerstand vollständig in den Ankerkreis eingefügt ist. Beim Beschleunigen des Motors nimmt der Strom ab; bei Strom I2 verschwindet das Relais KA1 und schließt mit seinem Kontakt den Stromkreis des Schützes KM2, das mit seinem Kontakt die erste Startstufe des Widerstands überbrückt. Die zweite Startstufe des Widerstands (Relais KA2, Schütz KMZ) wird auf die gleiche Weise kurzgeschlossen. Die Stromkreise der Schütze sind im Diagramm nicht dargestellt. Nach dem Motorstart wird der Widerstand im Ankerkreis überbrückt.

Betrachten wir die StartschaltungGleichstrommotor als Funktion des Stroms (Abb. 5). Die Widerstände der Widerstandsstufen sind so gewählt, dass im Moment des Einschaltens des Motors und der Überbrückung der Stufen der Strom I1 im Ankerkreis und das Drehmoment M1 das zulässige Maß nicht überschreiten.

Dies erfolgt durch Einschalten des QF-Leistungsschalters und Drücken der SB1-Taste „Start“. In diesem Fall wird das Schütz KM1 aktiviert und schließt seine Kontakte. Der Anlaufstrom I1 fließt durch den Motorstromkreis, unter dessen Einfluss das Maximalstromrelais KA1 aktiviert wird. Sein Kontakt öffnet sich und das KM2-Schütz erhält keinen Strom.

Reis. 5. Anlaufschaltung für parallelerregte Gleichstrommotoren in Abhängigkeit vom Strom

Sinkt der Strom auf den Minimalwert I2, fällt das Maximalstromrelais KA1 ab und schließt seinen Kontakt. Das Schütz KM2 wird aktiviert und überbrückt mit seinem Hauptkontakt den ersten Abschnitt des Anlaufwiderstands und das Relais KA1. Beim Schalten steigt der Strom auf den Wert I1.

Wenn der Strom wieder auf den Wert I1 ansteigt, schaltet das Schütz KM1 nicht ein, da seine Spule vom Kontakt KM2 überbrückt wird. Unter dem Einfluss des Stroms I1 wird das Relais KA2 aktiviert und öffnet seinen Kontakt. Wenn während des Beschleunigungsvorgangs der Strom wieder auf den Wert I2 absinkt, fällt das Relais KA2 ab und das KMZ-Schütz schaltet ein. Der Start endet und der Motor arbeitet mit seinen natürlichen mechanischen Eigenschaften.

Für den ordnungsgemäßen Betrieb des Stromkreises ist es erforderlich, dass die Ansprechzeit der Relais KA1 und KA2 kürzer ist als die Ansprechzeit der Schütze. Um den Motor zu stoppen, müssen Sie die SB2-Stopptaste drücken und den QF-Leistungsschalter ausschalten, um den Stromkreis abzuschalten.

Die Steuerung in der Zeitfunktion erfolgt über Zeitrelais und entsprechende Schütze, die mit ihren Kontakten die Widerstandsstufen kurzschließen.

Betrachten wir den StartkreisknotenGleichstrommotor als Funktion der Zeit (Abb. 6). Das KT-Zeitrelais schaltet sofort, wenn im Steuerstromkreis über den Öffnerkontakt KM1 Spannung anliegt. Nach dem Öffnen des KM1-Kontakts verliert das KT-Zeitrelais die Spannung und schließt zeitverzögert seinen Kontakt. Das Schütz KM2 erhält nach einer Zeitspanne, die der Verzögerungszeit des Zeitrelais entspricht, Strom, schließt seinen Kontakt und umgeht den Widerstand im Ankerkreis.

Reis. 6. Parallelerregter Gleichstrommotor-Startkreis als Funktion der Zeit

Zu den Vorteilen der zeitabhängigen Regelung zählen einfache Regelbarkeit, Stabilität des Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgangs sowie keine Verzögerung des Elektroantriebs bei mittleren Geschwindigkeiten.

Betrachten wir die StartschaltungGleichstrommotor parallele Anregung als Funktion der Zeit. In Abb. In Abb. 7 zeigt ein Diagramm des nicht reversiblen StartsGleichstrommotor parallele Anregung. Der Start erfolgt in zwei Stufen. Die Schaltung verwendet die Tasten SB1 „Start“ und SB2 „Stop“, die Schütze KM1...KMZ und die elektromagnetischen Zeitrelais KT1, KT2. Der QF-Leistungsschalter schaltet sich ein. In diesem Fall erhält die Spule des Zeitrelais KT1 Strom und öffnet ihren Kontakt im Schützkreis KM2. Der Motor wird durch Drücken der Taste „Start“ SB1 gestartet. Das Schütz KM1 erhält Strom und verbindet mit seinem Hauptkontakt den Motor über einen Widerstand im Ankerkreis mit einer Stromquelle.

Reis. 7. Schema des irreversiblen Anlaufs eines Gleichstrommotors als Funktion der Zeit

Das Mindeststromrelais KA dient dem Schutz des Motors vor Leerlauferregung. Im Normalbetrieb wird das KA-Relais aktiviert und sein Kontakt im KM1-Schützkreis schließt, wodurch das KM1-Schütz für den Betrieb vorbereitet wird. Wenn der Erregerkreis unterbrochen wird, wird das KA-Relais abgeschaltet, öffnet seinen Kontakt, dann wird das KM1-Schütz abgeschaltet und der Motor stoppt. Beim Auslösen des Schützes KM1 schließt dessen Sperrkontakt und der Kontakt KM1 öffnet im Relaiskreis KT1, der stromlos wird und seinen Kontakt zeitverzögert schließt.

Nach einer Zeitspanne, die der Zeitverzögerung des Relais KT1 entspricht, wird der Stromkreis des Beschleunigungsschützes KM2 geschlossen, der aktiviert wird und mit seinem Hauptkontakt eine Stufe des Anlaufwiderstands kurzschließt. Gleichzeitig erhält das Zeitrelais KT2 Strom. Der Motor beschleunigt. Nach einer Zeitspanne, die der Zeitverzögerung des Relais KT2 entspricht, schließt der Kontakt KT2, das Beschleunigungsschütz KMZ wird aktiviert und schließt mit seinem Hauptkontakt die zweite Stufe des Anlaufwiderstands im Ankerkreis kurz. Der Start endet und der Motor kehrt zu seinen natürlichen mechanischen Eigenschaften zurück.

Typische Komponenten von Bremssteuerkreisen für Gleichstrommotoren

In automatischen Systemen Motorsteuerung DC DC nutzt dynamisches Bremsen, Gegenschalterbremsen und regeneratives Bremsen.

Beim dynamischen Bremsen ist es erforderlich, die Ankerwicklung des Motors mit einem zusätzlichen Widerstand kurzzuschließen und die Feldwicklung unter Spannung zu lassen. Eine solche Bremsung kann geschwindigkeitsabhängig und zeitabhängig erfolgen.

Die geschwindigkeitsabhängige Regelung (EMF) beim dynamischen Bremsen kann nach dem in Abb. dargestellten Schema erfolgen. 8. Beim Trennen des Schützes KM1 wird der Motoranker vom Netz getrennt, zum Zeitpunkt der Trennung liegt jedoch Spannung an seinen Klemmen an. Das Spannungsrelais KV schaltet und schließt seinen Kontakt im Stromkreis des Schützes KM2, der mit seinem Kontakt den Motoranker zum Widerstand R schließt.

Bei Drehzahlen nahe Null verliert das KV-Relais an Leistung. Das weitere Abbremsen von der Mindestgeschwindigkeit bis zum vollständigen Stillstand erfolgt unter dem Einfluss eines statischen Widerstandsmoments. Um die Bremswirkung zu erhöhen, können Sie zwei oder drei Bremsstufen anwenden.

Reis. 8. Einheit des Stromkreises zur automatischen Steuerung des dynamischen Bremsens in der EMF-Funktion: a - Stromkreis; b - Steuerkreis

Dynamisches BremsenGleichstrommotor Die unabhängige Anregung als Funktion der Zeit erfolgt nach dem in Abb. gezeigten Schema. 9.

