Der umfassende Leitfaden zur Motorsteuerung

Was ist eine Motorsteuerung?

Eine Motorsteuerung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät, das das Drehmoment, die Motordrehzahl und die Geräteleistung regelt. Motorsteuerungen sind im Allgemeinen entweder mit manuellen oder automatischen Mitteln zum Stoppen oder Starten des Motors ausgestattet.

Was macht Motorsteuerungen so unverzichtbar? Nun, ohne diese Geräte hat der Motor nicht den notwendigen Schutz vor Überlastung. Eine Überlastung kann zu elektrischen Störungen führen, die möglicherweise elektronische Geräte beschädigen könnten.

Die meisten Motoren benötigen mindestens mehrere Ampere, um gut zu funktionieren. Leider können Mikrocontroller nur etwa 0,1 Ampere liefern, was zu wenig ist. Ein Motorcontroller kann Ihnen dabei helfen, die nötige Amperezahl zu erreichen.

Arten von Motorsteuerungen

Es gibt vier Haupttypen von Motorsteuerungen. Lassen Sie uns einen genaueren Blick auf jeden von ihnen werfen.

2.1 AC-Motorsteuerungen

AC-Motorsteuerungen modifizieren die Eingangsleistung für Motoren. Sie erreichen dies, indem sie die Frequenz der Energie anpassen, die in den Motor gelangt. Ziel ist es, Drehzahl und Drehmoment zu regeln. Andere Namen für AC-Controller sind AC-Wechselrichter, Treiber mit variabler Geschwindigkeit und Frequenzumrichter.

2.2 DC-Motorsteuerung

Genau wie AC-Motorsteuerungen passen auch DC-Motorsteuerungen die Eingangsleistung an. DC-Motorsteuerungen ändern oder verändern die Stromquelle, um Strom oder Frequenz direkt auszugeben. Eine DC-Motorsteuerung steuert effizient das Drehmoment und die Drehzahl des Motors.

2.3 Servomotorsteuerung

Eine Servomotorsteuerung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät, das die Eingangsleistung modifiziert, indem es die Stromquelle auf die gewünschte Frequenz, gepulste oder Stromausgabe einstellt oder reguliert. Wie AC- und DC-Motorsteuerungen sind Servomotorsteuerungen ideal für bestimmte Anwendungen. Eine Servomotorsteuerung eignet sich für Bewegungssteuerungsanwendungen, insbesondere in der Fertigungs- und Bauindustrie. Diese Controller steuern Positionen, Drehmomente und Motordrehzahlen.

2.4 Schrittmotorsteuerungen

Eine Schrittmotorsteuerung ist ein elektronisches Gerät, das die Eingangsleistung steuert. Der Controller tut dies, indem er die Stromquelle auf einen abgestuften Stromausgang einstellt. Schrittmotorsteuerungen sind besonders ideal in Fertigungs- und Konstruktionsumgebungen. Wie andere Steuerungen in dieser Liste steuern Schrittmotorsteuerungen die Position, das Drehmoment und die Drehzahl der Motoren. Ein anderer Name für Schrittmotorsteuerungen ist Motorindexer.

Wie funktioniert eine Motorsteuerung?

Die meisten Anfänger-Designer und -Ingenieure verstehen nicht, wie Motorsteuerungen funktionieren. Interessanterweise ist es viel einfacher als Sie vielleicht denken. Sehen wir uns das Thema genauer an.

3.1 Richtungssteuerung über H-Brücke

Dieser DC-Motorsteuerungsprozess gehört zu den einfachsten. Der Prozess umfasst zwei Schalterpaare. Jedes Mal, wenn Sie ein paar Tasten anschließen, ist der Stromkreis geschlossen und erzeugt Strom.

Um einen 4-teiligen Motor herzustellen, können Sie die Schalter mischen und anpassen oder ihre Polaritäten ändern. Benutzer können auch die Größe von H-Brücken ändern, um sie an kleinere Systeme anzupassen.

