Контроллер двигателя представляет собой устройство или группа устройств , которые могут координировать заранее определенным образом производительность с электродвигателем . [1] Контроллер мотора может включать в себя ручные или автоматические средства для запуска и остановки мотора, выбора прямого или обратного вращения, выбора и регулирования скорости, регулирования или ограничения крутящего момента и защиты от перегрузок и электрических неисправностей .
Есть много типов контроллеров мотора:
- Мотор стартеры
- Пускатель пониженного напряжения
- Драйвер с регулируемой скоростью
- Интеллектуальный контроллер
Приложения [ править ]
Основная цель использования контроллера мотора вместо использования простого механического переключателя - более точное управление скоростью, пуском / остановом и вращением мотора. Ограничением механического переключателя является ограничение по току. Большой электродвигатель может потреблять до 30 А и выше, хотя большинство переключателей не выдерживают этого. Кроме того, мы не можем контролировать скорость двигателя с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) . Наиболее распространенные контроллеры двигателей на рынке используют Н-мостовую схему, по которой мы можем управлять большим двигателем с помощью слабого сигнала.
Типы контроллеров мотора [ править ]
Контроллеры двигателей могут управляться вручную, дистанционно или автоматически. Они могут включать только средства запуска и остановки двигателя или могут включать другие функции. [2] [3] [4]
Контроллер электродвигателя можно классифицировать по типу двигателя, которым он должен управлять, например, с постоянным магнитом , сервоприводом , последовательным, отдельно возбужденным и переменным током .
Контроллер мотора подключен к источнику питания, например аккумуляторной батарее или источнику питания, и схемам управления в виде аналоговых или цифровых входных сигналов.
Стартеры двигателя [ править ]
Небольшой мотор можно запустить, просто подключив его к источнику питания. Для более крупного двигателя требуется специальный коммутационный блок, называемый пускателем двигателя или контактором двигателя. При подаче напряжения пускатель прямого включения (DOL) немедленно подключает клеммы двигателя непосредственно к источнику питания. В меньших размерах пускатель двигателя представляет собой переключатель с ручным управлением; В более крупных двигателях или в двигателях, требующих дистанционного или автоматического управления, используются магнитные контакторы. Очень большие двигатели, работающие от источников питания среднего напряжения (тысячи вольт), могут использовать силовые выключатели в качестве переключающих элементов.
При прямом включении (DOL) или через пускатель сети полное линейное напряжение подается на клеммы двигателя. Это простейший тип пускателя двигателя. Пускатель двигателя DOL также содержит устройства защиты и, в некоторых случаях, средства контроля состояния. Меньшие размеры пускателей прямого включения управляются вручную; более крупные размеры используют электромеханический контактор для переключения цепи двигателя. Также существуют твердотельные пускатели прямого включения.
Можно использовать пускатель прямого включения, если высокий пусковой ток двигателя не вызывает чрезмерного падения напряжения в цепи питания. По этой причине максимально допустимый размер двигателя для пускателя с прямым пуском от сети может быть ограничен энергоснабжающей организацией. Например, коммунальное предприятие может потребовать от сельских потребителей использовать пускатели пониженного напряжения для двигателей мощностью более 10 кВт. [5]
Пуск прямого тока иногда используется для запуска небольших водяных насосов , компрессоров , вентиляторов и конвейерных лент . В случае асинхронного двигателя, такого как трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором , двигатель будет потреблять высокий пусковой ток, пока не наберет полную скорость. Этот пусковой ток обычно в 6-7 раз превышает ток полной нагрузки. Для уменьшения пускового тока более крупные двигатели будут иметь пускатели пониженного напряжения или приводы с регулируемой скоростью , чтобы минимизировать провалы напряжения в источнике питания.
Реверсивный пускатель может подключать двигатель для вращения в любом направлении. Такой пускатель содержит две цепи прямого подключения - одну для работы по часовой стрелке, а другую для работы против часовой стрелки, с механическими и электрическими блокировками для предотвращения одновременного замыкания. [5] Для трехфазных двигателей это достигается путем обмена местами проводов, соединяющих любые две фазы. Однофазные двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока требуют дополнительных устройств для реверсирования вращения.
