Stan rozwoju i perspektywa obwodu regulacji prędkości silnika prądu stałego
W procesie współczesnej produkcji przemysłowej prawie nie ma miejsca bez zastosowania napędu elektrycznego. Wraz z ciągłym doskonaleniem technologii produkcji, jakości produktów i wydajności, coraz więcej maszyn produkcyjnych jest potrzebnych do realizacji automatycznej regulacji prędkości. Elektryczny układ napędowy o regulowanej prędkości można podzielić na regulację prędkości prądu stałego i regulację prędkości prądu przemiennego. Silnik prądu stałego ma doskonałą charakterystykę regulacji prędkości, płynną i wygodną regulację prędkości, łatwą do płynnej regulację prędkości w dużym zakresie, dużą przeciążalność, może wytrzymać częste obciążenia udarowe, może realizować częste bezstopniowe szybkie uruchamianie, hamowanie i wsteczny obrót, i może spełniają różne specjalne wymagania operacyjne w systemie automatyzacji procesu produkcyjnego. Do tej pory jest nadal szeroko stosowany w obrabiarkach do metalu, maszynach papierniczych i innych dziedzinach wymagających wysokowydajnego sterowanego napędu elektrycznego, dlatego system regulacji prędkości DC jest nadal szeroko stosowany w różnych działach produkcyjnych o wysokich wymaganiach dotyczących automatycznego sterowania. Jest to do tej pory główna forma systemu regulacji prędkości. Silniki prądu stałego dzielą się na dwie kategorie: komutatorowe i niekomutatorowe. Bezszczotkowy silnik prądu stałego został opracowany na podstawie bezszczotkowego silnika prądu stałego. W 1831 roku Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej, które położyło podwaliny teoretyczne pod współczesny silnik.
Pierwszy silnik prądu stałego został pomyślnie opracowany w latach czterdziestych XIX wieku. Dojrzewanie silnika prądu stałego zajęło około 1840 lat. Wraz z rozwojem zastosowań wymagania dotyczące silnika prądu stałego są coraz wyższe. Oczywiście urządzenie komutujące styki w wielu przypadkach ogranicza zastosowanie szczotkowego silnika prądu stałego. Aby wymienić mechaniczne urządzenie stykowe konstrukcji komutatora szczotkowego szczotkowego silnika prądu stałego, ludzie przeprowadzili długoterminową eksplorację. Już w 70 roku amerykański Langmil wynalazł prostownik rtęciowy kontrolujący sieć i wykonał inwerter z prądu stałego na prąd zmienny; W latach trzydziestych XX wieku zaproponowano wykorzystanie urządzenia jonowego do realizacji tzw. silnika komutatorowego, w którym uzwojenie stojana silnika jest wymieniane zgodnie z położeniem wirnika. Ten rodzaj silnika nie ma praktycznego znaczenia ze względu na jego słabą niezawodność, niską wydajność oraz ciężkie i złożone całe urządzenie. Szybki rozwój nauki i technologii przyniósł skok w technologii półprzewodnikowej. Pomyślny rozwój tranzystora przełączającego ożywił tworzenie nowego silnika - bezszczotkowego silnika prądu stałego.
Stan rozwoju i perspektywa obwodu regulacji prędkości silnika prądu stałego
W 1955 roku D. Harrison i inni w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy złożyli wniosek patentowy na zastąpienie styku szczotki silnika linią komutacji tranzystora, która jest prototypem bezszczotkowego silnika prądu stałego. Składa się z części wzmacniającej moc, części wykrywającej sygnał, korpusu bieguna magnetycznego i obwodu przełączającego tranzystora. Jego zasada działania polega na tym, że gdy wirnik się obraca, w uzwojeniu sygnału W1 lub W2 indukowany jest okresowy potencjał sygnału. Sygnał ten załącza odpowiednio tranzystory BG1 i BG2, co powoduje, że uzwojenia mocy W1 i W2 są kolejno zasilane, czyli następuje komutacja. Problem polega na tym, że po pierwsze, gdy wirnik się nie obraca, w uzwojeniu sygnału nie ma indukowanego potencjału, tranzystor nie jest spolaryzowany, a uzwojenie zasilania nie może zasilać, więc ten bezszczotkowy silnik nie ma momentu rozruchowego; po drugie, ze względu na małe nachylenie krawędzi natarcia potencjału sygnału, pobór mocy tranzystora jest duży. Aby przezwyciężyć te wady, ludzie używają komutatora urządzenia odśrodkowego lub