Reis. 9. Dynamische Bremskreiseinheit mit unabhängiger Erregung DDC als Funktion der Zeit

Bei laufendem Motor ist das KT-Zeitrelais eingeschaltet, aber der Bremsschützkreis KM2 ist offen. Zum Bremsen müssen Sie die SB2-Taste „Stopp“ drücken. Schütz KM1 und Zeitrelais KT verlieren Strom; Das Schütz KM2 wird ausgelöst, da der Kontakt KM1 im Stromkreis des Schützes KM2 schließt und der Kontakt des Zeitrelais KT zeitverzögert öffnet.

Während der Verzögerungszeit des Zeitrelais erhält das Schütz KM2 Strom, schließt seinen Kontakt und verbindet den Motoranker mit dem Zusatzwiderstand R. Es kommt zu einer dynamischen Bremsung des Motors. Am Ende öffnet das KT-Relais nach einer Zeitverzögerung seinen Kontakt und trennt das KM2-Schütz vom Netz. Die weitere Abbremsung bis zum Stillstand erfolgt unter dem Einfluss des Widerstandsmoments Mc.

Beim Bremsen durch Rückschalten wirken die EMK des Motors und die Netzspannung entsprechend. Um den Strom zu begrenzen, wird ein Widerstand in den Stromkreis eingefügt.

Erregungssteuerung von Gleichstrommotoren

Die Feldwicklung des Motors weist eine erhebliche Induktivität auf, und wenn der Motor schnell abgeschaltet wird, kann an ihr eine hohe Spannung entstehen, die zum Ausfall der Wicklungsisolierung führt. Um dies zu verhindern, können Sie die in Abb. gezeigten Schaltungsknoten verwenden. 10. Der Löschwiderstand ist über eine Diode parallel zur Erregerwicklung geschaltet (Abb. 10, b). Folglich fließt der Strom nach dem Ausschalten für kurze Zeit durch den Widerstand (Abb. 10, a).

Reis. 10. Schaltungseinheiten zum Anschluss von Löschwiderständen: a - Löschwiderstände sind parallel geschaltet; b - Der Löschwiderstand wird über eine Diode eingeschaltet.

Der Schutz vor offenem Erregerkreis erfolgt mit einem Mindeststromrelais gemäß dem in Abb. dargestellten Diagramm. 11.

Reis. 11. Schutz gegen offenen Erregerkreis: a - Leistungserregerkreis; b- Steuerkreis

Wenn die Feldwicklung unterbrochen wird, verliert das KA-Relais die Stromversorgung und schaltet den KM-Schützkreis ab.

Vladimir Rentyuk, Saporoschje, Ukraine

Der Artikel bietet einen kurzen Überblick und eine Analyse gängiger Schaltkreise zur Steuerung von Gleichstrommotoren mit Bürsten und schlägt außerdem originelle und wenig bekannte Schaltkreislösungen vor

Elektromotoren gehören wohl zu den beliebtesten Produkten der Elektrotechnik. Wie uns die allwissende Wikipedia sagt, ist ein Elektromotor eine elektrische Maschine (elektromechanischer Wandler), in der elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Als Beginn seiner Geschichte kann die Entdeckung von Michael Faraday im Jahr 1821 angesehen werden, die die Möglichkeit begründete, einen Leiter in einem Magnetfeld zu drehen. Doch der erste einigermaßen praktische Elektromotor mit rotierendem Rotor wartete bis 1834 auf seine Erfindung. Während seiner Arbeit in Königsberg wurde es von Moritz Hermann von Jacobi, bei uns besser bekannt als Boris Semenovich, erfunden. Elektromotoren zeichnen sich durch zwei Hauptparameter aus – die Drehzahl der Welle (Rotor) und das an der Welle entwickelte Drehmoment. Im Allgemeinen hängen diese beiden Parameter von der dem Motor zugeführten Spannung und dem Strom in seinen Wicklungen ab. Gegenwärtig gibt es eine ganze Reihe von Arten von Elektromotoren, und da es, wie unsere berühmte literarische Figur Kozma Prutkov feststellte, unmöglich ist, die Unermesslichkeit zu erfassen, werden wir uns mit der Betrachtung der Merkmale der Steuerung von Gleichstrommotoren befassen (im Folgenden wird darauf Bezug genommen). als Elektromotoren).

Es gibt zwei Arten von Gleichstrommotoren – die Bürstenmotoren, die wir gewohnt sind, und bürstenlose (Schritt-)Motoren. Im ersten Fall wird durch die Rotorwicklungen, die über einen Bürstenkommutator - Kommutator - mit Strom versorgt werden, ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das für die Drehung der Motorwelle sorgt. Es interagiert mit dem konstanten Magnetfeld des Stators und dreht den Rotor. Für den Betrieb solcher Motoren sind keine externen Kommutatoren erforderlich; ihre Rolle übernimmt der Kollektor. Der Stator kann entweder aus einem System von Permanentmagneten oder Elektromagneten bestehen. Bei der zweiten Art von Elektromotoren bilden die Wicklungen den stationären Teil des Motors (den Stator) und der Rotor besteht aus Permanentmagneten. Dabei wird durch das Schalten der Statorwicklungen ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, was durch eine externe Steuerschaltung erfolgt. Schrittmotoren(„Schrittmotor“ in englischer Schreibweise) sind viel teurer als Kollektormotoren. Dabei handelt es sich um recht komplexe Geräte mit eigenen spezifischen Funktionen. Ihre vollständige Beschreibung erfordert eine separate Veröffentlichung und würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Ausführlichere Informationen zu Motoren dieses Typs und ihren Steuerkreisen finden Sie beispielsweise unter.

Bürstenmotoren (Abbildung 1) sind günstiger und erfordern im Allgemeinen keine komplexen Steuerungssysteme. Für ihren Betrieb genügt die Versorgung mit einer Versorgungsspannung (gleichgerichtet, konstant!). Probleme treten auf, wenn die Drehzahl der Welle eines solchen Motors angepasst oder ein spezieller Drehmomentsteuerungsmodus verwendet werden muss. Es gibt drei Hauptnachteile solcher Motoren: geringes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen (daher ist häufig ein Getriebe erforderlich, was sich auf die Gesamtkosten der Konstruktion auswirkt), Erzeugung hoher elektromagnetischer und Funkstörungen (aufgrund von der Schleifkontakt im Kommutator) und geringe Zuverlässigkeit (genauer gesagt geringe Ressourcen; der Grund liegt im selben Kollektor). Beim Einsatz von Kommutatormotoren ist zu berücksichtigen, dass die Stromaufnahme und die Drehzahl ihres Rotors von der Belastung der Welle abhängen. Bürstenmotoren sind vielseitiger und werden häufiger eingesetzt, insbesondere in kostengünstigen Anwendungen, bei denen der Preis ein entscheidender Faktor ist.

Da die Drehzahl des Rotors eines Kommutatormotors in erster Linie von der dem Motor zugeführten Spannung abhängt, ist es selbstverständlich, zu seiner Steuerung Schaltkreise zu verwenden, die die Ausgangsspannung einstellen oder anpassen können. Solche Lösungen, die im Internet zu finden sind, sind Schaltungen, die auf einstellbaren Spannungsstabilisatoren basieren. Da das Zeitalter der diskreten Stabilisatoren längst vorbei ist, empfiehlt es sich, hierfür beispielsweise kostengünstige integrierte Kompensationsstabilisatoren zu verwenden. Mögliche Optionen für ein solches Schema sind in Abbildung 2 dargestellt.

