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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Controle do motor do coletor. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Motores elétricos O artigo descreve um esquema para manutenção automática da velocidade de rotação de um motor comutador DC (EM) (Fig. 1), que não requer sensor de velocidade especial. Sua peculiaridade é que a velocidade de rotação do motor é determinada pela tensão na armadura girando por inércia (com carga no eixo) durante desconexões repetidas e de curto prazo da fonte de alimentação.
O controle de velocidade é realizado por largura de pulso, usando a tensão acima como feedback negativo para o circuito de controle. A velocidade de rotação do motor é mantida automaticamente dentro de uma zona que possui um máximo e um mínimo definidos e é definida por tensão externa de um controlador de velocidade manual ou de software. A largura da zona de controle é:
onde você+ - tensão de saturação positiva da saída do amplificador operacional, V; você- - tensão de saturação negativa da saída do amplificador operacional, V; R1' - resistência da parte aterrada do resistor R1, Ohm. A largura da zona de controle na forma de desvio de velocidade ΔN do motor elétrico pode ser representada pela expressão
onde: N é o número de rotações do eixo do motor por unidade de tempo na tensão nominal de alimentação da armadura U2. Quando a tensão de alimentação U2 muda, assim como o valor da carga, a velocidade do eixo do motor é automaticamente mantida dentro da zona de controle estabelecida. Estruturalmente, o circuito de controle pode ser representado como dois blocos: um regulador e um amplificador chave A1 (Fig. 2). A Figura 1 mostra um motor elétrico M1 com excitação por ímã permanente. Se um enrolamento de excitação for usado no motor elétrico, sua tensão de alimentação deverá ser estável.
Se esta tensão for instável, o controle de velocidade ainda ocorre quando a carga muda, mas cada tensão do enrolamento de excitação corresponde à sua própria velocidade do motor, que é mantida automaticamente quando a carga muda. A mudança na carga e na tensão que alimenta a armadura corresponde à velocidade EM inversamente proporcional à influência perturbadora dentro da zona de controle estabelecida. De acordo com a classificação em automação, trata-se de controle automático proporcional. A largura da zona de controle diminui com a diminuição da velocidade de rotação definida e vice-versa, pois depende da posição do motor do resistor variável R1 (ou seja, da resistência R1') e, portanto, da velocidade do motor. Assim, a relação entre a largura da zona de controle e a velocidade de rotação do motor permanece constante ao definir qualquer velocidade. Esta propriedade útil não será observada ao operar a partir de uma fonte de tensão de controle externa com impedância de saída constante. A fonte de alimentação do amplificador operacional selecionado (±U1) também pode ser usada para alimentar o controlador de velocidade EM (R1), mas deve ser estável. A armadura ED é alimentada por uma fonte separada U2. Se a tensão U2=U1, o resistor R6 não está instalado e um jumper é soldado no lugar de R5. A tensão U2 deve ser sempre ligeiramente superior à tensão nominal de alimentação do motor selecionado para poder manter uma velocidade constante ao definir o seu valor máximo. No entanto, não requer estabilização. Consideremos o funcionamento do regulador. Assumimos que o controle deslizante do resistor variável R1 está ajustado aproximadamente na posição intermediária. Amplificador operacional DA1, cadeias C1-R3 e R4-R1' formam um gerador de pulso retangular. Quando há pulsos positivos da saída DA1, a armadura M1, através do amplificador chave A1, recebe energia da fonte U2 e gira, o diodo VD1 neste momento é travado com tensão reversa, o capacitor C1 é carregado através do resistor R3 . Quando a tensão em C1 excede a tensão na entrada não inversora DA1, sua saída muda para polaridade negativa, a chave A1 desconecta M1 da fonte U2, mas sua armadura, junto com a carga, continua girando por inércia (curto prazo o desligamento do motor reduz apenas ligeiramente sua velocidade). Se neste caso a tensão na armadura EM for menor que a tensão em C1, então este capacitor é conectado à armadura EM através do diodo aberto VD1, e a tensão através deles (levando em consideração a queda de tensão através de VD1) é equalizada . A saída do gerador entra na fase positiva do ciclo de geração, iniciando nesta tensão. Ao mesmo tempo, ED está ganhando força. Os resistores R1, R4 formam um divisor de tensão retirado da saída DA1 e criam feedback positivo, o que garante as condições de geração e histerese da tensão de saída do amplificador operacional quando ele é comutado. A zona de controle de velocidade ED é equivalente a esta tensão. A presença de uma zona de controle estabelecida não significa que a velocidade EM irá “varrer” do máximo ao mínimo dentro desta zona. Será mantido constante até que a carga ou tensão de alimentação altere seus valores. Então a velocidade ED será estabelecida em um novo nível estável, mas não sairá da zona. A regulamentação dentro da zona é tranquila. A frequência de operação do circuito de controle depende da constante de tempo da cadeia C1-R3, da tensão de alimentação U2, da carga do motor, da velocidade definida e da histerese do amplificador operacional, do momento de inércia da armadura do motor junto com o carga e é uma função complexa. Porém, escolhendo a constante de tempo C1-R3 e a resistência R4, é fácil estabelecer um modo em que a velocidade do motor estará na zona de controle com a frequência de chaveamento desejada com mudanças reais na carga do motor e desvios em sua tensão de alimentação U2. Isto determina a configuração geral do regulador para o EM selecionado. Os elementos do circuito e seus parâmetros não são críticos. DA1 também pode ser 140UD12. No caso de usar uma fonte de alimentação unipolar U1, você pode usar um amplificador operacional duplo AS339N (LM339N, K140SA1, KR110SA2). Possui saída em coletor aberto, que deve ser carregada com um resistor (o circuito utiliza um amplificador operacional). Além da chave, cujo diagrama é mostrado na Fig. 2, podem ser utilizados relés optoeletrônicos e transistores MOS. Para suprimir interferências na rede durante a operação do regulador, podem ser necessárias medidas adicionais, por exemplo, contornando a armadura EM com um circuito RC. Não terá praticamente nenhum efeito sobre a operação do circuito de controle. A velocidade de rotação do motor pode ser medida sem o uso de tacômetro, medindo a tensão na armadura com um voltímetro de ponteiro (a inércia de seu sistema móvel suavizará as ondulações de tensão). Autor: V. Gusarov, Minsk
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