Zapnutím přídavného odporu nebo reostatu Rд do obvodu vinutí kotvy.
Změnou hlavního magnetického toku stroje.
Změna napájecího napětí.
Uvažujme tyto metody na příkladu motoru s paralelním buzením.
Dodatečný odpor Rд včetně do obvodu kotvy je podobný spouštěcímu reostatu, ale na rozdíl od druhého musí být dimenzován na trvalý průtok proudu. Když je k okruhu kotvy připojen reostat, rychlost otáčení klesá s rostoucí zátěží prudčeji, než když motor pracuje bez reostatu. To je patrné z mechanických charakteristik na obrázku 4.4. Úhlová rychlost otáčení naprázdno je stejná pro přirozené i umělé charakteristiky. A ty významy jí и reost (snížení úhlové rychlosti otáčení při zatížení) jsou různé. Ve stejnou chvíli
Více Rд , tím strměji rychlost otáčení klesá s rostoucí zátěží.
Hlavní nevýhodou této metody jsou velké energetické ztráty v reostatu (zejména při nízkých otáčkách). Je zřejmé, že tato metoda umožňuje pouze snížit rychlost otáčení ve srovnání s rychlostí při přirozené charakteristice.
Chcete-li změnit hlavní tok stroje, je nutné regulovat budící proud, k čemuž je v obvodu budícího vinutí zařazen seřizovací reostat.
Pro magnetický tok Ф1 и Ф2 rychlost otáčení bude podle toho určena výrazy
Například u motoru s paralelním buzením je poměr otáček naprázdno a změn otáček při řízení budicím vinutím nepřímo úměrný změně magnetického toku:
Elektromechanické charakteristiky pro dvě hodnoty toku jsou znázorněny na obrázku 4.5.
Je vidět, že rychlostní charakteristika motoru přiФ1>F2 nejsou rovnoběžné, protínají se v bodě A (při nulové rychlosti otáčení. Je to proto, že zkratový proud kotvy Iyak nezávisí na velikosti toku, ale je určeno hodnotami napětí a odporu obvodu kotvy (Iyak=U/Rя).
Velikost točivého momentu se mění přímo úměrně k velikosti průtoku, pak pro moment zkratu bude platit následující vztah:
Mechanické vlastnosti u F1>F2 (Obrázek 4.6) se protnou při určité hodnotě kritického momentu М . S poklesem magnetického toku se tedy zvyšuje úhlová rychlost otáčení naprázdno a velikost krouticího momentu nakrátko klesá. Potom při hodnotách momentu zatížení nižší než Мcr snížení průtoku vede ke zvýšení rychlosti otáčení a při velkých hodnotách Мcr, naopak – k jejímu snížení.
U motorů s paralelním buzením středního a vysokého výkonu se využívá snížení toku pro zvýšení rychlosti otáčení a u mikromotorů se tok sníží pro snížení rychlosti otáčení.
Tato metoda je jednoduchá a ekonomická, proto je v praxi široce používána. Mezi jeho nevýhody patří relativně malý rozsah regulace otáček, tzn.
kde min – minimální úhlová rychlost je omezena nasycením magnetického obvodu stroje (je omezen růst magnetického toku);
max– maximální úhlová rychlost je omezena mechanickou stabilitou motoru a také tím, že při hlubokém zeslabení buzení prudce narůstá zkreslující účinek reakce kotvy a zvyšuje se reaktivní emf, což zvyšuje riziko vzniku jiskření na kolektoru a vzhled kruhového ohně.
Regulace otáček motoru změnou řídicího napětí platí pouze tehdy Iв=konst, tzn. s odděleným napájením obvodů vinutí kotvy a budicího vinutí s nezávislým buzením.
Úhlová rychlost otáčení naprázdno je úměrná napětí (ω= U/cеF) a změnu rychlosti (Δω=Iя Rя/zеF) nezávisí na napětí. Proto mechanické charakteristiky motoru při změně napětí Obrázek 4.6. neměňte úhel sklonu k ose úsečky, ale posouvejte výškově, přičemž zůstávají vzájemně rovnoběžné. Změnou řídicího napětí obvodu kotvy můžete regulovat rychlost otáčení směrem dolů od jmenovité, protože dodávání napětí nad jmenovitou hodnotu je nepřijatelné. Pokud je potřeba zvýšit otáčky nad jmenovitou, můžete využít změnu budícího proudu motoru.
