Likströmsmotorer används ofta både i industriella tillämpningar och i hemmet för personliga projekt. En av de viktigaste övervägandena när man väljer att använda en likströmsmotor är om man ska koppla någon form av återkoppling till motorn.
Vad är återkoppling?
Återkoppling avser all information som en styrenhet kan använda för att övervaka en process. I likströmsmotorer samlas återkoppling vanligtvis in i form av position, antal rotationer och rotationsriktning. Denna information kan sedan skickas till styrenheten för att mäta motoraxelns vinkelhastighet och position, detta är allmänt känt som en form av "sluten styrning".
I mer sofistikerade användningsfall kan återkopplingen från motorn och andra källor styras för att inte bara uppnå exakt hastighet och position, utan även önskad dynamisk respons, synkronisering och stabilitet.
Fördelar med att använda feedback
När den implementeras korrekt kan feedback göra att maskineriet fungerar mer effektivt och med högre repeterbarhet. Feedback kan göra det möjligt för din mekanism att automatiskt justera utmatningen för att bibehålla stabilitet, minska variationer och minimera fel utan behov av mänsklig inblandning.
Ett enkelt exempel på ett bra återkopplingssystem är termostaten. Regulatorn mäter temperaturen i rummet och justerar värmeelementens effekt för att bibehålla en inställd temperatur.
En av de viktigaste fördelarna med återkoppling när det gäller likströmsmotorer är PID-reglering. PID hänvisar till en styrslingmekanism som används flitigt inom industrin för att automatiskt kompensera för fel i maskinens hastighet eller position.
Feedback kan också användas för att implementera felsäkra mekanismer och felsöka din applikation. Till exempel, om din linjära ställdon ska röra sig synkront men en släpar efter, är något fel. Systemet kan då stoppa båda ställdonens rörelse för att förhindra skador eller lutning.
Typer av återkopplingssensorer för likströmsmotorer
De vanligaste typerna av återkoppling för likströmsmotorer är potentiometrar, halleffektsensorer och kodare. När det gäller precision och noggrannhet kan alla tre typerna jämföras och är mycket effektiva med modern teknik. Skillnaderna uppstår när man beaktar specifika prestandakrav som hållbarhet, miljöfaktorer, elektromagnetisk störning och temperaturprestanda.
Potentiometer
Den största fördelen med denna typ av återkoppling är dess enkelhet. Potentiometern omvandlar effektivt en vanlig likströmsmotor till en servomotor, vilket möjliggör exakt rörelse och/eller hastighetsreglering. Potentiometrar ger direkt vinkelpositionsinformation för motoraxeln. Som ett resultat, när systemet förlorar ström, kan potentiometern behålla sin positionsinformation utan att behöva "gå till hemläget". Eftersom potentiometrar i kärnan bara är spänningsdelare med ett stort motstånd, är de dessutom bra på att hantera elektromagnetisk störning (EMI).
Det finns också nackdelar med att använda potentiometrar. Potentiometersensorer kräver kontakt för att göra mätningarna, vilket innebär att de skulle vara mindre hållbara och ha en begränsad livslängd jämfört med andra former av återkoppling. Potentiometrar är en relativt långsam mätform, både på grund av behovet av kontakt och eftersom de kan behöva en analog-till-digital-omvandlare innan faktisk återkopplingskontroll upprättas. Slutligen skapar potentiometrar i motorer en begränsning av antalet rotationer som en axel kan göra. Tillämpningar med potentiometraråterkoppling skulle behöva se till att det finns ett sätt att förhindra överdriven rörelse.
Halleffekt
Halleffektsensorer är en viktig del av motoråterkoppling eftersom de är tillförlitliga, precisa och har lång livslängd. Till skillnad från potentiometern behöver halleffektsensorerna inte ha någon kontakt, så de är användbara i tuffa miljöer, mycket motståndskraftiga mot slitage och tillförlitliga i miljöer med höga stötar. Halleffektsensorer ger elektriska pulser när magneten är i linje med sensorelektroniken. Av denna anledning är de lämpliga för höghastighetsapplikationer och möjliggör förprogrammering av vissa motoraxelvinklar.
En av nackdelarna med Hall-effektsensorer är att de bara kan ge relativ positionsinformation. Det innebär att varje gång systemet förlorar ström måste Hall-effektsensorerna flyttas till en känd plats och återställas. Dessutom kan Hall-effektsensorernas ledningar som bär information vara sårbara för elektromagnetisk störning och brus. Av denna anledning kan signalerna ibland gå förlorade, eller så kan falska signaler genereras, vilket innebär att positionsinformationen kan "driva" över tid.
Kodare
Det finns optiska och magnetiska kodare. Magnetiska kodare är sannolikt den bästa sensorn totalt sett för att generera återkopplingssignalerDe är kontaktlösa, precis som Halleffektsensorer, vilket innebär att de har en mycket lång livslängd. De är mycket snabba och har vanligtvis mycket hög upplösning. Magnetiska kodare påverkas inte heller av damm eller andra partiklar och kan användas i en mängd olika miljöer.
Kodarna är vanligtvis dyra och kräver dedikerad elektronik som kan vara svår att installera och styra. Att lägga till onödig komplexitet i designen är inte alltid en bra idé eftersom det också skulle öka antalet potentiella fellägen.
Det finns en mängd olika former av feedback tillgängliga för konstruktörer och med framsteg inom modern teknik kan de göras ungefär likvärdiga vad gäller noggrannhet. När man väljer typ av feedback måste man beakta prestandabehoven för sin applikation och förstå fördelarna med de tekniker man arbetar med.