No período de 18^ºpróprio século, houve a evolução dos motores DC. O desenvolvimento de motores DC foi amplamente aprimorado e eles são significativamente aplicados em vários setores. No início dos anos 1800 e com as melhorias feitas no ano de 1832, os motores DC foram inicialmente desenvolvidos pelo pesquisador britânico Sturgeon. Ele inventou o tipo inicial de comutador de motor DC, onde também tem a capacidade de simular máquinas. Mas alguém pode se perguntar qual é a funcionalidade do motor DC e por que é importante saber sobre o controle de velocidade do motor DC. Portanto, este artigo explica claramente seu funcionamento e várias técnicas de controle de velocidade.

O que é motor DC?

Um motor DC é operado usando corrente contínua, onde transforma a energia elétrica recebida em energia mecânica. Isso aciona uma mudança rotacional no próprio dispositivo, fornecendo energia para operar vários aplicativos em vários domínios.

O controle de velocidade do motor DC é um dos recursos mais úteis do motor. Ao controlar a velocidade do motor, você pode variar a velocidade do motor de acordo com os requisitos e pode obter a operação necessária.

O mecanismo de controle de velocidade é aplicável em muitos casos, como controlar o movimento de veículos robóticos, o movimento de motores em fábricas de papel e o movimento de motores em elevadores onde diferentes tipos de motores DC são usados.

Princípio de funcionamento do motor DC

Um motor DC simples funciona com base no princípio de que quando um condutor de corrente é colocado em um fiel magnético d, ele experimenta uma força mecânica. Em um motor DC prático, a armadura é o condutor que conduz a corrente e o campo fornece um campo magnético.

Quando o condutor (armadura) é alimentado com uma corrente, ele produz seu próprio fluxo magnético. O fluxo magnético é adicionado ao fluxo magnético devido aos enrolamentos do campo em uma direção ou cancela o fluxo magnético devido aos enrolamentos do campo. O acúmulo de fluxo magnético em uma direção em comparação com a outra exerce uma força sobre o condutor e, portanto, ele começa a girar.

De acordo com a lei da indução eletromagnética de Faraday, a ação rotativa do condutor produz um EMF . Este EMF, de acordo com a lei de Lenz, tende a se opor à causa, ou seja, a tensão fornecida. Assim, um motor DC tem uma característica muito especial de ajustar seu torque em caso de variação de carga devido ao EMF traseiro.

Por que o controle de velocidade do motor DC é importante?

O controle de velocidade na máquina mostra um impacto na velocidade de rotação do motor onde esta influência direta na funcionalidade da máquina é tão importante para o desempenho e resultado do desempenho. Na hora da perfuração, todo tipo de material tem sua própria velocidade de rotação e também muda de acordo com o tamanho da broca.

No cenário de instalações de bombas, haverá uma mudança na taxa de transferência e, portanto, uma correia transportadora precisa estar em sincronia com a velocidade funcional do dispositivo. Esses fatores são direta ou indiretamente dependentes da velocidade do motor. Por causa disso, deve-se considerar a velocidade do motor DC e observar vários tipos de métodos de controle de velocidade.

O controle de velocidade do motor DC é feito manualmente pelo trabalhador ou usando qualquer ferramenta de controle automático. Isso parece estar em contraste com a limitação de velocidade, onde deve haver regulação de velocidade opondo-se à variação natural na velocidade por causa da variação na carga do eixo.

O Princípio do Controle de Velocidade

Da figura acima, a equação de tensão de um simples motor DC é

V = Eb + IaRa

V é a tensão fornecida, Eb é o EMF traseiro, Ia é a corrente da armadura e Ra é a resistência da armadura.

Nós já sabemos disso

Eb = (PøNZ) / 60A.

P - número de pólos,

Uma constante

Z - número de condutores

N- a velocidade do motor

Substituindo o valor de Eb na equação de tensão, obtemos

V = (PøNZ) / 60A) + IaRa

Ou, V - IaRa = (PøNZ) / 60A

i.e., N = (PZ/60A) (V – IaRa)/ ø

A equação acima também pode ser escrita como:

N = K (V - IaRa) / ø, K é uma constante

Isso implica três coisas:

A velocidade do motor é diretamente proporcional à tensão de alimentação.
A velocidade do motor é inversamente proporcional à queda de tensão da armadura.
A velocidade do motor é inversamente proporcional ao fluxo devido às descobertas de campo

Assim, a velocidade de um motor DC pode ser controlada de três maneiras:

Variando a tensão de alimentação
Variando o fluxo e variando a corrente através do enrolamento de campo
Variando a tensão da armadura e variando a resistência da armadura

Várias técnicas de controle de velocidade do motor DC

Como existem dois tipos de motores DC, aqui vamos discutir claramente os métodos de controle de velocidade de ambas as séries DC e motores de derivação.

