Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулятор оборотов

Регулятор оборотов

Регулятор оборотов – это устройство, изменяющее скорость вращения вала двигателя. Чаще подразумеваются электрические устройства.

Зачем нужно регулировать скорость

Помимо очевидных причин, когда устройство оборудования требует наличия нескольких скоростей, называют ряд иных причин. К примеру, асинхронные двигатели на старте потребляют большой ток и не способны развить полный крутящий момент. Следовательно, подъёмники лифта начинают вращаться медленно. Между тем, асинхронные электродвигатели трёх фаз с короткозамкнутым ротором считаются сегодня максимально распространённым видом оборудования. В большинстве применяются следующие способы регулирования:

  1. Изменение скольжения за счёт внедрения реостатов. Обычно включаются в цепь фазного ротора через токосъёмники в виде колец. Начальные условия сильно зависят от нагрузки на вал.
  2. Изменение частоты вращающегося поля сегодня применяется чаще, но остаётся диковинкой. Преобразователи изменяют частоту плавно или ступенями. Порой производится коммутация для изменения числа полюсов обмотки. В последнем случае скорость повышается ступенями. Применяют значения: 750, 1500, 3000, 500, 600 и 1000 оборотов в минуту, соответственно, и количество полюсов – 2, 4, 6 и т.д.
  3. Изменение амплитуды питающего напряжения. Применяется для всех типов электрических двигателей. А для коллекторных часто производится изменение передаваемой мощности путём модуляции ШИМ (в стиральных машинах, к примеру, изменяется угол отсечки напряжения).

Если брать конкретные примеры, коммутация обмоток считается более простым средством, нежели построение преобразователя частоты. По указанной причине способ применяется чаще. Режимы работы условно разбиты на четыре группы:

  • Двигатель при любой скорости отдаёт одинаковую мощность. Режим характерен для большинства станков по обработке металла, древесины.
  • Мощность возрастает пропорционально скорости. Часто встречается в кондиционерах.
  • Мощность на валу опережает рост скорости: центробежные насосы, вентиляторы.
  • Мощность на высоких скоростях понижается.

На практике чаще встречаются первые две группы: P = const, M = const. Применение многоскоростных двигателей улучшает, как правило, технологический процесс:

  1. Станки деревообрабатывающей промышленности, где скорость холостого хода сильно отличается от рабочей.
  2. Плавный пуск лифтов требует подстройки скорости. Постепенно платформа набирает обороты.
  3. Контроль усилия вала с целью бережного отношения к оборудованию. Любая бытовая мясорубка подходит под определение. В кухонных комбайнах присутствует, помимо ручного, и автоматический регулятор оборотов. Тиристорная схема ориентируется на уровень искрения и гибко подстраивает режимы.
  4. Установки, на скорость работы которых влияет время суток. К примеру, климатические системы.
  5. Оборудование нефтяных скважин, где единственный двигатель используется для различных задач. Сюда относится и отрасль прокатки стали.
  6. Двигатели с комбинированными регуляторами оборотов.

Дополнительным преимуществом регулятора оборотов асинхронного двигателя становится возможность значительного снижения пусковых токов. Порой способны до 10 раз превышать номинальные, что становится причиной сбоя защитной автоматики. Выгодным в этом плане смотрится переключение числа полюсов, что используется в судовых двигателях. В станках часто используются механические регуляторы оборотов, аналогично скажем про автомобили (коробки передач).

В электрическом ручном инструменте изменение преимущественно плавное. Регулятор скоростей выполняется в виде потенциометра, изменяющего параметры питания транзисторного или тиристорного ключа, варьируя напряжение питания. Реверс коллекторных двигателей производится перекоммутацией обмоток, для электрического инструмента это редко актуально, не считая шуруповёртов. Кухонные комбайны демонстрируют, как правило, ряд скоростей и реверс. Иногда удобен один способ, иногда другой, все зависит от компромисса между ценой и простотой изделия. В промышленности, помимо указанных, фигурируют прочие факторы.

Механическая характеристика двигателя

Вращающий момент двигателя считается важнейшей характеристикой. Обычно величина падает с повышением оборотов, если потребляется прежняя мощность. Формулу зависимости вращающего момента от мощности нелегко найти в учебниках и современном интернете, указана на скрине. У каждого двигателя отмечаются номинальные параметры и предельные. Это касается и вращающего момента.

Формула зависимости вращающего момента

Скорость вращения зависит от упомянутого параметра, вдобавок они обратно пропорциональны. Потому шофёр перед въездом на подъем снижает передачу. Для асинхронного электрического двигателя связь представлена на графике. Форма кривых демонстрирует, что скорость вращения вала на генерацию всегда больше двигательной. И это правильно, между вращающимся полем и ротором всегда останется разница. Следовательно, для генерации частоты напряжения 50 Гц ось должна делать больше оборотов (свыше 3000 в минуту).

