DC 모터의 속도 제어 – 전압, 가변 저항 및 자속 제어 방법

DC 모터의 속도 제어 방법 – 직렬 및 션트 DC 모터의 전압, 가변 저항 및 자속 제어

직류(DC) 전력을 자기장에 의해 생성된 힘을 기반으로 기계적 전력으로 변환하는 데 DC 모터가 사용됩니다. 모터의 출력은 샤프트의 회전(속도) 측면에서 기계적 동력입니다.

응용 프로그램에 따라 모터 속도를 변경해야 합니다. 따라서 의도적인 속도 변경을 모터의 속도 제어라고 합니다.

속도 제어라는 용어는 속도 규제와 다릅니다. 속도 조절이란 부하의 변화에 ​​대해 샤프트의 속도를 일정하게 유지하는 것을 의미합니다.

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DC 모터의 EMF 방정식

DC 모터의 EMF 방정식은 다음과 같습니다.

Eb =PΦNZ  / 60A

어디서;

• P =극 수
• Ф =극당 자속
• N =모터 속도(RPM)
• Z =도체 수
• A =병렬 경로 수

모터가 설계되면 극 수(P), 도체 수(Z) 및 병렬 경로 수(A)를 변경할 수 없습니다. 따라서 이것은 고정된 수량입니다.

Eb ∝ ΦN

Eb =kΦN

k =비례 상수

DC 모터의 경우 EMF도 다음과 같이 정의됩니다.

E_b =V – 나_a R_a

어디서;

• V =공급 전압
• 나는_아 =전기자 전류
• R_a =전기자 저항

이제 두 방정식을 비교하십시오.

kΦN =V – I_a R_a

k =N =V – I_a R_a / kΦ

위의 방정식에서 모터의 속도는 공급 전압(V), 자속(Φ) 및 전기자 저항(R_a ).

따라서 DC 모터의 속도는 변경, 변경 및 제어할 수 있습니다.

• 단자 전압 "V"(일명 인가 전압 제어 방법 ).
• 전기자 저항 R_a가 있는 외부 저항 (일명 저항 제어 방법 ).
• 극당 플럭스 Φ(일명 플럭스 제어 방법 ).

여기서 단자 전압 및 전기자 저항은 전기자 회로와 연관되고 극당 자속은 필드 회로와 연관됩니다.

따라서 DC 모터의 속도 제어 방법은 다음과 같이 분류됩니다.

• 전기자 제어 방식
• 현장 제어 방식

이제 DC 시리즈, 션트 및 복합 모터에 대해 이러한 방법을 구현하는 방법을 논의합니다.

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DC 시리즈 모터의 속도 제어

DC 시리즈 모터의 속도 제어는 전기자 제어 및 필드 제어 방식으로 수행됩니다.

DC 시리즈 모터의 전기자 저항 제어 방법

이 방법에서 가변 저항 또는 가변 저항은 전기자 저항과 직렬로 연결됩니다. 이 방법의 회로도는 아래 그림과 같습니다.

그림-1

직렬 모터에서 전기자 권선은 계자 권선과 직렬로 연결됩니다. 따라서 전기자 전류와 계자 전류는 동일합니다.

전기자 저항을 변화시킴으로써 전기자 전류와 전압이 변화합니다. 외부 저항 값이 증가하면 전기자 양단의 전압과 전기자 권선의 전류가 감소합니다. 그리고 속도가 감소합니다.

이 방법에 의해 모터의 속도는 외부 저항이 연결되지 않은 속도 수준에서 감소합니다. 모터의 속도는 이 수준에서 증가할 수 없습니다.

여기서 외부 저항은 전기자와 직렬로 연결됩니다. 따라서 전체 부하 전류는 외부 저항을 통해 흐를 것입니다. 따라서 전체 부하 전류를 지속적으로 전달하도록 설계되었습니다.

속도-전류 특성은 아래 그림과 같습니다.

그림-2

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DC 시리즈 모터의 전기자 전압 제어 방법

이 방법에서는 전기자 전압(공급 전압)을 변경하여 속도를 제어합니다. 이 방법에는 별도의 가변 전압 소스가 필요합니다.

모터의 속도는 공급 전압에 비례합니다. 따라서 전압이 증가하면 모터의 속도가 증가하고 그 반대도 마찬가지입니다.

일반적으로 이 방법은 사용되지 않습니다. 가변 전원 공급 장치의 비용이 매우 높기 때문입니다. 따라서 이 방법은 속도 제어에 거의 사용되지 않습니다.

DC 시리즈 모터의 필드 제어 방법

계자 전류는 플럭스에 비례합니다. 이 방법에서는 계자 전류를 제어하여 속도를 제어합니다. 계자 전류를 제어하는 ​​두 가지 방법이 있습니다.

• 현장 전환기 제어
• 도청된 파일 컨트롤

제출된 전환자 통제

이 방법에서 직렬 계자 권선은 다이버터와 병렬로 연결됩니다. 다이버터는 가변 저항일 뿐입니다. 계자 전류의 일부는 다이버터를 통과합니다.

모터 속도 방정식에서 자속은 모터 속도에 반비례합니다. 따라서 자속이 감소하면 속도가 증가합니다.

다이버터 저항 값을 낮추고 계자 전류와 모터 내부에서 생성되는 자속을 줄입니다. 따라서 모터의 속도가 증가합니다.

이 방법은 정상 속도에서 속도를 높일 수 있습니다. 이 방법의 회로도는 아래 그림과 같습니다.

그림-3

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탭된 필드 컨트롤

필드 와인딩을 탭하여 와인딩의 회전 수를 선택합니다. 탭핑을 선택하면 계자 전류가 제어됩니다.