Пускатели пониженного напряжения [ править ]
Устройства пуска с пониженным напряжением, звезда-треугольник или устройства плавного пуска подключают двигатель к источнику питания через устройство понижения напряжения и постепенно или ступенчато повышают подаваемое напряжение. [2] [3] [4] Два или более контактора могут использоваться для обеспечения пуска двигателя при пониженном напряжении. Используя автотрансформатор или последовательную индуктивность, на клеммах двигателя присутствует более низкое напряжение, что снижает пусковой момент и пусковой ток. Как только двигатель наберет определенную долю от своей скорости при полной нагрузке, стартер переключается на полное напряжение на клеммах двигателя. Поскольку автотрансформатор или последовательный реактор выдерживают сильный пусковой ток двигателя только в течение нескольких секунд, устройства могут быть намного меньше по сравнению с оборудованием с непрерывным номинальным током. Переход между пониженным и полным напряжением может основываться на истекшем времени или запускаться, когда датчик тока показывает, что ток двигателя начал уменьшаться. Автотрансформатор стартер был запатентован в 1908 году.
Приводы с регулируемой скоростью [ править ]
С регулируемой скоростью привода (ASD) или переменной скорости привода (VSD) является взаимосвязанной сочетание оборудования , которое обеспечивает средство вождения и регулировки рабочей скорости механической нагрузки. Электрический регулируемый привод состоит из электродвигателя и регулятора скорости или преобразователя мощности, а также вспомогательных устройств и оборудования. Обычно термин «привод» применяется только к контроллеру. [3] [4] Большинство современных ASD и VSD также могут осуществлять плавный пуск двигателя. [6]
Интеллектуальные контроллеры [ править ]
Интеллектуальный контроллер двигателя (ИКА) использует микропроцессор для управления электронных устройств питания , используемых для управления двигателем. IMC контролируют нагрузку на двигатель и, соответственно, согласовывают крутящий момент двигателя с нагрузкой двигателя. Это достигается за счет снижения напряжения на клеммах переменного тока и одновременного снижения тока и квар . Это может обеспечить повышение энергоэффективности двигателей, которые большую часть времени работают при небольшой нагрузке, что приводит к меньшему количеству тепла, шума и вибраций, создаваемых двигателем.
Реле перегрузки [ править ]
Стартер будет содержать защитные устройства для двигателя. Как минимум, это должно включать тепловое реле перегрузки. Тепловая перегрузка предназначена для размыкания цепи пуска и, таким образом, отключения питания двигателя в случае, если двигатель потребляет слишком большой ток от источника питания в течение длительного времени. Реле перегрузки имеет нормально замкнутый контакт, который размыкается из-за тепла, выделяемого чрезмерным током, протекающим по цепи. Тепловые перегрузки имеют небольшое нагревательное устройство, температура которого увеличивается по мере увеличения рабочего тока двигателя.
Существует два типа теплового реле перегрузки. В одном из типов биметаллическая полоса, расположенная рядом с нагревателем, отклоняется при повышении температуры нагревателя до тех пор, пока это не приведет к механическому отключению устройства и размыканию цепи, отключая мощность двигателя в случае его перегрузки. Тепловая перегрузка компенсирует кратковременный высокий пусковой ток двигателя, надежно защищая его от перегрузки по рабочему току. Катушка нагревателя и действие биметаллической полосы создают временную задержку, которая дает двигателю время для запуска и перехода в нормальный рабочий ток без отключения тепловой перегрузки. Тепловые перегрузки могут быть сброшены вручную или автоматически, в зависимости от их применения, и имеют регулятор, который позволяет точно настроить их на рабочий ток двигателя.
Второй тип реле тепловой перегрузки использует эвтектический сплав , например припой , для удержания подпружиненного контакта. Когда через нагревательный элемент слишком долго проходит слишком большой ток, сплав плавится, и пружина размыкает контакт, размыкая цепь управления и останавливая двигатель. Поскольку элементы из эвтектического сплава не регулируются, они устойчивы к случайному вмешательству, но требуют замены элемента катушки нагревателя в соответствии с номинальным током двигателя. [5]
Электронные цифровые реле перегрузки, содержащие микропроцессор, также могут использоваться, особенно для дорогостоящих двигателей. Эти устройства моделируют нагрев обмоток двигателя, контролируя ток двигателя. Они также могут включать функции измерения и связи.