График скорости вращения вала

Из механической характеристики проистекает, что при торможении возникает большой отрицательный момент, что эквивалентно отдаче мощности назад в сеть. Налицо известная многим реактивная составляющая в одном из проявлений. Рабочим участком становится а-б, где двигатель способен развить максимальный момент. Механические характеристики двигателя используются для вычисления схемы построения регулятора оборотов. К примеру, для двигателей с короткозамкнутым ротором, нагруженным на реостат, это линии 2-4. Все регуляторы оборотов оцениваются по механической характеристике.

Вариатор скорости

Бесступенчатые коробки передач сегодня прочно обосновались в автомобильной промышленности. Их особенностью считается плавная подстройка скорости под нужды водителя. Выполняется ременной передачей через систему конусов. От их количества и параметров зависит успешность функционирования устройства.

В промышленности вариаторы бывают электрическими, механическими или гидравлическими. О ручном управлении нет речи в силу больших мощностей. К примеру, лошадиная сила не дотягивает даже до киловатта. Понтиак на 700 коней не крут, если сравнить с турбиной ГЭС, развивающей мегаватты. Конечно, электростанция не содержит вариатора в виде регулятора скорости вращения вала. Пример приведён для создания представления о мощностях, фигурирующих на производстве.

Бесступенчатые регуляторы скорости – непременный спутник станков для точной и качественной обработки деталей. Так было до появления электронных контроллеров. Большинство промышленных вариаторов оперируют с коэффициентами умножения до 5 включительно. Расширенный спектр скоростей скачком усложняет конструкцию, что сильно снижает выгоды от применения технологии. Снижается надёжность переключения. На практике делают следующим образом:

  1. Берётся двигатель с коммутируемыми полюсами на две скорости с отношением 1 к 4.
  2. Момент передаётся на исполнительную часть станка через вариатор с идентичным диапазоном.
  3. В результате получается установка, где перекрываются все значения. Подобное используется и в автомобильных вариаторах.

Допустимо в описанную кинематическую цепь добавлять иные редукторы, ременные или клиновидные, производя дальнейшее расширение диапазона.

Муфты скольжения

Муфты скольжения асинхронных двигателей ограничены соотношением 1 к 4 и позволяют плавно изменять скорость. КПД такого устройства занижено на величину скольжения (в литературе обозначается через S). Под скольжением понимается разница между скоростями вращения ротора и привода оборудования. При разнице в 80% (максимум) КПД составит лишь 20%. Потеря мощности происходит целиком на барабане муфты.

Указанный способ находит ограниченное применение. Используется в комбинированном варианте: сочетание многоскоростного двигателя с муфтой сравнительно узкого диапазона. В результате КПД ощутимо возрастает. Чтобы полнее проиллюстрировать сказанное, рассмотрим пример:

  1. При использовании муфты скольжения с регулировочным диапазоном 1 к 5 КПД составляет 20%.
  2. Двигатель мощностью 5 кВт четыре из них станет рассеивать на силы трения в муфте. Ремень проскальзывает вокруг барабана, снижая скорость передачи.

Коммутация обмоток

Это простейший способ изменения скорости двигателя, но затратный по сборке. Часто применяется в напольных вентиляторах как максимально незаметный. В результате пара-тройка кнопок на стойке позволяют выполнить необходимые манипуляции. Обычно двигатели указанного типа показывают две, три или четыре скорости. Как правило, это модели с короткозамкнутым ротором.

Минус описанного технического решения в том, что теряется мощность на низких скоростях, используется лишь часть обмотки. На практике тяжело найти мотор с числом обмоток более двух. Анализ показывает, что уже в этом случае расходуется наполовину больше меди, а стали – на 30-40%. Одновременно наблюдается эффект снижения КПД за счёт падения коэффициента мощности (увеличивается реактивное сопротивление). Это прослеживается на примере асинхронных двигателей 220 В с пусковой обмоткой, неизменно отключающейся, когда ротор наберёт обороты. Это делается для снижения доли реактивной мощности.

Две отдельные обмотки дают и преимущества, иначе бы их не использовали. Схема коммутации получается проще, а технические характеристики мотора максимально приближены к заданным. В двигателях с отношением скоростей 1 к 2 непременно применяется единственная обмотка. Две обмотки встречаются в трёхскоростных моделях. Особенно сложны трёхфазные двигатели, где при одинаковом числе номиналов оборотов встречается разное число выводов, что зависит от схемы включения (треугольник, звезда и пр.).

Именно на процесс сборки обращают внимание при конструировании. К примеру, для получения четырёх скоростей с минимальным количеством выводов требуется брать соотношения, как 1 к 2: 500, 750, 1000, 1500 или 500, 1000, 1500, 3000. Иначе количество контактов коммутационного реле сильно возрастает. В итоге большая часть многоскоростных двигателей демонстрирует две обмотки.