회전 횟수가 많을수록 전류가 흐르고 속도가 느려집니다. 회전 수가 적으면 입력된 전류가 줄어들고 많을수록 속도가 빨라집니다.

따라서 이 방법에서는 권선에 제공되는 적절한 탭핑을 선택하여 속도를 제어할 수 있습니다.

이 방법은 드라이브의 속도 제어를 위한 전기 트랙션에 사용됩니다. 이 방법의 회로도는 아래 그림과 같습니다.

그림-4

DC 션트 모터의 속도 제어

DC 션트 모터의 속도 제어 방법은 DC 시리즈 모터와 유사합니다. 전기자 제어 및 필드 제어 방법은 DC 션트 모터에도 적용됩니다.

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DC 션트 모터의 전기자 저항 제어 방법

이 방법에서는 전기자 회로에 외부 저항이 추가됩니다. 계자 권선은 전원에 직접 연결됩니다. 따라서 계자 전류는 동일하게 유지됩니다. 또한 외부 저항이 변해도 자속은 동일하게 유지됩니다.

속도 방정식에서 전기자 전류는 모터 속도에 비례합니다. 외부 저항 값이 증가하면 전기자 전류가 감소합니다. 따라서 속도가 감소합니다.

이 방법은 속도를 정상 값 이하로 제어하는 ​​데 사용됩니다. 속도는 정상 속도 이상으로 증가할 수 없습니다. 이 방법의 결선도는 아래 그림과 같습니다.

그림-5

속도-전류 특성은 아래 그림과 같습니다.

그림-6

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DC 션트 모터의 필드 제어 방법

DC 션트 모터에서 가변 저항기는 션트 계자 권선과 직렬로 연결됩니다. 계자 전류는 이 가변 저항에 의해 변경될 수 있습니다. 이 가변 저항은 Field Regulator라고도 합니다.

이 방법의 연결도는 아래 그림과 같습니다.

그림-7

위의 회로도에서 션트 필드 전류의 방정식은 다음과 같습니다.

저항 값을 높이면 계자 전류가 감소하므로 자속이 감소합니다. 속도 방정식에서 자속은 속도에 반비례합니다. 따라서 자속이 감소함에 따라 속도가 증가합니다.

따라서 이 방법은 정상 속도 이상의 속도를 제어하는 ​​데 적용할 수 있습니다. 이 방법에서는 속도를 정상 속도 이하로 줄일 수 없습니다. 이 방법의 속도-전류 특성은 아래 그림과 같습니다.

그림-8

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DC 션트 모터의 전기자 전압 제어 방법

이 방법에서 계자 권선은 일정한 공급에 의해 공급됩니다. 그러나 전기자 권선은 별도의 가변 DC 소스에서 공급됩니다.

이 방법은 Ward-Leonard 방법이라고도 합니다. . 이 방법의 결선도는 아래 그림과 같습니다.

그림-9

위의 다이어그램에서 우리는 모터 M1의 속도를 제어하고 있습니다. 이 모터는 발전기 G에 의해 구동되었습니다.

분로 계자 권선은 DC 전원에 연결됩니다. 발전기 G는 모터 M2에 의해 구동됩니다. 모터 M2는 정속 모터이며 DC 전원에서 공급됩니다.

발전기 G의 출력 전압이 모터에 공급되면 모터 M1이 회전하기 시작합니다. 발전기 G의 출력 전압을 제어하여 모터의 속도를 제어할 수 있습니다.

필드 레귤레이터는 필드 여기를 제어하기 위해 DC 공급 라인과 함께 발전기를 가로질러 연결됩니다.

발전기의 여기 전압을 제어하여 발전기의 출력 전압을 제어합니다. 그리고 이 전압은 모터 M1의 속도를 제어합니다.

스위치 RS는 역방향 스위치입니다. 이 스위치는 필드 여기 터미널을 전환하는 데 사용됩니다. 이 때문에 여기 전류가 역전되어 반대 전압이 생성됩니다.

따라서 이 반대 전압은 모터 M1의 속도를 역전시킵니다. 따라서 이 방법을 사용하면 모터가 양방향으로 작동할 수 있습니다. 그리고 회전 방향의 양쪽에서 속도를 제어할 수 있습니다.

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Ward Leonard Method의 장점 및 단점

Ward Leonard Method의 장점

이 방법의 장점은 아래에 요약되어 있습니다.

• 모터의 속도를 광범위하게 제어할 수 있습니다.
• 모터의 작동이 매우 부드럽습니다.
• 모터의 속도 조절이 양호합니다.
• 모터는 균일한 가속도로 작동할 수 있습니다.
• 내재된 차단 능력이 있습니다.
• 회전 방향을 쉽게 역전시킬 수 있으며 양방향으로 속도 조절이 가능합니다.

Ward Leonard Method의 단점

이 방법의 단점은 아래에 요약되어 있습니다.

• 주 모터의 정격이 동일한 두 개의 추가 기계(전동기 세트)가 필요합니다. 따라서 이 배치의 전체 비용은 매우 높습니다.
• 소음이 더 많이 발생합니다.
• 자주 유지 보수가 필요합니다.
• 이 배열은 설치 공간이 더 필요합니다.
• 모터가 경부하 조건으로 장기간 작동하면 전체 효율이 낮습니다.

Ward Leonard 방법의 적용

이 방법은 모터가 넓은 속도 범위에서 제어되는 경우에 사용됩니다. 모터의 적용은 속도에 매우 민감하며 이 조건에서 이 방법은 매우 유용합니다.

이 메소드는 다음과 같은 애플리케이션에서 사용됩니다. 크레인, 굴착기, 엘리베이터, 광산 호이스트, 제지 기계, 철강 압연기 등