Nguyên lý điều khiển động cơ là cốt lõi của lĩnh vực công nghệ động cơ, bao gồm nguyên lý làm việc của động cơ, phương pháp điều khiển, ứng dụng thực tế và các khía cạnh khác. Với sự phát triển của ngành công nghiệp hiện đại, động cơ là một thiết bị quan trọng để chuyển đổi và truyền năng lượng, độ chính xác và hiệu quả điều khiển của nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả của toàn hệ thống. Do đó, việc hiểu biết và nghiên cứu sâu-về nguyên lý điều khiển động cơ có ý nghĩa quan trọng về mặt lý thuyết và thực tiễn.
Đầu tiên, nguyên lý làm việc của động cơ
Động cơ là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học và nguyên lý làm việc của nó dựa trên định luật cảm ứng điện từ và định luật lực điện từ. Theo nguyên lý làm việc, động cơ có thể được chia thành hai loại: động cơ DC và động cơ AC.
1. nguyên lý làm việc của động cơ DC
Động cơ DC là việc sử dụng dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây phần ứng và cuộn dây từ trường tương tác, tạo ra mô-men xoắn để đạt được chuyển động cơ học của thiết bị. Cấu trúc chính của nó bao gồm phần ứng, cực từ, chổi than và từ trường. Khi dòng điện một chiều đi qua cuộn dây phần ứng, nó sẽ tạo ra một từ trường tương tác giữa phần ứng và từ trường, tạo ra mômen quay làm động cơ chạy. Tốc độ của động cơ DC có thể được điều khiển bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện phần ứng.
2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện xoay chiều
Động cơ xoay chiều là thiết bị sử dụng sự thay đổi liên tục của dòng điện xoay chiều để tạo ra từ trường quay, từ đó thực hiện chuyển động cơ học. Theo nguyên lý tạo ra từ trường quay, động cơ xoay chiều có thể được chia thành hai loại động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ. Động cơ không đồng bộ (còn gọi là động cơ cảm ứng) hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây stato, một từ trường quay được tạo ra trong stato và rôto tương tác với từ trường quay do hiệu ứng cảm ứng, từ đó tạo ra mômen quay để dẫn động động cơ. Động cơ đồng bộ dựa trên tốc độ động cơ và tần số nguồn điện có mối quan hệ tỷ lệ cố định giữa động cơ để làm việc, tốc độ và tần số nguồn điện được đồng bộ hóa chặt chẽ.
Thứ hai, phương pháp điều khiển động cơ
Các phương pháp điều khiển động cơ chủ yếu bao gồm điều khiển tốc độ, điều khiển khởi động và điều khiển phanh. Các phương pháp kiểm soát này và nguyên tắc của chúng được mô tả chi tiết dưới đây.
1. kiểm soát tốc độ
Kiểm soát tốc độ là khía cạnh quan trọng và phức tạp nhất của điều khiển động cơ. Có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ khác nhau, bao gồm điều khiển tốc độ phân chia điện áp điện trở, điều khiển tốc độ chuyển đổi tần số và điều khiển vectơ. Điều khiển tốc độ phân chia điện áp bằng điện trở là phương pháp giảm tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp nguồn của động cơ, phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện nhưng kém hiệu quả. Điều khiển tốc độ chuyển đổi tần số là phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số của nguồn điện xoay chiều được cung cấp bởi nguồn điện, phương pháp này có thể nhận ra phạm vi tốc độ rộng và hiệu quả cao. Điều khiển véc tơ là một phương pháp điều khiển tiên tiến hơn, thực hiện việc điều chỉnh chính xác tốc độ và mô-men xoắn của động cơ bằng cách điều khiển chính xác dòng điện và từ trường của động cơ, phù hợp với những trường hợp có yêu cầu cao hơn về hiệu suất của động cơ.
