Metodi per controllare la velocità di un motore CC

Il controllo della velocità è una delle caratteristiche prestazionali più importanti di un Motore a corrente continua , ed è uno dei motivi principali per cui i motori CC continuano ad essere ampiamente utilizzati in applicazioni che richiedono un movimento preciso, regolabile e reattivo. A differenza dei motori CA, la cui velocità è strettamente legata alla frequenza dell'alimentazione, la velocità di un motore CC può essere regolata in modo fluido ed economico attraverso diversi metodi consolidati. La comprensione di questi metodi consente agli ingegneri e ai progettisti di prodotti di selezionare l'approccio più adatto per una determinata applicazione, bilanciando fattori quali costo, efficienza, requisiti di coppia e complessità del controllo.

La velocità di un motore CC è governata dalla relazione tra la tensione di armatura, la forza controelettromotrice, la resistenza di armatura e il flusso magnetico prodotto dal campo. Manipolando uno qualsiasi di questi fattori, la velocità di rotazione del motore può essere aumentata o diminuita. In pratica, ciò si ottiene principalmente attraverso tre metodi di controllo elettrico, mentre un quarto approccio, puramente meccanico, che utilizza un riduttore – che ora è un metodo fondamentale e fondamentale nella progettazione di soluzioni per motori – fornisce la regolazione della velocità senza alcuna modifica al sistema elettrico del motore.

Controllo della tensione di armatura

Il controllo della tensione di armatura è il metodo più comune e ampiamente applicato per regolare la velocità del motore CC. Poiché la velocità del motore è approssimativamente proporzionale alla tensione applicata all'avvolgimento dell'indotto, aumentando la tensione di alimentazione il motore ruota più velocemente, mentre diminuendola si rallenta il motore. Questa relazione rende il controllo della tensione di armatura un mezzo intuitivo ed estremamente efficace per ottenere una regolazione della velocità fluida e continua.

Nelle applicazioni moderne, la tensione di armatura viene generalmente regolata utilizzando la modulazione di larghezza di impulso (PWM), in cui la tensione media fornita al motore viene variata accendendo e spegnendo rapidamente l'alimentazione con un ciclo di lavoro controllato. Questo approccio offre efficienza eccellente, risposta rapida e un ampio intervallo di regolazione della velocità, generando relativamente poco calore rispetto ai metodi resistivi. Il controllo della tensione di armatura è particolarmente adatto per applicazioni al di sotto della velocità nominale del motore, dove mantiene un'uscita di coppia relativamente costante nell'intervallo di velocità regolabile, rendendolo la scelta preferita per azionamenti di precisione, apparecchiature automatizzate e dispositivi alimentati a batteria.

Controllo del flusso di campo

Per i motori DC con spazzole, la forza controelettromotrice è determinata dal flusso magnetico e dalla velocità di rotazione. La tensione dell'armatura è la somma della forza controelettromotrice e della caduta di tensione sugli avvolgimenti dell'armatura. Poiché la caduta di tensione nell'avvolgimento è molto piccola durante il funzionamento regolare, la tensione dell'armatura è all'incirca equivalente alla forza controelettromotrice.

Quando la tensione di armatura e la coppia di carico vengono mantenute costanti, la velocità del motore è inversamente proporzionale al flusso magnetico. Una riduzione del flusso magnetico ridurrà la forza elettromotrice, aumenterà la differenza di tensione del circuito di armatura e aumenterà la corrente di armatura. La corrente più elevata compensa la perdita di coppia dovuta al flusso magnetico indebolito e mantiene stabile la coppia di uscita. Alla fine, il motore funziona più velocemente con un flusso magnetico minore e più lento con un flusso magnetico maggiore.

Per i motori CC con avvolgimenti di campo, il flusso magnetico può essere regolato variando la corrente di campo. Un resistore variabile collegato in serie all'interno del circuito di alimentazione della bobina di campo consente la regolazione: riducendo la resistenza si aumenterà la corrente di campo, si rafforzerà il campo magnetico e si aumenterà il flusso magnetico.

