Κύκλωμα ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα σταθερής ροπής

Η ανάρτηση εξηγεί έναν ελεγκτή DC Motor ο οποίος διαθέτει σταθερή αντιστάθμιση ροπής για να επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα ανεξάρτητα από το φορτίο σε αυτό.

Μειονέκτημα των τακτικών ελεγκτών ταχύτητας

Ένα μειονέκτημα της πλειοψηφίας των απλοί ελεγκτές ταχύτητας είναι ότι παρέχουν μόνο στον κινητήρα μια προκαθορισμένη σταθερή τάση. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα δεν παραμένει σταθερή και ποικίλλει ανάλογα με το φορτίο του κινητήρα, λόγω της απουσίας αντιστάθμισης ροπής.

Για παράδειγμα σε ένα μοντέλο αμαξοστοιχίας, με απλούς ελεγκτές, η ταχύτητα της αμαξοστοιχίας μειώνεται σταδιακά για τις κλίσεις αναρρίχησης και επιταχύνεται ενώ κατευθύνεται προς τα κάτω.

Ως εκ τούτου, για τα μοντέλα αμαξοστοιχίας, η ρύθμιση ελέγχου ποτ για τη διατήρηση μιας επιλεγμένης ταχύτητας κινητήρα αποκλίνει επίσης ανάλογα με το φορτίο που μπορεί να τραβάει ο κινητήρας.

Το κύκλωμα ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα σταθερής ροπής που εξηγείται σε αυτό το άρθρο απαλλάσσει αυτό το ζήτημα παρακολουθώντας την ταχύτητα του κινητήρα και διατηρώντας το σταθερό για μια προκαθορισμένη ρύθμιση ελέγχου, ανεξάρτητα από το φορτίο που μπορεί να είναι στον κινητήρα.

Το κύκλωμα μπορεί να εφαρμοστεί στα περισσότερα μοντέλα που χρησιμοποιούν κινητήρα συνεχούς μαγνήτη DC.

Υπολογισμός του παράγοντα Back EMF

Η τάση στους ακροδέκτες του κινητήρα αποτελείται από δύο παράγοντες, το πίσω e.f. παράγεται από τον κινητήρα, και η τάση έπεσε σε όλη την αντίσταση του οπλισμού.

Το πίσω e.m.f. που παράγεται από την περιέλιξη του κινητήρα είναι συνήθως ανάλογη με την ταχύτητα του κινητήρα, πράγμα που σημαίνει ότι η ταχύτητα του κινητήρα θα μπορούσε να παρακολουθείται μετρώντας αυτό το περιεχόμενο πίσω. Όμως, το κύριο ζήτημα είναι η απομόνωση και η ανίχνευση του πίσω e.m.f. από την τάση αντίστασης οπλισμού.

Υποθέτοντας ότι μια ξεχωριστή αντίσταση συνδέεται εν σειρά με τον κινητήρα, λαμβάνοντας υπόψη ότι ένα κοινό μονό ρεύμα διέρχεται από αυτήν την αντίσταση και επίσης μέσω της αντίστασης οπλισμού, η πτώση τάσης στις δύο αντιστάσεις σειράς θα μπορούσε κάλλιστα να είναι ισοδύναμη με την πτώση στην αντίσταση του οπλισμού.

Στην πραγματικότητα, μπορεί να υποτεθεί ότι όταν αυτές οι δύο τιμές αντίστασης είναι ίδιες, τότε τα δύο μεγέθη τάσης σε κάθε μία από τις αντιστάσεις θα είναι επίσης παρόμοια. Με αυτά τα δεδομένα, μπορεί να είναι δυνατό να αφαιρεθεί η πτώση τάσης του R3 από την τάση του κινητήρα και να ληφθεί η απαιτούμενη τιμή e.m.f για την επεξεργασία.

