Ovladač motoru - Motor controller

A ovladač motoru je zařízení nebo skupina zařízení, která mohou předem určeným způsobem koordinovat výkon zařízení elektrický motor.[1] Řídicí jednotka motoru může zahrnovat ruční nebo automatické prostředky pro spuštění a zastavení motoru, výběr otáčení vpřed nebo vzad, výběr a regulaci rychlosti, regulaci nebo omezení točivého momentu a ochranu proti přetížení a elektrické poruchy.

Existuje mnoho typů motorových ovladačů:

  1. Startéry motoru
  2. Startér se sníženým napětím
  3. Nastavitelný ovladač rychlosti
  4. Inteligentní ovladač

Aplikace

Hlavním cílem použití řídicí jednotky motoru namísto použití jednoduchého mechanického spínače je přesnější ovládání rychlosti, spuštění / zastavení a otáčení motoru. Omezení mechanického spínače je aktuální limit. Velký elektrický motor může čerpat až 30 Amp a výše, pokud jej většina spínačů nedokáže snést. Dále nejsme schopni řídit rychlost motoru pomocí pulzní šířková modulace (PWM). Nejběžnější ovladače motorů na trhu používají Obvod H-můstku kde jsme schopni ovládat velký motor pomocí malého signálu.

Typy ovladače motoru

Regulátory motoru lze ovládat ručně, na dálku nebo automaticky. Mohou zahrnovat pouze prostředky pro spuštění a zastavení motoru nebo mohou zahrnovat další funkce.[2][3][4]

Ovladač elektromotoru lze klasifikovat podle typu motoru, který má řídit, například podle trvalého magnet, servo, série, samostatně vzrušený, a střídavý proud.

Řídicí jednotka motoru je připojena ke zdroji energie, jako je baterie nebo napájecí zdroj, a řídicí obvody ve formě analogových nebo digitálních vstupních signálů.

Spouštěče motorů

Viz také: Softstartér motoru

Malý motor lze spustit jednoduchým připojením k napájení. Větší motor vyžaduje speciální spínací jednotku zvanou motorový spouštěč nebo stykač motoru. Když je pod napětím, přímý spouštěč (DOL) spouštěč okamžitě připojuje svorky motoru přímo k napájecímu zdroji. U menších velikostí je spouštěč motoru ručně ovládaný spínač; větší motory nebo ty, které vyžadují dálkové nebo automatické ovládání, používají magnetické stykače. Velmi velké motory pracující na zdrojích vysokého napětí (tisíce voltů) mohou jako spínací prvky používat výkonové jističe.

A přímo online (DOL) nebo přes čáru startér aplikuje plné síťové napětí na svorky motoru. Toto je nejjednodušší typ spouštěče motoru. Startér motoru DOL obsahuje také ochranná zařízení a v některých případech monitorování stavu. Menší velikosti přímých on-line spouštěčů jsou ovládány ručně; větší velikosti používají k přepnutí obvodu motoru elektromechanický stykač. Polovodičové přímé on-line spouštěče také existují.

Přímý spouštěč lze použít, pokud vysoký zapínací proud motoru nezpůsobí nadměrný pokles napětí v napájecím obvodu. Maximální velikost motoru povoleného pro přímý startér může být z tohoto důvodu omezena dodavatelskou společností. Například společnost může požadovat, aby venkovští zákazníci používali spouštěče se sníženým napětím pro motory větší než 10 kW.[5]

Spouštění DOL se někdy používá k zahájení malého rozsahu vodní pumpy, kompresory, fanoušci a dopravní pásy. V případě asynchronního motoru, jako je 3fázový motor s kotvou nakrátko, bude motor odebírat vysoký spouštěcí proud, dokud nedosáhne plné rychlosti. Tento počáteční proud je obvykle 6-7krát větší než proud při plném zatížení. Pro snížení zapínacího proudu budou mít větší motory spouštěče se sníženým napětím nebo pohony s nastavitelnou rychlostí aby se minimalizovaly poklesy napětí k napájecímu zdroji.

Zpětný startér může připojit motor pro otáčení v obou směrech. Takový spouštěč obsahuje dva obvody DOL - jeden pro provoz ve směru hodinových ručiček a druhý pro provoz proti směru hodinových ručiček, s mechanickým a elektrickým blokováním, aby se zabránilo současnému uzavření.[5] U třífázových motorů je toho dosaženo záměnou vodičů spojujících jakékoli dvě fáze. Jednofázové střídavé motory a stejnosměrné motory vyžadují další zařízení pro reverzní otáčení.

