Sterowanie prędkością obrotową silników elektrycznych należy dziś do podstaw techniki. Zakres zastosowań rozciąga się od wiertarek po duże zakłady przemysłowe z pompami, obrabiarkami i przenośnikami taśmowymi. Silniki elektryczne nie mogą już pracować wydajnie bez sprawdzonej metody kontroli prędkości.
W naszym poradniku przedstawiamy zasadę działania regulatorów prędkości i powiązanych z nimi regulatorów obrotów. Podajemy również wskazówki dotyczące zakupów.
Regulator prędkości to elektroniczne lub elektromechaniczne urządzenie służące do sterowania prędkością silnika elektrycznego lub innej maszyny wirującej. Podstawowym zadaniem regulatora prędkości jest zwiększanie lub zmniejszanie ilości prądu dostarczanego do jednostki napędowej w celu kontrolowania prędkości obrotowej.
Regulatory te są wykorzystywane w wielu aplikacjach, np. w maszynach przemysłowych, takich jak pompy, wentylatory, dmuchawy, przenośniki taśmowe i obrabiarki. Można je również znaleźć w urządzeniach gospodarstwa domowego, m.in. pralkach, suszarkach, odkurzaczach i klimatyzatorach.
Jeśli regulator prędkości nie jest częścią maszyny napędzanej silnikiem elektrycznym, można go zamontować. Dostępne są różne modele, od złożonych płytek drukowanych, przez wersje wtykowe z elementami obsługi i wyświetlaczem, po urządzenia kompatybilne z magistralą Fieldbus z wejściami analogowymi i cyfrowymi. Podstawą zawsze jest elektronika, która służy do zmiany prędkości silnika elektrycznego.
Regulatory prędkości są w praktyce często mylone z regulatorami obrotów.
Różnica między nimi nie jest jednak bez znaczenia: regulatory prędkości posiadają kanał sprzężenia zwrotnego z elektroniką. Czujniki stale określają aktualną prędkość i zwracają wartość jako sprzężenie zwrotne.
Jeśli rzeczywista wartość odbiega od wartości docelowej, regulator prędkości automatycznie i w sposób ciągły reguluje ją do wartości zadanej, niezależnie od zastosowanego obciążenia.
Wiertarka zawsze osiąga taką samą wydajność z regulatorem prędkości, niezależnie od oporu obrabianego materiału.
Sterowniki te są przeznaczone do silników elektrycznych napędzanych prądem stałym lub w skrócie DC . Istnieją regulatory dla szczotkowych silników prądu stałego, bezszczotkowych silników prądu stałego i silników uniwersalnych. Wszystkie one pozwalają operatorowi ustawić wymagane działanie napędu, nawet jeśli mechanizmy, za pomocą których jest to robione, różnią się od siebie.
Większość silników prądu stałego jest hamowana przez zwykłe dławienie prądu zasilającego. Powszechnie stosowaną techniką jest modulacja szerokości impulsu (PWM).
Zasadniczo obwody PWM zmieniają prędkość silnika, symulując redukcję lub wzrost napięcia zasilania. Regulatory wysyłają okresowe impulsy do silnika elektrycznego, które w połączeniu z wygładzającym efektem indukcyjności cewki zapewniają, że napęd działa tak, jakby był zasilany niższym lub wyższym napięciem. PWM jest zarówno prosty, jak i niedrogi w realizacji i kontroluje prędkość silnika niemal w sposób ciągły.
Regulator mocy dla prądu przemiennego, w skrócie AC, jest również dostępny pod nazwą przetwornicy częstotliwości . Silnik prądu przemiennego jest zasilany napięciem o regulowanej częstotliwości. Pozwala to na precyzyjną i ciągłą kontrolę prędkości silnika.
Urządzenie składa się zazwyczaj z trzech podstawowych części: prostownika, falownika i obwodu pośredniego, który łączy prostownik i falownik. Prostownik przekształca napięcie wejściowe AC w prąd stały, podczas gdy falownik przekształca napięcie DC w napięcie wyjściowe AC o regulowanej częstotliwości. W razie potrzeby falownik może być również używany do sterowania przepływem prądu wyjściowego.
Regulator prędkości AC jest wykorzystywany w wielu różnych zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych. Obejmują one sterowanie wentylatorami w systemach wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania w celu lepszej kontroli przepływu powietrza. Pomaga również dostosować prędkość pomp i dmuchaw. Inne zastosowania obejmują przenośniki taśmowe, dźwigi i podnośniki, obrabiarki, wytłaczarki, linie filmowe, przędzarki do włókien tekstylnych i wiele innych.
Technologia silnika ma zasadnicze znaczenie dla wyboru odpowiedniego regulatora prędkości; określa, czy odpowiedni jest regulator DC czy AC.
Ważne wartości odnoszą się do napięcia wyjściowego i prądu twornika. Napięcie, które może być kontrolowane przez standardowe regulatory prędkości wynosi od 10 do 400 V; większość urządzeń pracuje z napięciem 24, 230 i 400 V DC lub AC. Maksymalny prąd twornika wynosi od 1,3 A do 20 A. Prąd twornika jest miarą elektrycznego momentu obrotowego silnika. Prąd ten jest proporcjonalny do obciążenia mechanicznego i stanowi główną zmienną sterującą, ponieważ zależy od niego prędkość obrotowa.
Ważne: Zawsze podawany jest maksymalny dopuszczalny prąd ciągły, który regulator prędkości może tolerować tylko raz lub przez krótki czas. Zaleca się uwzględnienie wyższej wartości, ponieważ nie zawsze można z całą pewnością przewidzieć warunki pracy.
Kolejnymi kryteriami wyboru są konstrukcja i opcje montażu. Istnieją regulatory prędkości w postaci płytek drukowanych jako moduły otwarte lub półotwarte, wbudowane w plastikowe obudowy z kompletną elektroniką, w tym przełącznikami i wyświetlaczem, a także w wersjach do nośników modułów lub szyn montażowych. Należy również zwrócić uwagę na częstotliwość taktowania, określoną w Hz lub kHz. Im wyższa częstotliwość, tym cichsza praca silnika. Wiele sterowników wykorzystuje częstotliwości od 15 do 20 kiloherców, co umożliwia cichą pracę. Jeśli do sterownika mają być podłączone akcesoria, należy zapewnić odpowiednie złącze. Do pracy w trudnych warunkach zalecane są obudowy o odpowiednim stopniu ochrony IP, na przykład IP 54.
Oczywiście, na przykład w ciężarówce. Istnieją również kompaktowe modele ze sterowaniem tranzystorowym; zakres napięcia wejściowego wynosi zwykle od 12 do 36 V DC. Takie regulatory mogą sterować silnikami elektrycznymi o poborze mocy do 10 amperów. Płynna regulacja prędkości jest zazwyczaj możliwa za pomocą potencjometru, a regulowane ograniczniki prądu chronią silnik elektryczny przed przeciążeniem.