Controle de velocidade do motor DC em tipos de série

Pode ser categorizado em dois tipos:

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Técnica controlada de armadura
Técnica controlada em campo

A técnica de armadura controlada é ainda classificada em três tipos

Resistência controlada de armadura
Controle de armadura desviada
Tensão do terminal da armadura

Resistência controlada de armadura

Esta técnica é mais amplamente empregada quando a resistência de regulagem tem uma conexão em série com a da alimentação do motor. A imagem abaixo explica isso.

Controle de resistência de armadura

A perda de energia que acontece na resistência de controle do motor da série DC pode ser ignorada porque esta técnica de regulação é usada principalmente por um longo período para diminuir a velocidade no momento de cenários de carga leve. É uma técnica econômica para torque persistente e implementada principalmente em guindastes, trens e outros veículos.

Controle de Armadura Desviada

Aqui, o reostato estará em série e em conexão de manobra com a armadura. Haverá uma mudança no nível de tensão que é aplicado à armadura e isso varia com a mudança da série reostato . Considerando que a mudança na corrente de excitação ocorre mudando o reostato shunt. Esta técnica de controle de velocidade em motores DC não é tão cara devido às perdas significativas de potência nas resistências de regulação de velocidade. A velocidade pode ser regulada até certo ponto, mas não acima do nível normal de velocidade.

Método de controle de velocidade do motor DC de armadura de desvio

Tensão do terminal da armadura

A velocidade de um motor da série DC também pode ser feita por meio da alimentação do motor usando uma tensão de alimentação variada individual, mas essa abordagem é cara e não é amplamente implementada.

A técnica controlada em campo é ainda classificada em dois tipos:

Field Diverter
Controle de campo tocado (controle de campo tocado)

Técnica do Desviador de Campo

Esta técnica usa um desviador. A taxa de fluxo que está em todo o campo pode ser diminuída ao desviar alguma parte da corrente do motor através do campo em série. Quanto menor for a resistência do desviador, menor será a corrente de campo. Esta técnica é utilizada para além da faixa normal de velocidades e é implementada em acionamentos elétricos onde a velocidade aumenta quando há uma diminuição na carga.

Controle de velocidade do motor DC do desviador de campo

Controle de campo virado

Aqui também, com a redução do fluxo, a velocidade será aumentada e isso é conseguido reduzindo as voltas do enrolamento do campo de onde ocorre o fluxo da corrente. Aqui, o número de derivações no enrolamento de campo é retirado e esta técnica é usada em trações elétricas.

Controle de velocidade do motor DC Shunt

Pode ser categorizado em dois tipos:

Técnica controlada em campo
Técnica controlada de armadura

Método de controle de campo para motor DC Shunt

Neste método, o fluxo magnético devido aos enrolamentos do campo é variado para variar a velocidade do motor.

Como o fluxo magnético depende da corrente que flui através do enrolamento de campo, ele pode ser variado pela variação da corrente através do enrolamento de campo. Isso pode ser obtido usando um resistor variável em série com o resistor de enrolamento de campo.

Inicialmente, quando o resistor variável é mantido em sua posição mínima, a corrente nominal flui pelo enrolamento de campo devido a uma tensão nominal de alimentação e, como resultado, a velocidade é mantida normal. Quando a resistência é aumentada gradualmente, a corrente através do enrolamento de campo diminui. Isso, por sua vez, diminui o fluxo produzido. Assim, a velocidade do motor aumenta além do seu valor normal.

Método de controle de resistência de armadura para motor DC Shunt

Com este método, a velocidade do motor DC pode ser controlada controlando a resistência da armadura para controlar a queda de tensão na armadura. Este método também usa um resistor variável em série com a armadura.

Quando o resistor variável atinge seu valor mínimo, a resistência da armadura é normal e, portanto, a tensão da armadura cai. Quando o valor da resistência é gradualmente aumentado, a tensão na armadura diminui. Isso, por sua vez, leva a uma diminuição da velocidade do motor.

Este método atinge a velocidade do motor abaixo de sua faixa normal.

Método de controle de tensão de armadura para motor DC Shunt (método de Ward Leonard)

A técnica de Ward Leonard de Circuito de controle de velocidade do motor DC é mostrado da seguinte forma:

Na imagem acima, M é o motor principal cuja velocidade deve ser regulada e G corresponde a um gerador CC individualmente excitado, onde este é acionado por meio de um motor trifásico e pode ser um motor síncrono ou de indução. Este padrão de combinação de gerador CC e motor acionado por CA é denominado como conjunto M-G.