2. Điều khiển khởi động
Điều khiển khởi động là việc điều khiển động cơ trong quá trình từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chạy. Đối với động cơ không đồng bộ, do mômen khởi động nhỏ nên cần sử dụng một số phương pháp đặc biệt để thực hiện khởi động êm. Các phương pháp điều khiển khởi động phổ biến bao gồm khởi động trực tiếp, khởi động giảm điện áp và khởi động mềm. Mặc dù khởi động trực tiếp đơn giản nhưng dòng khởi động lớn và ảnh hưởng lớn đến lưới điện; giảm điện áp khởi động là giảm dòng điện khởi động bằng cách giảm điện áp nguồn; Khởi động mềm là việc sử dụng các thiết bị điện tử công suất để đạt được sự kiểm soát trơn tru trong quá trình khởi động động cơ.
3. Kiểm soát phanh
Điều khiển phanh là việc điều khiển động cơ từ trạng thái chạy sang trạng thái đứng yên trong quá trình. Phương pháp điều khiển phanh có nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phanh năng lượng, phanh lùi và phanh{1}}lùi. Phanh tiêu thụ năng lượng thông qua cuộn dây stato trong động cơ thành nguồn DC để tạo ra mômen phanh; hãm ngược là bằng cách thay đổi trình tự pha cấp nguồn của động cơ để tạo ra hướng quay ngược lại với mô-men xoắn của động cơ để đạt được phanh; cấp liệu-hãm ngược là việc sử dụng các đặc tính tạo ra của động cơ, năng lượng cơ học sẽ được chuyển đổi thành năng lượng điện và đưa trở lại lưới điện để đạt được phanh.
Thứ ba, sơ đồ mạch điều khiển động cơ
1. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu
Đây là sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu. Mạch này dùng để điều khiển bộ điều khiển nam châm vĩnh cửu. Mạch sử dụng các phần tử chuyển mạch triac AC để nâng cao đặc tính chuyển mạch vì động cơ nam châm vĩnh cửu là máy phát điện và các phần tử chuyển mạch triac tiêu chuẩn rất khó chuyển mạch đúng cách. Động cơ nam châm vĩnh cửu yêu cầu chỉnh lưu DC toàn sóng-.
Các thyristor hai chiều AC được mắc nối tiếp ở phía đầu vào AC của cầu chỉnh lưu. Phần quan trọng nhất của việc lắp đặt SCR ở phía DC của cầu là xử lý tình trạng trễ-bật và định thời gian gần cuối nửa-chu kỳ. Mạch cung cấp khả năng điều khiển-phạm vi rộng để phần tử chuyển mạch AC triac có thể được kích hoạt nhanh hoặc có độ dẫn điện thấp ở động cơ thấp. Điện trở AC và bộ chỉnh lưu có định mức điện áp tương tự nhau. Tất cả đều dựa trên yêu cầu tải động cơ và điện áp thực tế.
2. 555 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ IC Xung với bộ giới hạn dòng điện
Để cung cấp khả năng thay đổi tốc độ động cơ nhanh và đảo chiều động cơ, bốn đầu ra điều khiển các cầu nối MOSFET H{0}}. Các thiết bị kênh N- là MOSFET công suất đường ray phía dưới và kênh P- là MOSFET công suất đường ray phía trên. tất cả chúng đều được điều khiển bởi TC4469.
Các điện trở dòng nhỏ giúp ngăn chặn dao động cổng và làm chậm thời gian chuyển tiếp của thiết bị đường ray phía dưới, giúp giữ cho thiết bị phía trên không hoạt động. Bộ chia điện trở và bóng bán dẫn chuyển đổi-mức chi phí{2}}có thể được bổ sung dễ dàng và tiết kiệm để duy trì bộ truyền động cổng 15VDC của MOSFET-đường ray phía trên nhằm đạt được điện áp động cơ vượt quá 12VDC.