umieszczają pomocniczą stal magnetyczną na stojanie, aby zapewnić niezawodny rozruch silnika, ale konstrukcja pierwszego jest złożona, podczas gdy drugi nadal wymaga dodatkowego impulsu rozruchowego; Następnie, po wielokrotnych eksperymentach i ciągłej praktyce, ludzie w końcu znaleźli mechaniczne urządzenie komutacyjne wykorzystujące czujnik położenia i elektroniczny obwód komutacyjny, aby zastąpić bezszczotkowy silnik prądu stałego, co otworzyło nową drogę do rozwoju bezszczotkowego silnika prądu stałego. Na początku lat sześćdziesiątych czujnik położenia typu przełącznika zbliżeniowego, czujnik położenia typu rezonansu elektromagnetycznego i czujnik położenia typu sprzężenia wysokiej częstotliwości, które działają, aby zbliżyć się do czegoś, pojawiły się jeden po drugim, a następnie pojawiły się sprzężenie magnetoelektryczne i fotoelektryczne czujniki położenia. szybki rozwój technologii półprzewodnikowej, ludzie są zainteresowani efektem Halla odkrytym przez amerykańskiego Halla w 1960 roku. Po wielu staraniach bezszczotkowy silnik prądu stałego z pomocą efektu Halla został pomyślnie wyprodukowany w 1879 roku. Wraz z pojawieniem się diody magnetycznej, która jest tysiące razy bardziej czuły niż element Halla, na początku lat 1962. z powodzeniem opracowano bezszczotkowy silnik prądu stałego z pomocą diody magnetycznej.
Opracowując różne typy czujników położenia, ludzie próbują znaleźć bezszczotkowy silnik prądu stałego bez dodatkowej konstrukcji czujnika położenia. W 1968 r. Mieslinger z byłej Republiki Federalnej Niemiec zaproponował nową metodę realizacji komutacji przez pojemnościowe przesunięcie fazy: na tej podstawie R. Hanitsh z byłej Republiki Federalnej Niemiec z powodzeniem opracował bezszczotkowy silnik prądu stałego bez dodatkowego czujnika położenia, aby zrealizować komutację z połączenie cyfrowego dystrybutora pierścieniowego i dyskryminatora z przejściem przez zero. Ludzie poświęcili się badaniom pozycji bezczujnikowej. Zgodnie z metodą identyfikacji położenia bieguna wirnika silnika synchronicznego, położenie bieguna wirnika bezszczotkowego silnika prądu stałego uzyskuje się pośrednio za pomocą indukowanej siły elektromotorycznej (napięcia) uzwojenia stojana, czyli metodą detekcji pośredniej. W porównaniu z metodą bezpośredniego wykrywania pominięto czujnik położenia, co może uprościć złożoność oryginalnej konstrukcji korpusu silnika. Nadaje się szczególnie do małych i małych bezszczotkowych silników prądu stałego. Od lat 1980., wraz z szybkim rozwojem technologii mikrokomputerowej, bezszczotkowy silnik prądu stałego bez czujnika położenia wirnika wszedł w praktyczną fazę; Ponadto, wraz z pojawieniem się wielofunkcyjnych czujników, w bezszczotkowym systemie serwonapędu z silnikiem prądu stałego zastosowano czujnik do jednoczesnego wykrywania położenia bieguna wirnika, prędkości i położenia serwomechanizmu.
Stan rozwoju i perspektywa obwodu regulacji prędkości silnika prądu stałego
Od narodzin technologii półprzewodnikowej pod koniec lat pięćdziesiątych rozwój jest bardzo szybki, a wydajność urządzeń półprzewodnikowych mocy jest stopniowo poprawiana. Jednocześnie szybko rozwinął się odpowiadający mu tor jazdy. Teraz jeden obwód napędowy może sterować trójfazowymi i sześcioma przełącznikami, co znacznie upraszcza obwód peryferyjny.
Obwód, zwłaszcza konstrukcja obwodu napędowego. Jednocześnie pojawienie się wysokowydajnych materiałów z magnesami trwałymi, takich jak samar-kobalt i neodym-żelazo-bor, położyło solidny fundament pod szerokie zastosowanie bezszczotkowego silnika prądu stałego.
W niektórych specjalnych zastosowaniach wymagających wysokiej wydajności i dużej gęstości mocy, wskazuje to na świetlaną perspektywę bezszczotkowego napędu silnika prądu stałego. Międzynarodowe ciepło rozwoju bezszczotkowego silnika prądu stałego i jego systemu napędowego we wszystkich aspektach będzie kontynuowane. W rezultacie bezszczotkowy silnik prądu stałego będzie w przyszłości nadal przedmiotem wysokowydajnego, bezpozycyjnego serwonapędu.