3.2 Drehzahlregler durch Pulsweitenmodulation (PWM)

PWM-Schaltkreise steuern die Geschwindigkeit des Motors, indem sie entweder die Spannung der PCB-Versorgung hochfahren oder begrenzen. Diese Schaltungen wirken durch Spuleninduktion glättend. Es ist möglich, PWM-Schaltungen mit H-Brücken zu kombinieren, wenn Sie Geschwindigkeit, Richtung oder Bremsen ändern möchten.

3.3 Ankersteuerung durch variablen Widerstand

Eine andere Möglichkeit, die Drehzahl des Gleichstrommotors zu ändern, besteht darin, die Währung zu ändern, die durch die Spule oder den Anker läuft. Die Wellendrehzahl kann je nach Stromversorgung variieren. Das liegt daran, dass es proportional zum Magnetfeld ist, das durch den im Anker vorhandenen Strom erzeugt wird.

Erwägen Sie, dem Anker Widerstände hinzuzufügen, wenn Sie die Motordrehzahl begrenzen möchten. Um das Tempo zu erhöhen, fügen Sie einen Statorwiderstand hinzu.

Das Hinzufügen von Widerständen zur Ankerspule bedeutet, dass Sie mehr Wärme erzeugen und Energie verlieren. Aus diesem Grund kann diese Methode ineffizient sein.

3.4 Ausschalten des Motors

Um den Motor auszuschalten, unterbrechen Sie einfach die Spannungsversorgung zur Platine. Sie können auch die Schalter im Motor öffnen. Sie können einen Schalter öffnen, der mit zwei verbunden ist.

3.5 Motorbremse

Wenn es um die Motorbremsung geht, können Sie eine von drei Methoden anwenden. Das erste ist das dynamische Bremsen. Bei dieser Methode wird die Stromversorgung des Motors unterbrochen.

Die zweite Bremsart ist als Injektionsbremsung bekannt. Diese Methode gilt nur für die AC-Motorsteuerung. Nach dem Trennen der Stromversorgung und Anlegen von Gleichstrom; Stattdessen erzeugen Sie ein Magnetfeld, das den Motor entweder verlangsamt oder stoppt, indem Sie die Drehrichtung des Motors ändern.

Es gibt auch regeneratives Bremsen, das auf die gleiche Weise wie dynamisches Bremsen funktioniert. Sie unterbrechen die Stromquelle und senden sie dann über den rotierenden Motor an die Versorgung zurück. Regeneratives Bremsen kann die Batterie aufladen. Die Batterie versorgt dann den Motor mit Strom.

Auswahlkriterium der Motorsteuerung

Nach welchen Kriterien sollten Sie Motorsteuerungen auswählen? Wir diskutieren zwei in diesem Abschnitt.

4.1 Elektrische Spezifikation

Wenn es um die elektrischen Spezifikationen geht, sollten Sie unter anderem auf folgende Punkte achten:

Maximale Ausgangsspannung

Die Leistung des betreffenden Geräts sollte immer der Leistung des gesamten Systems entsprechen.

Nennleistung

Die höchste Leistung, die der Motor verwenden kann.

AC/DC-Versorgungsspannung

Die AC/DC-Versorgungsspannung zielt darauf ab, einen einwandfreien Betrieb zu erreichen.

Dauerausgangsstrom

Normalerweise führt das Gerät Strom, ohne die Wärmebegrenzungen zu überschreiten.

Bustypen

Sie haben wahrscheinlich schon von Bustypen gehört, die aus modernster Technologie bestehen.

Einphasige/dreiphasige Eingänge

Im Allgemeinen kann man Niederdruck- oder Hochdruckanwendungen verwenden.

Frequenz der Motorsteuerung

Motorsteuerungen verwenden normalerweise Frequenzen im Bereich von 50 Hz bis 400 Hz.

4.2 Betriebsspezifikation

Die Leistung von Motorsteuerungen hängt vom Steuerungssystem und dem Designaufbau ab. Man kann verschiedene Arten von manuellen Steuerungen wie Knöpfe, Jumper, Potentiometer usw. hinzufügen. Alternativ kann man Computersteuerungen wie einen Joystick, ein digitales Fenster usw. verwenden.

