Phương pháp kiểm soát tốc độ của động cơ DC

Kiểm soát tốc độ là một trong những đặc tính hiệu suất quan trọng nhất của một động cơ DC và đó là lý do chính tại sao động cơ DC vẫn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi chuyển động chính xác, có thể điều chỉnh và phản hồi nhanh. Không giống như động cơ AC có tốc độ gắn chặt với tần số nguồn điện, tốc độ của động cơ DC có thể được điều chỉnh trơn tru và tiết kiệm thông qua một số phương pháp được thiết lập tốt. Việc hiểu các phương pháp này cho phép các kỹ sư và nhà thiết kế sản phẩm lựa chọn phương pháp phù hợp nhất cho một ứng dụng nhất định, cân bằng các yếu tố như chi phí, hiệu suất, yêu cầu mô-men xoắn và độ phức tạp của điều khiển.

Tốc độ của động cơ DC bị chi phối bởi mối quan hệ giữa điện áp phần ứng, suất điện động ngược, điện trở phần ứng và từ thông do trường tạo ra. Bằng cách điều khiển bất kỳ yếu tố nào trong số này, tốc độ quay của động cơ có thể tăng hoặc giảm. Trong thực tế, điều này đạt được chủ yếu thông qua ba phương pháp điều khiển điện, trong khi phương pháp thứ tư, thuần túy cơ học sử dụng bộ giảm tốc hộp số - hiện là phương pháp chủ đạo và quan trọng trong thiết kế giải pháp động cơ - cung cấp khả năng điều chỉnh tốc độ mà không cần bất kỳ sửa đổi nào đối với hệ thống điện của động cơ.

Kiểm soát điện áp phần ứng

Điều khiển điện áp phần ứng là phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC phổ biến và được áp dụng rộng rãi nhất. Vì tốc độ động cơ xấp xỉ tỷ lệ với điện áp đặt trên cuộn dây phần ứng, nên việc tăng điện áp nguồn sẽ làm cho động cơ quay nhanh hơn, trong khi giảm sẽ làm động cơ quay chậm lại. Mối quan hệ này làm cho việc điều khiển điện áp phần ứng trở thành một phương tiện trực quan và hiệu quả cao để đạt được sự điều chỉnh tốc độ liên tục và trơn tru.

Trong các ứng dụng hiện đại, điện áp phần ứng thường được điều chỉnh bằng cách sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM), trong đó điện áp trung bình cung cấp cho động cơ được thay đổi bằng cách bật và tắt nhanh chóng nguồn cung cấp trong một chu kỳ làm việc được kiểm soát. Cách tiếp cận này mang lại hiệu quả tuyệt vời, phản hồi nhanh và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, đồng thời tạo ra nhiệt tương đối ít so với các phương pháp điện trở. Điều khiển điện áp phần ứng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng dưới tốc độ định mức của động cơ, trong đó nó duy trì công suất mô-men xoắn tương đối ổn định trong phạm vi tốc độ có thể điều chỉnh, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các bộ truyền động chính xác, thiết bị tự động và thiết bị chạy bằng pin.

Kiểm soát thông lượng trường

Đối với động cơ chổi than DC, suất điện động ngược được xác định bởi từ thông và tốc độ quay. Điện áp phần ứng là tổng của suất điện động ngược và điện áp rơi trên cuộn dây phần ứng. Do điện áp rơi ở cuộn dây rất nhỏ khi hoạt động bình thường nên điện áp phần ứng gần tương đương với suất điện động ngược.

Khi điện áp phần ứng và mômen tải không đổi thì tốc độ động cơ tỉ lệ nghịch với từ thông. Việc giảm từ thông sẽ làm giảm sức điện động ngược, tăng chênh lệch điện áp mạch phần ứng và tăng dòng điện phần ứng. Dòng điện cao hơn bù đắp cho sự mất mát mô-men xoắn do từ thông yếu đi và duy trì mô-men xoắn đầu ra ổn định. Cuối cùng, động cơ chạy nhanh hơn với từ thông nhỏ hơn và chậm hơn với từ thông lớn hơn.

Đối với động cơ DC có cuộn dây kích từ, từ thông có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng điện kích từ. Một điện trở thay đổi mắc nối tiếp trong mạch điện của cuộn dây kích từ có tác dụng điều chỉnh: giảm điện trở sẽ làm tăng dòng điện từ trường, tăng cường từ trường và tăng từ thông.

