Полное руководство по контроллеру двигателя

Что такое контроллер двигателя?

Контроллер двигателя относится к электрическому устройству, которое регулирует крутящий момент, скорость двигателя и мощность оборудования. Контроллеры двигателей обычно поставляются с ручными или автоматическими средствами остановки или запуска двигателя.

Что делает контроллеры двигателей такими важными? Ну а без этих устройств мотор не имеет необходимой защиты от перегрузок. Перегрузка может привести к сбоям в работе электрооборудования, которые потенциально могут повредить электронное оборудование.

Большинству двигателей для нормальной работы требуется не менее нескольких ампер. К сожалению, микроконтроллеры могут обеспечить только около 0,1 ампер, что слишком мало. Контроллер двигателя может помочь вам достичь необходимого количества ампер.

Типы контроллеров двигателей

Существует четыре основных типа контроллеров двигателей. Давайте подробнее рассмотрим каждый из них.

2.1 Контроллеры двигателей переменного тока

Контроллеры двигателей переменного тока изменяют входную мощность двигателей. Они достигают этого, регулируя частоту поступления энергии в двигатель. Целью этого является регулирование скорости и крутящего момента. Другие названия контроллеров переменного тока включают инверторы переменного тока, приводы с регулируемой скоростью и приводы с регулируемой частотой.

2.2 Контроллер двигателя постоянного тока

Как и контроллеры двигателей переменного тока, контроллеры двигателей постоянного тока также регулируют входную мощность. Контроллеры двигателей постоянного тока изменяют или изменяют источник тока для прямого вывода тока или частоты. Контроллер двигателя постоянного тока эффективно управляет крутящим моментом и скоростью двигателя.

2.3 Контроллер серводвигателя

Контроллер серводвигателя относится к электронному устройству, которое изменяет входную мощность, регулируя или регулируя источник тока до желаемой частоты, импульса или выходного тока. Как и контроллеры двигателей переменного и постоянного тока, серводвигатели идеально подходят для конкретных приложений. Контроллер серводвигателя подходит для приложений управления движением, особенно в производственной и строительной отраслях. Эти контроллеры контролируют положение, крутящий момент и скорость двигателя.

2.4 Контроллеры шаговых двигателей

Контроллер шагового двигателя — это электронное устройство, которое регулирует входную мощность. Контроллер делает это, настраивая источник тока на ступенчатый ток на выходе. Контроллеры шаговых двигателей идеально подходят для производства и строительства. Как и другие контроллеры в этом списке, контроллеры шаговых двигателей контролируют положение, крутящий момент и скорость двигателей. Другое название контроллеров шаговых двигателей — индексаторы двигателей.

Как работает контроллер двигателя?

Большинство начинающих дизайнеров и инженеров не понимают, как работают контроллеры двигателей. Интересно, это намного проще, чем вы думаете. Давайте рассмотрим эту тему более подробно.

3.1 Контроллер направления через H-мост

Этот процесс управления двигателем постоянного тока является одним из самых простых. В процессе задействованы две пары переключателей. Каждый раз, когда вы подключаете пару кнопок, цепь замыкается и генерирует питание.

Чтобы сделать 4-секционный двигатель, вы можете смешивать и сочетать переключатели или менять их полярность. Пользователи также могут изменить размер мостов H, чтобы они подходили для небольших систем.

3.2 Регулятор скорости с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)

Схемы ШИМ управляют скоростью двигателя, загружая или ограничивая напряжение питания печатной платы. Эти схемы имеют сглаживающий эффект за счет индукции катушки. Если вы хотите изменить скорость, направление или торможение, можно комбинировать схемы ШИМ с Н-мостами.

3.3 Контроллер якоря через переменное сопротивление

Другой способ изменить скорость двигателя постоянного тока — изменить валюту, проходящую через катушку или якорь. Скорость вращения вала может варьироваться в зависимости от подачи тока. Это потому, что оно пропорционально магнитному полю, создаваемому током в якоре.

