DC-moottorin nopeuden säätöpiirin kehitystila ja mahdollisuus
Nykyaikaisen teollisen tuotannon prosessissa ei ole läheskään paikkaa ilman sähkökäyttöä. Tuotantoteknologian, tuotteiden laadun ja tuotannon jatkuvan parantamisen myötä tarvitaan yhä enemmän tuotantokoneita automaattisen nopeudensäädön toteuttamiseen. Säädettävän nopeuden sähkökäyttöjärjestelmä voidaan jakaa DC-nopeuden säätöön ja AC-nopeuden säätöön. Tasavirtamoottorilla on erinomaiset nopeudensäätöominaisuudet, tasainen ja kätevä nopeudensäätö, helppo tasoittaa nopeuden säätö laajalla alueella, suuri ylikuormituskapasiteetti, kestää toistuvia iskukuormituksia, voi toteuttaa toistuvan portaaton nopean käynnistyksen, jarrutuksen ja taaksepäin pyörimisen ja voi täyttää erilaisia tuotantoprosessin automaatiojärjestelmän erityisiä toimintavaatimuksia. Toistaiseksi sitä käytetään edelleen laajalti metallinleikkauskoneissa, paperikoneissa ja muilla aloilla, jotka vaativat korkean suorituskyvyn ohjattavaa sähkökäyttöä, joten tasavirtanopeuden säätöjärjestelmää käytetään edelleen laajalti eri tuotantoosastoilla, joilla on korkeat vaatimukset automaattiselle ohjaukselle. Se on tähän asti pääasiallinen nopeudensäätöjärjestelmän muoto. Tasavirtamoottorit on jaettu kahteen luokkaan: kommutaattori ja ei-kommutaattori. Harjaton DC-moottori on kehitetty Brushless DC -moottorin pohjalta. Vuonna 1831 Faraday löysi sähkömagneettisen induktion ilmiön, joka loi teoreettisen perustan nykyaikaiselle moottorille.
Ensimmäinen tasavirtamoottori kehitettiin menestyksekkäästi 1840-luvulla. Tasavirtamoottorin kypsyminen kesti noin 70 vuotta. Käytön laajentuessa vaatimukset tasavirtamoottorille ovat yhä korkeammat. Ilmeisesti kosketinkommutointilaite rajoittaa harjan tasavirtamoottorin käyttöä monissa tilanteissa. Harjan tasavirtamoottorin harjakommutaattorirakenteen mekaanisen kosketuslaitteen korvaamiseksi ihmiset ovat tehneet pitkän aikavälin tutkimusta. Jo vuonna 1915 amerikkalainen langmil keksi verkkoa ohjaavan elohopeatasasuuntaajan ja teki invertterilaitteen DC:stä AC:ksi; 1930-luvulla ehdotettiin ionilaitteen avulla toteuttamaan ns. kommutaattorimoottori, jossa moottorin staattorikäämi vaihdetaan roottorin asennon mukaan. Tällaisella moottorilla ei ole käytännön merkitystä sen huonon luotettavuuden, alhaisen hyötysuhteen ja raskaan ja monimutkaisen kokonaisuuden vuoksi. Tieteen ja tekniikan nopea kehitys on tuonut harppauksen puolijohdeteknologiaan. Kytkentätransistorin onnistunut kehitys on tuonut elinvoimaa uuden moottorin - harjattoman tasavirtamoottorin - luomiseen.