Praktická implementace této metody řízení rychlosti spočívá v použití nastavitelného zdroje napětí. Například pro řízení motorů s nízkým a středním výkonem lze jako takový zdroj použít nastavitelný usměrňovač (obrázek 4.7), u kterého je stejnosměrné napětí měněno regulačním autotransformátorem (AT) zapojeným na vstupu usměrňovače.
Změna směru otáčení
Pro změnu směru otáčení (reverzní) je potřeba změnit znaménko elektromagnetického momentu na opačné. To lze provést dvěma způsoby:
Změna směru proudu kotvy.
Změnou směru magnetického toku, tzn. budící proud.
V praxi se to děje změnou polarity napětí přiváděného do vinutí.
Bavíme se o tom, jak na příkladu servopohonu MC50 řídit aktivaci a otáčky stejnosměrného motoru tak, aby se servo nespálilo. Ačkoli byl MC50 navržen pro pohon BLDC motorů, je také vhodný pro pohon kartáčovaných stejnosměrných motorů do 600W. K dosažení tohoto cíle však bylo nutné provést několik drobných úprav.
Všechny články o open source projektu MC50 jsou zde:
Nejprve byl odpor bočníků v měřičích fázového proudu snížen na 1 mOhm.
Za druhé, tranzistory CSD18540Q5BT MOSFET ve 3fázovém můstku byly nahrazeny pokročilejšími a nedávno vydanými STL320N4LF8. Tyto tranzistory se vyznačují jedinečně nízkým odporem otevřeného kanálu – pouze 0.8 mOhm, se stejnou rychlostí a dokonce vyšší než u CSD18540Q5BT. Díky tomu při výkonech do 400 W a mírně vyšších nepotřebuje servopohon ventilátor. A když napájení vyžaduje ventilátor, lze jej připojit mezi zbývající volnou fázi W a svorku GND.
V aktuální verzi programu lze motor zapínat a vypínat ručně z desky pomocí ručního enkodéru, z ovládacího programu Freemaster a přes rozhraní CAN. Pro řízení rychlosti otáčení jsou komutátorové motory vybaveny 3fázovými snímači s kvadraturním signálem namísto 2fázových hallových snímačů.
V programu, když zvolíte typ aplikace DC trakční motor, rychlost bude měřena z kvadraturního enkodéru připojeného k vedení W a V. Samotný motor je připojen ke svorkám U a V. V tomto případě je získán plný můstek a motor lze otáčet v obou směrech.
Pozor na modulaci!
Otáčky motoru řídíme změnou pracovního cyklu PWM. Když chceme získat plný výkon PWM, vypneme tranzistory a necháme je staticky zapnuté. U tradičních ovladačů by to mohlo vést k poklesu napětí na boosterech horních spínačů a jejich sepnutí, protože jsou dobíjeny pouze za přítomnosti PWM. Náš obvod ale používá třífázový můstkový ovladač TMC3, který sám vytváří potřebné napětí pro horní spínače bez nutnosti PWM. To je plus.
Ale je tu další problém – mrtvý čas. Mrtvá doba poskytovaná čipem TMC6200 je příliš krátká pro vysoce výkonné MOSFETy použité na desce. V generátorech PWM mikrokontroléru se vytváří další mrtvý čas. Toto je standardní funkce. Nestandardní zde bude zajišťovat přechod z PWM na statické signály a zpět.
Když postupně zvyšujeme PWM na 100 %, pak na konci procesu potřebujeme nastavit statický signál tak, aby v jednom rameni byl vždy otevřen horní tranzistor a ve druhém rameni spodní.
Zde se může ukázat, že mikrokontrolér si s takovým úkolem nedokáže poradit bez současného nastavení vysokých úrovní na zlomek mikrosekundy na horním a spodním tranzistoru s využitím standardních možností časovačů. Měli byste také zvážit výstup ze statických signálů na generování PWM a situace přechodu z jedné konfigurace statického signálu na opačnou. Existuje nebezpečí krátkých (nanosekund), ale velmi silných průchozích proudů.
Diagram popisující správné vložení mrtvého času s konvenční PWM modulací. Ale neukazuje, co se stane, když je modulace vypnutá.