Пусковые реостаты

Часто для изменения скорости вращения вала используются сопротивления в цепи трёхфазного статора. На момент пуска регистрируется крайне большой ток, для погашения реостат задействуется на полную. По мере разгона разность между полями снижается, сопротивления становятся меньше. Этим увеличивается потокосцепление, вал выходит постепенно на номинальный режим. В конечном итоге реостат замыкается параллельно через реле и отключается. Исходными данными для расчёта величин станут:

  1. Тип двигателя. Читается по маркировке.
  2. Режим работы. К примеру, длительный. Данные берутся из паспорта.
  3. Номинальная мощность обычно указана на шильдике.
  4. Номинальное напряжение указывается отдельно для звезды и треугольника, допустим, 220 и 380 В.
  5. Номинальный ток. Обычно указывается линейный (между фазами).
  6. Скорость вращения вала.
  7. Иногда указываются: схема соединения обмоток ротора, номинальная ЭДС на его разомкнутых зажимах при номинальном напряжении, номинальный ток ротора (в рабочем режиме).
Читать еще:  Электродинамика что такое двигатель

Регуляторы скорости вращения вентилятора: виды и правила подключения

В этой статье мы поговорим о том, какие виды контроллеров существуют, и поговорим о том, как подключить регулятор скорости вентилятора самостоятельно.


Существуют следующие виды регуляторов вентиляторов, различающиеся между собой по принципу действия:

  • тиристорные;
  • симисторные (наиболее распространенные в бытовых приборах);
  • частотные;
  • трансформаторные.

Тиристорные контроллеры используются для регулировки числа оборотов однофазных вентиляторов переменного тока. Скорость вращения лопастей меняется в большую или меньшую сторону в зависимости от величины среднеквадратичного напряжения, поступающего от регулятора.

Инвертор Omron – пример частотного регулятора скорости вращения вентилятора.

Второй тип — частотные регуляторы (преобразователи частоты) получили свое название благодаря своей способности изменять частоту тока, что приводит к пропорциональному изменению скорости вращения вентилятора. При этом они помимо частоты тока могут изменять также и напряжение от 0до 480В, а также угол сдвига фаз между током и напряжением, что позволяет регулировать не только частоту вращения, но и такой важный параметр как вращающий момент электродвигателя вентилятора. Благодаря этому значительно расширяется диапазон регулировки частоты вращения вентилятора, обеспечивается его долговременная работа на всех режимах работы. Такие элементы устанавливаются в основном в промышленных объектах, а в быту их можно встретить, например, в кондиционерах большой мощности; Основные достоинства таких регуляторов: возможность работы с 3-фазным оборудованием, точное регулирование частоты и момента вращения с возможностью управления с компьютера, возможность регулирования по сложным алгоритмам с использованием внешних датчиков, меньший уровень помех и высокая долговечность вентилятора по сравнению с предыдущим типом регулятора. Стоит упомянуть, что меньший уровень помех и высокая долговечность обеспечиваются только в том, случае, если частотный преобразователь оборудован синусоидальным фильтром. В противном случае надежность системы окажется даже ниже, чем у тиристорного регулятора. Основной недостаток частотных регуляторов — высокая стоимость и большие размеры. Поэтому их применяют в дорогом оборудовании, как правило большой мощности.

Примеры синусоидальных фильтров для частотных преобразователей — дроссели Skybergtech.

Третий тип — регуляторы трансформаторного типа, являются оптимальным решением для большинства ситуаций, где нужно регулировать частоту вращения вентилятора вручную. Изменение напряжения на выходе происходит вследствие переключения обмоток трансформатора переключателем. При этом не происходит искажения формы синусоиды питающего напряжения и, в следствии этого, не возникают помехи, влияющие как на другие устройства, так и двигатель самого вентилятора. Более того, пониженное выходное напряжение такого регулятора приводит к увеличению ресурса вентилятора, а не к его понижению, как в случае с тиристорным регулятором. Умеренная стоимость и самая большая из всех видов регуляторов надежность, позволяет использовать этот тип во всех приложениях с мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт. Отличительной особенностью таких устройств является возможность долговременной непрерывной работы на необслуживаемых объектах и устойчивость к перегрузкам. Допускается работа таких регуляторов с однофазным или трехфазным электрическим током. Особо стоит подчеркнуть уникальную возможность некоторых моделей давать гальваническую развязку с сетью, что позволяет использовать такие регуляторы, например, в медицинских учреждениях. Регуляторы такого типа как правило имеют габариты и вес, сравнимые с частотными преобразователями. К недостаткам таких регуляторов можно отнести сложность внешнего управления. Но при стационарном размещении с ручным управлением этот недостаток полностью перекрывается их преимуществами. Также, по сравнению с частотным регулятором, надо отметить снижение момента вращения с понижением скорости вращения, что может приводит к затруднениям при запуске в сложных условиях эксплуатации. Но это компенсируется в несколько раз меньшей ценой, что делает этот тип регулятора превосходным решением в большинстве бытовых и промышленных приложений.

Рассмотрим трансформаторные регуляторы скорости вращения вентиляторов на примере линейки ARW от европейского производителя Breve Tufvassons.