A tensão do gerador é variada alterando a corrente de campo do gerador. Este nível de tensão, quando fornecido à seção de armadura do motor CC e, em seguida, M é variado. Para manter o fluxo do campo do motor constante, a corrente do campo do motor deve ser mantida constante. Quando a velocidade do motor é regulada, a corrente da armadura para o motor deve ser a mesma do nível nominal.

A corrente de campo fornecida será diferente, de modo que o nível de tensão da armadura varia de '0' ao nível nominal. Pois a regulação da velocidade corresponde à corrente nominal e com o fluxo de campo persistente do motor e o fluxo de campo até que a velocidade nominal seja atingida. E como a potência é o produto da velocidade e do torque e tem proporção direta com a velocidade. Com isso, quando há um incremento na potência, a velocidade aumenta.

Ambos os métodos mencionados acima não podem fornecer controle de velocidade na faixa desejável. Além disso, o método de controle de fluxo pode afetar a comutação, enquanto o método de controle de armadura envolve uma grande perda de potência devido ao uso de um resistor em série com a armadura. Portanto, um método diferente é frequentemente desejável - aquele que controla a tensão de alimentação para controlar a velocidade do motor.

Conseqüentemente, com a técnica de Ward Leonard, o acionamento de potência ajustável e o valor constante do torque são adquiridos do nível de velocidade mínimo ao nível da velocidade base. A técnica de regulação do fluxo de campo é empregada principalmente quando o nível de velocidade é maior do que o da velocidade base.

Aqui, na funcionalidade, a corrente da armadura é mantida em um nível constante no valor especificado e o valor da tensão do gerador é mantido constante. Nesse método, o enrolamento de campo recebe uma tensão fixa e a armadura recebe uma tensão variável.

Uma dessas técnicas de método de controle de tensão envolve o uso de um mecanismo de manobra para fornecer uma tensão variável para a armadura, e o outro usa um gerador acionado por motor AC para fornecer tensão variável para a armadura (o Sistema Ward-Leonard )

O vantagens e desvantagens da ala Leonard metho d são:

Os benefícios de usar a técnica de Ward Leonard para o controle de velocidade do motor DC são os seguintes:

Em ambas as direções, pode-se controlar a velocidade do dispositivo de maneira suave para um intervalo estendido
Esta técnica tem capacidade intrínseca de frenagem
Os volt-amperes reativos à direita são contrabalançados por meio de um inversor e o motor síncrono amplamente excitado atua como o inversor, de modo que haverá um incremento no fator de potência
Quando há uma carga intermitente, o motor de acionamento é o motor de indução ter um volante que é usado para diminuir a carga intermitente a um nível mínimo

As desvantagens da técnica de Ward Leonard são:

Porque essa técnica tem um conjunto de motor e gerador, o custo é mais
O dispositivo é complicado de projetar e também é pesado
Precisa de mais espaço para instalação
Requer manutenção regular e a fundação não é econômica
Haverá grandes perdas e assim a eficiência do sistema será reduzida
Mais ruído é gerado

E a aplicação do método Ward Leonard é o controle suave da velocidade do motor DC. Alguns exemplos são guindastes para minas, fábricas de papel, elevadores, laminadores e guindastes.

Além dessas duas técnicas, a técnica mais amplamente utilizada é a controle de velocidade do motor DC usando PWM para alcançar o controle de velocidade de um motor DC. O PWM envolve a aplicação de pulsos de largura variável ao driver do motor para controlar a tensão aplicada ao motor. Este método mostra-se muito eficiente, pois a perda de energia é mantida no mínimo e não envolve o uso de nenhum equipamento complexo.

Método de controle de tensão

O diagrama de blocos acima representa um simples controlador de velocidade do motor elétrico . Conforme ilustrado no diagrama de blocos acima, um microcontrolador é usado para alimentar sinais PWM para o driver do motor. O driver do motor é um L293D IC que consiste em circuitos de ponte H para acionar o motor.

O PWM é obtido pela variação dos pulsos aplicados ao pino de habilitação do IC do driver do motor para controlar a tensão aplicada do motor. A variação dos pulsos é feita pelo microcontrolador, com o sinal de entrada dos botões. Aqui, dois botões são fornecidos, cada um para diminuir e aumentar o ciclo de trabalho dos pulsos.

Portanto, este artigo deu uma explicação detalhada de várias técnicas de controle de velocidade do motor DC e como o controle de velocidade é mais importante a ser observado. Além disso, é recomendado saber sobre o controlador de velocidade do motor 12v dc .