Das Schema ist primitiv, scheint aber sehr erfolgreich und vor allem kostengünstig zu sein. Betrachten wir es aus der Sicht eines Ingenieurs. Erstens: Ist es möglich, das Drehmoment oder den Strom des Motors zu begrenzen? Dies kann durch den Einbau eines zusätzlichen Widerstands gelöst werden. In Abbildung 2 wird es als R LIM bezeichnet. Seine Berechnung ist in der Spezifikation enthalten, verschlechtert jedoch die Eigenschaften der Schaltung als Spannungsstabilisator (mehr dazu weiter unten). Zweitens: Welche Option zur Geschwindigkeitsregelung ist besser? Die Option in Abbildung 2a bietet eine praktische lineare Regelcharakteristik und ist daher beliebter. Die Option in Abbildung 2b hat eine nichtlineare Charakteristik. Aber im ersten Fall, wenn der Kontakt im variablen Widerstand unterbrochen ist, erhalten wir Höchstgeschwindigkeit und im zweiten - minimal. Was zu wählen ist, hängt von der konkreten Anwendung ab. Schauen wir uns nun ein Beispiel für einen Motor mit typischen Parametern an: Betriebsspannung 12 V; Der maximale Betriebsstrom beträgt 1 A. Der LM317 IC hat je nach Suffix einen maximalen Ausgangsstrom von 0,5 A bis 1,5 A (siehe Spezifikation; es gibt ähnliche ICs mit höherem Strom) und einen entwickelten Schutz (gegen Überlastung und Überhitzung). Unter diesem Gesichtspunkt ist es ideal für unsere Aufgabe. Probleme verbergen sich wie immer in den kleinen Dingen. Wenn der Motor auf maximale Leistung gebracht wird, was für unsere Anwendung sehr realistisch ist, dann wird der IC selbst bei der minimal zulässigen Differenz zwischen der Eingangsspannung V IN und der Ausgangsspannung V OUT von 3 V eine Verlustleistung von mindestens 3 V verursachen

P = (V IN - V OUT)×I = 3×1 = 3 W.

Daher ist ein Kühler erforderlich. Auch hier stellt sich die Frage: Wie hoch ist die Verlustleistung? Bei 3 W? Aber nein. Wenn man sich die Zeit nimmt, den Belastungsverlauf des ICs in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung zu berechnen (das geht ganz einfach in Excel), dann bekommen wir das unter unseren Bedingungen maximale Leistung auf dem IC wird nicht bei der maximalen Ausgangsspannung des Reglers, sondern bei einer Ausgangsspannung von 7,5 V (siehe Abbildung 3) abgeführt und beträgt fast 5,0 W!

Wie Sie sehen, ist das Ergebnis nicht mehr billig, sondern sehr sperrig. Daher eignet sich dieser Ansatz nur für Motoren mit geringer Leistung, deren Betriebsstrom nicht mehr als 0,25 A beträgt. In diesem Fall liegt die Leistung am Steuer-IC bei 1,2 W, was bereits akzeptabel ist.

Der Ausweg besteht darin, zur Steuerung das Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) zu verwenden. Es ist in der Tat das häufigste. Sein Wesen besteht in der Versorgung des Motors mit unipolaren Rechteckimpulsen mit modulierter Dauer. Gemäß der Signaltheorie hat die Struktur einer solchen Sequenz eine konstante Komponente proportional zum Verhältnis τ/T, wobei τ die Impulsdauer und T die Sequenzperiode ist. Sie steuert die Drehzahl des Motors, was sie als Integratorin in diesem System auszeichnet. Da die Endstufe eines PWM-basierten Reglers im Schaltbetrieb arbeitet, sind selbst bei relativ hohen Motorleistungen in der Regel keine großen Heizkörper zur Wärmeabfuhr erforderlich und der Wirkungsgrad eines solchen Reglers ist unvergleichlich höher als der bisherige eins. In einigen Fällen ist es möglich, DC/DC-Abwärts- oder Aufwärtswandler zu verwenden, diese weisen jedoch eine Reihe von Einschränkungen auf, beispielsweise hinsichtlich der Tiefe der Ausgangsspannungsregelung und der Mindestlast. Daher sind in der Regel andere Lösungen häufiger anzutreffen. Der „klassische“ Schaltungsaufbau eines solchen Reglers ist in Abbildung 4 dargestellt. Es wird als Gashebel (Regler) in einer professionellen Modelleisenbahn verwendet.

Auf dem ersten Operationsverstärker ist ein Generator montiert, auf dem zweiten ein Komparator. Ein Signal vom Kondensator C1 wird dem Eingang des Komparators zugeführt und durch Anpassen der Ansprechschwelle wird ein Rechtecksignal mit dem gewünschten Verhältnis τ/T erzeugt (Abbildung 5).

Der Einstellbereich wird durch die Trimmwiderstände RV1 (schneller) und RV3 (langsamer) eingestellt, die Geschwindigkeitsanpassung selbst erfolgt über den Widerstand RV2 (Geschwindigkeit). Ich möchte die Leser darauf aufmerksam machen, dass im Internet in russischsprachigen Foren eine ähnliche Schaltung mit Fehlern in den Werten des Teilers, der die Schwelle des Komparators festlegt, im Umlauf ist. Die Ansteuerung des Motors erfolgt direkt über einen Schalter mittels leistungsstarkem Feldeffekttransistor. Die Merkmale dieses MOSFET-Transistors sind ein hoher Betriebsstrom (30 A konstant und bis zu 120 A gepulst), ein extrem niedriger Widerstand des offenen Kanals (40 mOhm) und daher minimale Leistungsverluste im offenen Zustand.

Worauf sollten Sie bei der Nutzung solcher Schemata zunächst achten? Der erste ist die Ausführung des Steuerkreises. Hier im Diagramm gibt es einen kleinen Fehler (Abbildung 4). Sollten im Laufe der Zeit Probleme mit dem beweglichen Kontakt des variablen Widerstands auftreten, erhalten wir eine vollständige, nahezu sofortige Beschleunigung des Motors. Dies könnte unser Gerät beschädigen. Was ist das Gegenmittel? Installieren Sie einen zusätzlichen hochohmigen Widerstand, beispielsweise 300 kOhm, von Pin 5 des IC zum gemeinsamen Draht. In diesem Fall wird der Motor gestoppt, wenn der Regler ausfällt.

Ein weiteres Problem bei solchen Reglern ist die Ausgangsstufe oder der Motortreiber. In solchen Schaltungen können sowohl Feldeffekttransistoren als auch bipolare Transistoren verwendet werden. Letztere sind unvergleichlich günstiger. Aber sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Option müssen einige wichtige Punkte berücksichtigt werden. Um einen MOSFET zu steuern, ist es notwendig, seine Eingangskapazität zu laden und zu entladen, die Tausende von Picofarad betragen kann. Wenn der Gate-Serienwiderstand (R6 in Abbildung 4) nicht verwendet wird oder sein Wert zu klein ist, kann der Operationsverstärker bei relativ hohen Ansteuerfrequenzen ausfallen. Wenn Sie R6 mit einem großen Wert verwenden, bleibt der Transistor länger in der aktiven Zone seiner Übertragungskennlinie und es kommt daher zu einem Anstieg der Verluste und der Erwärmung des Schalters.

Noch eine Anmerkung zur Schaltung in Abbildung 4. Der Einsatz einer zusätzlichen Diode D2 macht keinen Sinn, da der Aufbau des BUZ11-Transistors bereits über eine eigene interne Hochgeschwindigkeits-Schutzdiode verfügt beste Eigenschaften als die vorgeschlagene. Auch die Diode D1 ist eindeutig überflüssig, der Transistor BUZ11 ermöglicht eine Gate-Source-Spannung von ± 20 V und eine Verpolung im Steuerkreis bei unipolarer Versorgung sowie Spannungen über 12 V sind nicht möglich.