4.3 Funktionen

Die Wahl eines Motorcontrollers ist flexibel und hängt von den Funktionen ab, die Sie darin integrieren möchten. Verschiedene Motorsteuerungen haben zusätzliche Funktionen. Sie können sich beispielsweise für die Soft-Start-Funktion entscheiden, mit der Sie bestimmen können, wie lange Ihr Gerät zum Einschalten benötigt.

Steuerungen für bürstenlose DC-Motoren im Vergleich zu Steuerungen für bürstenbehaftete DC-Motoren

Es gibt zwei Haupttypen von Gleichstrommotoren:bürstenbehaftete und bürstenlose. Gebürstete DC-Motorsteuerungen gehören zu den ältesten Arten von Motorsteuerungen. Die Gleichrichtung von Bürstenmotoren erfolgt im Allgemeinen intern durch die Gleichstromversorgung. Der Controller verfügt über einen Rotor, einige Bürsten und eine Achse. Die Polarität und Ladung dieser Bürsten bestimmen die Geschwindigkeit und Richtung des Motors.

Steuerungen für bürstenlose DC-Motoren sind vor allem wegen ihrer Effizienz sehr beliebt geworden. Diese Motorsteuerungen sehen genauso aus wie Bürstenmotorsteuerungen, jedoch ohne Bürsten. Die Motoren verfügen außerdem über spezielle Schaltungen, die Richtung und Geschwindigkeit steuern. Wir müssen die Effizienz verbessern, bürstenlose Motoren, die um den Rotormagneten herum angeordnet sind.

Der Unterschied zwischen einem Motortreiber und einer Motorsteuerung?

Sie müssen jede Elektronik, die Räder oder andere motorisierte Teile enthält, vom Mikrocontroller aus steuern. Wie bereits erwähnt, können Standardchips nur geringe Strommengen abgeben. Daher können Sie Motoren unabhängig von ihrer Größe nicht direkt effizient antreiben. Hier kommen Autofahrer ins Spiel.

Motortreiber verwenden größere Chips, um höhere Strompegel und höhere Spannungen als die üblichen 5 V/3,3 V des Mikrocontrollers zu bewältigen. Mit einem Motortreiber können Sie eine massivere Last steuern.

Wie unterscheidet sich also ein Motortreiber von einer Motorsteuerung? Nun, Motortreiber kümmern sich einfach um die Fähigkeit, die Motoren anzutreiben. Auf der anderen Seite haben Motorsteuerungen die gesamte Logikschaltung in sich eingebaut. Sie können Motorsteuerungen über eine übergeordnete Schnittstelle steuern, z. B. ein PWM-Signal, einen analogen Eingang, USB usw.

Variabler Geschwindigkeitsregler

Ist ein Laufwerk mit variabler Geschwindigkeit

Die einstellbare Geschwindigkeit fährt

Microdrives

AC-Laufwerke

Wechselrichter

7.1 Drehzahlregler für Wechselstrommotor

Wie wir bereits angedeutet haben, arbeiten AC-Drehzahlregler mit wechselnder Spannung und Frequenz von Elektromotoren. Diese Frequenzumrichter haben viele Anwendungen, darunter Förderbänder, Schwimmbadpumpen, Drehmaschinen, Mühlen, Luftkompressoren, HLK-Lüfter usw. AC-Drehzahlregler sind im Gegensatz zu DC-Motorfrequenzsteuerungssystemen sehr energieeffizient. Kein Wunder, dass sich viele Designer jetzt dafür entscheiden, DC-Fahrtregler mit AC-Optionen nachzurüsten.

