Ich untersuche HLK-Lüfter usw., um mein eigenes System und meine eigenen Steuerungen zu entwerfen, und eine vollständig variable Drehzahlregelung ist für mich ein wichtiger Aspekt.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass es Typen von Wechselstrommotoren gibt, die nicht einfach mit einem Triac oder einer Spannungssteuerung drehzahlgesteuert werden können (trotz der Angaben in der Antwort unter https://electronics.stackexchange.com/a/2900/7517 ) .
Ich fühle mich einigermaßen wohl mit der Steuerung von Gleichstrommotoren mit Spannungssteuerung, vermute jedoch, dass dies eine vereinfachende Fehlschlussfolgerung ist.
Mit Ausnahme von Produkten , die ausdrücklich angeben, dass "eine gleichmäßige oder stufenweise Drehzahlregelung durch einen externen Thymistor oder Transformator durchgeführt werden kann". , wie kann ich feststellen, ob ich diese allgemeinen Techniken verwenden kann, um die Drehzahl für AC- und DC-Motoren zu steuern? (Für zusätzliche Punkte / Kommentare: Gehe ich richtig in der Annahme, dass es sich um einen Thyristor handelt?)
Liege ich richtig, dass weniger als 100 % von AC und DC (als getrennte Kategorien) geschwindigkeitsgesteuert werden können?
Bonus-Unterfrage (für Stimmen statt Antworten): Wenn im obigen Zitat Thyristor gesagt wird, meinen sie wirklich einen TRIAC? Ich kann nicht erkennen, dass ein unidirektionaler Stromschalter überhaupt nützlich wäre. Es sei denn natürlich, der Lüfter könnte gleichgerichteten Wechselstrom akzeptieren ... oder so?
Die folgende Antwort ist etwas lang, da ich versuche, die Motordrehzahlregelung im Allgemeinen abzudecken. Ich beantworte Ihre Fragen jedoch zunächst kurz in einer korrekten, aber möglicherweise nicht nützlichen Weise :
Ja. Es gibt Motoren, die sich nicht einfach über einen Triac oder Spannungssteuerungsverfahren steuern lassen.
Sie haben Recht, dass Sie möglicherweise zu stark vereinfachen.
Nein, mit der richtigen Steuerschaltung (und Reglerfunktion) kann jeder Motor drehzahlgeregelt werden.
Ich weiß nicht, was der Geschwindigkeitsregler, mit dem Sie verbunden sind, für seinen Thyristor verwendet. Es könnte ein Triac sein, es könnten zwei antiparallel geschaltete SCRs sein (im Grunde ein Triac). Es könnte ein einzelner SCR sein (aber nicht wahrscheinlich). Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob diese Unterscheidung wichtig ist ...
Ich weiß nicht, was Sie steuern möchten, würde aber vorschlagen, dass Sie so etwas als Beispiel für eine integrierte Motor- und Antriebslösung oder für einen separaten Komponentenantrieb für einen vorhandenen Wechselstrom-Induktionsmotor betrachten. Jedes Beispiel ist High-End und kann für Ihre Anwendung zu teuer sein, insbesondere wenn es sich um eine einmalige Situation handelt. Es gibt aber auch günstigere Alternativen...
(Vollständige Offenlegung: Vor vielen Jahren arbeitete ich für das, was damals GE Motors war, und meine Kollegen entwickelten das ECM, mit dem ich verknüpft war. Außerdem verwenden wir in meinem jetzigen Job ähnliche ABB-Antriebe ...)
Zur Motordrehzahlregelung im Allgemeinen!
Die Geschwindigkeitskontrolle kann mit zwei verschiedenen Techniken erreicht werden:
In einigen Fällen, z. B. bei einem gewöhnlichen Gleichstrommotor, kann der Geschwindigkeitsregler so einfach wie ein variabler Widerstand oder eine variable Gleichspannungsquelle sein. Bei anderen Motoren ist der Steuerkreis komplizierter. Bei einigen Motoren (z. B. Schrittmotor, Reluktanzschalter oder bürstenloser Gleichstrom) ist die "komplizierte" Steuerschaltung erforderlich, um den Motor nur zum Drehen zu bringen. Da diese Schaltung in diesem Fall bereits vorhanden ist, ist die Geschwindigkeitssteuerung fast ein trivialer nachträglicher Gedanke (vorausgesetzt, der Controller-Designer hat sich entschieden, diese Fähigkeit dem Benutzer zur Verfügung zu stellen).