Verwendet man einen Bipolartransistor, so stellt sich das Problem, einen ausreichenden Basisstrom zu erzeugen. Um einen Schalter eines Bipolartransistors in die Sättigung zu bringen, muss sein Basisstrom bekanntlich mindestens 0,06 des Laststroms betragen. Es ist klar, dass der Operationsverstärker möglicherweise keinen solchen Strom liefert. Zu diesem Zweck wird in einem im Wesentlichen ähnlichen Regler, der beispielsweise im beliebten Mini-Graveur PT-5201 des Unternehmens verwendet wird, ein Transistor verwendet, bei dem es sich um eine Darlington-Schaltung handelt. Hier gibt es einen interessanten Punkt. Diese Mini-Gravierer fallen manchmal aus, aber nicht, wie man annehmen könnte, an einer Überhitzung des Transistors, sondern an einer Überhitzung des IC (maximal). Betriebstemperatur+70 °C) Ausgangstransistor (maximal zulässige Temperatur +150 °C). Bei den vom Autor des Artikels verwendeten Produkten wurde es eng an den IC-Körper gedrückt und auf Kleber gelegt, was den IC unzulässig erhitzte und den Kühlkörper fast blockierte. Wenn Sie auf ein solches Design stoßen, ist es besser, den Transistor vom IC zu „lösen“ und ihn so weit wie möglich zu biegen. Für dieses Know-how wurde der Autor des Artikels von Pro’sKit mit einer Reihe von Tools ausgezeichnet. Wie Sie sehen, muss alles umfassend gelöst werden – schauen Sie sich nicht nur die Schaltung an, sondern achten Sie auch genau auf das Design des Reglers als Ganzes.

Es gibt mehrere weitere interessante Schaltungen einfacherer PWM-Regler. Beispielsweise sind zwei einzelne Operationsverstärkerschaltungen mit Treiber veröffentlicht in [

Ein Gleichstrommotor hilft dabei, Gleichstromenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln.

Heutzutage erfolgt die praktische Steuerung nicht nur nach traditionellen Schaltungen, sondern auch nach eher originellen oder wenig bekannten Schaltungslösungen.

Am meisten auf einfache Weise Die Regelung der Motordrehzahl erfolgt durch Modulation (PWM) vom Pulsweitentyp, kurz PWM.

Diese Methode basiert auf der Versorgung des Motors mit Versorgungsspannung in Form von Impulsen mit stabiler Folgefrequenz, aber unterschiedlicher Dauer.

Das gesamte PWM-Signalsystem verfügt über ein sehr wichtiges Kriterium, das durch den Standard-Arbeitszyklus repräsentiert wird.

Dieser Wert entspricht dem Verhältnis der Pulsdauer zu seiner Periode:

D = (t/T) × 100 %

Die einfachste Schaltung zur Implementierung der DPT-Steuerung zeichnet sich durch das Vorhandensein eines Feldeffekttransistorteils mit einem dem Gate zugeführten PWM-Signalsystem aus. In einer solchen Schaltung stellt der Transistor einen speziellen elektronischen Schalter dar, mit dem einer der Motoranschlüsse auf Masse geschaltet wird. In diesem Fall erfolgt das Öffnen der Halbleitertriode genau im Moment der Impulsdauer.

Gleichstrommotordesign

Bei niedrigen Frequenzen und bei unbedeutendem PWM-Signalkoeffizienten arbeitet die Konvertierungseinrichtung ruckartig. Hochfrequenz PWM mit mehreren Hundert Hertz sorgt für eine kontinuierliche Drehung des Motors, wobei die Geschwindigkeit der Drehbewegung in diesem Fall streng proportional zum Füllfaktor variiert.

Es gibt viele bekannte schematische Lösungen, die ein PWM-Signal erzeugen, aber eine der einfachsten ist die „555-Timer-Schaltung“, die eine minimale Anzahl von Komponenten erfordert und keine spezielle Konfiguration erfordert.

Motorsteuerung über einen Bipolartransistor

Die Verwendung eines Bipolartransistors als zuverlässiger Schalter ist eine Möglichkeit, einen Motor zu steuern. Die Wahl eines passiven Elements des Stromkreises, oder R, setzt voraus, dass der Stromfluss die maximalen Stromwerte im Mikrocontroller nicht überschreitet.

Die Halbleitertriode muss über den passenden Kollektorstrom und optimale Maximalwerte sowie die Leistungsabgabe verfügen:

P = Uke × Ik.

Eines der Probleme, die bei der Verwendung bipolarer Halbleitertrioden auftreten, ist ein übermäßiger Basisstrom.

Steuerkreis

Typischerweise beträgt das Stromverhältnis zwischen dem Ausgangssignal und dem Eingangstransistor 100 hfe. Die Funktion des Elements unter Sättigungsbedingungen führt zu einer starken Abnahme des Koeffizienten.

Die beste Option ist eine Transistorkombination oder ein hocheffizienter Darlington-Transistor, der sich durch hohe Stromverstärkung und niedrige Betriebsgeschwindigkeit auszeichnet.

Induktive Lasten

Bei der Auswahl einer induktiven Last, die durch einen Motor dargestellt wird, ist die Lösung des Problems einer reibungslosen Steuerung der Leistungsindikatoren des Motors nicht immer einfach, was von mehreren vorgestellten Faktoren abhängt:

• Leistungsanzeigen des Motors;
• Trägheit des Lastniveaus der Welle;
• reaktive Wicklungsanzeiger;
• aktive Wickelanzeigen.

Gleichstrommotorsteuerung

Die beste Möglichkeit, fast alle oben aufgeführten Probleme zu lösen, ist der Einsatz von Frequenzumrichtern.

Die induktive Schaltung zur Steuerung eines Gleichstrommotors ist im Vergleich zur Frequenzsteuerung nicht besonders komplex und kann auch durchaus akzeptable Leistungen erbringen.

Aspekte von Problemen bei der Steuerung eines PT-Motors

In einigen Fällen erfordert eine hochwertige Laststeuerung kein Potentiometer, sondern kann mithilfe eines Mikrocontrollers verwendet werden.

Die wichtigsten Managementprobleme werden vorgestellt:

• obligatorisches Vorhandensein einer galvanischen Trennung;
• reibungslose Steuerung der Leistungsanzeigen;
• fehlende Start-Stopp-Steuerung;
• Steuerung des Übergangs Null – Kreuz;
• einige Merkmale der Auswahl eines Anti-Aliasing-Snubber-RC-Filters.

Es ist wichtig zu bedenken, dass sich dieser Schaltungsentwurf durch eine geringe Komplexität auszeichnet, bei der die Initialisierung des Mikrocontrollers ausreichend Zeit in Anspruch nimmt, was auf die spezifischen Aufgaben zurückzuführen ist, die gelöst werden müssen, wenn sich die Ausgangssignale im dritten Zustand befinden.

Steuerung über MOSFET-Transistor

Klassischer MOSFET-Schaltkreis im Tastenmodus

Diese Art von Kanal wird normalerweise so angeschlossen, dass der Abfluss den größten Teil hat negative Indikatoren Spannung im Vergleich zur Quelle.

Hochleistungs-MOSFETs erfreuen sich aufgrund ihrer außergewöhnlich hohen Schaltgeschwindigkeiten bei geringer Gate-Treiberleistung großer Beliebtheit.

Relaissteuerung

Die Steuerung eines recht leistungsstarken Gleichstrommotors erfolgt über ein Doppelrelaismodul. Beim Anschließen des Motors an das Relais muss das Vorhandensein von drei Ausgangslöchern berücksichtigt werden:

• NO (Normalerweise offen) – normalerweise offener Typ;
• COM (Common) – allgemeiner Typ;
• NC (Normalerweise geschlossen) – normalerweise geschlossener Typ.

Steuerung der Drehrichtung des Gleichstrommotors

Die Kontaktgruppe eines Geräts, das jede Art von Energie in mechanische Arbeit umwandelt, ist mit gemeinsamen Relaiskontakten (COM) verbunden.

Das „Plus“ der Batterie ist mit den Kontakten eines normalerweise offenen Relais (NO) verbunden und das „Minus“ ist mit der Kontaktgruppe eines normalerweise geschlossenen Relais (NC) verbunden.

Die Umsetzung der Vollbrückensteuerung des Motors erfolgt durch entsprechendes Ein- und Ausschalten des Relais.

