SCR یا PWM؟ انتخاب درایو برای موتورهای DC جاروبکی
درایوهای SCR و PWM موتورهای DC جاروبکی را به‌روش‌های متفاوتی کنترل می‌کنند. پیش از انتخاب کنترلر، ریپل جریان، گشتاور در سرعت پایین، کنترل میدان، بازخورد، معکوس‌کردن جهت، انرژی ترمز و اثرات الکترومغ...
موتورهای DC جاروبکی همچنان در دستگاه‌های سیم‌پیچ، اکسترودرها، نوارنقاله‌ها، میزهای آزمون، بالابرها و ماشین‌آلات تولیدی قدیمی رایج هستند. گشتاور آن‌ها از جریان آرمیچر پیروی می‌کند، درحالی‌که سرعت تحت تأثیر ولتاژ اعمال‌شده به آرمیچر و شار میدان قرار دارد. این رابطه موتور را قابل‌درک می‌کند، اما به این معنا نیست که هر کنترلری با کنترلر دیگر قابل‌جایگزینی باشد.
دو روش الکترونیکی شناخته‌شده، یکسوسازی با تریستورهای کنترل‌شونده با سیلیکون (SCR) با کموتاسیون خط و کلیدزنی ترانزیستوری با مدولاسیون پهنای پالس (PWM) هستند. هر دو می‌توانند ولتاژ متوسط آرمیچر را تنظیم کنند. تفاوت آن‌ها در ریپل جریان، عملکرد در سرعت پایین، اثرات ورودی، گزینه‌های بازگردانی انرژی، نویز الکترومغناطیسی و ریسک ارتقا و جایگزینی است.
انتخاب درایو باید مشخصات نامی آرمیچر، طراحی میدان، بازخورد، چرخه کاری، معکوس‌کردن جهت و مسیر کامل انرژی هنگام توقف را در نظر بگیرد.
کار را با مدار موتور شروع کنید
موتور آهنربای دائم منبع تغذیه جداگانه‌ای برای میدان ندارد. موتور شنت یا تحریک‌جداگانه از سیم‌پیچ میدانی استفاده می‌کند که جریان آن شار را ایجاد می‌کند. موتور سری رفتار متفاوتی دارد و به‌ندرت گزینه‌ای مناسب برای جایگزینی مستقیم با یک درایو DC عمومی است. پیش از انتخاب تجهیزات، نوع موتور، ولتاژ و جریان آرمیچر، ولتاژ و جریان میدان، سرعت پایه، حداکثر سرعت مجاز، وضعیت عایق و روش خنک‌کاری را مشخص کنید.
در پایین‌تر از سرعت پایه، درایو معمولاً ولتاژ آرمیچر را کنترل می‌کند و میدان را در مقدار نامی نگه می‌دارد. بالاتر از سرعت پایه، برخی سیستم‌ها جریان میدان را کاهش می‌دهند تا سرعت بیشتری با گشتاور قابل‌دسترس کمتر فراهم شود. تضعیف میدان به حفاظت در برابر افزایش سرعت و تأیید محدودیت‌های مکانیکی نیاز دارد. قطع میدان در موتور تحریک‌جداگانه می‌تواند باعث افزایش سرعت خطرناک شود؛ بنابراین تشخیص قطع میدان یک الزام عملکردی است، نه یک هشدار اختیاری.
درایو SCR چگونه ولتاژ آرمیچر را کنترل می‌کند
SCR پس از دریافت پالس گیت رسانا می‌شود و معمولاً تا زمانی که جریان از مقدار نگهدارنده آن کمتر شود، روشن می‌ماند. در یک مبدل تغذیه‌شده با AC، کنترلر زاویه آتش را در هر چرخه خط به تأخیر می‌اندازد. تغییر این زاویه، ولتاژ متوسط DC تحویلی به آرمیچر را تغییر می‌دهد.
