Dans la période du 18esiècle lui-même, il y a eu l'évolution des moteurs à courant continu. Le développement des moteurs à courant continu s'est largement amélioré et ils sont largement appliqués dans plusieurs industries. Au début des années 1800 et avec les améliorations apportées en 1832, les moteurs à courant continu ont été initialement développés par le chercheur britannique Sturgeon. Il a inventé le type de moteur à courant continu à collecteur initial où il a également la capacité de simuler des machines. Mais on peut se demander quelle est la fonctionnalité du moteur à courant continu et pourquoi il est important de connaître le contrôle de la vitesse du moteur à courant continu. Ainsi, cet article explique clairement son fonctionnement et diverses techniques de contrôle de vitesse.
Qu'est-ce que le moteur à courant continu?
Un moteur à courant continu fonctionne en utilisant un courant continu où il transforme l'énergie électrique reçue en énergie mécanique. Cela déclenche un changement de rotation dans le dispositif lui-même, fournissant ainsi la puissance nécessaire pour faire fonctionner diverses applications dans plusieurs domaines.
Le contrôle de la vitesse du moteur à courant continu est l'une des fonctionnalités les plus utiles du moteur. En contrôlant la vitesse du moteur, vous pouvez faire varier la vitesse du moteur en fonction des besoins et obtenir le fonctionnement requis.
Le mécanisme de contrôle de vitesse est applicable dans de nombreux cas, comme le contrôle du mouvement des véhicules robotiques, le mouvement des moteurs dans les usines de papier et le mouvement des moteurs dans les ascenseurs où différents types de moteurs à courant continu sont utilisés.
Principe de fonctionnement du moteur à courant continu
Un moteur à courant continu simple fonctionne sur le principe que lorsqu'un conducteur porteur de courant est placé dans un fidèle magnétique d, il subit une force mécanique. Dans un moteur à courant continu pratique, l'armature est le conducteur de courant et le champ fournit un champ magnétique.
Lorsque le conducteur (armature) est alimenté en courant, il produit son propre flux magnétique. Le flux magnétique s'ajoute au flux magnétique dû aux enroulements de champ dans une direction ou annule le flux magnétique dû aux enroulements de champ. L'accumulation de flux magnétique dans un sens par rapport à l'autre exerce une force sur le conducteur, et par conséquent, il commence à tourner.
Selon la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique, l’action de rotation du conducteur produit un EMF . Cet EMF, selon la loi de Lenz, tend à s'opposer à la cause, c'est-à-dire à la tension fournie. Ainsi, un moteur à courant continu a une caractéristique très particulière d'ajuster son couple en cas de charge variable due à la force contre-électromotrice.
Pourquoi le contrôle de la vitesse du moteur à courant continu est-il important?
Le contrôle de la vitesse dans la machine montre un impact sur la vitesse de rotation du moteur où cette influence directe sur la fonctionnalité de la machine et est si importante pour les performances et le résultat de la performance. Au moment du forage, chaque type de matériau a sa propre vitesse de rotation et elle change également en fonction de la taille du foret.
Dans le scénario des installations de pompage, il y aura un changement dans le débit et donc une bande transporteuse doit être synchronisée avec la vitesse fonctionnelle de l'appareil. Ces facteurs sont directement ou indirectement dépendants de la vitesse du moteur. Pour cette raison, il faut tenir compte de la vitesse du moteur à courant continu et observer divers types de méthodes de contrôle de vitesse.
Le contrôle de la vitesse du moteur à courant continu est effectué manuellement par le travailleur ou à l'aide d'un outil de contrôle automatique. Ceci semble être en contraste avec la limitation de vitesse où il doit y avoir une régulation de vitesse opposée à la variation naturelle de la vitesse en raison de la variation de la charge sur l'arbre.