Die Motorsteuerung über eine H-Brücke mit Steuerlogiksignalen an den Eingängen und Drehung in zwei Richtungen erfolgt durch mehrere Optionen für H-Brücken:

• Transistor-H-Brücke, einfach herzustellen und ziemlich leistungsstark. Zu den Nachteilen gehört die Gefahr eines Kurzschlusses bei Versorgung an zwei Eingängen;
• Doppelte H-Brücke, montiert auf einem Low-Power-Chip. Die Nachteile dieser Option sind eine zu geringe Leistung und die Notwendigkeit, Pin E der Stromversorgung mit „Plus“ zu verbinden;
• Eine einzelne auf einer Mikroschaltung montierte H-Brücke, die eine Versorgung für zwei Eingänge bereitstellt und eine Motorbremsung bewirken kann.

Transistor-H-Brücke

Die einfachste Möglichkeit wäre der Aufbau einer H-Brücke mit MOSFET-Transistoren. Diese Methode vereint einfache Implementierung und ausreichende Leistungsindikatoren, erfordert jedoch keine gleichzeitige Versorgung von zwei Einheiten.

Es gibt viele Optionen für Mikroschaltungen zur Motorsteuerung, darunter TLE4205 und L298D sowie standardmäßige elektromagnetische Relais, aber die oben aufgeführten Methoden gehören zu den am besten zugänglichen.

Schrittmotorsteuerung

Zur Steuerung eines Schrittmotors ist es erforderlich, dem Wicklungsteil unter Einhaltung einer möglichst genauen Reihenfolge eine konstante Spannung zuzuführen, die die Genauigkeit des axialen Drehwinkels gewährleistet.

Mit Permanentmagneten

Schrittmotoren mit Permanentmagneten kommen am häufigsten in Haushaltsgeräten zum Einsatz, sind aber auch in Industriegeräten zu finden. Erschwingliche Motoren haben ein niedriges Drehmoment und eine niedrige Drehzahl und sind daher ideal für Computer.

Schrittmotorsteuerung

Die Herstellung von Schrittmotoren auf Basis von Permanentmagneten ist nicht kompliziert und nur für große Produktionsmengen wirtschaftlich machbar, und der begrenzte Einsatz ist auf die relative Trägheit und die Unzumutbarkeit des Einsatzes unter Bedingungen einer präzisen Zeitpositionierung zurückzuführen.

Bei Vorhandensein eines variablen magnetischen Widerstands

Schrittmotoren, die in Abwesenheit eines stabilen Magneten einen magnetischen Widerstand aufweisen, zeichnen sich durch eine freie Drehdrehung ohne Restdrehmomentdrehung aus. Solche Motoren werden meist in kompakten Einheiten verbaut, auch in Mikropositioniersystemen.

Der Hauptvorteil einer solchen Schaltung ist ihre Empfindlichkeit gegenüber der Strompolarität.

Hybridmotoren gehören derzeit zu den beliebtesten Aggregaten in der Industrie.

Die Option zeichnet sich durch eine sehr gelungene Kombination des Funktionsprinzips von Motoren mit Wechsel- und Permanentmagneten aus.

Ein erheblicher Teil der Hybridmotoren weist einen klassischen Zweiphasenaufbau auf.

Abschluss

Bei der Motorsteuerung oder bei Verwendung einer Brückenspannungswandlerschaltung kann es erforderlich sein, die Spannungspolarität umzukehren. In diesem Fall werden die Schlüssel am häufigsten durch Relais, Feldeffekt- und Bipolartransistoren sowie in die Mikroschaltung eingebaute H-Brücken dargestellt.

: Die wichtigste Maschine für einen „Holz“-Modellbauer.

Zunächst einmal: Wozu dient es? Fast jeder Modellbauer verfügt über ein selbstgebautes oder industrielles Elektrowerkzeug, das von einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor angetrieben wird. Allerdings verfügt ein solches Werkzeug in der Regel nicht über einen Geschwindigkeitsregler oder eine einfache Stufenverstellung. Ich werde nicht noch einmal beweisen, dass Sie durch das Vorhandensein eines Geschwindigkeitsreglers in einem Elektrowerkzeug den Modus für jeden Vorgang optimal auswählen können, insbesondere bei Verwendung verschiedener Aufsätze. Darüber hinaus verwenden Modellbauer häufig Niederspannungsheizungen – Lötkolben, Geräte zum Biegen von Holzlatten usw. In diesem Fall können Sie mit dem Regler die optimale Temperatur der Heizung erreichen. Der Modellbauer muss manchmal Galvanisierung anwenden, die eine geregelte Gleichstromversorgung erfordert. Alle diese Funktionen können von dem nachfolgend beschriebenen Gerät ausgeführt werden.

Bei der Konstruktion einer Bohrmaschine stellte sich die Frage nach der Wahl einer Drehzahlreglerschaltung. Rheostatische Schaltkreise zur Regelung der Drehzahl von Kommutator-Gleichstrommotoren, einschließlich solcher, die Leistungstransistoren verwenden, an denen ein Teil der Spannung abfällt, weisen bei niedrigen und mittleren Drehzahlen einen geringen Wirkungsgrad auf. Bei Vorschalttransistorschaltern wird eine erhebliche Wärmeleistung verbraucht, was die Anforderungen an ihr Kühlsystem erhöht. Daher fiel die Wahl des Drehzahlregelungssystems auf Impulsschaltungen mit Änderungen in der Breite der der Motorwicklung zugeführten rechteckigen Spannungsimpulse (Pulsweitenmodulation – PWM). Das Prinzip der PWM ist wie folgt: Der Last wird durch Impulse konstanter Amplitude Spannung zugeführt und das Verhältnis zwischen Impulsbreite und Pause (Tastverhältnis) wird angepasst, was einer Änderung der Versorgungsspannung der Last entspricht. Der Vorteil dieses Schemas ist seine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit. Der Transistor, der die Last steuert, kann nur entweder vollständig ein- oder ausgeschaltet werden, erwärmt sich also praktisch nicht und kann ohne Kühlkörper eingebaut werden.

Nach der Analyse verschiedener Regler wurde die in der Zeitschrift (Nr. 4/2001, Nachdruck aus „Hobby Elektronika“ Nr. 7/01, Autor Istvan Kekes) veröffentlichte Schaltung als Basisschaltung ausgewählt. Der Regler (siehe Diagramm) enthält einen Dreieckspannungs-Mastergenerator mit einer Frequenz von 2 kHz (DA1.1, DA1.4), einen elektronischen Schalter VT1 und einen Tastverhältnisregler (DA1.2, DA1.3, R8). Die folgende Abbildung zeigt Spannungsdiagramme an typischen Punkten im Stromkreis.

Hier ist in Blau die Spannung am Ausgang des Dreieckspannungsgenerators (Pin 1 DA1), in Rot die Drehzahlregelspannung vom Potentiometer R8 und in Grün die Spannung am Motor dargestellt. Es ist sehr deutlich zu erkennen, dass die Spannung an der Last in dem Moment ein- und ausgeschaltet wird, in dem die Spannung des Mastergenerators und die Spannung am Steuerpotentiometer übereinstimmen. Je höher die Steuerspannung, desto breiter ist der Impuls an der Last.

Die Schaltung bietet die Möglichkeit, den Motor mit dem SA2-Fußpedal einzuschalten. In meiner Version fungiert ein gewöhnlicher Kurzhub-Endschalter mit normalerweise geschlossenen Kontakten (im Volksmund -), der auf dem Boden liegt, als Pedal. Bei ausgeschaltetem SA1 läuft der Motor konstant, bei eingeschaltetem SA1 nur, wenn das Pedal gedrückt wird. Dank des vorhandenen Kondensators C2 startet der Motor reibungslos, was manchmal nützlich sein kann (bei der angegebenen Kapazität C2 in etwa 1 Sekunde). Der Schalter SA4 dient zum Reversieren des Motors. Diode D3 stabilisiert die Spannungsversorgung des Reglers. Die Stromversorgung erfolgt über den Abwärtstransformator TV1 und den Gleichrichter D4. Die Parameter des Transformators hängen vom verwendeten Elektromotor ab. In erster Näherung sollte die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators gleich der Nennspannung des Elektromotors zuzüglich 5 Volt sein, die am Gleichrichter und Schalttransistor abfallen. Um im Zwangsmodus arbeiten zu können, können Sie weitere 20-30 Prozent hinzufügen. Der berechnete Strom der Sekundärwicklung des Transformators, der Gleichrichterdioden und des Schlüsseltransistors muss größer sein als der vom Elektromotor verbrauchte Strom. Aus Gründen der Betriebssicherheit ist es besser, einen Spielraum von 3-5 Mal anzugeben. Wenn die Versorgungsspannung weniger als 20 V beträgt, kann auf die Diode D3 verzichtet werden. Die im Diagramm angegebenen Spannungen entsprechen einem 27-V-30-W-Motor.

