Variable speed drive/regulator for DC motor4.1 General principle (Prinsip Umum)The Ward Leonard set was the first variable speed drive for DC motors. This set, which comprised a drive motor (usually asynchronous) and a variable excitation DC generator, supplied power to one or more DC motors. Excitation was controlled by an electromechanical device (Amplidyne, Rototrol, Regulex) or by a static system (magnetic amplifier or electronic regulator). Today, this device is totally obsolete and has been replaced by semiconductor variable speed drives capable of performing the same operations statically with superior levels of performance.

The Ward Leonard set pertama speed drive variabel untuk motor DC . Set ini , yang terdiri dari motor penggerak ( biasanya asynchronous ) dan eksitasi variabel generator DC , dipasok listrik untuk satu atau lebih DC motor . Eksitasi dikontrol oleh perangkat elektromekanis ( Amplidyne , Rototrol , Regulex ) atau dengan sistem statis ( penguat magnet atau regulator elektronik ) . Hari ini , perangkat ini benar-benar usang dan telah digantikan oleh variabel semikonduktor kecepatan drive mampu melakukan operasi yang sama statis dengan tingkat superior kinerja.Electronic variable speed drives are supplied with power at a fixed voltage via an AC line supply and provide the motor with a variable DC voltage. A diode bridge or a thyristor bridge (usually single-phase) powers the excitation circuit.

Variabel elektronik kecepatan drive dengan daya pada tegangan yang tetap melalui jalur suplai AC dan menyediakan motor dengan tegangan DC variabel . Sebuah jembatan dioda atau jembatan thyristor ( biasanya fase tunggal ) kekuatan sirkuit eksitasi .The power circuit is a rectifier. As the voltage to be supplied has to be variable, this rectifier must be a controlled rectifier, i.e. it must comprise power components whose conductive characteristics can be controlled (thyristors). The output voltage is controlled by limiting to a greater or lesser extent the conduction time during each alternation. The longer the triggering of the thyristor is delayed in relation to the zero of the alternation, the lower the average voltage value and therefore the lower the motor speed (remember that a thyristor will shut down automatically when the current crosses zero).

Rangkaian daya penyearah . Sebagai tegangan yang harus diberikan harus bervariasi, rectifier ini harus menjadi penyearah terkontrol , yakni harus terdiri komponen listrik yang karakteristik konduktif dapat dikontrol ( thyristor ) . Tegangan output dikendalikan dengan membatasi untuk tingkat yang lebih besar atau lebih kecil waktu konduksi selama setiap pergantian . Semakin lama memicu dari thyristor tertunda sehubungan dengan nol pergantian , semakin rendah nilai tegangan rata-rata dan karena itu lebih rendah kecepatan motor ( ingat bahwa thyristor akan menutup secara otomatis ketika salib saat nol ) .For low-power drives or drives powered by a battery pack, the power circuit, which may comprise power transistors (chopper), will vary the DC output voltage by adjusting the conduction time. This operating mode is known as PWM (Pulse Width Modulation).

Untuk drive - daya rendah atau drive didukung oleh baterai , rangkaian listrik , yang dapat terdiri transistor daya ( helikopter ) , akan bervariasi tegangan output DC dengan mengatur waktu konduksi . Modus operasi ini dikenal sebagai PWM ( Pulse Width Modulation ) .Regulation (Pengeturan)Pengaturan is the precision maintenance of the value imposed in spite of disturbances (variation of resistive torque, power supply voltage, temperature). However, during acceleration or in the event of an overload, the current must not reach a value that may endanger the motor or the power supply device. An internal control loop in the drive maintains the current at an acceptable value. This limit can be accessed in order to be adjusted as appropriate for the characteristics of the motor

Peraturan adalah pemeliharaan ketepatan nilai yang dikenakan terlepas dari gangguan ( variasi torsi resistif , tegangan listrik , suhu ) . Namun, saat akselerasi atau pada saat terjadi kelebihan beban , saat ini harus tidak mencapai nilai yang dapat membahayakan motor atau perangkat catu daya . Loop pengendalian internal dalam drive mempertahankan arus pada nilai yang diterima . Batas ini dapat diakses untuk disesuaikan sesuai untuk karakteristik motorThe reference speed is determined by an analog or digital signal supplied via a fieldbus or any other device, which provides a voltage image of this required speed. The reference may be fixed or vary during the cycle.

Kecepatan referensi ditentukan oleh sinyal analog atau digital disediakan melalui fieldbus atau perangkat lain , yang menyediakan gambar tegangan kecepatan yang diperlukan ini . Referensi dapat tetap atau bervariasi selama siklus .Adjustable acceleration and deceleration ramps gradually apply the reference voltage corresponding to the required speed. This ramp can follow any profile. The adjustment of the ramps defines the duration of the acceleration and deceleration.

Adjustable percepatan dan perlambatan landai secara bertahap menerapkan tegangan referensi yang sesuai dengan kecepatan yang dibutuhkan . Jalan ini dapat mengikuti profil apapun. Penyesuaian landai mendefinisikan durasi percepatan dan perlambatan .In closed loop mode, the actual speed is measured continuously by a tachogenerator or a pulse generator and compared with the reference. If a deviation is detected, the control electronics will correct the speed. The speed range extends by several revolutions per minute until the maximum speed is reached. In this variation range, it is easy to achieve precision rates better than 1% in analog regulation and better than 1/1000 in digital regulation, taking into account all possible variations (no-load/on-load, voltage variation, temperature variation, etc.).