Данные регуляторы устанавливаются в промышленных вентиляционных и отопительных системах. Регулировка однофазных вентиляторных двигателей осуществляется путем изменения напряжения. Для пятиступенчатой настройки скорости вращения служит ручка на панели корпуса. Регуляторы оснащены независимым выключателем, который подсвечивается, когда регулятор работает, а также встроенным плавким предохранителем. Регулятор размещен в пластиковом корпусе, имеет степень защиты IP54 и способен работать при максимальной температуре окружающей среды до + 40 °C.

Подключение регулятора вращения вентилятора

Рассмотрев основные типы контроллеров и принцип их работы, перейдем к вопросу о том, как подключить регулятор скорости вращения вентилятора. Проще всего доверить эту работу специалистам, но такая задача не является слишком сложной, особенно в отношении обычных бытовых приборов. Если хотите сэкономить или любите заниматься подключением электромеханических приборов самостоятельно, то сможете обойтись без посторонней помощи.

Подключение регулятора скорости вентилятора производится после его монтажа. В зависимости от вида обслуживаемого оборудования и конструктивных особенностей установка регулирующих элементов может производиться:

· в стену или на нее (по типу накладной розетки);

· внутрь корпусной части оборудования (компьютера или другого аппарата);

· внутрь шкафа управления «умным домом» (в виде клеммной колодки).

Перед тем как подключить регулятор числа оборотов вентилятора, необходимо внимательно прочитать прилагаемую инструкцию. Каждый уважающий себя производитель включает ее в комплект поставки. В документе содержатся рекомендации, которые следует учитывать не только при подключении, но и при эксплуатации, а также техническом обслуживании прибора.

При креплении модели на стену или внутрь нее используются дюбели или шурупы. Крепежные элементы, как правило, тоже входят в комплект поставки. Схема подключения регулятора оборотов вентилятора внесена в приложенную инструкцию. Воспользовавшись ей, можно значительно облегчить свою задачу.

Обычно самостоятельно подключают бытовые, а не промышленные вентиляторы. Поэтому подробно рассматривать особенности установки и подключения контроллеров мощных устройств, используемых в промышленности, смысла нет. На рисунке ниже приведена простая схема подключения регулятора скорости вентилятора симисторного типа, которые, как уже говорилось, наиболее распространены в бытовой технике.

Подсоединение элемента к проводу питания производится в соответствии с приложенной схемой. Кабели (фазный, нулевой и заземляющий) разрезают, а затем в соответствии с инструкцией соединяют с клеммами входа и выхода. Если вентилятор оснащен отдельным выключателем, его нужно демонтировать и установить контроллер. На этом работа закончена. Как видно, подключение регулятора оборотов вентилятора – задача не слишком сложная.

При подборе проводов следует учесть, что их сечение должно соответствовать величине тока, на который рассчитан вентилятор.

При подключении контроллера к компьютеру нужно уточнить предельную температуру, на которую рассчитаны его комплектующие, иначе велик риск их выхода из строя в результате перегрева.

В интернет-магазине DIP8.ru вы можете приобрести по доступной цене качественные контроллеры вентиляторов, а также резисторы и другие электромеханические элементы. Ознакомившись с этим материалом, Вы сможете понять принцип работы регулятора вентилятора и произвести его подключение своими руками.

RCSearch

Регулятор скорости

Содержание

  • 1 Описание
  • 2 Характеристики
  • 3 Подключение
    • 3.1 К аккумулятору
    • 3.2 К мотору
    • 3.3 К приёмнику/контроллеру
  • 4 Настройки
  • 5 Как выбрать регулятор?
  • 6 Производители регуляторов
    • 6.1 Профессиональные
    • 6.2 Хоббийные
    • 6.3 Прочие
  • 7 Модели регуляторов
  • 8 FAQ
    • 8.1 Мотор крутится не в ту сторону
    • 8.2 Мотор плохо стартует
    • 8.3 Мотор стартует в разные стороны
    • 8.4 Можно ли подключать два БК-мотора к одному регулятору
    • 8.5 Что такое регуляторы OPTO
  • 9 См. также

Описание [ править ]

ESC (Electronic Speed Controller) — дословно «электронный регулятор скорости», позволяющий точно варьировать электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель. Также регулятор определяет направление вращения мотора (сам или способ подключения к нему).

Также встречаются названия: регулятор хода, регулятор оборотов, Motor Speed Controller.

Регулятор для электродвигателей представляют собой программируемое устройство, контролирующее все жизненно важные параметры двигателя. Регулятор позволяет не только менять обороты и направление работы мотора, но и обеспечивать в зависимости от необходимости плавный или резкий старт, ограничение по максимальному току, функцию «тормоза» и ряд других тонких настроек двигателя под нужды моделиста. Для программирования регулятора используются специальные программаторы, либо устройства для подключению регулятора к компьютеру, либо в полевых условиях это можно делать с помощью передатчика и специальной перемычки.