Unterschiedliche Spannungen des Motordrehzahlreglers

Motordrehzahlregler sind in verschiedenen Spannungsoptionen erhältlich, darunter 12 V, 24 V und 90 V. Während alle drei viele Gemeinsamkeiten aufweisen, gibt es auch offensichtliche Unterschiede. Insgesamt sind alle drei Designmerkmale fast gleich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass eine 12-V-Motorsteuerung normalerweise doppelt so viel Strom zieht wie ein 24-V-Motor. Ein 90-V-Motorcontroller wiederum entnimmt seiner Spannungsversorgung den geringsten Strom. Für jede gegebene mechanische Last gibt es eine ähnliche Stromversorgung für die drei. Bei der Auswahl zwischen den dreien sollte der Unternehmensvertreter in der Lage sein, genauere Angaben zu machen, damit Sie leichter die richtige Entscheidung treffen können.

In vielen Fällen unterscheidet sich der Preis von Motordrehzahlreglern trotz ihrer Spannungsunterschiede nicht wesentlich. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Sie die Motorsteuerung für die gleiche Anwendung kaufen.

Die Motoren unterscheiden sich jedoch in der Verkabelung. Die Kabel für eine 24-V-Motorsteuerung sind typischerweise kleiner als die einer 12-V-Motorsteuerung. Trotz ihrer Größe können kleinere Kabel Strom effizient liefern.

Motorstarter

Motorstarter gehören derzeit zu den Top-Erfindungen für die Motorsteuerung. Starter sind elektrische Geräte, die die zum Starten eines Motors erforderliche elektrische Leistung steuern. Die Werkzeuge helfen auch, Elektromotoren anzuhalten, umzukehren und zu schützen.

Im Allgemeinen besteht ein Start aus zwei Hauptkomponenten:

• Schütz

Das Schütz steuert den Strom, der in den Motor fließt. Diese Komponente kann Strom in den Stromkreis ein- oder ausschalten.

• Überlastrelais

Wenn der Motor zu viel Strom zieht und überhitzt, kann er durchbrennen. Die Funktion eines Überlastrelais besteht darin, sicherzustellen, dass dies nicht passiert.

9.1 Arten von Motorstartern?

Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Motorstarts. Diese sind:

• Manuelle Starter

Handstarter sind, wie der Name schon sagt, Geräte, die manuell bedient werden müssen. Die Starter sind sehr einfach zu bedienen und erfordern normalerweise keine fachmännischen Eingriffe. Das Gerät selbst verfügt über eine Taste, mit der Sie Geräte ein- und ausschalten. Einige der Merkmale, die manuelle Starter gegenüber anderen Arten von Startern wünschenswert machen, sind:

Sicher und wirtschaftlich im Betrieb.

Sie sind kompakt genug, um eine Vielzahl von Anwendungen zu ermöglichen.

Angebotsüberlastung gering. Erkennung für den Motor, damit er vor Beschädigungen geschützt ist.

Ihre Anschaffungskosten sind gering.signifikant

Sie werden mit einer endlosen Auswahl an Gehäusen geliefert.

• Magnetische Motorstarter

Magnetische Motorstarter erfordern eine elektromagnetische Steuerung. Normalerweise benötigt der Motorstarter eine niedrigere, sicherere Spannung zum Starten im Vergleich zur Motorspannung. Magnetische Motorstarter haben elektrische Schütze und Überlastrelais, um sie vor übermäßigem Strom und Überhitzung zu schützen.

Mehr über Motorsteuerungen

Wie Sie in den vorherigen Abschnitten gesehen haben, ist das Thema Motorsteuerungen umfangreich. Hier sind noch ein paar Dinge, die Sie interessieren könnten.

10.1 Arduino-Motorsteuerung

Mit Arduino-Motorsteuerungen können Sie Schrittmotor-Gleichstrom, Schrittmotoren, Solenoide und Relais ansteuern. Die Motorcontroller sind duale Vollbrückentreiber, die induktive Motoren ansteuern. Mit einem Arduino-Board können Sie zwei Gleichstrommotoren antreiben und jede Richtung und Geschwindigkeit steuern. Mit diesem Motorcontroller können Sie unter anderem auch die Stromaufnahme einzelner Motoren messen.