Die meisten Schaltungselemente sind auf einer Leiterplatte mit den Maßen 65x40 mm montiert. (mehr dünne Linie Jumper abgebildet) Die Platine wird im Gehäuse auf zwei Rohrständern mit M2,5-Schrauben montiert (siehe auch Anordnung der Elemente und Schablone zum Bohren von Löchern). Im Inneren des Gehäuses sind ein Transformator, ein Kondensator C4 und ein Gleichrichter D4 montiert. Der Geschwindigkeitsregler R8, Schalter und Anschlüsse zum Anschluss von Motor und Pedalen sind auf der Frontplatte montiert, die Widerstände R13 und R14 sind auf R8 montiert.

Als DA1 kann jeder universelle Quad-Operationsverstärker verwendet werden. Das Original zeigte TL064, TL075, TL084 an, ich habe LM324 verwendet. Als Schlüsseltransistor wird KT829A (100 V, 8 A) verwendet, für leistungsstärkere Motoren können Sie KT827A (100 V, 20 A) verwenden. Die Dioden D1 und D2 schützen VT1 vor Spannungsspitzen an einer induktiven Last.

Beim Aufbau werden R13 und R14 nicht verbaut; die Drähte von der Platine werden direkt an R8 angelötet. Bei ordnungsgemäßer Installation und wartungsfähigen Teilen beginnt die Schaltung sofort zu funktionieren. Drehen Sie R8, um die Geschwindigkeitseinstellung von Null auf Maximum zu überprüfen. Wenn letztere nicht mit den Extrempositionen von R8 übereinstimmen, müssen R13 und R14 so gewählt werden, dass Maximum und Minimum mit den Extrempositionen des Reglers übereinstimmen. Es ist möglich, dass die Schaltung nicht funktioniert, weil der Master-Oszillator nicht startet. In diesem Fall können Sie versuchen, den Wert von R4 leicht zu erhöhen. Um die Softstartzeit zu ändern, können Sie die Kapazität C2 ändern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie mit nur etwa 10 US-Dollar und ein wenig Freizeit die Leistung Ihres Elektrowerkzeugs erheblich verbessern können. Bitte kontaktieren Sie uns bei Fragen zur Herstellung und Einrichtung dieses Geräts.

Anlaufschaltung für einen Gleichstrommotor mit unabhängiger Erregung nach dem Zeitprinzip

Dieses Diagramm ist in Abb. dargestellt. 1.1, A. Es enthält Steuertasten S.B. 1 (Start) und S.B. 2 (Stopp-)Motoren, Netzschütz KM 1, das den Anschluss des Motors an das Netzwerk und ein Beschleunigungsschütz ermöglicht KM 2 zur Überbrückung des Startwiderstands R d. Als Zeitsensor wird im Stromkreis ein elektromagnetisches Zeitrelais verwendet CT. Beim Anschließen des Stromkreises an eine Spannungsquelle U Der Motor ist erregt und das Relais ist aktiviert CT, wodurch sein Öffnerkontakt im Schützspulenstromkreis geöffnet wird KM 2 und Vorbereitung des Motors zum Starten.

Reis. 1.1. Motorstartschaltung nach Zeitprinzip ( A), Motoreigenschaften (b) und Übergangskurven (c)

Der Motor startet nach dem Drücken der Taste SB1, Dadurch erhält das Schütz Strom KM 1, der mit seinem Hauptstromkontakt den Motor mit der Stromquelle verbindet. Der Motor beginnt mit einem Widerstand abzuheben R d im Ankerkreis, mit dessen Hilfe der Anlaufstrom des Motors begrenzt wird. Gleichzeitiges Schließen des Sperrkontaktes des Schützes KM 1 umgeht die Taste SB1, und es kann gelöst werden, und der NC-Kontaktblock KM 1 unterbricht den Stromkreis der Zeitrelaisspule CT. Nach einem Zeitintervall Δ T k.t. Nachdem die Stromversorgung der Spule unterbrochen wurde, öffnet ein Zeitrelais, eine sogenannte Zeitverzögerung, den Kontakt CT schließt im Schützspulenstromkreis KM 2, Letzterer schaltet sich ein und schließt den Startwiderstand mit dem Hauptkontakt kurz R d in der Ankerkette. Somit beträgt beim Starten des Motors eine Zeit Δ T Der Motor beschleunigt nach einer künstlichen Kennlinie 1 (Abb. 1.1, b ), A nach dem Überbrücken des Widerstands R D – von Natur aus 2 . Widerstandswert R D wird so gewählt, dass im Moment des Einschaltens des Motors der Strom vorhanden ist ICH 1 im Stromkreis und dementsprechend würde das Moment M 1 den zulässigen Wert nicht überschreiten.

Während der Zeit Δ T k.t Nach dem Start erreicht die Motordrehzahl den Wert ω 1 und der Strom im Ankerkreis sinkt auf das Niveau ICH 2 (Abb. 1, c) . Nach Bypass R d, es kommt zu einem Stromstoß im Ankerkreis ICH 2 bis ICH 1, die das zulässige Maß nicht überschreitet. Die zeitliche Änderung von Drehzahl, Strom und Drehmoment erfolgt exponentiell.

Der Motor wird per Knopfdruck gestoppt SIN 2, Dies führt dazu, dass der Motoranker von der Stromquelle getrennt und unter dem Einfluss des Widerstandsmoments auf die Welle gebremst wird. Diese Methode zum Abstellen des Motors wird „Ausrollbremsung“ genannt.

Schema des Motorstarts in zwei Stufen nach dem EMF-Prinzip und dynamischem Bremsen nach dem Zeitprinzip.

In diesem Schema (Abb. 1.2, A) Als EMF-Sensor dient der Motoranker, an den die Beschleunigungsschützspulen angeschlossen sind KM 1 Und KM 2, Bereitstellung der Umgehung von Startwiderständen R d1 und R d2 . MIT mit Einstellwiderständen R y1, und R y2, das für den Betrieb bei bestimmten Motordrehzahlen konfiguriert werden kann.

Reis. 1.2. Motoranlaufschaltung nach dem EMK-Prinzip und dynamische Bremsung nach dem Zeitprinzip ( A) und Motoreigenschaften ( B)

Um eine Bremsung zu realisieren, ist im Stromkreis ein Widerstand vorgesehen R 3, der über ein Bremsschütz zu- und abgeschaltet wird KM Z . Um eine Zeitverzögerung zu gewährleisten, wird ein elektromagnetisches Zeitrelais verwendet CT, Ein offener Kontakt ist mit dem Spulenstromkreis des Bremsschützes verbunden KM 2.

Nach dem Anschließen der Schaltung an die Stromquelle wird der Motor erregt und die Schaltungselemente bleiben in ihrer ursprünglichen Position. Der Motor wird per Knopfdruck gestartet SIN 1, wodurch das Netzschütz auslöst KM und Anschließen des Motors an die Stromquelle. Bei eingeschalteten Widerständen beginnt der Motor zu starten. R d1 + R d2 im Ankerkreis entsprechend der Kennlinie 1 (Abb. 1.2, b). Mit zunehmender Motordrehzahl steigt seine EMK und dementsprechend steigt die Spannung an den Schützspulen KM 1 und KM 2. Bei Drehzahl ω 1 wird das Schütz aktiviert KM 1, Kurzschließen der ersten Stufe des Startwiderstands mit seinem Kontakt R d1, und der Motor schaltet auf die Kennlinie um 2 . Bei der Drehzahl ω 2 wird das Schütz aktiviert KM 2, wobei die zweite Stufe des Startwiderstands mit seinem Kontakt umgangen wird R d2. 3 und beendet seinen Lauf am stationären Punkt mit den Koordinaten ω s – M s, bestimmt durch den Schnittpunkt der natürlichen Charakteristik 3 Motor- und Lastcharakteristik.