Wenn Sie eine einfache DIY-Motordrehzahlregelung wünschen, ist ein Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetfeld so einfach wie es nur geht. Vorausgesetzt, der Motor ist nicht überlastet (oder der Versorgungsstrom ist begrenzt), folgt die Drehzahl der angelegten Spannung. Variieren Sie die Klemmenspannung nach Belieben (Widerstand, variable DC-Versorgung, Leistungsverstärker usw. ). Das is doch Babyleicht.
Gleichstrommotoren mit gewickeltem Feld erzeugen ihr Magnetfeld über eine Wicklung, und dieser Feldstrom muss gesteuert werden. Für Anwendungen mit geringer Leistung könnte man den Feldstrom festlegen und dann die Versorgungsspannung steuern; Bei Motoren mit größerer Leistung ergibt die Steuerung sowohl des Feldstroms als auch möglicherweise der Ankerspannung jedoch eine zusätzliche dynamische Steuerungsleistung und mehr Möglichkeiten für Aufregung : Schalten Sie niemals den Feldstrom eines in Betrieb befindlichen Gleichstrommotors mit gewickeltem Feld ab! (Hinweis, es beschleunigt, bis es ausgeschaltet wird, die Drehzahl den durch das Restmagnetfeld bestimmten stabilen Betriebspunkt erreicht oder ein mechanischer Überdrehzahlfehler auftritt ...) Sie werden wahrscheinlich in keiner modernen HLK-Anwendung auf Gleichstrommotoren mit gewickeltem Feld stoßen.
Alle Motoren (AC oder DC) können indirekt über Drehmomentmodulation drehzahlgeregelt werden. Grundsätzlich wendet dieses Steuerverfahren das volle Drehmoment für eine Zeitdauer (Motor ist "an") und das Drehmoment Null für eine Zeitdauer (Motor ist "aus") an. Wenn der Motor eingeschaltet ist, beschleunigt er auf seine volle Geschwindigkeit. Wenn der Motor ausgeschaltet ist, verlangsamt ("rollt") er in Richtung Nullgeschwindigkeit. Die rotierende Trägheit des Motors und der Last sorgen für die Tiefpassfilterung, die zu einer Durchschnittsgeschwindigkeit führt. Triac-basierte Motorsteuerungen verwenden normalerweise diese Methode: Sie schalten den Wechselstrommotor für eine Reihe von Netzzyklen ein und lassen ihn dann für eine Reihe von Netzzyklen aus.
Nahezu alle Motoren sind über Polumschalter drehzahlregelbar. Diese Schalter verdrahten einen speziell konstruierten Motor effektiv neu, um seine Nenn- oder Normaldrehzahl in diskreten Schritten neu zu konfigurieren. Dies wird normalerweise nur für Wechselstrom-Induktionsmotoren verwendet, aber man könnte dies auch für die meisten anderen Motortypen tun. Die Drehzahl des Rotors hängt von der Anzahl der elektrischen Polpaare bei einer mechanischen Umdrehung ab. Eine Erhöhung der Polzahl führt zu einem langsamer drehenden Motor. Haushaltsventilatoren mit mehreren Geschwindigkeiten sind ein gängiges Beispiel für diese Steuerungsmethode.
Eine gemeinsame Eigenschaft von Wechselstrommotoren ist, dass sie ein rotierendes Statormagnetfeld haben, dem der Rotor folgt. Je schneller das Drehfeld, desto höher die Leerlaufdrehzahl. Grob vereinfacht wird auf diese Weise eine direkte Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren erreicht.
Wechselstrommotoren können in drei allgemeine Eimer eingeteilt werden: Induktion, Synchron und das, was ich "geschaltet" nenne. Induktions- und Synchronmotoren verwenden beide sinusförmige Ströme, um ihr rotierendes Statormagnetfeld zu erzeugen. Geschaltete Motoren verwenden nicht sinusförmige Ströme, die eher Rechteckwellen ähneln. Beispiele für Schaltmotoren sind Schrittmotoren, bürstenlose Gleichstrom- und geschaltete Reluktanzmaschinen.
