DC 모터 속도 조절 회로의 개발 현황 및 전망
현대 산업 생산 과정에서 전기 드라이브를 사용하지 않는 곳은 거의 없습니다. 생산 기술, 제품 품질 및 출력의 지속적인 개선으로 자동 속도 조절을 실현하기 위해 점점 더 많은 생산 기계가 필요합니다. 가변 속도 전기 구동 시스템은 DC 속도 조절과 AC 속도 조절로 나눌 수 있습니다. DC 모터는 우수한 속도 조절 특성, 부드럽고 편리한 속도 조절, 넓은 범위의 원활한 속도 조절, 큰 과부하 용량, 빈번한 충격 부하를 견딜 수 있으며 빈번한 무단 급속 시동, 제동 및 역 회전을 실현할 수 있으며 생산 공정 자동화 시스템의 다양한 특수 작업 요구 사항을 충족합니다. 지금까지 고성능 제어 가능한 전기 구동이 필요한 금속 절삭 기계, 제지 기계 및 기타 분야에서 여전히 널리 사용되고 있습니다. 따라서 DC 속도 조절 시스템은 자동 제어에 대한 요구 사항이 높은 다양한 생산 부서에서 여전히 널리 사용되고 있습니다. 지금까지 속도 조절 시스템의 주요 형태입니다. DC 모터는 정류자와 비 정류자의 두 가지 범주로 나뉩니다. 브러시리스 DC 모터는 브러시리스 DC 모터를 기반으로 개발되었습니다. 1831년 패러데이는 현대 모터의 이론적 토대를 마련한 전자기 유도 현상을 발견했습니다.
최초의 DC 모터는 1840년대에 성공적으로 개발되었습니다. DC 모터가 성숙되기까지 약 70년이 걸렸습니다. 사용이 확대됨에 따라 DC 모터에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 분명히 접점 정류 장치는 많은 경우에 브러시 DC 모터의 적용을 제한합니다. 브러시 DC 모터의 브러시 정류자 구조의 기계적 접촉 장치를 대체하기 위해 사람들은 장기간 탐색했습니다. 1915년 초에 미국의 랑밀은 그리드를 제어하는 수은 정류기를 발명하고 DC에서 AC로 인버터 장치를 만들었습니다. 1930년대에는 회전자 위치에 따라 모터의 고정자 권선이 교체되는 소위 정류자 모터를 구현하기 위해 이온 소자를 사용하는 것이 제안되었습니다. 이러한 종류의 모터는 신뢰성이 낮고 효율이 낮으며 전체 장치가 무겁고 복잡하기 때문에 실질적인 의미가 없습니다. 과학 기술의 급속한 발전은 반도체 기술의 도약을 가져 왔습니다. 스위칭 트랜지스터의 성공적인 개발은 새로운 모터인 브러시리스 DC 모터의 생성에 활력을 불어넣었습니다.
DC 모터 속도 조절 회로의 개발 현황 및 전망
1955년 미국의 D. Harrison 등은 브러시리스 DC 모터의 원형인 트랜지스터 정류선으로 모터 브러시 접점을 교체하는 특허를 최초로 출원했습니다. 전력증폭부, 신호검출부, 자극체, 트랜지스터 스위칭회로로 구성된다. 그 작동 원리는 로터가 회전할 때 신호 권선 W1 또는 W2에 주기적인 신호 전위가 유도된다는 것입니다. 이 신호는 트랜지스터 BG1 및 BG2를 각각 켜고, 이는 전원 권선 W1 및 W2가 차례로 급전되도록 하여, 즉 정류가 실현됩니다. 문제는 첫째, 회 전자가 회전하지 않을 때 신호 권선에 유도 전위가없고 트랜지스터가 바이어스되지 않고 전원 권선이 공급되지 않으므로이 브러시리스 모터에는 시동 토크가 없다는 것입니다. 둘째, 신호 전위의 작은 전연 급경사로 인해 트랜지스터의 전력 소비가 큽니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 사람들은 원심 장치의 정류자를 사용하거나 고정자에 보조 자성강을 배치하여 모터의 안정적인 시동을 보장하지만 전자의 구조는 복잡하지만 후자는 여전히 추가 시동 펄스가 필요합니다. 그런 다음 반복적인 실험과 지속적인 연습 끝에 사람들은 마침내 위치 센서와 전자 정류 회로를 사용하여 브러시리스 DC 모터를 대체하는 기계적 정류 장치를 발견하여 브러시리스 DC 모터 개발의 새로운 길을 열었습니다. 1960년대 초반에는 근접스위치형 위치센서, 전자기공명형 위치센서, 고주파 결합형 위치센서가 잇달아 출시되어 자기전 결합과 광전 위치센서가 등장하였다. 반도체 기술의 급속한 발전으로 인해 사람들은 1879년 미국 홀에서 발견한 홀 효과에 관심을 갖게 되었습니다. 많은 노력 끝에 홀 효과를 이용한 브러시리스 DC 모터는 1962년에 성공적으로 시험 생산되었습니다. 홀 소자보다 수천 배 더 민감한 1970년대 초 자기 감지 다이오드의 도움으로 브러시리스 DC 모터가 성공적으로 개발되었습니다.