10.2 Sabertooth-Motorsteuerung

Sabertooth-Motorsteuerungen gehören zu den vielseitigsten und effizientesten Dual-Motor-Treibern auf dem Markt. Diese Motorsteuerungen funktionieren gut mit leistungsstarken Geräten, beispielsweise Robotern mit einem Gewicht von bis zu 300 Pfund. Mit Sabertooth-Motorsteuerungen können innerhalb weniger Sekunden Spitzenströme von bis zu 50 A pro Kanal erreicht werden. Diese Motorsteuerungen verfügen über einen Überhitzungs- und Überstromschutz, sodass Sie sich keine Sorgen über versehentliches Abwürgen machen müssen, das den Fahrer töten könnte.

10.3 Spark-Motorsteuerung

Die Spark-Motorsteuerung ist eine der günstigsten Frequenzsteuerungen für gebürstete DC-Motoren auf dem Markt. Dieser Controller verfügt über einen Dauerstrom von 60A und eine passive Kühlung. Weitere beeindruckende Merkmale sind bidirektionale Endschalter, die eine intelligente Steuerung und LED-Statusanzeigen ermöglichen. Diese und andere Funktionen machen diese Motorsteuerungen zu den beliebtesten auf dem Markt.

10.4 Vex-Motorsteuerung

Eines der Unterscheidungsmerkmale von Vex-Motorsteuerungen ist die Verwendung von Standard-PWM-Signalen zum Antreiben des Drahtmotors. Achten Sie bei der Verwendung dieser Motorcontroller am besten darauf, dass Sie nur ein 3-adriges Verlängerungskabel zwischen dem Mikrocontroller und dem Motorcontroller verwenden. Die Unterscheidungsmerkmale von U-Controllern erfordern möglicherweise längere Verlängerungen; Sie können jedoch 2-adrige Verlängerungskabel zwischen der Steuerung und dem Motor verwenden.

10.5 Talon-Motorsteuerung

Talon-Motorsteuerungen verfügen über eine integrierte PID-Steuerung sowie beeindruckende Kommunikationsprotokolle. Was diese Controller so begehrenswert macht, ist ihre Kompaktheit und ihr geringes Gewicht.

10.6 Tesla Motorsteuerung

Tesla-Motorsteuerungen gehören zu den jüngsten Neuzugängen auf dem Markt. Jeder dieser Controller enthält einen AC-Induktionsantriebsmotor, der bis zu 16.000 U/min für große Einheiten und 18.000 U/min für kleinere Optionen mit geringem Stromverbrauch dreht.

Tesla-Motorsteuerungen verfügen auch über den Controller/Wechselrichter sowie das Differential. Jede Einheit verfügt über einen Stealth-EV-Controller-Board-Ersatz für eine effiziente CAN-Bus-Kommunikation.

10.7 Raspberry Pi-Motorsteuerung

Raspberry-Motorsteuerungen verfügen über zwei H-Brücken-Leistungs-ICs, die induktive Lasten von bis zu 5 A pro Einzelbrücke steuern. Die Geräte unterstützen einen beeindruckend großen Spannungsbereich (6 V – 8 V).

10.8 Curtis-Motorsteuerung

Der Curtis-Motorcontroller bietet eine reibungslose und effiziente Drehzahlregelung für verschiedene On-Road-Fahrzeuganwendungen. Diese Controller sind außerdem bemerkenswert leise und kostengünstig. Moderne Curtis-Motorsteuerungen verwenden MOSFET-Technologie, daher die vielen zuvor nicht verfügbaren Vorteile bei älteren Modellen.

10.9 SCR-Motorsteuerung

SCR-Leistungssteller gibt es seit über einem halben Jahrhundert. Anfangs konnten diese Leistungssteller nur einige hundert Watt bewältigen. Heutzutage können SCR-Motorsteuerungen Megawatt an Leistung aufnehmen. Derzeit werden SCR-Motorsteuerungen in einer Vielzahl bedeutender Branchen eingesetzt.

SCR-Controller verfügen über einen Steuerkreis und Thyristoren. Diese Controller können den Strom innerhalb von Millisekunden unzählige Male schalten. Im Allgemeinen sind SCR-Steuerungen günstiger und zuverlässiger als Stelltransformatoren und Schütze.