Induktionsmaschinen haben eine Betriebseigenschaft, die "Schlupf" genannt wird. Dies bedeutet, dass, wenn das Drehmoment der Maschine ungleich Null ist, ein Drehzahlunterschied zwischen der magnetischen Drehzahl des Rotors und des rotierenden Stators besteht. Diese normalisierte Differenz wird Schlupf genannt. Der Schlupf und das Drehmoment hängen so zusammen, dass eine Erhöhung des Lastdrehmoments den Schlupf erhöht. Abhängig von der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie der Last bildet dies eine Grundlage für eine indirekte Drehzahlregelung in einem Asynchronmotor. Änderungen, die sich auf die Drehmomenterzeugung des Motors auswirken, führen zu Schlupfänderungen basierend auf der Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der Last. Die Schlupfänderung bedeutet eine Drehzahländerung. Das Drehmoment kann durch Hinzufügen eines Widerstands im Rotorkreis eingestellt werden, wenn der Motor ein gewickelter Rotor ist. Änderungen im Statorkreis wirken sich ebenfalls auf die Drehmomenterzeugung aus, erfordern jedoch einen speziell konstruierten Motor, um eine Beschädigung des Motors zu verhindern. Ein Wechselstrommotor hat ein Stromminimum, wenn die Versorgungsspannung und die Frequenz in einem festen Verhältnis (V/Hz) stehen. Eine Drehzahlregelung durch Anpassen der Erregung des Statorkreises führt zu größeren Statorströmen. Dies ist akzeptabel, wenn der Motor für diese Betriebsart ausgelegt ist; der erforderliche Spielraum, um dies unterzubringen, führt jedoch zu einem Spezialzweck und typischerweise teureren Motor. Motoren, die nicht speziell für diesen Betrieb ausgelegt sind Dies ist akzeptabel, wenn der Motor für diese Betriebsart ausgelegt ist; der erforderliche Spielraum, um dies unterzubringen, führt jedoch zu einem Spezialzweck und typischerweise teureren Motor. Motoren, die nicht speziell für diesen Betrieb ausgelegt sind Dies ist akzeptabel, wenn der Motor für diese Betriebsart ausgelegt ist; der erforderliche Spielraum, um dies unterzubringen, führt jedoch zu einem Spezialzweck und typischerweise teureren Motor. Motoren, die nicht speziell für diesen Betrieb ausgelegt sindwird beschädigt, wenn es zu lange in diesem Modus betrieben wird. Beachten Sie, dass die Steuerung der Drehzahl über den Widerstand oder die Spannung des Statorschaltkreises auch die Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der Last so einschränkt, dass sie sich ähnlich wie ein Lüfter verhält.
Synchron- und geschaltete Motoren haben keinen Schlupf. Wenn ihr Rotor also nicht immer mit dem Magnetfeld des Stators ausgerichtet ist, werden sie als "Schlupfpole" bezeichnet und drehen sich nicht. Das bedeutet, dass diese Motoren nur dann direkt drehzahlgeregelt werden können, wenn ihre Statorerregungsfrequenz variiert. Dies bedeutet normalerweise eine Art elektronischer Motorantrieb. (Sie können es für nicht geschaltete Motoren super altmodisch machen, indem Sie eine Kaskade von Induktions- und Gleichstrommotoren sowie Gleichstrom- und Synchrongeneratoren verwenden).
Da Induktions- und Synchronmaschinen eine sinusförmige Statorerregung haben, sind ihre elektronischen Motorantriebe sehr ähnlich. In Systemen mit niedriger Leistung (z. B. V/Hz mit offener Schleife) könnte man denselben Antrieb und dieselben Steuerungen verwenden; Bei normaler oder höherer Leistung gibt es jedoch Unterschiede in der Steuerungstopologie, um die Unterschiede zwischen den beiden Motoren anzugehen.
Elektronische Motorantriebe für geschaltete Motoren sind anders, da sie Ströme erzeugen, die sich Rechteckwellen annähern (oder sind). Häufig wird die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters durch den Drehzahlbefehl eingestellt und der Frequenzumrichter passt das Drehmoment (über die Stromamplitude oder den Phasenwinkel) an, um den Rotor mit dem rotierenden Statormagnetfeld ausgerichtet zu halten.
Der bürstenlose Gleichstrommotor wird so genannt, weil die Statorerregung auf der Rotorposition basiert. Die Kombination der Motor- und Wechselrichterschaltung und des Steuervorgangs führt zu einer Übertragungsfunktion vom Gleichstrombus des Umrichters zum Drehmoment/zur Motordrehzahl, die in ihrer Form mit einem Gleichstrommotor identisch ist.
Olin Lathrop
Stefan