다양한 유형의 위치 센서를 개발하면서 사람들은 추가적인 위치 센서 구조가 없는 브러시리스 DC 모터를 찾으려고 합니다. 1968년, w. 구 독일연방공화국의 미슬링거(mieslinger)는 정전용량 위상천이에 의한 정류를 실현하는 새로운 방법을 제안하였다. 이를 바탕으로 구 독일연방공화국의 R. hanitsh는 추가적인 위치센서 없이 브러시리스 DC 모터를 개발하여 디지털 링 분배기와 제로 크로싱 판별기의 조합. 사람들은 센서리스 위치 연구에 전념해 왔습니다. 동기 전동기의 회전자 극 위치 식별 방법에 따르면 브러시리스 DC 모터의 회전자 극 위치는 고정자 권선의 유도 기전력(전압)을 이용하여 간접적으로 구하는 것, 즉 간접 검출 방법이다. 직접 감지 방식과 비교하여 위치 센서가 생략되어 원래 모터 본체 구조의 복잡성을 단순화할 수 있습니다. 특히 소형 및 소용량 브러시리스 DC 모터에 적합합니다. 1980년대부터 마이크로컴퓨터 기술의 급속한 발전과 함께 회전자 위치 센서가 없는 브러시리스 DC 모터가 실제 단계에 진입했습니다. 또한 다기능 센서의 출현으로 브러시리스 DC 모터 서보 드라이브 시스템에 센서를 사용하여 로터 극 위치, 속도 및 서보 위치를 동시에 감지했습니다.
DC 모터 속도 조절 회로의 개발 현황 및 전망
1950년대 후반 반도체 기술이 탄생한 이래로 발전 속도가 매우 빨라 전력 반도체 소자의 성능이 점차 향상되어 왔다. 동시에 해당 구동 회로도 빠르게 발전했습니다. 이제 하나의 구동 회로가 XNUMX상 및 XNUMX개의 스위치를 구동할 수 있으므로 주변 회로가 크게 단순화됩니다.
회로, 특히 구동 회로의 설계. 동시에 사마륨 코발트 및 네오디뮴 철 붕소와 같은 고성능 영구 자석 재료의 출현은 브러시리스 DC 모터의 광범위한 적용을 위한 견고한 기반을 마련했습니다.
고효율 및 고출력 밀도가 필요한 일부 특수 응용 분야에서 브러시리스 DC 모터 드라이브의 밝은 전망을 나타냅니다. Brushless DC 모터와 그 구동 시스템의 모든 측면에서 국제 개발 열은 계속 될 것입니다. 결과적으로 브러시리스 DC 모터는 앞으로도 고성능 무위치 서보 장치의 대상이 될 것입니다.
