A kefés egyenáramú motorok továbbra is gyakoriak a tekercselőgépekben, extruderekben, szállítószalagokban, tesztpadokon, emelőkben és régebbi gyártógépekben. Nyomatékuk armatúraáramukhoz igazodik, fordulatszámukat pedig az armatúrára kapcsolt feszültség és a mezőfluxus befolyásolja. Ez a kapcsolat érthetővé teszi a motor működését, de nem jelenti azt, hogy minden vezérlő felcserélhető lenne.

A két jól ismert elektronikus megközelítés a hálózati kommutációjú szilíciumvezérelt egyenirányítós (SCR) átalakítás, valamint a tranzisztoros, impulzusszélesség-modulációval (PWM) végzett kapcsolás. Mindkettő képes szabályozni az átlagos armatúrafeszültséget. A különbségek az áram hullámosságában, az alacsony fordulatszámú működésben, a hálózati hatásokban, a visszatáplálási lehetőségekben, az elektromágneses zajban és az utólagos beépítés kockázatában jelentkeznek.

A hajtás kiválasztásakor figyelembe kell venni az armatúra névleges adatait, a mezőkialakítást, a visszacsatolást, az üzemciklust, a forgásirányváltást, valamint a leállítási energia teljes útját.

Kezdje a motoráramkörrel

Az állandómágneses motornak nincs külön mezőtáplálása. A sönt- vagy külön gerjesztésű motor olyan mezőtekerccsel működik, amelynek árama létrehozza a fluxust. A soros motor ismét másképp viselkedik, és ritkán alkalmas általános egyenáramú hajtás közvetlen helyettesítőjeként. A hardver kiválasztása előtt azonosítsa a motor típusát, az armatúra feszültségét és áramát, a mező feszültségét és áramát, az alapfordulatszámot, a megengedett legnagyobb fordulatszámot, a szigetelés állapotát és a hűtési módot.

Az alapfordulatszám alatt a hajtás általában az armatúrafeszültséget szabályozza, miközben a névleges mezőt fenntartja. Az alapfordulatszám felett egyes rendszerek csökkentik a mezőáramot, hogy nagyobb fordulatszámot tegyenek lehetővé a rendelkezésre álló nyomaték csökkenése mellett. A mezőgyengítéshez túlpörgés elleni védelemre és igazolt mechanikai határértékekre van szükség. A külön gerjesztésű motor mezőjének megszűnése veszélyes túlpörgést okozhat, ezért a mezőkimaradás érzékelése funkcionális követelmény, nem pedig opcionális riasztás.

Hogyan szabályozza az SCR-hajtás az armatúrafeszültséget?

Az SCR egy kapuimpulzus hatására vezetővé válik, és normál esetben addig marad bekapcsolva, amíg az áram a tartóárama alá nem esik. Váltakozó áramú táplálású átalakítóban a vezérlő minden hálózati periódusban késlelteti a gyújtási szöget. Ennek a szögnek a változtatása módosítja az armatúrára jutó átlagos egyenfeszültséget.

Az egynegyedes híd egy irányban tesz lehetővé motoros üzemet. A forgásirányváltáshoz és a visszatápláló üzemhez megfelelő topológiára, például kettős átalakítóra, valamint olyan vezérlésre van szükség, amely megakadályozza a nem kívánt keringő áramot. A pontos kialakítás számít, mert a kontaktorokkal végzett irányváltás nem egyenértékű az elektronikus négynegyedes vezérléssel.

Az SCR-es átalakítás bevált és jól szervizelhető. Korlátai a hálózati frekvenciájú kommutációból következnek. Az armatúraáram alacsony frekvenciájú hullámosságot tartalmaz, különösen kis terhelésnél vagy alacsony fordulatszámon. Ez nyomatékingadozást és hallható zajt okozhat. A késleltetett gyújtás csökkenti a teljesítménytényező alapfrekvenciás összetevőjét, és torzítja a bemeneti áramot. A háromfázisú táplálás általában simább kimenetet biztosít, mint az egyfázisú híd, de nem szünteti meg a harmonikusok és a hálózati feltételek vizsgálatának szükségességét.

Hogyan változtatja meg a PWM a vezérlési feladatot?

A PWM-hajtás gyorsan kapcsolja a tranzisztorokat az egyenáramú közbenső kör és az armatúra között. A kitöltési tényező változtatásával módosítja az átlagos armatúrafeszültséget. A motor induktivitása kisimítja az impulzusok közötti áram jelentős részét, így sok hálózati frekvenciájú átalakítónál szorosabb áramszabályozás és egyenletesebb kis fordulatszámú nyomaték érhető el.

Az áramszabályozó a belső szabályozási kör, mivel az armatúraáram a nyomatékot képviseli. Az ezt körülvevő fordulatszám-szabályozó összehasonlítja a kívánt és a mért fordulatszámot, majd kéri a hiba korrigálásához szükséges áramot. Az áramkorlátozás gyorsítás, megszorulás vagy hirtelen terhelésváltozás esetén védi a motort és az átalakítót. A hangolásnak fenn kell tartania a gyors áramszabályozási kör és a lassabb fordulatszám-szabályozási kör közötti megfelelő elkülönülést.