DC-moottorin nopeuden säätöpiirin kehitystila ja mahdollisuus
Vuonna 1955 D. Harrison ja muut Yhdysvalloissa hakivat ensimmäisen kerran patenttia moottorin harjakoskettimen korvaamiseksi transistorin kommutointilinjalla, joka on Brushless DC -moottorin prototyyppi. Se koostuu tehonvahvistusosasta, signaalintunnistusosasta, magneettisesta naparungosta ja transistorin kytkentäpiiristä. Sen toimintaperiaate on, että roottorin pyöriessä signaalikäämiin W1 tai W2 indusoituu jaksollinen signaalipotentiaali. Tämä signaali käynnistää vastaavasti transistorit BG1 ja BG2, mikä saa tehokäämit W1 ja W2 syöttämään vuorotellen eli kommutointi tapahtuu. Ongelmana on, että ensinnäkin, kun roottori ei pyöri, signaalikäämissä ei ole indusoitunutta potentiaalia, transistori ei ole esijännitetty eikä tehokäämi voi syöttää, joten tällä harjattomalla moottorilla ei ole käynnistysmomenttia; toiseksi, johtuen signaalipotentiaalin pienestä etureunan jyrkkyydestä, transistorin tehonkulutus on suuri. Näiden haittojen voittamiseksi ihmiset käyttävät keskipakolaitteen kommutaattoria tai sijoittavat apumagneettista terästä staattoriin varmistaakseen moottorin luotettavan käynnistyksen, mutta edellisen rakenne on monimutkainen, kun taas jälkimmäinen tarvitsee edelleen lisäkäynnistyspulssin; Sitten toistuvien kokeiden ja jatkuvan harjoittelun jälkeen ihmiset lopulta löysivät mekaanisen kommutointilaitteen, joka käyttää asentoanturia ja elektronista kommutointipiiriä korvaamaan harjattoman tasavirtamoottorin, mikä avasi uuden tien harjattoman tasavirtamoottorin kehittämiseen. 1960-luvun alussa esiteltiin läheisyyskytkintyyppiset asentotunnistimet, sähkömagneettinen resonanssityyppiset asentotunnistimet ja korkeataajuiset kytkentätyyppiset asentotunnistimet, jotka toimivat lähestymään jotakin, ja sitten tuli ulos magneettisähköinen kytkentä ja valosähköinen asentoanturit. puolijohdetekniikan nopea kehitys, ihmiset ovat kiinnostuneita amerikkalaisen hallin vuonna 1879 löytämästä Hall-ilmiöstä. Monien ponnistelujen jälkeen Harjaton tasavirtamoottori Hall-ilmiön avulla valmistettiin menestyksekkäästi vuonna 1962. Magneettiherkän diodin ilmaantuessa Tuhansia kertoja herkempi kuin Hall-elementti, 1970-luvun alussa kehitettiin menestyksekkäästi harjaton tasavirtamoottori magneettisen herkän diodin avulla.
Erilaisia asentoantureita kehitettäessä ihmiset yrittävät löytää harjatonta tasavirtamoottoria ilman ylimääräistä asentoanturirakennetta. Vuonna 1968 w. entisen Saksan liittotasavallan mieslinger ehdotti uutta menetelmää kommutoinnin toteuttamiseksi kapasitiivisen vaiheensiirron avulla: tällä perusteella entisen Saksan liittotasavallan R. hanitsh kehitti onnistuneesti harjattoman tasavirtamoottorin ilman ylimääräistä asentoanturia kommutoinnin toteuttamiseksi digitaalisen rengasjakelijan ja nollapisteen erottimen yhdistelmä. Ihmiset ovat sitoutuneet paikannussensorittomien ominaisuuksien tutkimukseen. Synkronisen moottorin roottorin napa-aseman tunnistusmenetelmän mukaan harjattoman tasavirtamoottorin roottorin napa-asento saadaan epäsuorasti käyttämällä staattorikäämin indusoitua sähkömotorista voimaa (jännitettä), eli epäsuoraa ilmaisumenetelmää. Suoraan tunnistusmenetelmään verrattuna asentoanturi jätetään pois, mikä voi yksinkertaistaa alkuperäisen moottorin runkorakenteen monimutkaisuutta. Se sopii erityisen hyvin pienikokoisille ja pienitehoisille harjattomille tasavirtamoottoreille. 1980-luvulta lähtien mikrotietokonetekniikan nopean kehityksen myötä harjaton tasavirtamoottori ilman roottorin asentoanturia on astunut käytännön vaiheeseen; Lisäksi monitoimisen anturien myötä harjattoman tasavirtamoottorin servokäyttöjärjestelmässä on käytetty anturia, joka tunnistaa roottorin napa-asennon, nopeuden ja servon asennon samanaikaisesti.
