Gleichstrommotoren werden sowohl in industriellen Anwendungen als auch zu Hause für persönliche Projekte weit verbreitet eingesetzt. Eine der wichtigsten Überlegungen bei der Entscheidung, einen Gleichstrommotor zu verwenden, ist, ob eine Form von Rückmeldung an den Motor angeschlossen werden soll.
Was ist Rückmeldung?
Rückmeldung bezieht sich auf alle Informationen, die ein Regler verwenden kann, um einen Prozess zu überwachen. Bei Gleichstrommotoren wird die Rückmeldung normalerweise in Form von Position, Anzahl der Umdrehungen und Drehrichtung gesammelt. Diese Informationen können dann an den Regler weitergegeben werden, um die Winkelgeschwindigkeit und die Position der Motorwelle zu messen, was allgemein als eine Form der „geschlossenen Regelung“ bekannt ist.
In anspruchsvolleren Anwendungsfällen kann die Rückmeldung vom Motor und anderen Quellen so gesteuert werden, dass nicht nur eine präzise Geschwindigkeit und Position erreicht werden, sondern auch die gewünschte dynamische Reaktion, Synchronisation und Stabilität.
Vorteile der Verwendung von Rückmeldung
Wenn sie richtig implementiert wird, kann Rückmeldung der Maschine ermöglichen, effizienter und mit höherer Wiederholgenauigkeit zu arbeiten. Rückmeldung könnte es Ihrem Mechanismus ermöglichen, die Ausgabe automatisch anzupassen, um Stabilität zu gewährleisten, Variationen zu reduzieren und Fehler ohne menschliches Eingreifen zu minimieren.
Ein einfaches Beispiel für ein gutes Rückmeldesystem ist der Thermostat. Der Regler misst die Temperatur im Raum und passt die Ausgabe der Heizelemente an, um eine festgelegte Temperatur aufrechtzuerhalten.
Ein wesentlicher Vorteil von Rückmeldungen bei Gleichstrommotoren ist die PID-Regelung. PID bezieht sich auf einen Regelkreismechanismus, der in der Industrie weit verbreitet ist, um automatisch Fehler in der Geschwindigkeit oder Position der Maschine auszugleichen.
Rückmeldung kann auch verwendet werden, um fehlersichere Mechanismen zu implementieren und Ihre Anwendung zu diagnostizieren. Wenn beispielsweise Ihre linearen Aktuatoren synchron bewegt werden sollen, aber einer hinterherhinkt, stimmt etwas nicht. Das System kann dann die Bewegung beider Aktuatoren stoppen, um Schäden oder Kippen zu vermeiden.
Arten von Rückmeldesensoren für Gleichstrommotoren
Die häufigsten Arten von Rückmeldungen für Gleichstrommotoren sind Potentiometer, Hall-Effekt-Sensoren und Encoder. Was Präzision und Genauigkeit betrifft, können alle 3 Typen vergleichbar sein und sind mit moderner Technologie sehr effektiv. Die Unterschiede treten auf, wenn spezifische Leistungsanforderungen wie Haltbarkeit, Umweltfaktoren, elektromagnetische Störungen und Temperaturverhalten berücksichtigt werden.
Potentiometer
Der größte Vorteil dieser Art von Rückmeldung ist ihre Einfachheit. Potentiometer verwandeln einen normalen Gleichstrommotor effektiv in einen Servomotor, was präzise Bewegungen und/oder Geschwindigkeitsregelung ermöglicht. Potentiometer liefern direkte Informationen über die Winkelposition der Motorwelle. Wenn das System die Energie verliert, kann das Potentiometer seine Positionsinformationen ohne die Notwendigkeit, „nach Hause“ zu gehen, beibehalten. Darüber hinaus sind Potentiometer im Kern einfach Spannungsteiler mit einem großen Widerstand, was sie gut im Umgang mit elektromagnetischen Störungen (EMI) macht.
Es gibt auch Nachteile, die mit der Verwendung von Potentiometern verbunden sind. Potentiometersensoren erfordern Kontakt, um die Messungen durchzuführen, was bedeutet, dass sie weniger haltbar wären und eine begrenzte Lebensdauer im Vergleich zu anderen Formen der Rückmeldung haben. Potentiometer sind eine relativ langsame Form der Messung, sowohl wegen des Kontakts als auch, weil sie möglicherweise einen Analog-Digital-Wandler benötigen, bevor die tatsächliche Rückführungsregelung etabliert wird. Schließlich schaffen Potentiometer in Motoren eine Einschränkung der Anzahl der Umdrehungen, die eine Welle machen kann. Anwendungen mit Potentiometer-Rückmeldungen sollten sicherstellen, dass es eine Möglichkeit gibt, übermäßige Bewegungen zu verhindern.
Hall-Effekt
Hall-Effekt-Sensoren sind ein Grundpfeiler der Motor-Rückmeldung, da sie zuverlässig, präzise und langlebig sind. Im Gegensatz zum Potentiometer müssen die Hall-Effekt-Sensoren keinen Kontakt herstellen, sodass sie in rauen Umgebungen nützlich sind, sehr verschleißfest und zuverlässig in Umgebungen mit hohen Stößen. Hall-Effekt-Sensoren liefern elektrische Pulse, wenn der Magnet mit den Sensorelektronik ausgerichtet ist. Aus diesem Grund sind sie für Hochgeschwindigkeitsanwendungen geeignet und ermöglichen die Vorprogrammierung bestimmter Winkel der Motorwelle.
Ein Nachteil der Hall-Effekt-Sensoren ist, dass sie nur relative Positionsinformationen bereitstellen können. Das bedeutet, dass jedes Mal, wenn das System die Energie verliert, die Hall-Effekt-Sensoren an einen bekannten Ort bewegt und zurückgesetzt werden müssen. Darüber hinaus könnten die Drähte der Hall-Effekt-Sensoren, die Informationen übertragen, anfällig für elektromagnetische Störungen und Rauschen sein. Aus diesem Grund können die Signale manchmal verloren gehen oder falsche Signale erzeugt werden, was bedeutet, dass die Positionsinformationen im Laufe der Zeit „driften“ können.
Encoder
Es gibt optische und magnetische Encoder. Magnetische Encoder sind wahrscheinlich der beste allgemeine Sensor zur Erzeugung von Rückmeldesignalen. Sie sind kontaktlos, ebenso wie die Hall-Effekt-Sensoren, was bedeutet, dass sie eine sehr hohe Lebensdauer haben. Sie sind sehr schnell und haben typischerweise eine sehr hohe Auflösung. Magnetische Encoder werden auch nicht von Staub oder anderen Partikeln beeinflusst und können in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt werden.
Die Encoder sind in der Regel teuer und erfordern dedizierte Elektronik, die schwer einzurichten und zu steuern sein kann. Unnötige Komplexität in das Design einzufügen, ist nicht immer eine gute Idee, da dies auch die Anzahl der potenziellen Fehlerarten erhöhen würde.
Es gibt eine Vielzahl von Rückmeldungsformen, die Designern zur Verfügung stehen, und mit den Fortschritten in der modernen Technologie können sie in Bezug auf Genauigkeit grob gleichwertig gemacht werden. Bei der Auswahl der Art der Rückmeldung müssen die Leistungsanforderungen Ihrer Anwendung berücksichtigt und die Vorteile der Technologien, mit denen sie arbeiten, verstanden werden.