Характеристики [ править ]

  • Максимальный ток – указывает, какой ток контроллер мотора может держать продолжительное время, то есть постоянно. Как правило, этот параметр входит в обозначение контроллера (18А, 10А). Иногда указывают величину кратковременного, пикового тока, допустимого в течении нескольких секунд.
  • Кратковременный ток — способны держать выходные транзисторы контроллера, но рассеивать выделяемое при этом токе количество тепла контроллер не в состоянии.
  • Максимальное рабочее напряжение — указывается, от какого количества никелевых или литий-полимерных банок можно запитывать регулятор. Для контроллеров с BEC-ом, эта величина может иметь зависимость от расчётного количества сервомашинок. Это связано с рассеиванием тепла стабилизатором схемы BEC — при большем числе банок максимальный ток нагрузки BEC и, следовательно, количество сервомашинок меньше. Как правило, если используется BEC, количество банок не превышает 12. Если вы хотите работать с большим количеством банок, то придется ставить или отдельную батарею питания приемника, или использовать внешний BEC. Но в любом случае нельзя превышать максимальное напряжение, допустимое для контроллера.
  • Максимальные обороты (RPM) — программное ограничение максимальных оборотов. Всегда указывается для двухполюсного двигателя. Для многополюсных моторов это число надо разделить на количество пар полюсов. Например, если указано 63000 RPM, то для мотора с 12-ю магнитами максимальные обороты будут 63000/6=10500 RPM. Данная функция не дает мотору набрать большее, чем указано количество оборотов, некоторые контроллеры при превышении этого значения на холостом ходу начинают сбоить, вызывая значительные броски тока — мотор начинает резко дергаться. Этот эффект не является признаком неисправности мотора или контроллера.
  • Внутреннее сопротивление – полное сопротивление силовых ключей контроллера, без учета проводов. Чем мощнее контроллер, тем меньше его внутреннее сопротивление. Как правило, сопротивление проводов сравнимо с внутренним сопротивлением контроллера и вносит до 30% потерь. Для примера, внутреннее сопротивление контроллера Castle Creations Phoenix 25A 13 мОм, а сопротивление 30 см провода сечением 1кв.мм – 6 мОм, то есть почти треть потерь приходится на провода.
  • Частота импульсов контроллера (PWM Frequency) — как правило, составляет 7-8 КГц. У некоторых контроллеров частоту регулирования можно программировать на другие значения — 16 и 32 КГц. Эти значения применяется в основном для высокооборотных 3-4-х витковых моторов с малой индуктивностью, при этом улучшается линейность регулирования частоты вращения. Частота импульсов может доходить и до 400 кГц.
  • Наличие выключателя — это дополнительное удобство, позволяющее не разбирать каждый раз модель, чтобы добраться до аккумулятора и включить/выключить бортовую аппаратуру. Некоторые производители регуляторов не ставят выключателей на контроллеры, рассчитанные на токи ниже 40А.
Читать еще:  Автосигнализация с кнопкой запуска двигателя

Хорошее решение — электронный выключатель, который работает на размыкание, и если он в полёте случайно оторвется то контроллер и аппаратура останется включенной. Внимание! Некоторые регуляторы выключают лишь питание приёмника (встроенный BEC), а контроллер при этом остаётся включенным, не подавая никаких сигналов о разряде аккумулятора, который может постепенно разрядиться «в ноль», что для литиевых аккумуляторов заканчивается фатально.

Подключение [ править ]

К аккумулятору [ править ]

Важно! Нельзя делать провода от регулятора до аккумулятора слишком большой длины! Стартовые токи бесколлекторных моторов намного больше, чем аналогичных коллекторных, и при работе моторов возникают большие скачки тока. Конденсаторы, всегда стоящие на входе контроллера, должны быть специального типа, но многие производители экономят на них.

При удлинении проводов от контроллера до батареи начинает сказываться их индуктивность, и может возникнуть ситуация, когда уровень помех по напряжению питания на входе контроллера станет настолько высок, что контроллер не сможет правильно определить положение ротора мотора (иногда при этом еще и «повисает» процессор контроллера). Известны случаи сгорания контроллеров при длине проводов со стороны аккумулятора около 30см.

Кроме того, длинные провода до батареи могут вызывать проблемы при резком старте мотора — контроллер может не перейти от режима старта к рабочему режиму при слишком резком прибавлении “газа”. Для предотвращения этого эффекта во многих контроллерах есть специальные настройки.

Если необходимо увеличить длину проводов (например, двигатель стоит в хвосте модели), то следует

  • прежде всего увеличивать длину проводов от мотора до контроллера. Как правило, контроллеры поставляются с проводами до батареи длиной 13-16см. Такая длина вполне достаточна для надежной работы контроллера, и не следует ее увеличивать более чем на 5см.
  • если увеличение длины проводов от аккумулятора до регулятора неизбежно, но следует их заменить на более «толстые» (увеличить поперечное сечение проводов).

К мотору [ править ]

Мотор подключается к регулятору тремя проводами. Порядок подключения имеет значение только для направления вращения мотора.