DC-moottorin nopeuden säätöpiirin kehitystila ja mahdollisuus
Puolijohdetekniikan syntymästä 1950-luvun lopulla lähtien kehitys on ollut erittäin nopeaa, ja tehopuolijohdelaitteiden suorituskykyä on parannettu vähitellen. Samalla myös sen vastaava ajopiiri on kehittynyt nopeasti. Nyt yksi ohjauspiiri voi käyttää kolmivaiheista ja kuutta kytkintä, mikä yksinkertaistaa huomattavasti oheispiiriä.
Piiri, erityisesti ajopiirin suunnittelu. Samaan aikaan korkean suorituskyvyn kestomagneettimateriaalien, kuten samariumkoboltin ja neodyymirautaboorin, tulo on luonut vankan perustan harjattoman tasavirtamoottorin laajalle käytölle.
Joillakin erityissovellusalueilla, jotka vaativat suurta tehokkuutta ja suurta tehotiheyttä, se osoittaa harjattoman tasavirtamoottorikäytön valoisat mahdollisuudet. Harjattoman tasavirtamoottorin ja sen käyttöjärjestelmän kansainvälinen kehityslämpö kaikilta osin jatkuu. Tämän seurauksena harjattomasta tasavirtamoottorista tulee jatkossakin korkean suorituskyvyn asemavapaan servolaitteen kohde.
DC-sähkökäyttöjärjestelmässä tarvitaan erityinen ohjattava tasavirtalähde: Ensinnäkin alkuperäinen tasavirtanopeuden säätöjärjestelmä käytti tasaista tasajännitettä tasavirtamoottorin ankkuriin syöttäessään tehoa ja toteutti nopeudensäädön muuttamalla ankkuripiirin vastusta. Tämä menetelmä on yksinkertainen, helppo valmistaa ja halpa. Haittoja ovat kuitenkin alhainen hyötysuhde, pehmeät mekaaniset ominaisuudet ja nopeus ei pysty säätämään sujuvasti laajalla alueella, joten sitä käytetään harvoin tällä hetkellä. Toiseksi 1930-luvun lopulla ilmestyi generaattorimoottori (tunnetaan myös nimellä pyörivä muuntajaryhmä). Magneettivahvistimen, moottorin laajentimen, tyristorin ja muiden ohjauslaitteiden avulla voidaan saavuttaa erinomainen nopeudensäätöteho, kuten laaja nopeuden säätöalue (10:1 - kymmeniä: 1), pieni nopeuden muutosnopeus ja tasainen nopeuden säätö, Varsinkin kun moottoria hidastetaan, Moottorin akselin vauhtipyörän hitaus voidaan helposti syöttää takaisin sähköverkkoon generaattorin kautta. Tällä tavoin voidaan toisaalta saada tasaiset jarrutusominaisuudet, toisaalta vähentää energiahäviöitä ja parantaa tehokkuutta. Generaattorin ja moottorin nopeudensäätöjärjestelmän suurin haitta on kuitenkin se, että siihen on lisättävä kaksi nopeudensäätömoottoria vastaavaa pyörivää moottoria ja joitain apuherätyslaitteita, joten äänenvoimakkuuden ylläpitäminen on vaikeaa.