Spouštěče se sníženým napětím

Snížené napětí, hvězda-trojúhelník nebo softstartéry připojují motor k napájení prostřednictvím zařízení na snižování napětí a zvyšují aplikované napětí postupně nebo v krocích.[2][3][4] K zajištění spouštění motoru se sníženým napětím lze použít dva nebo více stykačů. Použitím autotransformátor nebo série indukčnost, na svorkách motoru je nižší napětí, což snižuje rozběhový moment a zapínací proud. Jakmile motor dosáhne části svého plného zatížení, startér se přepne na plné napětí na svorkách motoru. Vzhledem k tomu, že autotransformátor nebo sériový reaktor přenášejí spouštěcí proud těžkého motoru pouze na několik sekund, mohou být zařízení mnohem menší ve srovnání se zařízením s nepřetržitým hodnocením. Přechod mezi sníženým a plným napětím může být založen na uplynulém čase nebo může být spuštěn, když proudový senzor ukáže, že proud motoru se začal snižovat. An startér autotransformátoru byl patentován v roce 1908.

Pohony s nastavitelnou rychlostí

Hlavní článek: Pohon s nastavitelnou rychlostí

An pohon s nastavitelnou rychlostí (ASD) nebo pohon s proměnnou rychlostí (VSD) je vzájemně propojená kombinace zařízení, která poskytuje prostředky k řízení a úpravě provozní rychlosti mechanického zatížení. Elektrický pohon s nastavitelnými otáčkami se skládá z elektromotoru a regulátoru otáček nebo měniče výkonu a pomocných zařízení a vybavení. V běžném použití se výraz „drive“ často používá pouze pro ovladač.[3][4] Většina moderních ASD a VSD může také implementovat měkké spouštění motoru.[6]

Inteligentní řadiče

An Inteligentní ovladač motoru (IMC) používá a mikroprocesor k ovládání výkonových elektronických zařízení používaných k ovládání motoru. IMC monitorují zatížení motoru a odpovídajícím způsobem odpovídají motoru točivý moment na zatížení motoru. Toho je dosaženo snížením Napětí ke svorkám střídavého proudu a současně ke snížení proudu a kvar. To může poskytnout měřítko zvýšení energetické účinnosti pro motory, které po velkou část času pracují s lehkým zatížením, což má za následek méně tepla, hluku a vibrací generovaných motorem.

Relé proti přetížení

Startér bude obsahovat ochranná zařízení motoru. Minimálně by to zahrnovalo relé tepelného přetížení. Tepelné přetížení je navrženo tak, aby otevřelo spouštěcí obvod, a tím přerušilo napájení motoru v případě, že motor bude delší dobu odebírat příliš mnoho proudu ze zdroje. Nadproudové relé má normálně sepnutý kontakt, který se rozpíná v důsledku tepla generovaného nadměrným proudem protékajícím obvodem. Tepelné přetížení má malé topné zařízení, které zvyšuje teplotu s rostoucím proudem motoru.

Existují dva typy relé tepelného přetížení. V jednom typu, a bimetalový pás umístěný v blízkosti ohřívače se vychyluje, jak teplota ohřívače stoupá, dokud mechanicky nezačne vypínat zařízení a neotevře obvod, čímž dojde k přerušení napájení motoru v případě jeho přetížení. Tepelné přetížení pojme krátkodobě vysoký rozběhový proud motoru a zároveň jej bude přesně chránit před přetížením proudem. Cívka ohřívače a působení bimetalového pásu zavádějí časové zpoždění, které poskytuje motoru čas k rozběhu a usazení na normálním běžícím proudu bez vypnutí tepelného přetížení. Tepelná přetížení mohou být ručně nebo automaticky resetovatelná v závislosti na jejich použití a mají nastavovač, který jim umožňuje přesné nastavení na proud motoru.

Druhý typ tepelného nadproudového relé používá a eutektická slitina, jako pájka, pro udržení pružinového kontaktu. Když příliš dlouhou dobu prochází topným prvkem příliš mnoho proudu, slitina se roztaví a pružina uvolní kontakt, otevře řídicí obvod a vypne motor. Protože prvky z eutektické slitiny nejsou nastavitelné, jsou odolné proti náhodnému neoprávněnému zásahu, ale vyžadují výměnu prvku topné cívky tak, aby odpovídal jmenovitému proudu motoru.[5]

Elektronická digitální nadproudová relé obsahující a mikroprocesor lze také použít, zejména pro vysoce hodnotné motory. Tato zařízení modelují ohřev vinutí motoru sledováním proudu motoru. Mohou také zahrnovat měřicí a komunikační funkce.