W elektrycznym układzie napędowym prądu stałego potrzebny jest specjalny sterowany zasilacz prądu stałego. Po pierwsze, oryginalny system regulacji prędkości prądu stałego wykorzystywał stałe napięcie prądu stałego do zasilania zwory silnika prądu stałego i realizował regulację prędkości poprzez zmianę rezystancji w obwodzie twornika. Ta metoda jest prosta, łatwa w produkcji i tania. Wadami są jednak niska wydajność, miękkie właściwości mechaniczne i brak możliwości płynnej regulacji prędkości w szerokim zakresie, dlatego jest obecnie rzadko używany. Po drugie, pod koniec lat 1930. pojawił się silnik generatora (znany również jako grupa przekształtników obrotowych). Za pomocą wzmacniacza magnetycznego, ekspandera silnika, tyrystora i innych urządzeń sterujących można uzyskać doskonałe parametry regulacji prędkości, takie jak szeroki zakres regulacji prędkości (10:1 do kilkudziesięciu:1), niewielka zmiana prędkości i płynna regulacja prędkości, zwłaszcza, gdy silnik jest zwalniany, bezwładność koła zamachowego na wale silnika można łatwo przekazać z powrotem do sieci energetycznej przez generator. W ten sposób z jednej strony można uzyskać płynne hamowanie, z drugiej strony można zmniejszyć straty energii i poprawić sprawność. Jednak główną wadą generatora i układu regulacji prędkości silnika jest to, że trzeba dodać dwa obracające się silniki równoważne silnikowi regulacji prędkości i niektóre pomocnicze urządzenia wzbudzające, więc trudno jest utrzymać głośność.
Stan rozwoju i perspektywa obwodu regulacji prędkości silnika prądu stałego
Silniki prądu stałego dzielą się na dwie kategorie: komutatorowe i niekomutatorowe. System regulacji prędkości silnika prądu stałego najpierw wykorzystywał stałe napięcie prądu stałego do zasilania silnika prądu stałego i realizował regulację prędkości poprzez zmianę rezystancji w obwodzie twornika. Ta metoda jest prosta, łatwa w produkcji i tania; Wadami są jednak niska wydajność i miękkie właściwości mechaniczne, które nie pozwalają na uzyskanie szerokiej i płynnej regulacji prędkości. Ta metoda ma zastosowanie tylko do niektórych pól o małej mocy i bez zakresu regulacji prędkości Zamknij. Pod koniec lat 1930. pojawienie się generatora i układu silnikowego sprawiło, że szeroko stosowany był silnik prądu stałego o doskonałej wydajności regulacji prędkości. Ta metoda sterowania może uzyskać szeroki zakres regulacji prędkości, małą szybkość zmiany prędkości i płynną regulację prędkości. Jednak głównymi wadami tej metody są duża waga systemu, duże zajęcie terenu, niska wydajność i trudna konserwacja. W ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem technologii energoelektronicznej, system regulacji prędkości silnika prądu stałego zasilany przez przekształtnik tyrystorowy zastąpił układ regulacji prędkości generatora i silnika, a jego wydajność regulacji prędkości znacznie przekroczyła wydajność generatora, dynamikę i niezawodność . Rozwój IGBT i innych urządzeń dużej mocy w technologii energoelektronicznej zastępuje tyrystory i pojawił się system regulacji prędkości prądu stałego o lepszej wydajności. Od dłuższego czasu badania w dziedzinie symulacji koncentrowały się na ustaleniu modelu symulacyjnego, czyli po ustaleniu modelu systemu należy zaprojektować algorytm, który sprawi, że model systemu zostanie zaakceptowany przez komputer, a następnie skompilowany program komputerowy i uruchomić na komputerze. W związku z tym powstały różne algorytmy symulacyjne i oprogramowanie symulacyjne.
Ponieważ niewiele jest badań nad tworzeniem modeli i eksperymentami symulacyjnymi, modelowanie zwykle zajmuje dużo czasu. Jednocześnie analiza wyników symulacji musi również opierać się na odpowiednich ekspertach, a brak jest bezpośrednich wskazówek dla decydentów, co znacznie utrudnia podejmowanie decyzji. Utrudnia popularyzację i zastosowanie technologii symulacyjnej.
Simulink, dynamiczne narzędzie do symulacji systemów dostarczane przez MATLAB, jest najpotężniejszym, najdoskonalszym i najłatwiejszym w użyciu spośród wielu programów symulacyjnych. Skutecznie rozwiązuje problemy w powyższej technologii symulacyjnej. W Simulinku modelowanie systemu stanie się bardzo proste, a proces symulacji interaktywny, dzięki czemu parametry symulacji można dowolnie zmieniać, a zmodyfikowane wyniki można uzyskać natychmiast. Ponadto wyniki symulacji można analizować i wizualizować za pomocą różnych narzędzi analitycznych w MATLAB.
