چگونه سرعت یک موتور DC جاروبک‌دار ۴۸ ولتی را کنترل کنیم؟

کنترل سرعت یک موتور 48 ولتی برس دار DC یک جنبه حیاتی برای کاربردهای مختلف از ماشین آلات صنعتی گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی است. به‌عنوان تامین‌کننده موتورهای DC برس‌شده 48 ولت، اهمیت ارائه راه‌حل‌های کنترل سرعت مؤثر را برای برآوردن نیازهای متنوع مشتریانمان درک می‌کنم. در این پست وبلاگ، اطلاعاتی در مورد نحوه کنترل سرعت یک موتور DC برس دار 48 ولتی به اشتراک خواهم گذاشت.

1. درک اصول اولیه موتورهای DC برس دار 48 ولت

قبل از پرداختن به روش‌های کنترل سرعت، داشتن درک اولیه از موتورهای DC برس‌شده 48 ولت ضروری است. این موتورها بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کنند. هنگامی که جریانی از سیم پیچ آرمیچر عبور می کند، میدان مغناطیسی ایجاد می شود که با میدان مغناطیسی دائمی استاتور در تعامل است. این فعل و انفعال باعث چرخش آرمیچر می شود.

سرعت یک موتور DC برس خورده در درجه اول توسط دو عامل تعیین می شود: ولتاژ اعمال شده به موتور و بار روی موتور. با توجه به معادله سرعت موتور (n=\frac{V - I_aR_a}{K\varPhi})، که در آن (n) سرعت موتور، (V) ولتاژ اعمال شده، (I_a) جریان آرمیچر، (R_a) مقاومت آرمیچر، (K) یک ثابت و (\varPhi) شار مغناطیسی است. همانطور که می بینیم، سرعت موتور با ولتاژ اعمال شده نسبت مستقیم و با شار مغناطیسی نسبت معکوس دارد.

2. روش کنترل ولتاژ

یکی از رایج‌ترین و ساده‌ترین راه‌ها برای کنترل سرعت موتور DC برس‌شده ۴۸ ولت، تنظیم ولتاژ اعمالی است. از آنجایی که سرعت موتور با ولتاژ اعمال شده نسبت مستقیم دارد، کاهش ولتاژ باعث کاهش سرعت موتور و افزایش ولتاژ باعث افزایش سرعت موتور می شود.

2.1 تنظیم ولتاژ خطی

می توان از تنظیم کننده های ولتاژ خطی برای ارائه ولتاژ خروجی متغیر به موتور استفاده کرد. یک تنظیم کننده خطی با اتلاف ولتاژ اضافی به عنوان گرما کار می کند. به عنوان مثال، یک تنظیم کننده ولتاژ خطی قابل تنظیم مانند LM317 می تواند برای ارائه یک ولتاژ متغیر از منبع تغذیه ثابت 48 ولت استفاده شود. با این حال، این روش دارای یک اشکال قابل توجه است: ناکارآمد است، به خصوص زمانی که اختلاف ولتاژ بین ورودی و خروجی زیاد باشد. توان تلف شده به عنوان گرما می تواند منجر به مشکلات گرمای بیش از حد و کاهش راندمان کلی سیستم شود.

2.2 پالس - مدولاسیون عرض (PWM)

PWM روش کارآمدتری برای کنترل ولتاژ اعمال شده به موتور است. به جای تغییر مداوم ولتاژ، PWM ولتاژ را با فرکانس بالا روشن و خاموش می کند. متوسط ​​ولتاژ اعمال شده به موتور توسط چرخه وظیفه سیگنال PWM تعیین می شود. چرخه وظیفه به عنوان نسبت زمان روشن بودن ولتاژ (بالا) به کل دوره سیگنال PWM تعریف می شود.

به عنوان مثال، اگر فرکانس PWM 10 کیلوهرتز و چرخه کار 50 درصد باشد، ولتاژ برای 50 میکروثانیه روشن و 50 میکروثانیه در هر دوره 100 میکروثانیه خاموش است. متوسط ​​ولتاژ اعمال شده به موتور نیمی از ولتاژ تغذیه است. با تغییر چرخه کار، می توانیم میانگین ولتاژ اعمال شده به موتور و در نتیجه سرعت موتور را کنترل کنیم.

کنترلرهای PWM به طور گسترده ای در دسترس هستند و می توانند به راحتی در مدارهای کنترل موتور ادغام شوند. برخی از میکروکنترلرها مانند آردوینو و رزبری پای دارای خروجی های PWM هستند که می توان از آنها برای کنترل سرعت موتور استفاده کرد.

3. کنترل مقاومت آرمیچر

روش دیگر کنترل سرعت موتور DC برس خورده، تغییر مقاومت آرمیچر است. معادله سرعت موتور (n=\frac{V - I_aR_a}{K\varPhi}) را به خاطر بیاورید. با افزایش مقاومت آرمیچر (R_a)، عبارت (I_aR_a) افزایش می یابد که منجر به کاهش سرعت موتور می شود.

