Szczotkowe silniki prądu stałego nadal pracują w przenośnikach, nawijarkach, stanowiskach testowych i starszych maszynach produkcyjnych, ponieważ łatwo sterować ich momentem obrotowym, a zainstalowane systemy mogą działać przez dziesięciolecia. Wybór napędu decyduje o tym, jak płynnie moment jest wytwarzany i jak łatwo można unowocześnić maszynę.

Dwa popularne podejścia to sterowane fazowo prostowniki tyrystorowe SCR zasilane prądem przemiennym oraz modulacja szerokości impulsu o wysokiej częstotliwości zasilana ze źródła prądu stałego lub wyprostowanej szyny DC.

Napęd musi być dopasowany do napięcia i prądu twornika, układu wzbudzenia, sprzężenia zwrotnego, cyklu pracy oraz wymagań dotyczących zatrzymywania.

Napędy SCR sterują czasem przepływu prądu sieciowego

Tyrystor SCR zaczyna przewodzić po wyzwoleniu bramki i wyłącza się, gdy prąd spadnie poniżej poziomu podtrzymania. Opóźniając kąt zapłonu w każdym półokresie prądu przemiennego, napęd zmienia średnie napięcie twornika.

To rozwiązanie jest wytrzymałe i dobrze znane ze starszych maszyn, ale na wyjściu występują tętnienia związane z częstotliwością sieci. Przy niskiej prędkości moment może być mniej płynny, a przebieg prądu wejściowego może charakteryzować się niskim współczynnikiem mocy i obecnością harmonicznych. Zmiana kierunku lub praca regeneracyjna wymagają odpowiedniej topologii mostka.

Napędy PWM sterują współczynnikiem wypełnienia

Napęd PWM przełącza tranzystory z dużo wyższą częstotliwością i zmienia czas włączenia, aby ustawić średnie napięcie twornika. Indukcyjność silnika wygładza prąd, zapewniając dobre właściwości przy niskiej prędkości i szybką reakcję, gdy pętla regulacji jest prawidłowo dostrojona.

Zmiana współczynnika wypełnienia zmienia średnie napięcie, a sprzężenie zwrotne od prądu chroni silnik i reguluje moment obrotowy.

Modernizacja to decyzja dotycząca całego systemu

Przed wymianą napędu SCR należy ustalić, czy silnik ma wzbudzenie od magnesów trwałych, czy wzbudzenie niezależne, a także określić parametry twornika, sprzężenie zwrotne z tachometru lub enkodera, wymagania dotyczące zmiany kierunku, energię hamowania, profil przeciążenia oraz minimalną prędkość. Istniejące styczniki i rezystory hamowania dynamicznego mogą współpracować z nowym sterownikiem w inny sposób.

Wysokoczęstotliwościowe PWM może powodować zakłócenia elektromagnetyczne i większe szybkości narastania napięcia. Konieczne może być ulepszenie prowadzenia przewodów, ekranowania, uziemienia i filtrów. Starszy silnik również warto poddać kontroli izolacji, szczotek, komutatora i łożysk przed zastosowaniem szybszego sterowania.

Odpowiednie sterowniki są dostępne w kategorii napędy i sterowanie ruchem, natomiast koordynacja sekwencji pracy maszyny pozostaje zadaniem dla systemów PLC i PAC.

Wybieraj na podstawie zakresu pracy

Porównaj prąd ciągły i szczytowy, zakres prędkości, tętnienia momentu, wymagania czterokwadrantowe, zwrot energii do sieci, stopień ochrony obudowy, obniżenie parametrów w zależności od temperatury otoczenia, funkcje diagnostyczne oraz dostępne umiejętności serwisowe. Tańszy napęd może okazać się kosztowny, jeśli nie będzie w stanie odtworzyć dotychczasowego sposobu zatrzymywania maszyny lub regulacji naprężenia.

Opinia autora: PWM jest zazwyczaj lepszym wyborem w nowych projektach, ale wymianę działającego systemu SCR należy uzasadnić mierzalnymi korzyściami. O powodzeniu modernizacji decydują silnik, sprzężenie zwrotne, mechanika i tor hamowania — nie sama metoda przełączania.