V případě našeho mikrokontroléru Renesas Synergy bylo řešením nalezeno rychlé přepnutí funkce portů z periferní funkce na obecnou I/O funkci s explicitní prioritou pro nastavení úrovní signálu.
Na příkladu jedné fáze to vypadá takto:
Pozor na přetaktování!
Aplikujte napětí na stejnosměrný motor opatrně. Když je náhle přivedena byť jen polovina jmenovitého napětí, dojde v motoru k proudovému impulsu, který je téměř dvojnásobkem jeho maximálního provozního proudu.
Pokud zvýšíte napětí o dalších 10 %, proud již dosáhne hodnoty na hranici bezpečného provozu výkonových prvků řidiče.
Z toho vyplývá, že stejnosměrný motor by se měl spouštět plynule. Navíc i při zvýšení plnění PWM v krocích pouze o 1% můžete pozorovat proudové impulsy na motoru asi 1 A. Proto má níže zobrazený graf spotřeby energie a proudu podivnou pilovitou strukturu.
Pozor na brzdění!
Pokud byl motor schopen akcelerovat bez incidentů, je nyní úkolem jej zastavit. Náhlé zastavení zkratováním vinutí funguje dobře, ale způsobuje silný ráz, který přispívá k urychlené destrukci hnacího hřídele v přítomnosti setrvačné zátěže. Proto se používá řízené zpomalování snížením napětí (snížením pracovního cyklu PWM). A tady čeká zadní EMF.
Pokud se pokusíme zastavit rychleji, než se zastaví motor při volném chodu (když jsou vypnuty všechny tranzistory v driveru), můžeme získat zpětné EMF s amplitudou přesahující výdrž zdroje nebo prorazit výkonové tranzistory.
V našem případě trval volný chod motoru bez zátěže z maximálních otáček těsně pod 3 sekundy. Proto lineárně řízené zpomalování trvající minimálně 3 sekundy. nezpůsobí přepětí v napájecí sběrnici.
Nikdy nezapomínejte na teplotu.
Italský motor může mít následující nápis: SERVIZIO S3 25%. Na jiných motorech se mohou také objevit symboly S3. To naznačuje, že motor není navržen pro stálý provoz. Pokud jej budete držet ve jmenovité rychlosti řekněme hodinu, jednoduše vyhoří. Proto je také potřeba na motor nainstalovat teplotní čidlo. V programu můžete samozřejmě sledovat, v jakém procentu času motor pracoval, ale s největší pravděpodobností to povede ke snížení životnosti z hlediska teploty a častějším výpadkům při provádění příkazů. Náš servoregulátor má speciální vstup pro připojení 10 KOhm NTC odporu.
Dále se můžete setkat s přehříváním samotného servoregulátoru. Na desce vedle výkonových tranzistorů je instalován měřicí termistor. Teplotní senzor je navíc integrován do samotného mikrokontroléru a v čipu ovladače TMC6200 je ochrana proti přehřátí. Je třeba si uvědomit, že dlouhodobé přehřívání má nejhorší vliv na elektrolytické kondenzátory, které rychle ztrácejí životnost při 100 stupních nebo více.
Instalované kondenzátory typu EEE-FT1H331AP mají zdroj 2000 hodin při 105 stupních. C. I když se náš motor nazývá stejnosměrný motor, jeho odběr proudu při konstantním napětí je stále pulzní. A amplituda pulsů dosahuje desítek ampér. Pulzní zatížení kondenzátorů proto není o mnoho menší než u 6-stupňového řízení BLDC motorů. Tito. kondenzátory se zahřívají nejen přes desku od tranzistorů a bočníků, ale i samy od sebe. Program implementuje ovládání ventilátoru ze svorky W a nastavuje časový limit pro vypnutí ventilátoru po zastavení motoru.
Veškeré zdrojové kódy projektu naleznete zde. Projekt také zachovává funkčnost všech předchozích ukázek BLDC servořízení a veškerého middlewaru včetně RTOS a síťových stacků. Přepínání mezi BLDC a DC řízením motoru se provádí v energeticky nezávislém nastavení. Navíc bylo přidáno dálkové ovládání přes CAN z jednoho servoregulátoru na druhý servoregulátor.