DC 전기 구동 시스템에는 특수 제어 가능한 DC 전원 공급 장치가 필요합니다. 첫째, 원래 DC 속도 조절 시스템은 일정한 DC 전압을 사용하여 DC 모터의 전기자에 전원을 공급하고 전기자 회로의 저항을 변경하여 속도 조절을 실현했습니다. 이 방법은 간단하고 제조하기 쉽고 저렴합니다. 그러나 단점은 낮은 효율, 부드러운 기계적 특성, 넓은 범위에서 원활하게 속도를 조정할 수 없기 때문에 현재 거의 사용되지 않습니다. 둘째, 1930년대 후반에 발전기 모터(회전 변환기 그룹이라고도 함)가 등장했습니다. 자기 증폭기, 모터 확장기, 사이리스터 및 기타 제어 장치를 사용하면 넓은 속도 조절 범위(10:1에서 수십:1), 작은 속도 변화율 및 부드러운 속도 조절과 같은 우수한 속도 조절 성능을 얻을 수 있습니다. 특히 모터가 감속될 때 모터 샤프트의 플라이휠 관성은 발전기를 통해 전력망으로 쉽게 피드백될 수 있습니다. 이러한 방식으로 한편으로는 부드러운 제동 특성을 얻을 수 있고 다른 한편으로는 에너지 손실을 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 발전기 및 전동기 속도 조절 시스템의 가장 큰 단점은 속도 조절 전동기에 상응하는 XNUMX개의 회전 전동기 및 일부 보조 여자 장비를 추가해야 하므로 볼륨을 유지하기 어렵다는 점입니다.
DC 모터 속도 조절 회로의 개발 현황 및 전망
DC 모터는 정류자와 비정류자의 두 가지 범주로 나뉩니다. DC 모터 속도 조절 시스템은 먼저 일정한 DC 전압을 사용하여 DC 모터에 전원을 공급하고 전기자 회로의 저항을 변경하여 속도 조절을 실현했습니다. 이 방법은 간단하고 제조하기 쉽고 저렴합니다. 그러나 단점은 낮은 효율과 부드러운 기계적 특성으로 인해 넓고 부드러운 속도 조절 성능을 얻을 수 없습니다. 이 방법은 저전력 및 속도 조절 범위 닫기가 없는 일부 필드에만 적용할 수 있습니다. 1930년대 후반 발전기와 전동기의 등장으로 속도조절 성능이 우수한 DC 전동기가 널리 보급되었다. 이 제어 방법은 넓은 속도 조절 범위, 작은 속도 변화율 및 부드러운 속도 조절 성능을 얻을 수 있습니다. 그러나 이 방법의 주요 단점은 큰 시스템 무게, 큰 토지 점유, 낮은 효율성 및 어려운 유지 관리입니다. 최근 몇 년 동안 전력 전자 기술의 급속한 발전으로 사이리스터 변환기로 구동되는 DC 모터 속도 조절 시스템이 발전기 및 모터 속도 조절 시스템을 대체했으며 속도 조절 성능은 발전기, 동적 성능 및 신뢰성을 훨씬 능가했습니다. . 전력 전자 기술에서 IGBT 및 기타 고전력 장치의 개발은 사이리스터를 대체하고 있으며 더 나은 성능의 DC 속도 조절 시스템이 등장했습니다. 오랜 시간 동안 시뮬레이션 분야의 연구는 시뮬레이션 모델의 확립에 초점을 맞추어 왔습니다. 즉, 시스템 모델을 확립한 후에는 컴퓨터가 시스템 모델을 받아들일 수 있도록 알고리즘을 설계한 다음 컴퓨터 프로그램을 실행하고 컴퓨터에서 실행합니다. 따라서 다양한 시뮬레이션 알고리즘과 시뮬레이션 소프트웨어가 속속 탄생했습니다.
모델 설정 및 시뮬레이션 실험에 대한 연구가 거의 없기 때문에 모델링은 일반적으로 오랜 시간이 걸립니다. 동시에 시뮬레이션 결과의 분석도 관련 전문가에 의존해야 하고, 의사결정자에 대한 직접적인 지도가 부족하여 의사결정을 크게 방해하고 시뮬레이션 기술의 대중화 및 적용을 방해합니다.
MATLAB에서 제공하는 동적 시스템 시뮬레이션 도구인 Simulink는 많은 시뮬레이션 소프트웨어 중에서 가장 강력하고 우수하며 사용하기 쉽습니다. 위의 시뮬레이션 기술의 문제를 효과적으로 해결합니다. Simulink에서는 시스템 모델링이 매우 간단해지고 시뮬레이션 프로세스가 상호 작용하므로 시뮬레이션 매개변수를 마음대로 변경할 수 있으며 수정된 결과를 즉시 얻을 수 있습니다. 또한 MATLAB의 다양한 분석 도구를 사용하여 시뮬레이션 결과를 분석하고 시각화할 수 있습니다.