Le principe du contrôle de la vitesse
À partir de la figure ci-dessus, l'équation de tension d'un simple docteur moteur est
V = Eb + IaRa
V est la tension fournie, Eb est l'EMF arrière, Ia est le courant d'induit et Ra est la résistance d'induit.
Nous savons déjà que
Eb = (PøNZ) / 60A.
P - nombre de pôles,
Une constante
Z - nombre de conducteurs
N- la vitesse du moteur
En substituant la valeur de Eb dans l'équation de tension, on obtient
V = (PøNZ) / 60A) + IaRa
Ou, V - IaRa = (PøNZ) / 60A
c'est-à-dire N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø
L'équation ci-dessus peut également être écrite comme suit:
N = K (V - IaRa) / ø, K est une constante
Cela implique trois choses:
- La vitesse du moteur est directement proportionnelle à la tension d'alimentation.
- La vitesse du moteur est inversement proportionnelle à la chute de tension d'induit.
- La vitesse du moteur est inversement proportionnelle au flux en raison des découvertes sur le terrain
Ainsi, la vitesse d'un moteur à courant continu peut être contrôlée de trois manières:
- En faisant varier la tension d'alimentation
- En faisant varier le flux et en faisant varier le courant à travers l'enroulement de champ
- En faisant varier la tension d'induit et en faisant varier la résistance d'induit
Techniques multiples de contrôle de la vitesse du moteur à courant continu
Comme il existe deux types de moteurs à courant continu, nous discuterons ici clairement des méthodes de contrôle de la vitesse des séries DC et moteurs shunt.
Contrôle de la vitesse du moteur à courant continu dans les types en série
Il peut être classé en deux types et ceux-ci sont:
- Technique contrôlée par l'armature
- Technique contrôlée sur le terrain
La technique contrôlée par l'armature est en outre classée en trois types
- Résistance contrôlée par l'armature
- Contrôle d'armature shunté
- Tension aux bornes de l'induit
Résistance contrôlée par l'armature
Cette technique est la plus largement employée lorsque la résistance de régulation a une connexion en série avec celle de l'alimentation du moteur. L'image ci-dessous explique cela.
Contrôle de la résistance d'armature
La perte de puissance qui se produit dans la résistance de contrôle du moteur série CC peut être ignorée car cette technique de régulation est principalement utilisée pendant une longue période afin de réduire la vitesse lors de scénarios de charge légère. C'est une technique rentable pour le couple persistant et principalement mise en œuvre dans la conduite de grues, de trains et d'autres véhicules.
Contrôle d'armature shunté
Ici, le rhéostat sera à la fois en série et en shuntage avec l'armature. Il y aura un changement dans le niveau de tension qui est appliqué à l'armature et cela varie en changeant la série rhéostat . Alors que le changement de courant d'excitation a lieu en changeant le rhéostat shunt. Cette technique de contrôle de vitesse dans un moteur à courant continu n'est pas si coûteuse en raison des pertes de puissance importantes dans les résistances de régulation de vitesse. La vitesse peut être réglée dans une certaine mesure mais pas au-dessus du niveau normal de vitesse.
Méthode de contrôle de la vitesse du moteur CC à armature shuntée
Tension de borne d'induit
La vitesse d'un moteur en série à courant continu peut également être obtenue par l'alimentation du moteur en utilisant une tension d'alimentation individuelle variée, mais cette approche est coûteuse et n'est pas mise en œuvre de manière extensive.
La technique contrôlée sur le terrain est en outre classée en deux types:
- Inverseur de champ
- Contrôle du champ tapé (contrôle du champ tapé)
Technique de dérivation de champ
Cette technique utilise un inverseur. Le débit de flux qui traverse le champ peut être diminué en dérivant une partie du courant du moteur à travers le champ série. Plus la résistance du déviateur est faible, plus le courant de champ est moindre. Cette technique est utilisée pour plus que la plage de vitesses normale et est mise en œuvre sur les entraînements électriques où la vitesse augmente lorsqu'il y a une diminution de la charge.