Dalam mode loop tertutup , kecepatan yang sebenarnya diukur terus menerus oleh Tachogenerator atau generator pulsa dan dibandingkan dengan referensi . Jika penyimpangan terdeteksi , kontrol elektronik akan memperbaiki kecepatan . Rentang kecepatan meluas oleh beberapa putaran per menit sampai kecepatan maksimum tercapai . Dalam rentang variasi ini , sangat mudah untuk mencapai tingkat presisi lebih baik dari 1 % dalam peraturan analog dan lebih baik dari 1/1000 dalam peraturan digital , dengan mempertimbangkan semua kemungkinan variasi ( tanpa beban / on- beban , variasi tegangan , variasi suhu , dll ) .This type of regulation can also be implemented using the motor voltage measured taking into account the current passing through the motor. In this case, performance levels are slightly lower, both in the speed range and in terms of precision (several % between no-load operation and on-load operation).

Jenis regulasi juga dapat diimplementasikan dengan menggunakan tegangan motor diukur dengan mempertimbangkan arus yang melalui motor . Dalam hal ini , tingkat kinerja yang sedikit lebih rendah , baik dalam rentang kecepatan dan dalam hal presisi ( beberapa % antara tanpa beban operasi dan beban operasi ) .Reversal of the operating direction and regenerative braking (Pembalikan arah operasi dan pengereman regeneratif)In order to reverse the operating direction, the armature voltage must be inverted. This can be done using contactors (this solution is now obsolete) or statically by reversing the output polarity of the variable speed drive or the polarity of the excitation current. The use of this latter solution is rare due to the time constant of the field coil.

Dalam rangka untuk membalikkan arah operasi , tegangan dinamo harus terbalik . Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan kontaktor ( solusi ini sekarang usang ) atau statis dengan membalik polaritas output dari speed drive variabel atau polaritas arus eksitasi . Penggunaan solusi terakhir ini jarang terjadi karena waktu yang konstan dari kumparan medan .If controlled braking is required or necessitated by the nature of the load (driving torque), energy must be fed back to the line supply. During braking, the drive acts as an inverter or, in other words, the current circulating is negative. Drives capable of performing these two functions (reversal and regenerative braking) feature two bridges connected back-to-back (see Fig. 13 ). Each of these bridges can be used to invert the voltage and current as well as the sign for the energy circulating between the line supply and the load.

Jika pengereman dikontrol diperlukan atau diharuskan oleh sifat ( torsi mengemudi ) beban , energi harus diberi makan kembali ke pasokan line. Selama pengereman , drive bertindak sebagai inverter atau , dengan kata lain , saat ini beredar adalah negatif . Drive mampu melakukan dua fungsi ( reversal dan pengereman regeneratif ) memiliki dua jembatan yang terhubung back- to-back ( lihat Gambar . 13 ) . Setiap jembatan ini dapat digunakan untuk membalikkan tegangan dan arus serta tanda untuk energi yang beredar antara pasokan garis dan beban .

4.2 Possible operating modes

Operation at constant torque (Operasi di "torsi konstan")With constant excitation, the speed of the motor is determined by the voltage applied to the motor armature. Speed control is possible between standstill and the nominal voltage of the motor, which is selected on the basis of the AC supply voltage.

Dengan eksitasi konstan, kecepatan motor ditentukan oleh tegangan yang diberikan ke dinamo motor. Kontrol kecepatan mungkin antara berhenti dan tegangan nominal motor, yang dipilih berdasarkan pasokan tegangan AC.

The motor torque is proportional to the armature current and the nominal torque of the machine can be obtained continuously at all speeds.

Torsi motor sebanding dengan arus armature dan torsi nominal mesin dapat diperoleh secara terus-menerus pada semua kecepatan.

Operation at constant power (Operasi di "Energi Konstan")When the machine is supplied with power at its nominal voltage, its speed can still be increased by reducing the excitation current. In this case, the variable speed drive must feature a controlled rectifier bridge that powers the excitation circuit. The armature voltage will remain fixed and equal to the nominal voltage and the excitation current is adjusted in order to reach the required speed.

Ketika mesin dengan daya pada tegangan nominalnya, kecepatan masih bisa ditingkatkan dengan mengurangi arus eksitasi. Dalam hal ini, speed drive variabel harus memiliki penyearah jembatan dikendalikan yang kekuatan sirkuit eksitasi. Tegangan dinamo akan tetap tetap dan sama dengan tegangan nominal dan arus eksitasi disesuaikan untuk mencapai kecepatan yang dibutuhkan.

The power is expressed as

P = E x I

where

E is the supply voltage and

I is the armature current.

For a given armature current the power will therefore be constant throughout the speed range, but the maximum speed is limited by two parameters:

The mechanical limit associated with the armature and in particular the maximum centrifugal power that can be tolerated by the commutator

The machines switching options, which are, in general, more restrictive

The motor manufacturer must therefore be urged to select the correct motor, in particular in respect of the speed range at constant power.

Kekuatan dinyatakan sebagai

P = E x I

dimana

E adalah tegangan suplai dan

Aku adalah arus angker.

Untuk angker saat ini diberikan kekuatan oleh karena itu akan konstan sepanjang rentang kecepatan, tapi kecepatan maksimum dibatasi oleh dua parameter:

Batas mekanik terkait dengan angker dan khususnya kekuatan sentrifugal maksimum yang dapat ditoleransi oleh komutator

Pilihan switching mesin, yang, secara umum, lebih ketat

Pabrikan motor karena itu harus didesak untuk memilih motor yang benar, khususnya sehubungan dengan kisaran kecepatan daya konstan.