Επεξεργασία πίσω EMF για σταθερή ροπή

Το προτεινόμενο κύκλωμα παρακολουθεί συνεχώς το πίσω e.m.f. και κατά συνέπεια ρυθμίζει το ρεύμα του κινητήρα για να διασφαλίσει ότι, για μια καθορισμένη ρύθμιση ελέγχου δοχείου, το πίσω e.m.f., μαζί με την ταχύτητα του κινητήρα διατηρείται σε σταθερή ροπή.

Για να καταστεί ευκολότερη η περιγραφή του κυκλώματος θεωρείται ότι το Ρ2 ρυθμίζεται και συγκρατείται στην κεντρική του θέση και η αντίσταση R3 επιλέγεται ως ισοδύναμη με την τιμή αντίστασης του οπλισμού του κινητήρα.

Υπολογισμός τάσης κινητήρα

Η τάση του κινητήρα μπορεί να υπολογιστεί προσθέτοντας την πίσω e.m.f. Va με την τάση να πέφτει κατά μήκος της εσωτερικής αντίστασης κινητήρα Vr.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι το R3 μειώνει μια τάση Vr, η τάση εξόδου Vo θα είναι ίση με Va + 2 V.

Η τάση στην είσοδο αναστροφής (-) του IC1 θα είναι Va + Vr και ότι στην είσοδο μη αναστροφής (+) θα είναι Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2

Δεδομένου ότι τα παραπάνω δύο μεγέθη τάσης υποτίθεται ότι είναι ίδια, οργανώνουμε την παραπάνω εξίσωση ως:

Va + Vr = Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2

Η απλοποίηση αυτής της εξίσωσης παρέχει Va = Vi.

Η παραπάνω εξίσωση υποδηλώνει ότι το πίσω e.m.f. του κινητήρα διατηρείται σταθερά στο ίδιο επίπεδο με την τάση ελέγχου. Αυτό επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα και ροπή για οποιαδήποτε καθορισμένη ρύθμιση της ρύθμισης ταχύτητας P1.

Το P2 περιλαμβάνεται για να αντισταθμίσει το επίπεδο διαφοράς που μπορεί να υπάρχει μεταξύ της αντίστασης R3 και της αντίστασης οπλισμού. Αυτό το εκτελεί προσαρμόζοντας το μέγεθος των θετικών ανατροφοδοτήσεων σχετικά με το μη αναστρέψιμο ενισχυτή εισόδου.

Το op amp LM3140 συγκρίνει βασικά την τάση που αναπτύχθηκε σε όλο το οπλισμό του κινητήρα με το αντίστοιχο πίσω emf στον κινητήρα και ρυθμίζει το δυναμικό βάσης του T1 2N3055.

Το T1 διαμορφώνεται ως οπαδός των εκπομπών ρυθμίζει την ταχύτητα του κινητήρα σύμφωνα με το βασικό δυναμικό του. Αυξάνει την τάση στον κινητήρα όταν ανιχνεύεται ένα υψηλότερο πίσω emf από το op amp, με αποτέλεσμα την αύξηση της ταχύτητας του κινητήρα και το αντίστροφο.

Το T1 πρέπει να τοποθετηθεί πάνω σε κατάλληλο ψύκτρα για σωστή λειτουργία.

Πώς να ρυθμίσετε το κύκλωμα

Η ρύθμιση του κυκλώματος ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα σταθερής ροπής γίνεται με ρύθμιση του P2 με τον κινητήρα με μεταβαλλόμενο φορτίο έως ότου ο κινητήρας επιτύχει σταθερή ροπή ανεξάρτητα από τις συνθήκες φόρτωσης.

Όταν το κύκλωμα εφαρμόζεται για μοντέλα αμαξοστοιχιών, πρέπει να προσέξετε να μην περιστρέψετε το P2 πάρα πολύ προς το P1, κάτι που μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την επιβράδυνση της αμαξοστοιχίας μοντέλου και, αντίθετα, το P2 δεν πρέπει να περιστρέφεται πάρα πολύ προς την αντίθετη κατεύθυνση, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε η ταχύτητα του τρένου γίνεται πραγματικά πιο γρήγορη ενώ ανεβαίνουμε σε μια ανηφορική κλίση.