SCR mı PWM mi? Fırçalı DC motorlar için sürücü seçimi

Fırçalı DC motorlar; sarıcılarda, ekstrüderlerde, konveyörlerde, test düzeneklerinde, vinçlerde ve eski üretim makinelerinde hâlâ yaygın olarak kullanılır. Torkları endüvi akımını izlerken hız; uygulanan endüvi geriliminden ve alan akısından etkilenir. Bu ilişki motoru anlaşılır kılar, ancak her kontrol cihazının birbiriyle değiştirilebileceği anlamına gelmez.

Bilinen iki elektronik yaklaşım, hat komütasyonlu silikon kontrollü doğrultucu (SCR) dönüşümü ile darbe genişlik modülasyonu (PWM) kullanan transistör anahtarlamasıdır. Her ikisi de ortalama endüvi gerilimini düzenleyebilir. Ancak akım dalgalanması, düşük hız davranışı, giriş etkileri, rejenerasyon seçenekleri, elektromanyetik gürültü ve yenileme riski bakımından farklılık gösterirler.

Sürücü seçimi; endüvi değerlerini, alan tasarımını, geri beslemeyi, çalışma çevrimini, yön değiştirmeyi ve durma enerjisinin izlediği tüm yolu dikkate almalıdır.

Motor devresiyle başlayın

Kalıcı mıknatıslı bir motorun ayrı bir alan beslemesi yoktur. Şönt veya ayrı uyartımlı bir motor, akımı akı oluşturan bir alan sargısı kullanır. Seri motorlar ise yine farklı davranır ve genel amaçlı bir DC sürücü için nadiren doğrudan değiştirilebilir bir seçenek oluşturur. Donanım seçmeden önce motor tipini, endüvi gerilimini ve akımını, alan gerilimini ve akımını, temel hızı, izin verilen azami hızı, yalıtım durumunu ve soğutma yöntemini belirleyin.

Temel hızın altında bir sürücü genellikle nominal alanı korurken endüvi gerilimini kontrol eder. Temel hızın üzerinde bazı sistemler, kullanılabilir tork azalırken daha yüksek hıza izin vermek için alan akımını düşürür. Alan zayıflatma, aşırı hız koruması ve doğrulanmış mekanik sınırlar gerektirir. Ayrı uyartımlı bir motorda alanın kaybolması tehlikeli bir aşırı hız durumu yaratabilir; bu nedenle alan kaybı algılama, isteğe bağlı bir alarmdan ziyade işlevsel bir gerekliliktir.

Bir SCR sürücüsü endüvi gerilimini nasıl kontrol eder?

Bir SCR, kapı darbesinden sonra iletime geçer ve normalde akım tutma değerinin altına düşene kadar iletimde kalır. AC beslemeli bir dönüştürücüde kontrol cihazı, her hat çevrimindeki ateşleme açısını geciktirir. Bu açının değiştirilmesi, endüviye iletilen ortalama DC gerilimini değiştirir.

Tek bölgeli bir köprü, tek yönde motor çalışmasını destekler. Yön değiştirme ve rejeneratif çalışma; çift dönüştürücü gibi uygun bir topolojinin yanı sıra istenmeyen dolaşım akımını önleyen bir kontrol gerektirir. Tam düzen önemlidir; çünkü kontaktörlerle yön değiştirmek, elektronik dört bölgeli kontrolle eşdeğer değildir.

SCR dönüşümü kendini kanıtlamış ve bakımı yapılabilir bir çözümdür. Sınırlamaları hat frekansındaki komütasyondan kaynaklanır. Özellikle hafif yükte veya düşük hızda endüvi akımında düşük frekanslı dalgalanma bulunur. Bu dalgalanma tork titreşimine ve duyulabilir gürültüye yol açabilir. Gecikmeli ateşleme ayrıca deplasman güç faktörünü düşürür ve giriş akımını bozar. Üç fazlı besleme genellikle tek fazlı köprüye göre daha düzgün çıkış sağlar; ancak harmoniklerin ve hat koşullarının değerlendirilmesi gereğini ortadan kaldırmaz.

PWM kontrol sorununu nasıl değiştirir?

Bir PWM sürücüsü, transistörleri DC bara ile endüvi arasında hızla anahtarlar. Görev çevriminin değiştirilmesi, ortalama endüvi gerilimini değiştirir. Motor endüktansı, darbeler arasındaki akımın büyük bölümünü yumuşatarak birçok hat frekanslı dönüştürücüye göre daha sıkı akım kontrolü ve daha düzgün düşük hızlı tork sağlar.

Akım regülatörü, endüvi akımı torku temsil ettiği için iç kontrol döngüsüdür. Bunun dışındaki hız regülatörü, komut verilen ve ölçülen hızı karşılaştırır, ardından hatayı düzeltmek için gereken akımı talep eder. Akım sınırlama; hızlanma, sıkışma veya hızlı yük değişimleri sırasında motoru ve dönüştürücüyü korur. Ayarlama, hızlı akım döngüsü ile daha yavaş hız döngüsü arasındaki ayrımı korumalıdır.