Um in den Bremsmodus zu wechseln, drücken Sie die Taste S.B. 2. Die KM-Schützspule verliert Strom, der KM-Schließstromkontakt im Motorankerkreis öffnet sich und das KM-Schütz wird von der Stromquelle getrennt. Öffner-Kontaktblock KM 3 schließt, wird dieser ausgelöst und verbindet einen Widerstand mit seinem Hauptkontakt R d3 zum Anker M, wodurch der Motor entsprechend der Kennlinie in den dynamischen Bremsmodus geschaltet wird 4 (Abb. 1.2, B). Gleichzeitig öffnet der Schließkontakt des Schützes KM V Zeitrelaisschaltungen CT, Es verliert Strom und beginnt, die Zeit herunterzuzählen. Nach einer Zeitspanne, die einem Absinken der Motordrehzahl auf Null entspricht, schaltet das Zeitrelais ab und unterbricht mit seinem Kontakt den Stromkreis des Schützes. KM Z . Widerstand R d3 trennt sich vom Anker M Motor, die Bremsung endet und der Kreis kehrt in seine ursprüngliche Position zurück.

Der Einsatz dynamischer Bremsen sorgt für ein schnelleres Anhalten des Motors und damit für ein schnelles Anhalten der Bewegung des Führungsorgans der Arbeitsmaschine.

Schema zum einstufigen Starten eines Motors nach dem Zeitprinzip und dynamischen Bremsen nach dem EMF-Prinzip.

Die Motorsteuerung beim Anlassen erfolgt analog zum Diagramm in Abb. 1.1. Wenn der Motor in diesem Stromkreis eingeschaltet ist (Abb. 1.3) und von einer Stromquelle betrieben wird, wird der Öffnerkontakt des Netzschützes geschlossen KM im Bremsschützkreis KM 2 geöffnet ist, wodurch verhindert wird, dass der Motor in den Bremsmodus geht.

Reis. 1.3. Schema des Motorstarts nach dem Zeitprinzip und des dynamischen Bremsens nach dem EMF-Prinzip

Das Bremsen erfolgt per Knopfdruck SB2. Schütz KM, Bei Stromausfall trennt er den Motoranker von der Stromquelle und schließt mit seinem Kontakt den Stromkreis der Schützspule KM 2. Letzterer wird durch die Wirkung der im Anker induzierten EMF ausgelöst und schließt den Anker M zum Bremswiderstand R d1. Der dynamische Bremsvorgang erfolgt so lange, bis bei niedriger Motordrehzahl seine EMK kleiner als die Schützfreigabespannung wird KM 2, die schaltet sich ab und der Stromkreis kehrt in seine ursprüngliche Position zurück.

Steuerschaltung für Motorstart nach dem Zeitprinzip, Rückwärtsfahren und Bremsen durch Rückschalten nach dem EMK-Prinzip

In diesem Schema (Abb. 1.4, A) Es sind zwei Netzschütze vorgesehen KM 1 und KM 2, Gewährleistung seiner Drehung jeweils in die herkömmlichen Richtungen „Vorwärts“ und „Rückwärts“. Die Hauptkontakte dieser Geräte bilden eine umschaltbare Kontaktbrücke, mit der Sie die Polarität der Spannung am Anker ändern können M und dadurch eine Gegenschalterbremsung und eine Umkehrung (Drehrichtungsänderung) des Motors durchführen. Im Ankerkreis zusätzlich zum Anlaufwiderstand R d1 ist der Widerstand eingeschaltet R d2, der von einem Rückwärtsschütz gesteuert wird KM Z .

Reis. 1.4. Motorstart- und Rückwärtssteuerkreis ( A) und Motoreigenschaften (B)

Der Motor wird während der Notbremsung und beim Rückwärtsfahren über zwei Notstromrelais gesteuert ZUV 1 Und ZUV2. Ihr Zweck besteht darin, zusätzlich zum Startwiderstand im Back-to-Back-Modus einen Eingang in den Ankerkreis bereitzustellen, um den Strom im Anker auf ein akzeptables Niveau zu begrenzen R d1, Widerstand R d2, was durch die Wahl des Verbindungspunkts der Relaisspulen erreicht wird ZUV 1 Und ZUV 2 zum Widerstand ( R d1 + R d2).

Der Motor wird zeitabhängig in einem Schritt in jede beliebige Richtung gestartet. Wenn Sie beispielsweise eine Taste drücken SIN 1 Schützauslösungen KM 1 und verbindet den Anker M Zu Stromquelle. Aufgrund des Spannungsabfalls am Widerstand R d1, der Anlaufstrom löst das Zeitrelais aus CT, seinen Kontakt im Schützkreis öffnet KM.

Aktivieren KM 1 löst auch das Relais aus ZUV 1, der seinen Schließkontakt im Back-Off-Schützkreis schließt KM Z . Dies wird aktiviert KM Z , Dies führt zum Kurzschließen eines beim Start unnötigen Gegenschaltwiderstands R d2 und gleichzeitig Relaisspulen CT. Der Motor beginnt entsprechend der Charakteristik zu starten 2 (Abb. 1.4, B), und ein Zeitrelais CT – Countdown der Zeitverzögerung.

Nach Ablauf der Zeitverzögerung schaltet das Relais ein CT schließt seinen Kontakt im Schützspulenstromkreis KM, es schaltet sich ein, schließen Sie den Startwiderstand kurz R d1 und der Motor kehrt zu seinen natürlichen Eigenschaften zurück 1.

Um zu bremsen, drücken Sie die Taste SIN 2, dadurch wird das Schütz abgeschaltet KM 1, Relais ZUV 1, Schütze KM Z Und KM 4 und das Schütz schaltet ein KM 2. Die Spannung am Anker des Motors ändert ihre Polarität und der Motor geht durch Rückschaltung mit zwei Widerständen im Ankerkreis in den Bremsmodus R d1 und R d2. Trotz Kontaktabbruch KM 2 V Relaisschaltungen ZUV 2, Aufgrund der oben genannten Einstellungen schaltet es sich nicht ein und verhindert somit das Einschalten der Geräte KM Z Und KM 4 und die Widerstände umgehen R d1 und R d2.

Das Umschalten des Motors in den Gegenschaltmodus entspricht seinem Übergang von natürlichen Eigenschaften 1 zu einem künstlichen Merkmal 4 (Abb. 1.4, B). Im gesamten Geschwindigkeitsbereich 0< ω < ω 0 на этой характеристике двигатель работает в режиме противовключения.

Wenn die Motordrehzahl abnimmt, steigt die Spannung an der Relaisspule ZUV 2, und bei einer Geschwindigkeit nahe Null erreicht es die Triggerspannung. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Schaltfläche SIN 2 wird freigegeben, das Schütz wird abgeschaltet KM 2, die Schaltung kehrt in ihre ursprüngliche Position zurück und der Bremsvorgang endet.

Wenn eine niedrige Drehzahl erreicht ist, drückt die Taste SIN 2 Bleibt die Taste gedrückt, schaltet das Relais ein ZUV 2 und der Vorgang des Startens des Motors wird wiederholt, jedoch in umgekehrter Richtung. Somit umfasst das Reversieren des Motors zwei Stufen: Bremsen durch Gegenschalten und Anfahren in die entgegengesetzte Richtung. Die zweite Stufe der Umkehrung ist in Abb. dargestellt. 1.4, BÜbergang der Motorcharakteristik 4 zur Charakterisierung 3, entsprechend der umgekehrten Polarität der Spannung am Motoranker und dem Vorhandensein eines zusätzlichen Widerstands im Anker R d1.