DC-moottorin nopeuden säätöpiirin kehitystila ja mahdollisuus
DC-moottorit jaetaan kahteen luokkaan: kommutaattori ja ei-kommutaattori. DC-moottorin nopeuden säätöjärjestelmä käytti ensin vakiota tasajännitettä virran syöttämiseen tasavirtamoottorille ja toteutti nopeuden säätelyn muuttamalla ankkuripiirin vastusta. Tämä menetelmä on yksinkertainen, helppo valmistaa ja halpa; Haittoja ovat kuitenkin alhainen hyötysuhde ja pehmeät mekaaniset ominaisuudet, joilla ei voida saavuttaa laajaa ja tasaista nopeudensäätötehoa. Tämä menetelmä soveltuu vain joihinkin kenttiin, joissa teho on alhainen ja joilla ei ole nopeuden säätöaluetta Sulje. 1930-luvun lopulla generaattorin ja moottorijärjestelmän ilmaantuminen sai erinomaisen nopeudensäätökyvyn omaavaa tasavirtamoottoria laajalti käyttöön. Tällä ohjausmenetelmällä voidaan saavuttaa laaja nopeuden säätöalue, pieni nopeuden muutosnopeus ja tasainen nopeudensäätö. Tämän menetelmän tärkeimmät haitat ovat kuitenkin suuri järjestelmän paino, suuri maankäyttö, alhainen tehokkuus ja vaikea huolto. Viime vuosina tehoelektroniikkatekniikan nopean kehityksen myötä tyristorimuuntimella toimiva tasavirtamoottorin nopeudensäätöjärjestelmä on korvannut generaattorin ja moottorin nopeudensäätöjärjestelmän, ja sen nopeudensäätökyky on ylittänyt huomattavasti generaattorin, dynaamisen suorituskyvyn ja luotettavuuden. . IGBT:n ja muiden tehoelektroniikkatekniikan suuritehoisten laitteiden kehitys on korvaamassa tyristoreita, ja on syntynyt tehokkaampi tasavirtanopeuden säätöjärjestelmä. Simuloinnin alan tutkimus on jo pitkään keskittynyt simulaatiomallin luomiseen, eli järjestelmämallin luomisen jälkeen pitäisi suunnitella algoritmi, joka saa tietokoneen hyväksymään järjestelmämallin ja koota sitten tietokoneohjelma ja suorita se tietokoneessa. Tästä syystä erilaisia simulaatioalgoritmeja ja -ohjelmistoja on syntynyt peräkkäin.
Koska mallinmuodostusta ja simulaatiokokeilua on vähän tutkittu, mallinnus kestää yleensä kauan. Samanaikaisesti simulaatiotulosten analyysin on turvauduttava myös asiaankuuluviin asiantuntijoihin, ja päättäjien suorasta ohjauksesta puuttuu, mikä vaikeuttaa suuresti päätöksentekoa. Se vaikeuttaa simulointitekniikan popularisointia ja soveltamista.
Simulink, MATLABin tarjoama dynaaminen järjestelmän simulointityökalu, on tehokkain, erinomainen ja helppokäyttöisin monien simulointiohjelmistojen joukossa. Se ratkaisee tehokkaasti yllä olevan simulointitekniikan ongelmat. Simulinkissä järjestelmän mallintaminen tulee hyvin yksinkertaiseksi ja simulointiprosessi on interaktiivinen, joten simulointiparametreja voidaan muuttaa mieleisekseen ja muokatut tulokset saadaan välittömästi. Lisäksi simulaatiotuloksia voidaan analysoida ja visualisoida käyttämällä erilaisia MATLAB-analyysityökaluja.
Simulink voi mennä ideaalista lineaarista mallia pidemmälle tutkiakseen realistisempia malleja epälineaarisista ongelmista, kuten kitkasta, ilmanvastuksesta, hammaspyörien kohdistamisesta ja muista luonnonilmiöistä todellisessa maailmassa; Se voi simuloida suuria tähtiä ja pieniä molekyyliatomeja. Se voi mallintaa ja simuloida monenlaisia kohteita, jotka voivat olla joko mekaanisia, elektronisia ja muita todellisia kokonaisuuksia tai ihanteellisia järjestelmiä. Se voi simuloida dynaamisen järjestelmän monimutkaisuutta, joka voi olla jatkuva, diskreetti tai hybridi. Simulink tekee tietokoneestasi - laboratorion, jonka avulla voidaan mallintaa ja simuloida erilaisia järjestelmiä, jotka ovat olemassa, joita ei ole olemassa tai jopa päinvastoin todellisuudessa.
