วิธีการควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรง

การควบคุมความเร็วเป็นหนึ่งในคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดของ มอเตอร์กระแสตรง และเป็นเหตุผลสำคัญว่าทำไมมอเตอร์กระแสตรงจึงยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานที่ต้องการการเคลื่อนไหวที่แม่นยำ ปรับได้ และตอบสนอง ต่างจากมอเตอร์ AC ซึ่งมีความเร็วสัมพันธ์กับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟอย่างใกล้ชิด ความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงสามารถปรับได้อย่างราบรื่นและประหยัดด้วยวิธีการที่เป็นที่ยอมรับกันดีหลายวิธี การทำความเข้าใจวิธีการเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรและนักออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถเลือกวิธีการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานที่กำหนด โดยปรับสมดุลปัจจัยต่างๆ เช่น ต้นทุน ประสิทธิภาพ ความต้องการแรงบิด และความซับซ้อนในการควบคุม

ความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงจะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าของกระดอง แรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง ความต้านทานของกระดอง และฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากสนามแม่เหล็ก ด้วยการปรับเปลี่ยนปัจจัยเหล่านี้ ความเร็วในการหมุนของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงได้ ในทางปฏิบัติ การดำเนินการนี้ทำได้โดยอาศัยวิธีการควบคุมไฟฟ้าสามวิธีเป็นหลัก ในขณะที่วิธีที่สี่เป็นแนวทางเชิงกลล้วนโดยใช้ตัวลดเกียร์ ซึ่งปัจจุบันเป็นวิธีการหลักและสำคัญในการออกแบบโซลูชันมอเตอร์ ให้การควบคุมความเร็วโดยไม่ต้องดัดแปลงระบบไฟฟ้าของมอเตอร์ใดๆ

การควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระดอง

การควบคุมแรงดันไฟฟ้าของกระดองเป็นวิธีการปรับความเร็วมอเตอร์กระแสตรงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากความเร็วของมอเตอร์เป็นสัดส่วนโดยประมาณกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดกระดอง การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจะทำให้มอเตอร์หมุนเร็วขึ้น ในขณะที่การลดความเร็วลงจะทำให้มอเตอร์ช้าลง ความสัมพันธ์นี้ทำให้การควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระดองเป็นวิธีที่ใช้งานง่ายและมีประสิทธิภาพสูงในการปรับความเร็วที่ราบรื่นและต่อเนื่อง

ในการใช้งานสมัยใหม่ โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าของกระดองจะถูกควบคุมโดยใช้การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) โดยที่แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยที่ส่งไปยังมอเตอร์จะแปรผันโดยการเปิดและปิดแหล่งจ่ายไฟอย่างรวดเร็วที่รอบหน้าที่ควบคุม วิธีการนี้ให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม การตอบสนองที่รวดเร็ว และช่วงการปรับความเร็วที่กว้าง ในขณะที่สร้างความร้อนค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับวิธีการต้านทาน การควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระดองเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต่ำกว่าความเร็วพิกัดของมอเตอร์ โดยจะรักษาแรงบิดเอาท์พุตที่ค่อนข้างคงที่ตลอดช่วงความเร็วที่ปรับได้ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับไดรฟ์ที่มีความแม่นยำ อุปกรณ์อัตโนมัติ และอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่

การควบคุมฟลักซ์ของสนาม

สำหรับมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านกระแสตรง แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับจะถูกกำหนดโดยฟลักซ์แม่เหล็กและความเร็วในการหมุน แรงดันกระดองคือผลรวมของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังและแรงดันไฟฟ้าตกบนขดลวดกระดอง เนื่องจากแรงดันตกคร่อมของขดลวดมีขนาดเล็กมากในการทำงานปกติ แรงดันกระดองจึงเทียบเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับโดยประมาณ

เมื่อแรงดันกระดองและแรงบิดของโหลดคงที่ ความเร็วของมอเตอร์จะแปรผกผันกับฟลักซ์แม่เหล็ก การลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะลดแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง เพิ่มความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าของวงจรกระดอง และเพิ่มกระแสกระดอง กระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะชดเชยการสูญเสียแรงบิดจากฟลักซ์แม่เหล็กที่อ่อนลง และรักษาแรงบิดเอาท์พุตให้คงที่ ในที่สุด มอเตอร์จะทำงานเร็วขึ้นเมื่อมีฟลักซ์แม่เหล็กน้อยลง และช้าลงด้วยฟลักซ์แม่เหล็กที่มากขึ้น

สำหรับมอเตอร์กระแสตรงที่มีขดลวดสนามแม่เหล็ก สามารถปรับฟลักซ์แม่เหล็กได้โดยการเปลี่ยนแปลงกระแสสนามแม่เหล็ก ตัวต้านทานแบบแปรผันที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมภายในวงจรกำลังของคอยล์สนามช่วยให้สามารถควบคุมได้ การลดความต้านทานจะเพิ่มกระแสของสนาม เพิ่มความแข็งแกร่งของสนามแม่เหล็ก และเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็ก