Gleichstrommotor-Startschaltung mitsequentielle Anregung nach dem aktuellen Prinzip

Diese Schaltung (Abb. 1.5) verwendet ein Stromrelais KA, deren Spule im Ankerkreis enthalten ist M, und der Öffnungskontakt ist mit dem Stromversorgungskreis des Beschleunigungsschützes verbunden KM 2. Das Stromrelais wird so eingestellt, dass sein Auslösestrom dem Strom entspricht ICH 2 (siehe Abb. 1.1, B). Die Schaltung verwendet außerdem ein zusätzliches Sperrrelais ZUV mit einer Betriebszeit, die länger als die eines Relais ist CA.

Reis. 1.5. Motorstartschaltung nach dem Stromprinzip

Der Betrieb der Schaltung beim Start erfolgt wie folgt. Nach dem Drücken der Taste SIN 1 Schützauslösungen KM 1, Der Motor wird an die Stromquelle angeschlossen und beginnt seinen Startlauf. Stromstoß im Ankerkreis nach Schließen des Hauptkontaktes des Schützes KM 1 löst das Stromrelais aus KA, der seinen Öffnerkontakt im Schützkreis öffnet KM 2. Einige Zeit später funktioniert es ZUV Und schließt seinen Schließerkontakt im Schützkreis KM 2, Bereiten Sie es auf das Einschalten vor.

Beim Hochlaufen des Motors sinkt der Ankerstrom auf den Schaltstromwert ICH 2. Bei diesem Strom schaltet das Stromrelais ab und schließt seinen Öffnerkontakt im Schützspulenkreis KM 2. Letzterer wird ausgelöst, sein Hauptkontakt schließt den Anlaufwiderstand kurz R d, im Ankerkreis, und der Hilfskontakt umgeht den Stromrelaiskontakt CA. Daher erfolgt die sekundäre Aktivierung des Stromrelais CA nach Kurzschluss R d und der Einschaltstrom führt nicht zum Auslösen des Schützes KM 2 und der Motor beschleunigt entsprechend seiner natürlichen Charakteristik weiter.

Diagramm eines typischen Motorsteuerpults für Start, dynamisches Bremsen und Drehzahlregelung durch Flussschwächung

Typische Relais-Schütz-Steuerkreise für elektrische Antriebe enthalten Elemente zur Verriegelung, zum Schutz, zur Signalisierung sowie zur Kommunikation mit Prozessgeräten. Um die Schaltungsentwürfe zu vereinheitlichen, produziert die Elektroindustrie Standardstationen, Blöcke und Schalttafeln, die auf die Art der elektronischen Betätigungsmechanismen, die Funktionalität, die Betriebsbedingungen, die Stromart usw. spezialisiert sind. Nachfolgend betrachten wir als Beispiel das Diagramm eines dieser typischen Geräte (Abb. 1.6).

Reis. 1.6. Diagramm eines typischen Motorbedienfelds

Das Kontrollorgan in diesem Schema ist der Command Controller SA, mit vier Griffpositionen: einer Null (anfänglich) und drei Arbeitspositionen (siehe Abb. 1.6). Der Motorstart erfolgt in drei Stufen nach dem Zeitprinzip, die Bremsung erfolgt dynamisch nach dem EMF-Prinzip.

Vor dem Start wird der Befehlsregler in die Nullstellung gebracht, anschließend werden die Leistungsschalter eingeschaltet QF 1 Und QF 2 und das elektronische Gerät ist an die Stromquelle angeschlossen. Durch Aufziehen OB Es beginnt der Erregerstrom zu fließen und zusätzlich wird das Zeitrelais angesteuert CT 1, Überbrückung im Spannungssteuerrelaiskreis mit seinem Kontaktrelaiskontakt CA offener Stromkreis der Erregerwicklung. Wenn das Überstromrelais CA 1 Und CA 2 sich in der Normalstellung (Aus) befinden, ist das Relais aktiviert ZUV 4, Bereitstellung der Stromversorgung des Steuerkreises über seinen Schließerkontakt. Kommt es während des Betriebs zu einem unzulässigen Abfall der Versorgungsspannung oder des Motorerregerstroms oder überschreitet der Strom im Anker den zulässigen Wert, schaltet das Relais ab ZUV 4, Der Steuerkreis verliert Strom und der Motor wird vom Netz getrennt. Somit fungiert das Relais als Aktor für drei Schutzfunktionen.

Um den Motor bis zur Höchstgeschwindigkeit zu starten, betätigen Sie den Steuergriff SA bewegt sich in die dritte Extremposition. Dadurch wird das Schütz ausgelöst KM und Anschließen des Ankers M Der Motor wird an die Stromquelle angeschlossen und beginnt dann mit dem Hochlauf mit dem Gesamtwiderstand des Anlaufwiderstands im Ankerkreis. Zeitrelais CT 1, Stromausfall durch Kontaktöffnung KM, beginnt mit der Zählung der Betriebsverzögerung der ersten Stufe und des Zeitrelais KT2 Und CT Z , ausgelöst durch Spannungsabfall an Widerständen R d1 und R d2 öffnen ihre Kontakte in den Beschleunigungsschützkreisen KM 2 Und KM 3. Gleichzeitig wird das „Wirtschafts“-Schütz eingeschaltet KM 6 und Feldsteuerschütz KM Z , Dadurch wird der Widerstand überbrückt R ein und der Motor startet mit vollem Magnetfluss.

Nach einer gewissen Zeit schließt der Öffnerkontakt CT 1, Schütz KM 1 schaltet sich ein und umgeht die erste Stufe des Startwiderstands R d1 und gleichzeitig eine Zeitrelaisspule KT2. Letzterer schaltet nach dem Zählen seiner Zeitverzögerung das Schütz ein KM 2, Dadurch wird die zweite Stufe des Startwiderstands umgangen R d2 und Relaisspule CT Z . Nachdem dieses Relais auch seine Zeitverzögerung gezählt hat, löst es das Schütz aus KM Z und Überbrückung der letzten Stufe des Startwiderstands, wonach der Motor zu seiner natürlichen Charakteristik zurückkehrt.

Nachdem die dritte Stufe des Startwiderstands umgangen wurde, beginnt der magnetische Fluss abzuschwächen, was durch das Einschalten des Relais vorbereitet wird ZUV Z Betätigung KMZ. Dabei wird der Erregerstrom über ein Steuerrelais geschwächt ZUV 1 Bietet Kontrolle über den Ankerstrom. Bei Stoßstrom Relais ZUV 1 ermöglicht das Ein- und Ausschalten des Schützes KM Z , Verstärkung oder Abschwächung des Erregerstroms, wodurch der Strom im Ankerkreis zulässige Grenzen nicht überschreitet. Wenn der Kontakt geöffnet wird KM Der 5. Teil des Erregerstroms wird durch die Diode geschlossen VD und Entladewiderstand R R .

Durch Bewegen des Reglergriffs wird der Motor abgebremst SA zur Nullposition. Dadurch wird das Schütz ausgeschaltet KM Und Lösen des Ankers M aus Stromversorgung. Da beim Motorstart das dynamische Bremsrelais ausfällt ZUV 2 eingeschaltet, Kontakt schließt KM im Bremsschützkreis KM 4 Dadurch wird es eingeschaltet. Widerstand R DT wird mit dem Anker verbunden M Motor, der in den dynamischen Bremsmodus wechselt. Bei niedrigen Motordrehzahlen, wenn die EMK unter die Freigabespannung (Haltespannung) des Relais fällt ZUV 2, es schaltet sich aus, schalten Sie das Schütz aus KM 4 und der Bremsvorgang wird beendet. Beachten Sie, dass dynamisches Bremsen bei vollem Magnetfluss auftritt.

Um die Motordrehzahl zu reduzieren, betätigen Sie den Reglergriff SA wird in Positionen übersetzt 1 oder 2. In Position 1 Der Motor arbeitet mit einer künstlichen Kennlinie, die dem Vorhandensein von Widerständen im Ankerkreis entspricht R d2 + R d3 und in Stellung 2-on Charakteristik aufgrund des Widerstands R d3.

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