Wprowadzenie: Silniki prądu stałego są szeroko stosowane w naszym codziennym życiu, od małych urządzeń gospodarstwa domowego po duże przemysłowe urządzenia samochodowe. Istnieje duża liczba silników prądu stałego. Silniki prądu stałego dzieli się ogólnie na dwie kategorie: silniki prądu stałego z uzwojeniem i silniki prądu stałego z polem magnetycznym.
Szczotkowe silniki prądu stałego i bezszczotkowe silniki prądu stałego
Ponieważ często wymienia się dwa typy silników, największą różnicą między nimi jest szczotka. Szczotkowy silnik prądu stałego wykorzystuje stałą siłę magnetyczną jako stojan, cewka jest nawinięta na wirnik, a energia jest przenoszona poprzez mechaniczne działanie szczotki węglowej i maszyny komutatorowej. Dlatego nazywa się go szczotkowym silnikiem prądu stałego, podczas gdy w bezszczotkowym silniku prądu stałego nie ma elementu mechanicznego, takiego jak komutator, pomiędzy wirnikiem a stojanem.
Spadek szczotkowych silników prądu stałego wynika z faktu, że wysokowydajne urządzenia zasilające jako wyłącznik silnika są bardziej praktyczne, bardziej ekonomiczne i niezawodne w trybie sterowania, zastępując zalety silników szczotkowych. Po drugie, bezszczotkowe silniki prądu stałego nie wykazują zużycia szczotek i mają więcej zalet w zakresie hałasu elektrycznego i mechanicznego, efektywności energetycznej, niezawodności i żywotności.
Jednak silniki szczotkowe są nadal niezawodnym wyborem w przypadku tanich zastosowań. Dzięki odpowiedniemu kontrolerowi i przełącznikowi można osiągnąć dobrą wydajność. Ponieważ nie są wymagane prawie żadne elektroniczne urządzenia sterujące, cały system sterowania silnikiem będzie dość tani. Ponadto może zaoszczędzić miejsce potrzebne na okablowanie i złącza oraz zmniejszyć koszty kabli i złączy, co jest bardzo opłacalne w zastosowaniach, które nie wymagają efektywności energetycznej.
Silniki i napędy prądu stałego
Silniki i napędy są nierozłączne, szczególnie w ostatnich latach zmiany rynkowe postawiły wyższe wymagania wobec napędów silnikowych. Przede wszystkim wymagane są wysokie wymagania dotyczące niezawodności. Niezbędne są różne funkcje zabezpieczające, a wbudowany ogranicznik prądu jest wymagany do kontrolowania prądu silnika, gdy silnik uruchamia się, zatrzymuje lub utknie. Wszystko to zwiększa niezawodność.
Algorytmy sterowania napędem o wysokiej wydajności, takie jak technologia cyfrowego sterowania obrotem silnika osiągnięta poprzez kontrolę prędkości i kontrolę fazy, a także technologia precyzyjnego sterowania pozycjonowaniem wymagana przez siłowniki, są niezbędne do opracowania wysokowydajnych systemów zastosowań silnikowych. Wymaga to wydajnych algorytmów sterowania napędem, z których projektanci mogą z łatwością korzystać. Obecnie wielu producentów bezpośrednio sprzętuje algorytm i stosuje go w układzie scalonym sterownika, co jest wygodniejsze w użyciu dla projektantów. Wygodna konstrukcja napędu jest teraz bardziej popularna.
Stabilność wymaga także wsparcia technologii jazdy. Optymalizacja kształtu fali napędowej ma ogromny wpływ na redukcję hałasu i wibracji silnika. Technologia wzbudzenia, odpowiednia dla różnych obwodów magnetycznych silnika, może znacznie zmniejszyć stabilność silników podczas pracy. Ponadto jest to ciągłe dążenie do mniejszego zużycia energii i wyższej wydajności.
Rolą sterowania półmostkowego, typowej metody sterowania silnikami prądu stałego, jest generowanie sygnałów wyzwalających prądu przemiennego przez lampy mocy, generując w ten sposób duże prądy do dalszego napędzania silnika. W porównaniu z pełnym mostkiem, półmostkowe obwody sterujące są stosunkowo tanie i łatwiejsze w formowaniu. Obwody półmostkowe są podatne na pogorszenie kształtu fali i zakłócenia pomiędzy konwersjami oscylacji. Obwody z pełnym mostkiem są droższe i bardziej złożone, a także niełatwo jest wytworzyć wyciek.
Popularny napęd PWM jest już powszechnie stosowanym rozwiązaniem napędowym w silnikach prądu stałego. Jednym z powodów jest to, że może zmniejszyć pobór mocy zasilacza napędowego i jest coraz powszechniej stosowany. Wiele rozwiązań PWM dla silników osiągnęło obecnie wysoki poziom poprawy szerokiego cyklu pracy, pokrycia częstotliwości i zmniejszenia zużycia energii.
Gdy silniki szczotkowe są napędzane przez PWM, straty przełączania będą rosły wraz ze wzrostem częstotliwości PWM. Zmniejszając tętnienie prądu poprzez zwiększenie częstotliwości, konieczne jest zrównoważenie częstotliwości i wydajności. Napęd PWM silnika bezszczotkowego ze wzbudzeniem sinusoidalnym jest również doskonałym rozwiązaniem pod względem wydajności, choć jest bardziej skomplikowany.
Streszczenie
W miarę zmiany wymagań funkcjonalnych rynku terminali stopniowo rosną wymagania dotyczące wydajności silników prądu stałego i efektywności energetycznej. Niezależnie od tego, czy używasz szczotkowego silnika prądu stałego, czy bezszczotkowego silnika prądu stałego, konieczne jest wybranie odpowiedniej technologii napędu zgodnie z potrzebami sceny, aby osiągnąć bardziej niezawodną, stabilną i wydajną pracę silnika.