Рассмотрите возможность добавления резисторов к якорю, если вы хотите ограничить скорость двигателя. Чтобы увеличить скорость, добавьте сопротивление статора.

Добавление резисторов к обмотке якоря означает, что вы выделяете больше тепла и теряете энергию. Вот почему этот метод может быть неэффективным.

3.4 Выключение двигателя

Чтобы выключить двигатель, просто отключите подачу напряжения на печатную плату. Вы также можете открыть переключатели в двигателе. Вы можете открыть переключатель, подключенный к двум.

3.5 Торможение двигателем

Когда дело доходит до торможения двигателем, вы можете использовать один из трех методов. Во-первых, это динамическое торможение. Этот метод включает в себя отключение питания двигателя.

Второй тип торможения известен как инжекторное торможение. Этот метод применим только к управлению двигателем переменного тока. После отключения питания и подачи питания постоянного тока; вместо этого вы создаете магнитное поле, которое либо замедляет, либо останавливает двигатель, изменяя направление вращения двигателя.

Существует также рекуперативное торможение, которое работает так же, как и динамическое торможение. Вы отключаете источник питания, а затем возвращаете его к источнику питания через вращающийся двигатель. Рекуперативное торможение может зарядить аккумулятор. Аккумулятор затем будет подавать ток на двигатель.

Критерий выбора контроллера двигателя

Какой критерий следует использовать при выборе контроллера двигателя? В этом разделе мы обсудим два из них.

4.1 Электрические характеристики

Когда речь заходит об электрических характеристиках, следует обратить внимание на следующие моменты:

Максимальное выходное напряжение

Выход рассматриваемого устройства всегда должен соответствовать выходу всей системы.

Номинальная мощность

Максимальная мощность, которую может использовать двигатель.

Напряжение питания переменного/постоянного тока

Напряжение питания переменного/постоянного тока направлено на достижение безупречной работы.

Непрерывный выходной ток

Обычно устройство проводит ток, не превышая ограничений по теплу.

Типы автобусов

Вы, наверное, слышали о типах шин, которые состоят из передовых технологий.

Однофазные/трехфазные входы

Как правило, можно использовать приложения низкого или высокого давления.

Частота контроллера двигателя

Контроллеры двигателей обычно используют частоты в диапазоне от 50 Гц до 400 Гц.

4.2 Эксплуатационные характеристики

Производительность контроллеров моторов зависит от системы управления и проектных настроек. Можно добавить различные типы ручных элементов управления, например ручки, перемычки, потенциометры и т. д. В качестве альтернативы можно использовать компьютерные элементы управления, например джойстик, цифровую панель и т. д.

4.3 Особенности

Выбор контроллера мотора является гибким и зависит от функций, которые вы хотите включить в него. Различные контроллеры двигателей имеют дополнительные функции. Например, вы можете выбрать функцию плавного пуска, которая позволяет вам определять время включения вашего устройства.

Контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока и контроллеры двигателей постоянного тока с щеточными двигателями

Существует два основных типа двигателей постоянного тока:щеточные и бесщеточные. Контроллеры щеточных двигателей постоянного тока являются одними из старейших видов контроллеров двигателей. Выпрямление двигателей щеток обычно осуществляется от источника постоянного тока. Контроллер имеет ротор, несколько щеток и ось. Полярность и заряд этих щеток определяют скорость и направление вращения двигателя.

Контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока стали чрезвычайно популярными в основном из-за их эффективности. Эти контроллеры двигателей выглядят так же, как и контроллеры двигателей с щетками, но без щеток. Двигатели также оснащены специальной схемой, которая управляет направлением и скоростью. Нам нужно повысить эффективность бесщеточных двигателей, установленных вокруг магнита ротора.

В чем разница между драйвером двигателя и контроллером двигателя?

Вы должны управлять любой электроникой, которая содержит колеса или другие моторизованные части, от микроконтроллера. Как мы указывали ранее, стандартные микросхемы могут выдавать только небольшое количество тока. Следовательно, вы не можете эффективно управлять двигателями напрямую, независимо от их размера. Здесь на помощь приходят водители автомобилей.