Ở điện áp trên 15VDC, bộ điều chỉnh tuyến tính đơn giản có thể cấp nguồn cho chúng từ nguồn cung cấp động cơ dương vì ICM7555 và TC4469 yêu cầu dòng điện không đáng kể. Để giúp bảo vệ cổng khỏi sự quá tải điện, chúng ta có thể sử dụng diode Zener. Khi MOSFET phía dưới trong cùng nhánh cầu "bật", dV/dT cao sẽ được tạo ra và tụ điện cổng -đến{6}}nguồn giúp giữ cho MOSFET phía trên luôn "tắt". Một giải pháp khác cho tình huống này là giữ cho trở kháng ổ cổng của MOSFET phía trên ở mức thấp ở trạng thái "TẮT".
Điện trở cảm biến trong chân nối đất của cầu H{0}} cung cấp một phương pháp đơn giản để cảm nhận từng xung dòng điện của động cơ, bất kể động cơ đang quay thuận hay quay ngược. Tín hiệu này được lọc và áp dụng cho ICM7555 nhằm ngăn chặn việc tạo ra xung điện khi dòng điện động cơ vượt quá giá trị cho phép.
3. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước
Động cơ bước cung cấp khả năng điều khiển vị trí đơn giản,{0}}chi phí thấp và chính xác. Động cơ bước có thể được điều khiển bởi một mạch gắn gần động cơ và được điều khiển bằng mạch điều khiển từ xa qua một sợi cáp dài. Mạch này thú vị ở chỗ nguồn điện tới cả động cơ và mạch điều khiển được truyền qua hai dây cũng truyền tín hiệu điều khiển.
Mạch tích hợp hẹn giờ LMC555 CMOS (IC1) tạo ra xung 200 micro giây tới động cơ bước và điều khiển tốc độ của nó. Tốc độ của động cơ có thể được thay đổi bằng cách thay đổi tần số của xung này và một điện trở thay đổi R1 được cung cấp cho mục đích này. Ở đầu ra của IC1 (chân 3), một xung đồng hồ âm điều khiển cổng của FET nguồn IRL530N (Q1), cổng này ngay lập tức đóng và ngắt bảng điều khiển khỏi mặt đất. Sự gián đoạn nguồn điện này sẽ gửi tín hiệu đến trình điều khiển động cơ để điều khiển động cơ. Hướng quay được điều khiển bởi cực tính của điện áp cấp vào mạch điều khiển thông qua các kết nối L1 và L2.
Bóng bán dẫn NPN lưỡng cực MPSA05 Q2 và bóng bán dẫn MPSA55 PNP Q3 và Q4 đảo ngược các xung từ chân 3, kéo mức tiêu hao của Q1 lên cao khi Q1 tắt. Công tắc bật tắt S1 đặt hướng bằng cách chuyển cực. Nút nhấn S2 khởi động và dừng động cơ bằng cách bật và tắt đồng hồ.
4. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ PLC với các thao tác tiến, lùi và phanh
Mạch điều khiển động cơ PLC này cung cấp nhiều điều khiển khác nhau cho động cơ DC. Bạn có thể điều khiển động cơ DC để tiến, lùi hoặc phanh cho đến khi nó dừng lại.
Mạch sử dụng cầu MOSFET để điều khiển động cơ, được điều khiển bởi một số cổng logic và các bóng bán dẫn lưỡng cực nhỏ. Điện áp động cơ có thể là 10-20 volt và dòng điện tối đa là 8 amps. MOSFET phải được trang bị tản nhiệt thích hợp. Đầu vào V+ phải được cấp nguồn bằng điện áp hoạt động của động cơ DC (10-20 volt). Mặc dù MOSFET được thiết kế để hoạt động ở điện áp 100 volt nhưng bạn chỉ có thể sử dụng tối đa 20 volt vì điện áp này cũng được sử dụng để điều khiển cổng, thường bị giới hạn ở 20 volt. Giá trị tối thiểu cho điện áp cung cấp này là 10 volt vì cổng sẽ không mở hoàn toàn nếu điện áp giảm xuống dưới 10 volt. Bạn có thể chọn từ một số loại động cơ DC 10-20 volt cho ứng dụng này.
