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モータ制御 : ユニバーサル・モータ

ユニバーサル・モータは、AC(交流)電源でもDC(直流)電源でも動作する直列巻線モータです。 磁界(ステータ)巻線が電機子(ロータ)巻線と直列になっているため、いずれの極の電流も同じ方向のトルクを生み出します。 2つの巻線に電流が流れるために発生する磁界が同期的に反転するので、モータはAC電源で効率よく動作します。 ユニバーサル・モータの利点は、高い起動トルク、コンパクトな設計、高い回転速度、および低コストです。 ユニバーサル・モータは電動工具や小型機器など多くのコンスーマ製品に使用され、通常は1馬力以下です。
多くのアプリケーションでは速度制御の有無にかかわらず、AC電源から直接運転します。 DC電源でモータを運転するのは、特にモータの速度を制御しながら運転する場合に有利になります。 DCチョッパやPWM駆動では、サイリスタで制御してAC駆動する構成に比べてモータのピーク電流が大幅に低下するため、モータの発熱が大幅に減少します。
モータを反転させるには、電機子巻線に対する磁界巻線の電流方向を変える必要があります。

ユニバーサル・モータのAC駆動 AC電源をオフにすることによる単純な速度制御駆動は、1つのトライアックおよびAC電源のゼロクロスに対してトライアックのターン・オンを遅延させる回路で実装できます。 この位相制御は低コストのマイクロコントローラでも、ダイアックを使用した単純なタイミング回路でも実装できます。 マイクロコントローラは、ACタコメータやその他のフィードバックに基づく速度制御も行うことができます。
多くのAC動作ツールでの反転は、電界コイルやブラシと電機子巻線を機械式スイッチ・ハーフ・ブリッジの内部に置くことによって行われます。 スイッチを切り替えると、電界コイルに対する電機子コイルの電流の方向が反転するため、磁界と回転方向も反転します。 別の方法は、センター・タップ付きの磁界コイルを巻き、巻線のどの半分が駆動されるかによって回転方向が決まるようにすることです。 この構成は、2つのトライアックを使用した単純な回路で容易に制御できるようにするのに役立ちます。

ユニバーサル・モータの高周波 PWM駆動 ユニバーサル・モータをDC電源で駆動する場合の速度制御は、モータのパルス幅変調駆動によって実現されます。 DCバスのロー側にトランジスタを1つ挿入し、マイクロコントローラから駆動することによって速度制御を容易に実装できます。
ただし、DCモータとは異なり、ハーフ・ブリッジによる方向制御はできません。 双方向運転を必要とする大部分のアプリケーションでは、DCモータに変更することになります。

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