Драйверы двигателей используют более крупные микросхемы для обработки более высоких уровней тока и более высоких напряжений, чем обычные 5 В / 3,3 В микроконтроллера. С драйвером двигателя вы можете управлять более массивной нагрузкой.

Итак, чем драйвер двигателя отличается от контроллера двигателя? Ну, водители двигателей просто управляют возможностью управлять двигателями. С другой стороны, в контроллеры двигателей встроены все логические схемы. Вы можете управлять контроллерами двигателей с помощью интерфейса более высокого уровня, например, ШИМ-сигнала, аналогового входа, USB и т. д.

Контроллер переменной скорости

Приводы с регулируемой скоростью

Приводы с регулируемой скоростью

Микроприводы

приводы переменного тока

Инверторы

7.1 Контроллер переменной скорости для двигателя переменного тока

Как мы намекали ранее, регуляторы скорости переменного тока работают, чередуя напряжение и частоту электродвигателей. Эти частотные приводы имеют множество применений, включая конвейерные ленты, насосы для бассейнов, токарные станки, мельницы, воздушные компрессоры, вентиляторы систем отопления, вентиляции и кондиционирования и т. д. Регуляторы скорости переменного тока отличаются высокой энергоэффективностью, в отличие от систем управления частотой двигателей постоянного тока. Неудивительно, что сейчас многие конструкторы предпочитают дооснащать регуляторы скорости постоянного тока опциями переменного тока.

Разные напряжения контроллера скорости двигателя

Контроллеры скорости двигателя доступны для различных вариантов напряжения, включая 12 В, 24 В и 90 В. Хотя все три имеют много общего, есть и очевидные различия. В целом, все три конструктивные особенности практически одинаковы. Основное отличие состоит в том, что контроллер двигателя на 12 В обычно потребляет в два раза больше тока, чем потребляет двигатель на 24 В. Контроллер двигателя на 90 В, в свою очередь, снимает наименьшее количество тока со своего источника питания. Для любой заданной механической нагрузки есть аналогичный источник питания для трех. Выбирая между тремя вариантами, представитель компании должен предоставить более подробную информацию, чтобы вам было легче принять правильное решение.

Во многих случаях цена регуляторов скорости двигателя существенно не отличается, несмотря на разницу в напряжении. Это особенно актуально, когда вы покупаете контроллер мотора для одного и того же приложения.

Однако двигатели отличаются проводкой. Провода для контроллера мотора на 24 В обычно меньше, чем у контроллера мотора на 12 В. Несмотря на размер, провода меньшего размера могут эффективно передавать энергию.

Пускатели двигателей

Пускатели двигателей в настоящее время являются одними из лучших изобретений для управления двигателями. Пускатели — это электрические устройства, которые регулируют электрическую мощность, необходимую для запуска двигателя. Инструменты также помогают останавливать, реверсировать и защищать электродвигатели.

Как правило, начало состоит из двух основных компонентов:

• Контактор

Контактор управляет током, поступающим в двигатель. Этот компонент может включать или отключать питание электрической цепи.

• Реле перегрузки

Когда двигатель потребляет слишком много электрического тока и перегревается, он может сгореть. Функция реле перегрузки состоит в том, чтобы этого не произошло.

9.1 Типы пускателей двигателей?

Как правило, существует два типа запуска двигателя. Это:

• Ручные пускатели

Как следует из названия, ручные пускатели — это устройства, требующие ручного управления. Стартеры значительно просты в эксплуатации и обычно не требуют вмешательства специалиста. На самом устройстве есть кнопка, которую вы используете при включении и выключении оборудования. Некоторые из особенностей, которые делают ручные пускатели предпочтительными по сравнению с другими типами пускателей, включают:

Безопасный и экономичный в эксплуатации.

Они достаточно компактны, чтобы их можно было использовать в самых разных приложениях.

Предлагайте низкую перегрузку. Обнаружение двигателя, поэтому он защищен от повреждений.