Ztráta ochrany napětí

Startéry používající magnetické stykače obvykle odvozují napájení pro cívku stykače ze stejného zdroje jako napájení motoru. Pomocný kontakt od stykače se používá k udržení cívky stykače pod napětím po uvolnění příkazu pro spuštění motoru. Pokud dojde k okamžité ztrátě napájecího napětí, stykač se rozepne a znovu nezavře, dokud není vydán nový povel ke spuštění. to zabrání restartu motoru po výpadku proudu. Toto připojení také poskytuje malý stupeň ochrany před nízkým napájecím napětím a ztrátou fáze. Jelikož však cívky stykače budou udržovat obvod uzavřený s pouhými 80% normálního napětí přivedeného na cívku, není to primární prostředek ochrany motorů před nízkonapěťovým provozem.[5]

Servomotory

Hlavní články: Servopohon a Servomechanismus

Servomotory jsou širokou kategorií řízení motorů. Společné rysy jsou:

  • přesné řízení polohy uzavřené smyčky
  • rychlé zrychlení
  • přesné řízení otáček Servomotory mohou být vyrobeny z několika typů motorů, nejběžnější jsou:
    • kartáčovaný stejnosměrný motor
    • střídavé stejnosměrné motory
    • AC servomotory

Servopohony používají zpětnou vazbu polohy k uzavření řídicí smyčky. To je běžně implementováno s kodéry polohy, řešitelé a Hallovy senzory přímo měřit rotor pozice.

Jiné metody zpětné vazby polohy měří záda EMF v neotočených cívkách odvodit polohu rotoru nebo detekovat přechodový napěťový ráz (špička), který se generuje, kdykoli se okamžitě vypne napájení cívky. Proto se jim často říká „bezsenzorové“ metody řízení.

A servo lze ovládat pomocí pulzní šířková modulace (PWM). Jak dlouho zůstává pulz vysoký (obvykle mezi 1 a 2 milisekundami), určuje, kam se motor pokusí umístit. Další metodou řízení je puls a směr.

Regulátory krokového motoru

Hlavní článek: Krokový motor
6kanálový ovladač objektivu systému pro digitální fotoaparáty: Rohm BD6753KV

Krokový nebo krokový motor je synchronní, střídavý motor s více póly a vícefázovým motorem. Ovládání se obvykle, ale ne výlučně, provádí otevřenou smyčkou, tj., předpokládá se, že poloha rotoru sleduje řízené rotující pole. Z tohoto důvodu je přesné polohování pomocí stepperů jednodušší a levnější než ovládání s uzavřenou smyčkou.

Moderní krokové regulátory pohánějí motor s mnohem vyšším napětím, než je jmenovité napětí na typovém štítku motoru, a omezují proud sekáním. Obvyklé nastavení je mít polohovací ovladač, známý jako indexer, odesílání krokových a směrových impulsů do samostatného budicího obvodu vyššího napětí, který je zodpovědný za komutaci a omezení proudu.

Viz také

Reference

  1. ^ Národní asociace požární ochrany (2008). „Definice článku 100“. Národní elektrický zákon NFPA 70. 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169: NFPA. str. 24. Citováno 2008-01-15.CS1 maint: umístění (odkaz)
  2. ^ A b Siskind, Charles S. (1963). Elektrické řídicí systémy v průmyslu. New York: McGraw-Hill, Inc. ISBN  0-07-057746-3.
  3. ^ A b C Národní asociace požární ochrany (2008). „Článek 430 Motory, motorové obvody a ovladače“. Národní elektrotechnický předpis NFPA 70. 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169: NFPA. str. 298. Citováno 2008-01-15.CS1 maint: umístění (odkaz)
  4. ^ A b C Campbell, Sylvester J. (1987). Polovodičové ovládání střídavých motorů. New York: Marcel Dekker, Inc. ISBN  0-8247-7728-X.
  5. ^ A b C d Terrell Croft a Wilford Summers (ed), Příručka amerických elektrikářů, jedenácté vydání, McGraw Hill, New York (1987) ISBN  0-07-013932-6 stránky 78-150 až 7-159
  6. ^ "Měkký start". machinedesign.com.