К приёмнику/контроллеру [ править ]

К приёмнику или полётному контроллеру регулятор подключается, как правило, через сервопровод, через который получает сигнал управления и даёт питание для приёмника (полётный контроллер обычно питается от другого источника, поэтому либо используются регуляторы OPTO, либо питающий провод сервопровода не используется (вынимается, отрезается).

Настройки [ править ]

Практически все современные регуляторы (за исключением контроллеров моторов со специальными прошивками для мультикоптеров) имеют множество программных настроек. От них зависит режим работы, надежность, а иногда и работоспособность контроллера в паре с тем или иным мотором.

  • Напряжение выключения мотора (cut-off voltage) – при снижении до какого напряжения питания мотор (и только он) будет выключен. Эта функция предназначена для избежания просадок питающего напряжения бортового аккумулятора и, как следствие, сохранения работоспособности аппаратуры при его разряде и для защиты самого аккумулятора от переразряда (последнее особенно важно для литий-полимерных аккумуляторов). Обычно задаётся в количествах «банок». На некоторых контроллерах количество банок литиевых батарей определяется автоматически.
  • Тип выключения мотора (cut-off) – как правило имеет 2 значения.
    • плавный (soft cut-off): контроллер сбрасывает обороты постепенно, не позволяя напряжению на батарее упасть ниже заданного, при этом контроль над моделью сохраняется до последнего.
    • жёсткий (hard cut-off): если зафиксировано падение напряжения ниже заданного, то мотор немедленно останавливается. Жесткое отключение может доставить некоторые неудобства при разряженном аккумуляторе: манипулируя газом, вместо небольшой прибавки оборотов иногда получается полный останов мотора.
  • Тормоз (brake) – торможение мотора после установки газа в «ноль». Может иметь значения включен/выключен, на некоторых контроллерах есть еще программируемая величина тормоза 50-100% и задержка включения тормоза после полного сброса газа. Это необходимо для защиты шестеренок редуктора в случае использования больших и тяжелых пропеллеров, а также полезно при использовании на планерах, когда принудительно нужно остановить пропеллер, чтобы он не раскручивался набегающим потоком воздуха. В некоторых контроллерах, тормоз и плавное выключение мотора – установки взаимоисключающие: для включения плавного отключения мотора надо выключить тормоз и наоборот.
  • Опережение (Timing) – параметр, от которого зависит мощность и КПД пары мотор+регулятор. Может находится в пределах от 0°..30°. Физически это электрический угол опережения коммутации обмоток. Для двухполюсных моторов при увеличении опережения обороты и мощность на максимальных оборотах растут, а общий КПД падает.
    • Для двух и 4-х полюсных моторов с внутренним ротором рекомендуют значения 5°..15°. При больших значениях опережения мощность практически не растет, а КПД падает на 3-5% — это важно для соревнований, где счет идет именно на эти проценты.
    • Для многополюсных моторов с внешним ротором ситуация иная — для них оптимальным по КПД и мощности является опережение 25°..30°. При изменении угла опережения от 5° до 25° растут и КПД и выходная мощность. Однако прирост этот невелик — около 3%.
  • Режим старта (start mode) — не имеет как правило каких-то числовых значений, описывается только как мягкий, (soft) жесткий (hard), быстрый (fast) и пр. Быстрый старт рекомендуется для моторов без редукторов и для использования в соревнованиях. При использовании быстрого старта в моторах с редукторами возможно повреждение шестерен. Плавный старт обеспечивает меньшие пусковые токи в момент старта и позволяет избежать возможных перегрузок по току контроллера, но время раскрутки мотора до полных оборотов увеличивается.
  • Время акселерации или задержка акселерации (acseleleration time или acseleration delay) – устанавливает время набора оборотов после старта до максимума. Устанавливается меньше для моторов с легкими пропеллерами без редукторов и больше для моторов с редукторами и в случае срабатывания защиты по току при резком прибавлении газа.
  • Ограничение тока (Curent limiting) – уровень срабатывания защиты по току. Устанавливается более чувствительным в случае применения моторов с большим стартовым током и батарей с высоким внутренним сопротивлением. При этом желательно установить плавное отключение мотора, в противном случае при резких манипуляциях газом мотор будет останавливаться, что может критично сказаться на управлении. Не рекомендуется отключать защиту по току, если вы не уверены, что ток мотора не может превысить максимально допустимое значение для контроллера, что может привести к повреждению контроллера.
  • Режим газа (throttle type или throttle mode) – устанавливает зависимость оборотов мотора от положения стика газа. Может иметь значения:
    • автокалибровки (auto calibrating) – при этом контроллер самостоятельно определяет положение малого и полного газа
    • фиксированный (fixed) — когда характеристика жёстко задана производителем.
  • Гувернёр (governor) — настройка предназначена для вертолётов, когда положению ручки газа соответствуют определенные обороты, а не мощность двигателя, контроллер в данном режиме работает как автоматическая система поддержания оборотов, прибавляя мощность при увеличении нагрузки на двигатель.
  • Реверс (reverse) — смена направления вращения. Обычно для изменения направления вращения двигателя надо поменять местами любые два провода от мотора. Но в продвинутых контроллерах, возможно изменить направление вращения мотора программно.
Читать еще:  Датчик оборотов двигателя тойота королла