Simulink는 이상적인 선형 모델을 넘어 마찰, 공기 저항, 기어 맞물림 및 기타 현실 세계의 자연 현상과 같은 비선형 문제에 대한 보다 현실적인 모델을 탐색할 수 있습니다. 큰 별과 작은 분자 원자를 시뮬레이션할 수 있습니다. 기계, 전자 및 기타 실제 개체 또는 이상적인 시스템이 될 수 있는 광범위한 개체를 모델링하고 시뮬레이션할 수 있습니다. 연속, 이산 또는 하이브리드일 수 있는 동적 시스템의 복잡성을 시뮬레이션할 수 있습니다. Simulink는 컴퓨터가 존재하거나 존재하지 않거나 심지어 그 반대인 다양한 시스템을 모델링하고 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있는 실험실이 되도록 합니다.
전통적인 연구 방법에는 주로 분석 방법, 실험 방법 및 시뮬레이션 실험이 포함됩니다. 처음 두 가지 방법은 고유한 장점이 있을 뿐만 아니라 다른 제한 사항도 있습니다. 생산 기술의 발전과 함께 시동 및 제동, 정역회전, 속도 조절 정확도, 속도 조절 범위, 정적 특성, 동적 응답 등의 요구 사항에서 전기 구동에 대한 더 높은 요구 사항이 제시되어 속도의 광범위한 사용이 필요합니다. 규제 시스템. DC 모터의 우수한 속도 조절 성능과 토크 제어 성능으로 인해 DC 속도 조절 시스템은 1930년대부터 사용되었습니다. 개발 과정은 초기 회전식 컨버터 유닛 제어에서 증폭기 및 자기 증폭기 제어에 이르기까지 다음과 같습니다. 또한 정적 사이리스터 컨버터와 아날로그 컨트롤러로 DC 속도 조절을 구현합니다. 나중에 제어 가능한 정류기와 고전력 트랜지스터로 구성된 PWM 제어 회로를 사용하여 디지털 DC 속도 조절을 실현하여 시스템의 신속성, 제어 가능성 및 경제성을 지속적으로 향상시킵니다. 속도 조절 성능의 지속적인 개선은 DC 속도 조절 시스템의 적용을 점점 더 광범위하게 만듭니다.
DC 모터 속도 조절 회로의 개발 현황 및 전망
생산 기술의 발전에 따라 시동 및 제동, 정역 및 역회전, 조절 정확도, 속도 조절 범위, 정적 특성 및 동적 응답에서 DC 전기 구동에 대한 더 높은 요구 사항이 제시되어 많은 수의 DC 속도 조절 시스템이 필요합니다. 따라서 DC 속도 조절 시스템에 대한 연구는 더욱 심화될 것이다.
DC 모터는 속도 조절을 실현한 최초의 모터이자 최초의 모터입니다. 오랫동안 DC 모터는 속도 제어의 지배적인 위치를 차지했습니다. 좋은 선형 속도 조절 특성, 간단한 제어 성능, 고효율 및 우수한 동적 성능으로 인해 여전히 대부분의 속도 조절 제어 모터에 가장 적합한 선택입니다. 따라서 DC 모터의 속도 조절 제어를 연구하는 것은 매우 의의가 있습니다. DC 모터의 전기자 전압은 평활 리액터 L을 통해 삼상 사이리스터 정류기 회로에 의해 공급되고 사이리스터의 제어 각도는 출력 전압을 변경하기 위해 트리거 위상 편이 제어 신호 UC를 변경하여 조정됩니다 정류기의 속도 조절을 실현하고 DC 모터의 속도 조절을 실현합니다. 그림 1-1은 사이리스터 DC 모터 속도 조절 시스템의 개략도입니다. 그림에서 VT는 사이리스터 제어 가능한 정류기입니다. 트리거 장치의 제어 전압 Uc를 조정하여 트리거 펄스의 위상을 이동함으로써 평균 정류 전압 UD를 변경하여 부드러운 속도 조절을 실현할 수 있습니다.