มอเตอร์กระแสตรงแม่เหล็กถาวรไม่ได้ติดตั้งขดลวดสนาม และสนามแม่เหล็กของพวกมันได้มาจากแม่เหล็กถาวร เพื่อเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็ก สามารถใช้แม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพแม่เหล็กสูงขึ้นได้ นอกจากนี้ แหวนยึดแม่เหล็กยังเป็นส่วนประกอบที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง มันยับยั้งฟลักซ์แม่เหล็กที่หลงเหลือจากแม่เหล็กและปรับวงจรแม่เหล็กภายในให้เหมาะสม การติดตั้งแหวนยึดแม่เหล็กจะช่วยลดการสูญเสียแม่เหล็กและเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแปลงพลังงานเครื่องกลไฟฟ้า

การควบคุมความต้านทานของกระดอง

การควบคุมความต้านทานของกระดองสามารถลดความเร็วได้โดยการใส่ตัวต้านทานแบบแปรผันอนุกรมกับวงจรกระดอง เมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะเพิ่มขึ้น ทำให้มีแรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนมอเตอร์น้อยลง และส่งผลให้ความเร็วลดลง ในทางกลับกัน การลดความต้านทานจะทำให้แรงดันไฟฟ้าเข้าถึงกระดองได้มากขึ้น โดยเพิ่มความเร็วตามค่าพิกัดของมอเตอร์

แม้ว่าวิธีนี้จะง่าย ต้นทุนต่ำ และใช้งานง่าย แต่ก็มีข้อเสียที่เห็นได้ชัดเจน พลังงานอินพุตส่วนสำคัญจะกระจายไปเป็นความร้อนในตัวต้านทาน ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมลดลง โดยเฉพาะที่ความเร็วลดลง นอกจากนี้ วิธีการนี้จะยอมให้ลดความเร็วได้ต่ำกว่าความเร็วที่กำหนดเท่านั้น และให้การควบคุมที่ค่อนข้างหยาบเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์ เป็นผลให้การควบคุมความต้านทานของกระดองโดยทั่วไปถูกจำกัดเฉพาะการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำ ระบบควบคุมพื้นฐาน หรือสถานการณ์ที่การปรับความเร็วที่ไม่สำคัญเป็นครั้งคราวนั้นเพียงพอ และโซลูชันไดรฟ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่สมเหตุสมผลด้วยต้นทุน

การเพิ่มตัวลดเกียร์

นอกเหนือจากวิธีการควบคุมทางไฟฟ้าที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ความเร็วเอาท์พุตยังสามารถปรับทางกลไกได้โดยการต่อมอเตอร์กระแสตรงเข้ากับตัวลดเกียร์ กล่องเกียร์จะลดความเร็วในการหมุนที่ส่งมาจากเพลามอเตอร์ ในขณะเดียวกันก็เพิ่มแรงบิดที่มีอยู่ที่เพลาเอาท์พุตตามสัดส่วน ตามอัตราส่วนการลดเกียร์ที่เลือกสำหรับการใช้งาน

วิธีการนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อการใช้งานต้องการความเร็วเอาท์พุตคงที่และคาดเดาได้ ซึ่งต่ำกว่าช่วงการทำงานตามธรรมชาติของมอเตอร์อย่างมาก หรือเมื่อต้องการแรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำโดยไม่วางความต้องการไฟฟ้ามากเกินไปบนตัวมอเตอร์ เนื่องจากมอเตอร์สามารถทำงานได้ต่อไปใกล้กับความเร็วและช่วงประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดในขณะที่กระปุกเกียร์จัดการกับการลดความเร็ว การรวมกันนี้มักจะให้ประสิทธิภาพและความทนทานโดยรวมที่ดีกว่าการพึ่งพาวิธีการทางไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวเพื่อให้ได้ความเร็วเอาท์พุตที่ต่ำมาก ตัวลดเกียร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายร่วมกับมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านทั่วทั้งหุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เครื่องใช้ในบ้าน และการใช้งานเครื่องมือไฟฟ้า และสามารถใช้ร่วมกับวิธีการควบคุมความเร็วทางไฟฟ้าใดๆ ข้างต้นเพื่อปรับความเร็วเอาต์พุตสุดท้ายอย่างละเอียดเพิ่มเติม

บทสรุป

การควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงเป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ เพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน และบรรลุฟังก์ชันที่ออกแบบไว้ เมื่อเลือกโซลูชันที่เหมาะสม จำเป็นต้องคำนึงถึงความต้องการใช้งานจริง เป้าหมายประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และงบประมาณต้นทุนให้ครบถ้วน มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านของ Hongyang Motor มีการออกแบบที่ยืดหยุ่น และเข้ากันได้กับโซลูชันการควบคุมความเร็วต่างๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าที่แตกต่างกัน เรานำเสนอการกำหนดค่าผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมและการสนับสนุนทางเทคนิคอย่างมืออาชีพเพื่อช่วยให้อุปกรณ์เข้าถึงสถานะการทำงานที่ดีที่สุด