Как выбрать регулятор? [ править ]

  • Мощность регулятора должна соответствовать мощности мотора. Соответственно максимальный ток, на который рассчитан регулятор, должен быть не меньше максимального тока, на который рассчитан мотор. Обратная разница вполне допустима — рабочий ток определяется нагрузкой (мотором), а не регулятором. При больших токах 60-80А контроллер лучше выбирать с запасом на 10-15А больше.
  • Если планируется использовать литий-полимерные аккумуляторы — регулятор должен иметь соответствующие настройки.
  • Внимательно изучите все характеристики выбранного регулятора.

Производители регуляторов [ править ]

Профессиональные [ править ]

На этих контроллерах летает, плавает и ездит большинство спортсменов. Однако это и самые дорогие контроллеры.

  • Castle Creations — Один из мировых лидеров в производстве профессиональных контроллеров для спортсменов.
  • Kontronik

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Урок 75. Разработка ПИД-регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока.

Проверим измеритель скорости вращения на реальном двигателе, управляя им без обратной связи. Разработаем ПИД-регулятор стабилизации скорости вращения.

В предыдущем уроке мы научились измерять период импульсов дискретного сигнала. Теперь мы можем определить скорость вращения двигателя, используя сигнал с датчика Холла.

Измерение скорости вращения двигателя.

Давайте соединим первую и последнюю программы предыдущего урока, добавим вычисление скорости вращения и проверим все это на реальном двигателе.

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

Программа позволяет регулировать скорость вращения мотора с помощью ШИМ, без обратной связи. Кроме того она измеряет скорость и выводит ее значение в последовательный порт.

Вычисление скорости происходит в строке:

Serial.print( 60000000. / ((float)tempPeriodTime * 0.0625 * NUM_PULS_REV));

  • 60000000. – это минута, переведенная в микросекунды;
  • t empPeriodTime * 0.0625 – реальное время периода импульсов на выходе датчика Холла;
  • NUM_PULS_REV – число импульсов на один оборот.

Загружаем, запускаем монитор последовательного порта.

Вместо датчика у нас к выводу 8 подключен тестовый сигнал (вывод 5). На нем формируются импульсы с периодом примерно 10 мс, что соответствует скорости 3000 об/мин. Убеждаемся, что программа показывает такое значение скорости. Вращением переменного резистора проверяем, что ШИМ регулируется во всем диапазоне.

Подключаем к выводу 8 датчик Холла и подаем питание 12 В.

Скорость вращения мотора изменяется переменным резистором, измеритель показывает правильную скорость.

Но ШИМ стабильно держится на значении 200, а скорость все время “дергается” в небольших пределах. Логично предположить, что я не смог приклеить постоянные магниты на абсолютно одинаковом расстоянии друг от друга. А значит, время прохождения одного магнита под датчиком отличается от другого. В результате два соседних импульса датчика Холла имеют разные периоды.

Давайте усредним период для двух соседних импульсов.

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

Если раньше при стабильном ШИМ равном 200 скорость “прыгала” от 2305 до 2357, то после усреднения диапазон изменений стал значительно уже 2310…2312.

Это всего 0,09 %, или ± 0,045 %.

Определяем, в каком диапазоне скоростей работает наш мотор. У меня двигатель равномерно вращается, начиная со скорости 300 об/мин. Его максимальная скорость вращения немногим более 2600 об/мин. Эти параметры потребуются в следующем разделе.

Теперь у нас есть все, чтобы стабилизировать скорость вращения двигателя.

Разработка ПИД-регулятора скорости вращения.

Кто не знает, что такое ПИД-регулятор убедительно советую прочитать урок 40.Он полностью посвящен пропорционально-интегрально-дифференцирующим регуляторам. Еще надо просмотреть начало урока 39. Там есть раздел ”Общие сведения о регуляторах”.

Скажу только, что в нашем устройстве:

  • регулируемый параметр – это измеренная скорость;
  • регулирующий элемент – значение ШИМ.

Вот окончательный скетч устройства.

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

В тексте программы много комментариев. Поясню то, что считаю нужным, то, что добавилось к предыдущей программе.

  • В основном цикле loop() происходит измерение напряжения на аналоговом входе A0, усреднение его значения и вычисления заданной скорости.

Константа NUM_AVERAGE_ADC задает количество выборок для усреднения, а значит и инерционность реакции на изменение заданной скорости.