یک پل تک‌ربع، حرکت موتوری را در یک جهت پشتیبانی می‌کند. معکوس‌کردن جهت و عملکرد بازگردانی انرژی به توپولوژی مناسب، مانند مبدل دوگانه، و کنترلی نیاز دارد که از ایجاد جریان گردشی ناخواسته جلوگیری کند. آرایش دقیق اهمیت دارد، زیرا معکوس‌کردن جهت با کنتاکتورها معادل کنترل الکترونیکی چهارربعی نیست.
مبدل‌های SCR امتحان خود را پس داده و تعمیرپذیر هستند. محدودیت‌های آن‌ها از کموتاسیون با فرکانس خط ناشی می‌شود. جریان آرمیچر، به‌ویژه در بار سبک یا سرعت پایین، دارای ریپل کم‌فرکانس است. این ریپل می‌تواند موجب ضربان گشتاور و نویز شنیداری شود. آتش‌کردن با تأخیر همچنین ضریب توان جابه‌جایی را کاهش می‌دهد و جریان ورودی را دچار اعوجاج می‌کند. منبع تغذیه سه‌فاز معمولاً خروجی نرم‌تری نسبت به پل تک‌فاز فراهم می‌کند، اما همچنان باید هارمونیک‌ها و شرایط خط بررسی شوند.
PWM چگونه مسئله کنترل را تغییر می‌دهد
درایو PWM ترانزیستورها را با سرعت بالا بین باس DC و آرمیچر کلیدزنی می‌کند. تغییر چرخه کاری، ولتاژ متوسط آرمیچر را تغییر می‌دهد. اندوکتانس موتور بخش زیادی از جریان را بین پالس‌ها صاف می‌کند و در مقایسه با بسیاری از مبدل‌های فرکانس خط، کنترل دقیق‌تر جریان و گشتاور نرم‌تر در سرعت پایین را ممکن می‌سازد.
رگولاتور جریان حلقه کنترل داخلی است، زیرا جریان آرمیچر نشان‌دهنده گشتاور است. رگولاتور سرعت در لایه بیرونی، سرعت فرمان‌داده‌شده و اندازه‌گیری‌شده را مقایسه می‌کند و سپس جریان لازم برای اصلاح خطا را درخواست می‌کند. محدودکننده جریان هنگام شتاب‌گیری، گیرکردن یا تغییرات سریع بار از موتور و مبدل محافظت می‌کند. تنظیمات باید جدایی میان حلقه سریع جریان و حلقه کندتر سرعت را حفظ کند.
چرخه کاری، ولتاژ متوسط آرمیچر را کنترل می‌کند؛ بازخورد جریان، گشتاور را تنظیم کرده و تنش الکتریکی را محدود می‌کند.
بازگردانی انرژی و ترمزگیری باید به‌صورت انرژی ردیابی شوند
یک بار چرخان انرژی جنبشی ذخیره می‌کند. بار بالابرنده نیز می‌تواند موتور را به‌صورت مکانیکی به حرکت وادار کند. هنگام کاهش سرعت، این انرژی باید به جایی منتقل شود. یک کنترلر غیرقابل‌بازگردانی ممکن است از ترمز دینامیکی استفاده کند و پس از قطع توان درایو، آرمیچر را به یک مقاومت متصل کند. کنترلر بازگرداننده، هرگاه توپولوژی آن اجازه دهد، انرژی را به منبع AC یا یک باس DC مشترک بازمی‌گرداند.
برچسب‌های چهارربعی باید با کاربرد واقعی تطبیق داده شوند. ماشین ممکن است به حرکت موتوری رو به جلو، ترمزگیری رو به جلو، حرکت موتوری معکوس و ترمزگیری معکوس نیاز داشته باشد، اما بازگردانی انرژی به خط در هر ربع الزاماً ضروری نیست. توان اوج ترمز، انرژی هر پالس، نرخ تکرار و گرمای متوسط را محاسبه کنید. مقاومت، چرخه کاری کنتاکتور، ظرفیت چاپر و حفاظت در برابر افزایش دما را بررسی کنید.