Их первоначальная стоимость невелика.значительно

Они поставляются с бесконечным выбором корпусов.

• Магнитные пускатели двигателей

Магнитные пускатели двигателей требуют электромагнитного управления. Обычно для запуска пускателя двигателя требуется более низкое и безопасное напряжение по сравнению с напряжением двигателя. Магнитные пускатели двигателей оснащены электрическими контакторами и реле перегрузки, чтобы защитить их от чрезмерного тока и перегрева.

Подробнее о контроллерах двигателей

Как вы видели из того, что мы рассмотрели в предыдущих разделах, тема контроллеров двигателей обширна. Вот еще несколько вещей, которые могут вас заинтересовать.

10.1 Контроллер двигателя Arduino

Контроллеры двигателей Arduino позволяют управлять шаговыми двигателями постоянного тока, шаговыми двигателями, соленоидами и реле. Контроллеры двигателей представляют собой двойные полномостовые драйверы, которые управляют асинхронными двигателями. С платой Arduino вы можете управлять двумя двигателями постоянного тока и контролировать каждое направление и скорость. Этот контроллер двигателя также позволяет, среди прочего, измерять потребление тока отдельными двигателями.

10.2 Контроллер мотора Sabertooth

Контроллеры двигателей Sabertooth являются одними из самых универсальных и эффективных доступных драйверов сдвоенных двигателей. Эти контроллеры двигателей хорошо работают с мощным оборудованием, например, с роботами весом до 300 фунтов. С контроллерами двигателей Sabertooth можно достичь пиковых токов до 50 А на канал в течение нескольких секунд. Эти контроллеры двигателей имеют защиту от перегрева и перегрузки по току, поэтому вам не нужно беспокоиться о случайных остановках, которые могут привести к гибели водителя.

10.3 Контроллер двигателя Spark

Контроллер двигателя Spark — один из самых доступных контроллеров частоты коллекторных двигателей постоянного тока. Этот контроллер имеет непрерывный ток 60А и имеет пассивное охлаждение. Другие впечатляющие функции включают двунаправленные концевые выключатели, обеспечивающие интеллектуальное управление, и светодиодные индикаторы состояния. Эти и другие функции делают эти контроллеры двигателей одними из самых популярных на рынке.

10.4 Контроллер двигателя Vex

Одной из отличительных особенностей контроллеров двигателей Vex является использование стандартных ШИМ-сигналов для управления проводным двигателем. При использовании этих контроллеров моторов лучше всего использовать только один 3-жильный удлинительный кабель между микроконтроллером и контроллером мотора. Отличительные особенности контроллеров U могут нуждаться в более длинных расширениях; однако вы можете использовать 2-проводные удлинительные кабели между контроллером и двигателем.

10.5 Контроллер двигателя Talon

Контроллеры двигателей Talon оснащены встроенным ПИД-регулятором, а также впечатляющими протоколами связи. Что делает эти контроллеры такими желанными, так это то, насколько они компактны и легки.

10.6 Контроллер двигателя Тесла

Контроллеры электродвигателей Tesla — одни из последних продуктов на рынке. Каждый из этих контроллеров оснащен асинхронным электродвигателем переменного тока, который вращается со скоростью до 16 000 об/мин для больших устройств и до 18 000 об/мин для небольших и маломощных вариантов.

Контроллеры двигателей Tesla также оснащены контроллером/инвертором, а также дифференциалом. Каждый блок имеет сменную плату контроллера электромобиля Stealth для эффективной связи по шине CAN.

10.7 Контроллер двигателя Raspberry Pi

Контроллеры двигателей Raspberry имеют двойную микросхему питания H-Bridge, которая управляет индуктивными нагрузками до 5 А на один мост. Устройства поддерживают впечатляюще широкий диапазон напряжений (6–8 В).