I motori CC a magneti permanenti non sono dotati di avvolgimenti di campo e il loro campo magnetico è fornito da magneti permanenti. Per aumentare il flusso magnetico si possono utilizzare magneti con prestazioni magnetiche più elevate. Inoltre, l'anello di ritenzione magnetico è un componente ad alta permeabilità magnetica. Trattiene il flusso magnetico disperso dai magneti e ottimizza il circuito magnetico interno. L'installazione di un anello di ritenzione magnetico riduce la perdita magnetica e aumenta il flusso magnetico effettivo per la conversione dell'energia elettromeccanica.

Controllo della resistenza dell'armatura

Il controllo della resistenza dell'armatura ottiene una riduzione della velocità inserendo un resistore variabile in serie con il circuito dell'armatura. All'aumentare della resistenza, la caduta di tensione ai capi del resistore aumenta, lasciando meno tensione disponibile per azionare il motore e determinando una velocità inferiore. Al contrario, riducendo la resistenza si consente a una maggiore tensione di raggiungere l'armatura, aumentando la velocità fino al valore nominale del motore.

Sebbene questo metodo sia semplice, economico e facile da implementare, presenta notevoli inconvenienti. Una parte significativa dell'energia in ingresso viene dissipata sotto forma di calore nel resistore, con conseguente riduzione dell'efficienza complessiva, in particolare a velocità ridotte. Inoltre, questo metodo consente solo una riduzione della velocità al di sotto della velocità nominale e fornisce un controllo relativamente approssimativo rispetto ai metodi elettronici. Di conseguenza, il controllo della resistenza dell’armatura è generalmente limitato ad applicazioni a bassa potenza, sistemi di controllo di base o situazioni in cui la regolazione occasionale e non critica della velocità è sufficiente e le soluzioni di azionamento elettronico non sono giustificate dal costo.

Aggiunta di un riduttore del cambio

Oltre ai metodi di controllo elettrico sopra descritti, la velocità di uscita può essere regolata anche meccanicamente accoppiando il motore DC ad un riduttore. Un riduttore riduce la velocità di rotazione fornita dall'albero motore aumentando proporzionalmente la coppia disponibile sull'albero di uscita, in base al rapporto di riduzione selezionato per l'applicazione.

Questo approccio è particolarmente utile quando un'applicazione richiede una velocità di uscita fissa e prevedibile, significativamente inferiore al range operativo naturale del motore, o quando è necessaria una coppia elevata a bassa velocità senza imporre eccessive richieste elettriche al motore stesso. Poiché il motore può continuare a funzionare vicino al suo intervallo di velocità ed efficienza ottimali mentre il riduttore gestisce la riduzione della velocità, questa combinazione spesso offre efficienza e durata complessive migliori rispetto all'affidamento ai soli metodi elettrici per ottenere velocità di uscita molto basse. I riduttori del riduttore sono ampiamente utilizzati insieme ai motori CC con spazzole in applicazioni di robotica, automazione industriale, elettrodomestici e utensili elettrici e possono essere combinati con qualsiasi dei metodi di controllo della velocità elettrica sopra indicati per un'ulteriore regolazione fine della velocità di uscita finale.

Conclusione

Il controllo della velocità dei motori CC è fondamentale per ottimizzare le prestazioni del sistema, migliorare l'efficienza energetica e ottenere le funzioni progettate. Quando si sceglie una soluzione adeguata, è essenziale tenere pienamente conto delle effettive esigenze applicative, degli obiettivi di efficienza energetica e dei budget di costo. I motori CC con spazzole di Hongyang Motor presentano un design flessibile e sono compatibili con varie soluzioni di controllo della velocità per soddisfare le diverse esigenze dei clienti. Offriamo configurazioni di prodotto complete e supporto tecnico professionale per aiutare le apparecchiature a raggiungere il miglior stato operativo.