بازخورد عملکرد در سرعت پایین را تعیین می‌کند
بازخورد ولتاژ آرمیچر می‌تواند تنظیم اقتصادی سرعت را فراهم کند، اما باید افت ولتاژ روی مقاومت آرمیچر را تخمین بزند. این تخمین در گشتاور بالا و سرعت پایین دقت کمتری دارد. تاکوژنراتور یا انکودر سرعت را به‌صورت مستقیم‌تری اندازه‌گیری کرده و تنظیم را در برابر تغییرات بار بهبود می‌دهد. قطبیت بازخورد باید پیش از فعال‌کردن حلقه و در فرمان کم آزمایش شود؛ قطبیت نادرست، رگولاتور را در جهت اشتباه به حرکت درمی‌آورد.
در سیستم‌های کشش، سرعت به‌تنهایی ممکن است متغیر کنترل‌شونده نباشد. محاسبه قطر، محدودیت‌های گشتاور، موقعیت رقصانک یا بازخورد لودسل می‌توانند نقش اصلی را در طراحی داشته باشند. جایگزین‌کردن یک درایو قدیمی بدون درک این حلقه‌های بیرونی می‌تواند ماشین را ناپایدار کند، حتی اگر موتور به‌درستی بچرخد.
ریسک جایگزینی فراتر از پلاک مشخصات است
جایگزینی SCR با PWM محیط الکتریکی را تغییر می‌دهد. کلیدزنی با فرکانس بالا انتشارهای هدایتی و تشعشعی را افزایش می‌دهد و می‌تواند جریان را از طریق ظرفیت خازنی کابل‌ها کوپل کند. مسیر عبور کابل‌های آرمیچر و بازخورد، اتصال شیلد، هم‌بندی تابلو، جداسازی تغذیه کنترل و اتصال زمین را بررسی کنید. سیم‌کشی انکودر یا تاکومتر را در کنار هادی‌های موتورِ کلیدزنی‌شده عبور ندهید.
پیش از راه‌اندازی، جاروبک‌ها، سطح کموتاتور، یاتاقان‌ها، عایق میدان و تهویه را بررسی کنید. یک رگولاتور سریع‌تر ممکن است لقی مکانیکی، چرخ‌دنده‌های فرسوده یا کموتاتور ضعیفی را آشکار کند که سیستم قدیمی کندتر آن‌ها را تحمل می‌کرد. ریپل جریان، خطای سرعت، جرقه‌زنی جاروبک، دمای موتور و ارتعاش را در بار نماینده ثبت کنید.
گزینه‌های درایو را می‌توان در درایوها و کنترل حرکت بررسی کرد، درحالی‌که توالی عملکرد ماشین و مجوزهای ایمنی همچنان در سیستم‌های PLC و PAC باقی می‌مانند.
چارچوبی عملی برای انتخاب
جریان پیوسته و اوج آرمیچر، نیازهای میدان، محدوده سرعت، نرمی گشتاور، نوع بازخورد، دفعات معکوس‌کردن جهت، انرژی ترمز، بازگردانی انرژی به خط، شرایط محفظه، هارمونیک‌های ورودی، سازگاری الکترومغناطیسی، امکانات تشخیصی و مهارت‌های خدماتی موجود را با هم مقایسه کنید. همچنین رفتار توقف ایمن و اینترلاک‌های موجود ماشین را حفظ کنید.
PWM معمولاً برای طراحی جدیدِ ولتاژ پایین که به کنترل نرم سرعت پایین و امکانات تشخیصی مدرن نیاز دارد، انتخاب قوی‌تری است. بااین‌حال، وقتی عملکرد یک سیستم SCR موجود کافی است و پشتیبانی قطعات یدکی همچنان در دسترس است، حفظ آن ممکن است تصمیم بهتری برای نگهداری باشد. جایگزینی درست، جایگزینی‌ای است که یک محدودیت اندازه‌گیری‌شده را بهبود دهد، بدون آنکه در موتور، بازخورد، اتصال زمین یا سیستم ترمز خطر جدیدی ایجاد کند.