10.8 Контроллер двигателя Curtis

Контроллер двигателя Curtis обеспечивает плавное и эффективное управление скоростью для различных дорожных транспортных средств. Эти контроллеры также очень тихие и экономичные. В современных контроллерах двигателей Curtis используется технология MOSFET, отсюда и многие преимущества, ранее недоступные в более старых моделях.

10.9 Контроллер двигателя SCR

Контроллеры мощности SCR существуют уже более полувека. Первоначально эти контроллеры мощности могли обрабатывать только несколько сотен ватт. Сегодня контроллеры электродвигателей SCR могут потреблять мегаватты мощности. В настоящее время контроллеры электродвигателей SCR находят применение в самых разных отраслях промышленности.

Контроллеры SCR имеют схему управления и тиристоры. Эти контроллеры могут переключать ток в течение миллисекунд бесчисленное количество раз. Как правило, контроллеры SCR более доступны и надежны, чем регулируемые трансформаторы и контакторы.

10.10 Контроллер скорости однофазного двигателя переменного тока/контроллер сдвоенного двигателя/контроллер трехфазного двигателя

С развитием технологий контроллеры двигателей становятся все более сложными. Современные контроллеры двигателей имеют более высокую, более удобную и экономичную производительность, чем предыдущие модели. Эти контроллеры также доступны в различных решениях. Сегодня вы можете найти однофазные, двухфазные и трехфазные контроллеры двигателей.

Контроллеры однофазных двигателей переменного тока по-прежнему являются ведущим решением, когда речь идет о приложениях для движения воздуха и компрессоров. Это потому, что они широко доступны и экономически эффективны. Эти контроллеры используются в большинстве низкопроизводительных систем.

На сцену вышли двух- и трехфазные контроллеры двигателей, которые добились значительного прогресса, хотя они сравнительно сложнее и дороже, чем их однофазные аналоги. Однако в последнее время инженеры работают над тем, чтобы сделать контроллеры всех фазных двигателей максимально эффективными.

Приложения контроллера двигателя

Вы можете думать, что почти в каждой области есть контроллер двигателя. Ниже приведены некоторые из наиболее популярных приложений этих устройств.

11.1 Многоосевые контроллеры

Эти устройства определяют, контролируют и отслеживают требования к движению.

11.2 Роботизированные контроллеры движения

Аппаратные и программные средства роботизированных контроллеров движения очень полезны в механических системах.

11.3 Сервоусилители

Контроллеры двигателей помогают генерировать аналоговые сигналы, которые затем могут создавать дополнительную мощность или электрический ток.

11.4 Инверторные приводы

Инверторные приводы необходимы при преобразовании входной мощности переменного тока в мощность постоянного тока.

11.5 Микроконтроллер

Микроконтроллер помогает регулировать поток цифровых данных.

11.6 Кремниевые выпрямители (SCR)

SCR работает с двигателем постоянного тока для точной настройки переменного тока в постоянный.

11.7 Цифровые сигнальные процессоры

Микропроцессор может манипулировать данными в режиме реального времени.

Это включает в себя аудиовизуальные материалы, давление, тепло и местоположение. Затем устройство обрабатывает эти данные с помощью различных элементов управления.

11.8 Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция также называется скалярным управлением. Контроллеры двигателей могут преобразовывать переменное напряжение и частоту в постоянный ток, работа которого основана на синусоидальной кривой.

Заключение

Контроллер двигателя будет оставаться неотъемлемой частью всех видов промышленности, учитывая огромную роль в различном электрическом оборудовании и машинах. Со всей информацией, которую мы включили в это подробное руководство, вам будет проще решить, какой контроллер мотора лучше всего подходит для ваших приложений. Следует помнить, что разные контроллеры имеют разные функции, требования к питанию и приложения.

Конечно, всегда полезно обратиться за профессиональной помощью, когда вы чувствуете, что застряли. Важным шагом в обеспечении того, чтобы выбранный вами контроллер мотора был самого высокого качества, является сотрудничество с известным производителем контроллеров моторов. Если вы хотите получить дополнительную информацию о контроллере, вы можете связаться с нами, и мы вместе обсудим дополнительные сведения.