A kitöltési tényező szabályozza az átlagos armatúrafeszültséget; az áram-visszacsatolás a nyomatékot szabályozza és korlátozza az elektromos igénybevételt.

A visszatáplálást és a fékezést energiaként kell nyomon követni

A forgó terhelés mozgási energiát tárol. Egy túlhajtott terhelés mechanikusan is hajthatja a motort. Lassításkor ennek az energiának valahová el kell jutnia. A nem visszatápláló vezérlő dinamikus fékezést alkalmazhat, amely a hajtási teljesítmény eltávolítása után ellenállásra kapcsolja az armatúrát. A visszatápláló vezérlő topológiája lehetővé teszi, hogy az energiát visszajuttassa a váltakozó áramú hálózatba vagy egy közös egyenáramú közbenső körbe.

A négynegyedes jelölést össze kell vetni a tényleges alkalmazással. A gépnek szüksége lehet előre irányú motoros üzemre, előre irányú fékezésre, hátra irányú motoros üzemre és hátra irányú fékezésre, de nem feltétlenül igényel hálózati visszatáplálást minden negyedben. Számítsa ki a csúcsteljesítményű fékezési teljesítményt, az impulzusenergiát, az ismétlési gyakoriságot és az átlagos hőterhelést. Ellenőrizze az ellenállás értékét, a kontaktor terhelhetőségét, a fékchopper névleges adatait és a túlmelegedés elleni védelmet.

A visszacsatolás határozza meg az alacsony fordulatszámú teljesítményt

Az armatúrafeszültség-visszacsatolás gazdaságos fordulatszám-szabályozást biztosíthat, de meg kell becsülnie az armatúraellenálláson elvesző feszültséget. Ez a becslés nagy nyomatéknál és alacsony fordulatszámnál pontatlanabbá válik. A tachogenerátor vagy a jeladó közvetlenebbül méri a fordulatszámot, és javítja a szabályozást terhelésváltozások esetén. A visszacsatolás polaritását alacsony parancsértéknél, a szabályozási kör engedélyezése előtt kell ellenőrizni; a helytelen polaritás a szabályozót rossz irányba vezérli.

Feszítésszabályozó rendszerekben nem feltétlenül a fordulatszám az egyetlen szabályozott változó. A geometriai átmérő számítása, a nyomatékhatárok, a táncoló görgő pozíciója vagy a mérőcella visszacsatolása meghatározó lehet a kialakításban. Egy régi hajtás lecserélése a külső szabályozási körök megértése nélkül instabillá teheti a gépet, még akkor is, ha a motor megfelelően forog.

Az utólagos beépítés kockázata túlmutat az adattáblán

Az SCR-ről PWM-re történő utólagos átállítás megváltoztatja az elektromos környezetet. A nagyfrekvenciás kapcsolás növeli a vezetett és sugárzott zavarokat, és a kábel kapacitásán keresztül áramot csatolhat át. Vizsgálja felül az armatúra- és visszacsatolási kábelek nyomvonalát, az árnyékolások lezárását, a szekrények potenciálkiegyenlítését, a vezérlőtápok elkülönítését és a földelést. A jeladó- vagy tachométervezetéket ne vezesse kapcsolt motorvezetékek mellett.

Üzembe helyezés előtt ellenőrizze a keféket, a kommutátor felületét, a csapágyakat, a mezőszigetelést és a szellőzést. A gyorsabb szabályozó feltárhatja a mechanikai holtjátékot, a kopott fogaskerekeket vagy a gyenge kommutátort, amelyeket a lassabb régi rendszer még elviselt. Rögzítse az áram hullámosságát, a fordulatszámhibát, a kefeszikrázást, a motor hőmérsékletét és a rezgést reprezentatív terhelés mellett.

A hajtás opciói áttekinthetők a Hajtások és mozgásvezérlés oldalon, míg a gépszekvenciák és engedélyezési feltételek a PLC- és PAC-rendszerek körébe tartoznak.

Gyakorlati kiválasztási keretrendszer

Hasonlítsa össze a folyamatos és csúcsteljesítményű armatúraáramot, a mező követelményeit, a fordulatszám-tartományt, a nyomaték egyenletességét, a visszacsatolás típusát, az irányváltás gyakoriságát, a fékezési energiát, a hálózati visszatáplálást, a szekrény környezeti feltételeit, a bemeneti harmonikusokat, az elektromágneses összeférhetőséget, a diagnosztikát és a rendelkezésre álló szervizismereteket. Őrizze meg a meglévő gép biztonságos leállítási és reteszelési működését is.

A PWM általában jobb választás egy új, kisfeszültségű kialakításhoz, ha egyenletes kis fordulatszámú vezérlésre és korszerű diagnosztikára van szükség. Egy működő SCR-rendszer azonban továbbra is jobb karbantartási döntés lehet, ha teljesítménye megfelelő, és az alkatrészellátás támogatása még biztosított. A megfelelő utólagos átalakítás az, amely egy mért korlátozást javít anélkül, hogy új kockázatokat teremtene a motorban, a visszacsatolásban, a földelésben vagy a fékrendszerben.