Contrôle de la vitesse du moteur à courant continu de l'inverseur de champ
Contrôle du champ exploité
Ici aussi, avec la réduction du flux, la vitesse sera augmentée et cela se fait en réduisant les spires d'enroulement de champ à partir de l'endroit où le flux de courant a lieu. Ici, le nombre de prises dans le bobinage de champ est retiré et cette technique est utilisée dans les tractions électriques.
Contrôle de la vitesse du moteur shunt CC
Il peut être classé en deux types et ceux-ci sont:
- Technique contrôlée sur le terrain
- Technique contrôlée par l'armature
Méthode de contrôle sur site pour le moteur shunt CC
Dans cette méthode, le flux magnétique dû aux enroulements de champ est varié afin de faire varier la vitesse du moteur.
Comme le flux magnétique dépend du courant circulant dans l'enroulement de champ, il peut être modifié en faisant varier le courant à travers l'enroulement de champ. Ceci peut être réalisé en utilisant une résistance variable en série avec la résistance d'enroulement de champ.
Initialement, lorsque la résistance variable est maintenue à sa position minimale, le courant nominal circule à travers l'enroulement de champ en raison d'une tension d'alimentation nominale, et par conséquent, la vitesse est maintenue normale. Lorsque la résistance augmente progressivement, le courant à travers l'enroulement de champ diminue. Cela diminue à son tour le flux produit. Ainsi, la vitesse du moteur augmente au-delà de sa valeur normale.
Méthode de contrôle de la résistance d'induit pour le moteur shunt CC
Avec cette méthode, la vitesse du moteur à courant continu peut être contrôlée en contrôlant la résistance de l'armature pour contrôler la chute de tension à travers l'armature. Cette méthode utilise également une résistance variable en série avec l'armature.
Lorsque la résistance variable atteint sa valeur minimale, la résistance d'induit est normale et, par conséquent, la tension d'induit chute. Lorsque la valeur de la résistance augmente progressivement, la tension aux bornes de l'armature diminue. Cela conduit à son tour à une diminution de la vitesse du moteur.
Cette méthode permet d'obtenir une vitesse du moteur inférieure à sa plage normale.
Méthode de contrôle de la tension d'induit pour le moteur shunt CC (méthode Ward Leonard)
La technique de Ward Leonard de Circuit de commande de vitesse du moteur à courant continu s'affiche comme suit:
Dans l'image ci-dessus, M est le moteur principal où sa vitesse doit être régulée et G correspond à un générateur à courant continu excité individuellement où il est entraîné en utilisant un moteur triphasé et il peut être soit synchrone soit à induction. Ce modèle de combinaison générateur CC et moteur à courant alternatif est appelé ensemble M-G.
La tension du générateur varie en modifiant le courant de champ du générateur. Ce niveau de tension lorsqu'il est fourni à la section d'induit du moteur à courant continu, puis à M, est modifié. Afin de maintenir constant le flux du champ moteur, le courant de champ moteur doit être maintenu constant. Lorsque la vitesse du moteur est régulée, le courant d'induit du moteur doit être le même que celui du niveau nominal.
Le courant de champ délivré sera différent de sorte que le niveau de tension d'induit varie de «0» au niveau nominal. Comme la régulation de vitesse correspond au courant nominal et au flux de champ persistant du moteur et au flux de champ jusqu'à ce que la vitesse nominale soit atteinte. Et comme la puissance est le produit de la vitesse et du couple et qu'elle a une proportion directe avec la vitesse. Avec cela, quand il y a une augmentation de puissance, la vitesse augmente.
Les deux méthodes mentionnées ci-dessus ne peuvent pas fournir une commande de vitesse dans la plage souhaitable. De plus, la méthode de contrôle de flux peut affecter la commutation, tandis que la méthode de contrôle d'induit implique une perte de puissance énorme en raison de son utilisation d'une résistance en série avec l'armature. Par conséquent, une méthode différente est souvent souhaitable - celle qui contrôle la tension d'alimentation pour contrôler la vitesse du moteur.
