Коллекторные двигатели постоянного тока по-прежнему используются в конвейерах, намоточных машинах, испытательных стендах и устаревших производственных установках, поскольку их крутящий момент легко регулировать, а установленные системы могут работать десятилетиями. Выбор привода определяет, насколько плавно создаётся этот момент и насколько легко модернизировать машину.

Два распространённых подхода — фазовое управление с помощью тиристоров (SCR) при преобразовании переменного тока и высокочастотная широтно-импульсная модуляция от источника постоянного тока или выпрямленной шины.

Привод должен соответствовать напряжению и току якоря, схеме возбуждения, системе обратной связи, рабочему циклу и требованиям к остановке.

Тиристорные приводы управляют временем протекания сетевого тока

Тиристор открывается после подачи импульса на управляющий электрод и выключается, когда ток падает ниже тока удержания. Изменяя угол открытия в каждом полупериоде переменного тока, привод регулирует среднее напряжение якоря.

Такой подход отличается надёжностью и хорошо знаком специалистам по старому оборудованию, однако выходной сигнал содержит пульсации, связанные с частотой сети. На низкой скорости крутящий момент может стать менее плавным, а форма входного тока — иметь низкий коэффициент мощности и гармоники. Реверсирование или рекуперативная работа требуют соответствующей схемы моста.

ШИМ-приводы управляют коэффициентом заполнения

ШИМ-привод переключает транзисторы на значительно более высокой частоте и изменяет длительность включения для задания среднего напряжения якоря. Индуктивность двигателя сглаживает ток, обеспечивая уверенную работу на низкой скорости и быстрый отклик при правильной настройке контура управления.

Изменение коэффициента заполнения регулирует среднее напряжение, а обратная связь по току защищает двигатель и регулирует крутящий момент.

Модернизация — это системное решение

Перед заменой тиристорного привода выясните, оснащён ли двигатель возбуждением от постоянных магнитов или независимым возбуждением, каковы номинальные параметры якоря, используется ли обратная связь от тахометра или энкодера, требуется ли реверсирование, какова энергия торможения, профиль перегрузок и минимальная скорость. Существующие контакторы и резисторы динамического торможения могут взаимодействовать с новым контроллером иначе.

Высокочастотная ШИМ может создавать электромагнитные помехи и повышать скорость нарастания напряжения. Возможно, потребуется улучшить прокладку кабелей, экранирование, заземление и фильтрацию. Перед применением более быстрого управления старый двигатель также следует проверить на состояние изоляции, щёток, коллектора и подшипников.

Подходящие контроллеры представлены в разделе приводы и управление движением, а координация последовательности работы машины остаётся задачей для систем PLC и PAC.

Выбирайте привод с учётом рабочего диапазона

Сравните длительный и пиковый ток, диапазон скоростей, пульсации крутящего момента, необходимость работы в четырёх квадрантах, рекуперацию в сеть, степень защиты корпуса, снижение характеристик при повышенной температуре окружающей среды, диагностические возможности и доступность сервисного обслуживания. Более дешёвый привод может оказаться дорогим решением, если он не способен воспроизвести существующие характеристики остановки или натяжения машины.

Мнение автора: ШИМ обычно является более сильным выбором для новых разработок, однако замену исправной тиристорной системы следует обосновывать измеримыми преимуществами. Успех модернизации определяют двигатель, обратная связь, механика и цепь торможения, а не только способ коммутации.