Động cơ DC nam châm vĩnh cửu không được trang bị cuộn dây kích từ và từ trường của chúng được cung cấp bởi nam châm vĩnh cửu. Để tăng từ thông, có thể sử dụng nam châm có hiệu suất từ ​​tính cao hơn. Hơn nữa, vòng giữ từ là thành phần có tính thấm từ cao. Nó hạn chế từ thông đi lạc từ nam châm và tối ưu hóa mạch từ bên trong. Việc lắp đặt vòng giữ từ giúp giảm tổn thất từ ​​tính và tăng từ thông hiệu quả để chuyển đổi năng lượng cơ điện.

Kiểm soát điện trở phần ứng

Điều khiển điện trở phần ứng giúp giảm tốc độ bằng cách lắp một biến trở nối tiếp với mạch phần ứng. Khi điện trở tăng, điện áp rơi trên điện trở tăng, khiến điện áp có sẵn để điều khiển động cơ ít hơn và dẫn đến tốc độ thấp hơn. Ngược lại, việc giảm điện trở cho phép nhiều điện áp đến phần ứng hơn, tăng tốc độ lên đến giá trị định mức của động cơ.

Mặc dù phương pháp này đơn giản, chi phí thấp và dễ thực hiện nhưng nó có những nhược điểm đáng chú ý. Một phần đáng kể năng lượng đầu vào bị tiêu tán dưới dạng nhiệt trong điện trở, dẫn đến hiệu suất tổng thể thấp hơn, đặc biệt là ở tốc độ giảm. Ngoài ra, phương pháp này chỉ cho phép giảm tốc độ xuống dưới tốc độ định mức và cung cấp khả năng kiểm soát tương đối thô so với phương pháp điện tử. Kết quả là, điều khiển điện trở phần ứng thường bị giới hạn ở các ứng dụng công suất thấp hơn, hệ thống điều khiển cơ bản hoặc các tình huống mà việc điều chỉnh tốc độ không thường xuyên, không quan trọng là đủ và các giải pháp truyền động điện tử không được chứng minh bằng chi phí.

Thêm bộ giảm tốc hộp số

Ngoài các phương pháp điều khiển điện được mô tả ở trên, tốc độ đầu ra cũng có thể được điều chỉnh một cách cơ học bằng cách ghép động cơ DC với bộ giảm tốc hộp số. Hộp số làm giảm tốc độ quay do trục động cơ cung cấp đồng thời tăng tỷ lệ mô-men xoắn có sẵn ở trục đầu ra, theo tỷ lệ giảm tốc được chọn cho ứng dụng.

Cách tiếp cận này đặc biệt có giá trị khi ứng dụng yêu cầu tốc độ đầu ra cố định, có thể dự đoán được thấp hơn đáng kể so với phạm vi hoạt động tự nhiên của động cơ hoặc khi cần mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp mà không đặt ra nhu cầu điện quá mức cho chính động cơ. Bởi vì động cơ có thể tiếp tục hoạt động ở gần tốc độ và phạm vi hiệu suất tối ưu trong khi hộp số xử lý việc giảm tốc độ, sự kết hợp này thường mang lại hiệu suất và độ bền tổng thể tốt hơn so với việc chỉ dựa vào các phương pháp điện để đạt được tốc độ đầu ra rất thấp. Bộ giảm tốc hộp số được sử dụng rộng rãi cùng với động cơ DC có chổi than trên các ứng dụng robot, tự động hóa công nghiệp, thiết bị gia dụng và công cụ điện và chúng có thể được kết hợp với bất kỳ phương pháp điều khiển tốc độ điện nào ở trên để tinh chỉnh thêm tốc độ đầu ra cuối cùng.

Kết luận

Kiểm soát tốc độ của động cơ DC rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và đạt được các chức năng được thiết kế. Khi lựa chọn một giải pháp phù hợp, điều cần thiết là phải tính đến nhu cầu ứng dụng thực tế, mục tiêu tiết kiệm năng lượng và ngân sách chi phí. Động cơ DC có chổi than của Hongyang Motor có thiết kế linh hoạt và tương thích với nhiều giải pháp điều khiển tốc độ khác nhau nhằm đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng. Chúng tôi cung cấp cấu hình sản phẩm toàn diện và hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp để giúp thiết bị đạt trạng thái vận hành tốt nhất.