Perinteisiä tutkimusmenetelmiä ovat pääasiassa analyyttinen menetelmä, kokeellinen menetelmä ja simulaatiokoe. Kahdella ensimmäisellä menetelmällä ei ole vain omat etunsa, vaan niillä on myös erilaisia rajoituksia. Tuotantotekniikan kehittymisen myötä sähkökäytölle käynnistyksessä ja jarrutuksessa, eteen- ja taaksepäin kierrokselle, nopeudensäätötarkkuudelle, nopeudensäätöalueelle, staattisille ominaisuuksille, dynaamiselle vasteelle ja niin edelleen asetetaan korkeampia vaatimuksia, mikä edellyttää nopeuden laajaa käyttöä. sääntelyjärjestelmä. Tasavirtamoottorin hyvän nopeudensäätökyvyn ja vääntömomentin säätötehon ansiosta DC-nopeuden säätöjärjestelmää on käytetty 1930-luvulta lähtien. Sen kehitysprosessi on seuraava: varhaisimmasta kiertomuunninyksikön ohjauksesta vahvistimen ja magneettivahvistimen ohjaukseen. Lisäksi tasavirtanopeuden säätö toteutetaan staattisen tyristorimuuntimen ja analogisen säätimen avulla. Myöhemmin ohjattavasta tasasuuntaajasta ja suurtehotransistorista koostuvaa PWM-ohjauspiiriä käytetään digitaalisen tasavirtanopeuden säädön toteuttamiseen, mikä parantaa jatkuvasti järjestelmän nopeutta, ohjattavuutta ja taloudellisuutta. Nopeudensäädön suorituskyvyn jatkuva parantaminen tekee tasavirtanopeuden säätöjärjestelmän soveltamisesta entistä laajempaa.
DC-moottorin nopeuden säätöpiirin kehitystila ja mahdollisuus
Tuotantoteknologian kehittyessä DC-sähkökäytölle asetetaan korkeammat vaatimukset käynnistyksessä ja jarrutuksessa, eteen- ja taaksepäin pyörimisessä, säätötarkkuudessa, nopeudensäätöalueella, staattisissa ominaisuuksissa ja dynaamisessa vasteessa, mikä vaatii suuren määrän tasavirtanopeuden säätöjärjestelmiä. Siksi tasavirtanopeuden säätöjärjestelmän tutkimus tulee olemaan syvällisempää.
DC-moottori on vanhin moottori ja aikaisin moottori, joka toteuttaa nopeudensäädön. Tasavirtamoottorilla on pitkään ollut hallitseva asema nopeuden säätelyssä. Hyvien lineaaristen nopeudensäätöominaisuuksiensa, yksinkertaisen ohjaustehonsa, korkean hyötysuhteensa ja erinomaisen dynaamisen suorituskyvyn ansiosta se on edelleen paras valinta useimpiin nopeudensäätömoottoreihin. Siksi on erittäin tärkeää tutkia tasavirtamoottorin nopeudensäätöä. Tasavirtamoottorin ankkurijännite syötetään kolmivaiheisesta tyristorin tasasuuntaajapiiristä tasoitusreaktorin L kautta, ja tyristorin ohjauskulmaa säädetään muuttamalla liipaisuvaiheen siirtoohjaussignaalia UC siten, että lähtöjännite muuttuu. tasasuuntaajan ja toteuttaa tasavirtamoottorin nopeuden säätö. Kuva 1-1 on kaaviokuva tyristorien tasavirtamoottorin nopeudensäätöjärjestelmästä. Kuvassa VT on tyristoriohjattava tasasuuntaaja. Säätämällä liipaisulaitteen ohjausjännitettä Uc siirtämään liipaisupulssin vaihetta, keskimääräistä tasasuunnattua jännitettä UD voidaan muuttaa tasaisen nopeuden säätelyn toteuttamiseksi.