Par conséquent, avec la technique de Ward Leonard, la commande de puissance réglable et la valeur constante du couple sont acquises du niveau de vitesse minimal au niveau de la vitesse de base. La technique de régulation du flux de champ est principalement utilisée lorsque le niveau de vitesse est supérieur à celui de la vitesse de base.
Ici, dans la fonctionnalité, le courant d'induit est maintenu à un niveau constant à la valeur spécifiée et la valeur de tension du générateur est maintenue constante. Dans un tel procédé, l'enroulement de champ reçoit une tension fixe et l'armature reçoit une tension variable.
Une telle technique de procédé de contrôle de tension implique l'utilisation d'un mécanisme d'appareillage pour fournir une tension variable à l'armature, et l'autre utilise un générateur à moteur à courant alternatif pour fournir une tension variable à l'armature (le Système Ward-Leonard ).
Le avantages et inconvénients du Ward Leonard metho d sont:
Les avantages de l'utilisation de la technique de Ward Leonard pour le contrôle de la vitesse du moteur à courant continu sont les suivants:
- Dans les deux sens, on peut contrôler la vitesse de l'appareil de manière fluide pour une portée étendue
- Cette technique a une capacité de freinage intrinsèque
- Les volts-ampères réactifs arrière sont contrebalancés par un variateur et le moteur synchrone fortement excité agit comme le variateur, de sorte qu'il y aura un incrément du facteur de puissance
- Lorsqu'il y a une charge clignotante, le moteur d'entraînement est le moteur à induction ayant un volant qui est utilisé pour réduire la charge de clignotement à un niveau minimal
Les inconvénients de la technique de Ward Leonard sont:
- Comme cette technique a un ensemble de moteur et de générateur, le coût est plus
- L'appareil est compliqué à concevoir et a aussi un poids lourd
- Besoin de plus d'espace pour l'installation
- Nécessite un entretien régulier et les fondations ne sont pas rentables
- Il y aura des pertes énormes et donc l'efficacité du système est réduite
- Plus de bruit est généré
Et le application de la méthode Ward Leonard est un contrôle en douceur de la vitesse dans le moteur à courant continu. Quelques exemples sont les treuils de mine, les usines de papier, les ascenseurs, les laminoirs et les grues.
En dehors de ces deux techniques, la technique la plus utilisée est la contrôle de la vitesse du moteur à courant continu en utilisant PWM pour obtenir le contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu. PWM implique l'application d'impulsions de largeur variable au pilote du moteur pour contrôler la tension appliquée au moteur. Cette méthode s'avère très efficace car la perte de puissance est maintenue au minimum et n'implique pas l'utilisation d'équipements complexes.
Méthode de contrôle de tension
Le diagramme ci-dessus représente un simple contrôleur de vitesse de moteur électrique . Comme illustré dans le schéma fonctionnel ci-dessus, un microcontrôleur est utilisé pour fournir des signaux PWM au pilote de moteur. Le pilote de moteur est un circuit intégré L293D qui se compose de circuits en pont en H pour entraîner le moteur.
PWM est obtenu en faisant varier les impulsions appliquées à la broche d'activation du circuit intégré de commande de moteur pour contrôler la tension appliquée du moteur. La variation des impulsions se fait par le microcontrôleur, avec le signal d'entrée des boutons poussoirs. Ici, deux boutons poussoirs sont prévus, chacun pour diminuer et augmenter le cycle de service des impulsions.
Ainsi, cet article a donné une explication détaillée des différentes techniques de contrôle de la vitesse du moteur à courant continu et de la manière dont le contrôle de la vitesse est le plus important à observer. Il est en outre recommandé de connaître le contrôleur de vitesse du moteur 12v cc .