10.10 Drehzahlregler für Einphasen-Wechselstrommotor/Dual-Motorregler/3-Phasen-Motorregler

Mit dem technologischen Fortschritt werden Motorsteuerungen immer ausgefeilter. Moderne Motorsteuerungen haben eine höhere, komfortablere und kostengünstigere Leistung als frühere Modelle. Diese Controller sind auch in einer Vielzahl von Lösungen erhältlich. Heute finden Sie einphasige, zweiphasige und dreiphasige Motorsteuerungen.

Einphasen-AC-Motorsteuerungen sind nach wie vor die führende Lösung, wenn es um Luftbewegungs- und Kompressoranwendungen geht. Das liegt daran, dass sie weit verbreitet und kostengünstig sind. Die meisten leistungsschwachen Systeme verwenden diese Controller.

Zwei- und dreiphasige Motorsteuerungen sind auf den Markt gekommen und haben beträchtliche Fortschritte gemacht, obwohl sie vergleichsweise komplexer und teurer sind als ihre einphasigen Gegenstücke. In letzter Zeit haben Ingenieure jedoch daran gearbeitet, Motorsteuerungen für alle Phasen so effizient wie möglich zu machen.

Anwendungen für Motorsteuerungen

Sie können sich fast jeden Bereich mit einer Motorsteuerung vorstellen. Nachfolgend sind einige der wichtigsten Anwendungen dieser Geräte aufgeführt.

11.1 Mehrachssteuerungen

Diese Geräte bestimmen, steuern und überwachen Bewegungsanforderungen.

11.2 Roboterbewegungssteuerungen

Roboterbewegungssteuerungen verfügen über Hardware und Software, die in mechanischen Systemen sehr nützlich sind.

11.3 Servoverstärker

Motorsteuerungen helfen dabei, analoge Signale zu erzeugen, die dann mehr Leistung oder elektrischen Strom erzeugen können.

11.4 Wechselrichterantriebe

Umrichterantriebe sind unerlässlich, wenn Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird.

11.5 Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller hilft bei der Regulierung des digitalen Datenflusses.

11.6 Siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCRs)

Ein SCR arbeitet mit einem Gleichstrommotor zur Feinabstimmung von Wechselstrom zu Gleichstrom.

11.7 Digitale Signalprozessoren

Ein Mikroprozessor kann Daten in Echtzeit manipulieren.

Dazu gehören audiovisuelle Medien, Druck, Hitze und Standort. Das Gerät führt diese Daten dann mit verschiedenen Steuerelementen aus.

11.8 Pulsweitenmodulation

Die Pulsweitenmodulation wird auch als Skalarregelung bezeichnet. Motorsteuerungen können Wechselspannung und -frequenz in Gleichspannung umwandeln, deren Betrieb auf einer Sinuskurve erfolgt.

Schlussfolgerung

Angesichts der massiven Rolle in verschiedenen elektrischen Geräten und Maschinen werden Motorsteuerungen weiterhin ein integraler Bestandteil aller Arten von Industrien sein. Mit all den Informationen, die wir in diesen umfassenden Leitfaden aufgenommen haben, sollte es einfacher sein, zu entscheiden, welche Motorsteuerung für Ihre Anwendungen am besten geeignet ist. Beachten Sie, dass verschiedene Controller unterschiedliche Funktionen, Leistungsanforderungen und Anwendungen haben.

Natürlich ist es immer von Vorteil, professionelle Hilfe zu suchen, wenn Sie das Gefühl haben, festzustecken. Ein wichtiger Schritt, um sicherzustellen, dass die von Ihnen gewählte Motorsteuerung von höchster Qualität ist, ist die Zusammenarbeit mit einem renommierten Hersteller von Motorsteuerungen. Wenn Sie weitere Informationen über den Controller erhalten möchten, können Sie uns kontaktieren, und wir können gemeinsam mehr Wissen besprechen.