این روش را می توان با افزودن یک مقاومت متغیر به صورت سری با آرمیچر اجرا کرد. با این حال، این روش محدودیت هایی نیز دارد. ناکارآمد است زیرا توان تلف شده در مقاومت به عنوان گرما تلف می شود. علاوه بر این، با افزایش مقاومت، مشخصه گشتاور - سرعت موتور تغییر می کند و موتور ممکن است نتواند گشتاور کافی را در سرعت های پایین ارائه دهد.

4. کنترل شار میدانی

سومین روش اساسی برای کنترل سرعت یک موتور DC براش، با کنترل شار میدان (\varPhi) است. با توجه به معادله سرعت موتور، سرعت موتور با شار میدان نسبت معکوس دارد. با کاهش شار میدان می توان سرعت موتور را افزایش داد.

این را می توان با استفاده از یک مقاومت متغیر در مدار سیم پیچ میدان بدست آورد. کاهش مقاومت در مدار سیم پیچ میدان باعث افزایش جریان میدان می شود که به نوبه خود باعث افزایش شار میدان می شود. برعکس، افزایش مقاومت باعث کاهش شار میدان و افزایش سرعت موتور می شود.

با این حال، این روش دارای محدودیت هایی است. افزایش سرعت موتور فراتر از سرعت نامی آن با کاهش شار میدان می تواند باعث گرم شدن بیش از حد موتور شود و همچنین ممکن است منجر به کاهش گشتاور در سرعت های بالا شود.

5. انتخاب روش کنترل سرعت مناسب برای برنامه های مختلف

انتخاب روش کنترل سرعت به نیازهای خاص برنامه بستگی دارد.

5.1 کاربردهای صنعتی

در کاربردهای صنعتی، مانند تسمه نقاله و ماشین ابزار، کنترل سرعت با دقت بالا و راندمان بالا اغلب مورد نیاز است. کنترل PWM یک انتخاب محبوب در این برنامه ها است زیرا راندمان بالا و کنترل دقیق سرعت را ارائه می دهد. علاوه بر این، سیستم های کنترل بازخورد، مانند کنترل حلقه بسته با استفاده از رمزگذارها، می توانند برای بهبود بیشتر دقت سرعت پیاده سازی شوند.

مثلا ماموتور DC برس دار 400 واتمناسب برای کاربردهای صنعتی که در آن به یک موتور قابل اعتماد و قدرتمند نیاز است. سرعت این موتور را می توان به طور موثر با استفاده از تکنیک های PWM کنترل کرد تا نیازهای سرعت خاص فرآیند صنعتی را برآورده کند.

5.2 وسایل نقلیه الکتریکی

در خودروهای الکتریکی، راندمان، گشتاور و محدوده سرعت فاکتورهای حیاتی هستند. ترکیبی از کنترل ولتاژ و کنترل شار میدان ممکن است برای دستیابی به بهترین عملکرد استفاده شود. در سرعت های پایین، موتور می تواند با شار میدان کامل کار کند تا گشتاور بالایی ارائه دهد. با افزایش سرعت، شار میدان را می توان کاهش داد تا سرعت موتور افزایش یابد و در عین حال سطح معقولی از راندمان حفظ شود.

ماموتور 300 وات DC برس دارگزینه خوبی برای وسایل نقلیه الکتریکی در مقیاس کوچک است. می توان آن را با استفاده از استراتژی های پیشرفته کنترل سرعت کنترل کرد تا از شتاب صاف و عملکرد کارآمد اطمینان حاصل شود.

5.3 کاربردهای گشتاور بالا

در کاربردهایی که گشتاور بالا مورد نیاز است، مانند وینچ ها و لیفتراک ها، موتوری با گشتاور راه اندازی بالا و ویژگی های سرعت-گشتاور خوب مورد نیاز است. ماموتور DC با گشتاور بالابرای برآوردن این الزامات طراحی شده است. سرعت این موتور را می توان با استفاده از ترکیب کنترل ولتاژ و کنترل مقاومت آرمیچر کنترل کرد تا گشتاور لازم را در سرعت های مختلف تامین کند.

6. برای نیازهای موتور DC 48 ولتی خود با ما تماس بگیرید

اگر به دنبال تامین کننده قابل اعتماد موتورهای DC برس دار 48 ولت هستید و به مشاوره حرفه ای در مورد راه حل های کنترل سرعت نیاز دارید، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. تیم کارشناسان ما تجربه گسترده ای در طراحی و کنترل موتور دارند و ما می توانیم راه حل های سفارشی بر اساس نیازهای خاص شما را به شما ارائه دهیم. چه برای کاربردهای صنعتی به موتور نیاز داشته باشید، چه خودروهای الکتریکی و چه برای کاربردهای با گشتاور بالا، ما موتور مناسبی برای شما داریم.

مراجع

• چپمن، اس جی (2012). اصول ماشین آلات الکتریکی (ویرایش پنجم). مک گراو - هیل.
• فیتزجرالد، AE، کینگزلی، سی، جونیور، و اومانز، SD (2003). ماشین های الکتریکی (ویرایش ششم). مک گراو - هیل.