Simulink może wyjść poza idealny model liniowy, aby zbadać bardziej realistyczne modele problemów nieliniowych, takich jak tarcie, opór powietrza, zazębienie kół zębatych i inne naturalne zjawiska w świecie rzeczywistym; Może symulować duże gwiazdy i małe atomy molekularne. Może modelować i symulować szeroką gamę obiektów, które mogą być zarówno elementami mechanicznymi, elektronicznymi i innymi rzeczywistymi jednostkami, jak i systemami idealnymi. Może symulować złożoność systemu dynamicznego, który może być ciągły, dyskretny lub hybrydowy. Simulink sprawi, że Twój komputer stanie się laboratorium, w którym można modelować i symulować różne systemy, które istnieją, nie istnieją, a nawet w rzeczywistości jest odwrotnie.
Tradycyjne metody badawcze obejmują głównie metodę analityczną, metodę eksperymentalną i eksperyment symulacyjny. Dwie pierwsze metody mają nie tylko swoje zalety, ale mają też różne ograniczenia. Wraz z rozwojem technologii produkcji stawiane są wyższe wymagania dotyczące napędu elektrycznego w zakresie rozruchu i hamowania, obrotów do przodu i do tyłu, dokładności regulacji prędkości, zakresu regulacji prędkości, charakterystyk statycznych, odpowiedzi dynamicznej i tak dalej, co wymaga szerokiego wykorzystania prędkości system regulacji. Ze względu na dobrą wydajność regulacji prędkości i wydajność sterowania momentem obrotowym silnika prądu stałego, system regulacji prędkości prądu stałego jest używany od lat 1930. XX wieku. Proces jej rozwoju przebiega w następujący sposób: od najwcześniejszego sterowania przetwornikiem obrotowym po sterowanie wzmacniaczem i wzmacniaczem magnetycznym. Ponadto regulacja prędkości prądu stałego jest realizowana za pomocą statycznego konwertera tyrystorowego i sterownika analogowego. Później obwód sterujący PWM składający się z sterowanego prostownika i tranzystora dużej mocy jest wykorzystywany do realizacji cyfrowej regulacji prędkości prądu stałego, co stale poprawia szybkość, sterowalność i ekonomię systemu. Ciągłe doskonalenie wydajności regulacji prędkości powoduje, że zastosowanie systemu regulacji prędkości DC jest coraz szerzej stosowane.
Stan rozwoju i perspektywa obwodu regulacji prędkości silnika prądu stałego
Wraz z rozwojem technologii produkcji stawiane są wyższe wymagania napędowi elektrycznemu prądu stałego w zakresie rozruchu i hamowania, obrotów do przodu i do tyłu, dokładności regulacji, zakresu regulacji prędkości, charakterystyk statycznych i odpowiedzi dynamicznej, co wymaga dużej liczby systemów regulacji prędkości prądu stałego. Dlatego badania nad systemem regulacji prędkości DC będą bardziej dogłębne.
Silnik prądu stałego jest najwcześniejszym silnikiem i najwcześniejszym silnikiem, który realizuje regulację prędkości. Silnik prądu stałego od dawna zajmuje dominującą pozycję w sterowaniu prędkością. Ze względu na dobrą charakterystykę liniowej regulacji prędkości, prostą wydajność sterowania, wysoką wydajność i doskonałą dynamikę, jest to nadal najlepszy wybór dla większości silników sterujących regulacją prędkości. Dlatego bardzo ważne jest zbadanie sterowania regulacją prędkości silnika prądu stałego. Napięcie twornika silnika prądu stałego jest dostarczane z trójfazowego obwodu prostownika tyrystorowego przez reaktor wygładzający L, a kąt sterowania tyrystora jest regulowany poprzez zmianę sygnału sterującego przesunięciem fazowym wyzwalania UC, tak aby zmienić napięcie wyjściowe prostownika i zrealizować regulację prędkości silnika prądu stałego. Rysunek 1-1 to schemat ideowy układu regulacji prędkości tyrystorowego silnika prądu stałego. Na rysunku VT jest prostownikiem sterowanym tyrystorem. Regulując napięcie sterujące Uc urządzenia wyzwalającego w celu przesunięcia fazy impulsu wyzwalającego, można zmienić średnie wyprostowane napięcie UD, aby uzyskać płynną regulację prędkości.