Görev çevrimi ortalama endüvi gerilimini kontrol eder; akım geri beslemesi torku düzenler ve elektriksel gerilimi sınırlar.

Rejenerasyon ve frenleme enerji olarak izlenmelidir

Dönen bir yük kinetik enerji depolar. Aşağı çeken bir yük de motoru mekanik olarak tahrik edebilir. Yavaşlama sırasında bu enerjinin bir yere aktarılması gerekir. Rejeneratif olmayan bir kontrol cihazı, tahrik gücünü kestikten sonra endüviyi bir dirence bağlayarak dinamik frenleme uygulayabilir. Rejeneratif bir kontrol cihazı ise topolojisi izin verdiğinde enerjiyi AC beslemesine veya ortak bir DC baraya geri gönderir.

Dört bölgeli etiketler gerçek uygulamaya göre kontrol edilmelidir. Makine ileri yönde motor çalışması, ileri yönde frenleme, ters yönde motor çalışması ve ters yönde frenleme gerektirebilir; ancak her bölgede hat rejenerasyonu gerekmeyebilir. Tepe frenleme gücünü, darbe enerjisini, tekrarlama hızını ve ortalama ısıyı hesaplayın. Direnç değerini, kontaktör görevini, kıyıcı değerini ve aşırı sıcaklık korumasını doğrulayın.

Geri besleme düşük hız performansını belirler

Endüvi gerilimi geri beslemesi ekonomik hız regülasyonu sağlayabilir; ancak endüvi direnci üzerinde kaybedilen gerilimi tahmin etmelidir. Bu tahmin, yüksek torkta ve düşük hızda daha az doğru hâle gelir. Takogeneratör veya enkoder, hızı daha doğrudan ölçer ve yük değişimleri boyunca regülasyonu iyileştirir. Geri besleme polaritesi, döngü etkinleştirilmeden önce düşük komutta test edilmelidir; yanlış polarite regülatörü yanlış yönde çalıştırır.

Gerilim sistemlerinde kontrol edilen değişken yalnızca hız olmayabilir. Çap hesabı, tork sınırları, dansör konumu veya yük hücresi geri beslemesi tasarımı belirleyebilir. Bu dış döngüleri anlamadan eski bir sürücüyü değiştirmek, motor doğru yönde dönse bile makineyi kararsız hâle getirebilir.

Yenileme riski etiket bilgilerinin ötesine geçer

SCR'den PWM'ye yapılan bir yenileme elektriksel ortamı değiştirir. Yüksek frekanslı anahtarlama, iletilen ve yayılan emisyonları artırır ve kablo kapasitansı üzerinden akım kuplajına neden olabilir. Endüvi ve geri besleme kablolarının güzergâhını, ekran sonlandırmasını, kabin kuşaklamasını, kontrol gücü ayrımını ve topraklamayı inceleyin. Enkoder veya takometre kablolarını anahtarlanan motor iletkenlerinin yanından geçirmeyin.

Devreye almadan önce fırçaları, komütatör yüzeyini, rulmanları, alan yalıtımını ve havalandırmayı inceleyin. Daha hızlı bir regülatör, eski sistemin tolere ettiği mekanik boşluğu, aşınmış dişlileri veya zayıf bir komütatörü ortaya çıkarabilir. Temsili yük altında akım dalgalanmasını, hız hatasını, fırça arkını, motor sıcaklığını ve titreşimi kaydedin.

Sürücü seçenekleri Sürücüler ve Hareket Kontrolü bölümünde, makine sıralaması ve izin koşulları ise PLC ve PAC Sistemleri bölümünde incelenebilir.

Pratik bir seçim çerçevesi

Sürekli ve tepe endüvi akımını, alan gereksinimlerini, hız aralığını, tork düzgünlüğünü, geri besleme tipini, yön değiştirme sıklığını, frenleme enerjisini, hat rejenerasyonunu, pano koşullarını, giriş harmoniklerini, elektromanyetik uyumluluğu, tanılama özelliklerini ve mevcut servis becerilerini karşılaştırın. Ayrıca mevcut makinenin güvenli durdurma ve kilitleme davranışını koruyun.

PWM, düzgün düşük hızlı kontrol ve modern tanılama gerektiren yeni düşük gerilimli tasarımlar için genellikle daha güçlü bir tercihtir. Çalışır durumdaki bir SCR sistemi, performansı yeterliyse ve yedek parça desteği hâlâ mevcutsa bakım açısından daha iyi bir karar olabilir. Doğru yenileme; ölçülmüş bir sınırlamayı iyileştirirken motor, geri besleme, topraklama veya frenleme sisteminde yeni riskler oluşturmayan yenilemedir.