Полный диапазон задатчика скорости – напряжения на выводе A0 масштабируется в диапазон допустимых скоростей регулятора. При изменении напряжения в диапазоне 0…5 В, заданная скорость меняется в диапазоне, определенном константами MIN_VELOCITY … MAX_VELOCITY (минимальное и максимальное значения скорости).

setVelocity= MIN_VELOCITY + (MAX_VELOCITY — MIN_VELOCITY) * (float)averageAdc / NUM_AVERAGE_ADC / 1023.;

  • В обработчике прерывания по переполнению таймера 1 вырабатывается признак остановки двигателя flagVelZerro.

if( numOverflowTimer1 > periodTimeStop ) flagVelZerro= true;

Если таймер 1 переполнился заранее рассчитанное количество раз ( periodTimeStop ), то это означает, что в течение соответствующего времени с датчика Холла не пришел ни один импульс. Время, при котором двигатель считается остановленным, рассчитывается исходя из константы ZERRO_VELOCITY .

// вычисление периода импульсов остановленного двигателя
periodTimeStop= 14648 / NUM_PULS_REV / (unsigned long)ZERRO_VELOCITY;

  • Если двигатель вращается (flagVelZerro != true), то в основном цикле вычисляется измеренная скорость.

measuredVelocity= 60000000. / ( (float)averageVel / NUM_AVERAGE_VEL * 0.0625 * NUM_PULS_REV);

Число выборок для усреднения измеренной скорости определяется константой NUM_AVERAGE_VEL . При готовом результате формируется признак flagVel .

  • При остановленном двигателе ( flagVelZerro == true ) искусственно вырабатывается признак flagVel= true; . Это необходимо для того, чтобы ПИД-регулятор работал при остановленном двигателе. Что-то же должно начинать его крутить.
  • В основном цикле проверяется состояние сигнала включения (вывод PIN_ON ). Если работа мотора запрещена, то программный блок ПИД-регулятора пробрасывается. Запрещается работа ШИМ и интегральное звено устанавливается на начальное значение (константа INT_BEGIN ).
  • Блок собственно ПИД-регулятора вызывается при условии, что:
    • разрешена работа двигателя;
    • рассчитана новая измеренная скорость
    • с предыдущего вызова прошло время не менее REG_TIME мс.

Т.е. константа REG_TIM E определяет временную дискретность работы регулятора.

  • Математика самого регулятора полностью повторяет формулы из учебников.
  • В основном цикле с периодом, заданным константой DISPLAY_TIME , в последовательный порт выводятся: заданная и измеренная скорости, период импульсов датчика Холла и значение ШИМ.

Основное по программе все.

Проверка работы ПИД-регулятора на тестовом сигнале.

Давайте проверим, как работает регулятор без использования двигателя. Кроме собственно проверки, это даст понимание, как он должен работать.

Отключим питание 12 В, отключим датчик Холла от 8 вывода, соединим 8 и 5 выводы. Т.е. подадим на вход измерения скорости тестовый сигнал.

Загрузим программу в плату.

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

Подадим разрешающий сигнал на вывод PIN_ON .

  • Заданная скорость меняется вращением переменного резистора в пределах 300 … 2600.
  • Измеренная скорость определяется частотой тестового сигнала и равна 1500.

Выключаем интегральную часть. Пропорциональный коэффициент задаем равным 0,01.

#define K_P 0.01 // пропорциональный коэффициент
#define K_I 0. // интегральный коэффициент

Загружаем скетч в плату, открываем монитор последовательного порта.

Устанавливаем заданную скорость больше измеренной и проверяем, что:

ШИМ = начальное значение интегрального звена + (заданная скорость – измеренная скорость) * пропорциональный коэффициент.

В моем случае ШИМ = 25 + (2217 – 1500) * 0,01 = 32

Проверяем тоже самое для заданной скорости меньше измеренной.

В моем случае ШИМ = 25 + (1100 – 1505) * 0,01 = 21

Проверяем интегральное звено. Отключаем пропорциональную часть, интегральный коэффициент устанавливаем равным 0,001.

#define K_P 0. // пропорциональный коэффициент
#define K_I 0.001 // интегральный коэффициент

Загружаем, открываем монитор.

Устанавливаем заданное значение скорости 1600. Убеждаемся, что ШИМ нарастает начиная со значения 25 со скоростью 1 единица в сек. С учетом того, что в монитор данные выводятся каждые 0,2 сек, нарастание ШИМ на 1 должно происходить через каждые 5 строк.

Ошибка рассогласования равна 1600 – 1500 = 100. За одну временную дискретность регулятора (0,1 сек) приращение = 100 * 0,001 = 0,1. Приращение 0,1 десять раз в секунду получается 1 в секунду.

Проверяем для отрицательного рассогласования. Задаем скорость равной 1400.

Измеряемая скорость ”прыгает” потому, что программа разрослась и цикл loop() стал в значительных пределах изменять свою длительность. Период тестовых импульсов становиться все менее стабильным. Вот почему я стараюсь использовать для таких целей только прерывания по таймеру. Но таймеров у нас уже не осталось.

В принципе ПИД-регулятор работает. В следующем уроке будем настраивать работу с реальным двигателем. Я разработал для этого программу верхнего уровня с регистратором и графическим отображением параметров в реальном времени.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector