Управление коллекторным двигателем и мотор-редуктором постоянного тока

Коллекторный электродвигатель постоянного тока довольно прост в вопросе функционирования и является достаточно универсальным в своем роде, однако, при возникновении необходимости регулировки скорости вращения вала могут возникнуть проблемы. Такие двигатели имеют три основных недостатка – довольно небольшой момент на низких скоростях вращения, высокий уровень помех и малый ресурс. Помимо скорости, есть и другие параметры требующие управления – плавный старт и остановка, реверс, работа с внешними сигналами (датчиками).

Регулировка скорости коллекторного двигателя постоянного тока

Самым распространенным решением данного вопроса является использование метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Он заключается в подаче на двигатель однополярных прямоугольных импульсов. Постоянная составляющая, которая образуется в результате подачи таких сигналов, рассматривается двигателем как интегратор и соответственно, влияет на скорость. Популярность метода обусловлена достаточной простотой, тем фактом что при его использовании не обязательно «цеплять» большие радиаторы для отвода тепла, и достаточно высоким КПД.

Менее распространено изменение значения  подаваемого напряжение для регулировки скорости электродвигателя. Да, этот способ наиболее логичен, однако он имеет ряд своих недостатков. Использование регулируемых стабилизаторов напряжения неизбежно влечет за собой применение радиатора для минимизирования рассеивания мощности. А согласно даже примитивным расчетам, радиатор потребуется на довольно большую рассеиваемую мощность, что является дополнительными затратами и усложнением схем.

Регулировка старта и остановки (плавный пуск и торможение двигателя)

Эта регулировка необходима для исключения негативных составляющих при возникновении ударных моментов при запуске, и, как следствие, продления срока службы электродвигателя (исключение его перегревания и, как следствие, нарушение функционирования). Для этого используется фазовый метод, который заключается в постепенном увеличении питающего напряжения до номинала. При помощи него плавно увеличивается ток в обмотках, что исключает возникновение резкого переходного процесса срезкой просадкой напряжения. Данный способ отличается своей дешевизной и надежностью.

Управление направлением вращения двигателя, реверса 

Сам по себе, реверс — это изменение направления вращения без предварительной остановки двигателя, которое можно добиться несколькими путями. Одним из способов, является статический, а именно – изменение полярности на выходе преобразователя в обмотке якоря. Этот способ не всегда удобен, так как обуславливает наличие большой постоянной времени обмотки возбуждения. Векторное управление, происходит за счет применения датчика обратной связи. В двигателях постоянного тока реверсирование достигается двумя путями – изменением полярности на зажимах обмотки якоря, в результате чего наступает торможение благодаря противотоку, а затем пуск в обратную сторону – реверс. Либо используется изменение полярности напряжения на зажимах обмотки возбуждения – процесс и результат тот же что в первом случае.

Контроллер для управления коллекторным двигателем постоянного тока

Чтобы решить все задачи по управлению двигателями постоянного тока наиболее удачным решением является использование специализированного контроллера или микроконтроллера. Использование микроконтроллера — самый оптимальный вариант, в случае, если есть возможность самостоятельной доработки схемы управления. В случае же, когда требуется готовое решение для быстрого внедрения, лучше всего использовать готовый контроллер для управления двигателем. Готовый контроллер подразумевает регулирование скорости двигателя, выбор направления вращения вала или осуществление реверса. По заданным условиям реализуется плавный разгон и торможение. Наиболее востребованными опциями являются работа с внешними датчиками и потенциометрами, дистанционное управление, передача данных с использованием промышленных интерфейсов (RS-485, Etherned, Profibus и другие).