Защита от потери напряжения [ править ]
Пускатели, использующие магнитные контакторы, обычно получают питание для катушки контактора от того же источника, что и двигатель. Вспомогательный контакт контактора используется для поддержания катушки контактора под напряжением после того, как была отпущена команда пуска двигателя. Если происходит кратковременная потеря напряжения питания, контактор размыкается и не замыкается снова, пока не будет дана новая команда пуска. это предотвращает перезапуск двигателя после сбоя питания. Это соединение также обеспечивает небольшую степень защиты от низкого напряжения питания и потери фазы. Однако, поскольку катушки контактора будут удерживать цепь в замкнутом состоянии при подаче на катушку всего лишь 80% нормального напряжения, это не является основным средством защиты двигателей от работы при низком напряжении. [5]
Сервоконтроллеры [ править ]
Сервоконтроллеры - это широкая категория управления двигателями. Общие особенности:
- точное регулирование положения с обратной связью
- высокие темпы ускорения
- точное регулирование скорости. Серводвигатели могут быть изготовлены из нескольких типов двигателей, наиболее распространенными из которых являются:
- щеточный двигатель постоянного тока
- бесщеточные двигатели постоянного тока
- Серводвигатели переменного тока
Сервоконтроллеры используют обратную связь по положению, чтобы замкнуть контур управления. Это обычно реализуется с помощью датчиков положения , резольверов и датчиков Холла для прямого измерения положения ротора .
Другие методы обратной связи по положению измеряют обратную ЭДС в неприведенных катушках, чтобы сделать вывод о положении ротора, или обнаруживают переходный процесс обратного напряжения (всплеск), который генерируется всякий раз, когда питание катушки мгновенно отключается. Поэтому их часто называют "бессенсорными" методами управления.
Сервопривода можно регулировать с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Как долго импульс остается высоким (обычно от 1 до 2 миллисекунд), определяет, где двигатель будет пытаться позиционировать себя. Другой метод управления - импульсный и направленный.
Контроллеры шаговых двигателей [ править ]
Шаговый двигатель - это синхронный бесщеточный многофазный двигатель с большим числом полюсов. Управление обычно, но не исключительно, осуществляется в разомкнутом контуре, т. Е. Предполагается, что положение ротора следует за управляемым вращающимся полем. Из-за этого точное позиционирование с помощью шаговых двигателей проще и дешевле, чем управление с обратной связью.
Современные шаговые контроллеры приводят в действие двигатель с гораздо более высоким напряжением, чем номинальное напряжение двигателя, указанное на паспортной табличке, и ограничивают ток путем прерывания. Обычная установка состоит в том, чтобы иметь контроллер позиционирования, известный как индексатор , отправляющий импульсы шага и направления в отдельную схему возбуждения более высокого напряжения, которая отвечает за коммутацию и ограничение тока.
См. Также [ править ]
- Центр управления двигателями (ЦУД)
Ссылки [ править ]
- ^ Национальная ассоциация противопожарной защиты (2008). «Статья 100 Определения» . Национальный электротехнический кодекс NFPA 70 . 1 Batterymarch Park, Куинси, Массачусетс, 02169: NFPA. п. 24 . Проверено 15 января 2008 .CS1 maint: location ( ссылка )
- ^ a b Siskind, Чарльз С. (1963). Электрические системы управления в промышленности . Нью-Йорк: ISBN McGraw-Hill, Inc. 0-07-057746-3.
- ^ a b c Национальная ассоциация противопожарной защиты (2008). «Статья 430 Двигатели, схемы двигателей и контроллеры» . Национальный электротехнический кодекс NFPA 70 . 1 Batterymarch Park, Куинси, Массачусетс, 02169: NFPA. п. 298 . Проверено 15 января 2008 .CS1 maint: location ( ссылка )
- ^ a b c Кэмпбелл, Сильвестр Дж. (1987). Управление твердотельными двигателями переменного тока . Нью-Йорк: ISBN Marcel Dekker, Inc. 0-8247-7728-X.
- ^ a b c d Террелл Крофт и Уилфорд Саммерс (редактор), Справочник американских электриков, одиннадцатое издание , McGraw Hill, Нью-Йорк (1987) ISBN 0-07-013932-6, страницы с 78-150 по 7-159
- ^ "Мягкий запуск" . machinedesign.com.
- "Далласская группа персональной робототехники" . Краткая теория работы H-моста . Архивировано из оригинала на 12 января 2013 года . Проверено 7 июля 2005 года .
- Ссылки на производителей, ассоциации и другие ресурсы.
