Johdanto: DC-moottoreita käytetään laajasti jokapäiväisessä elämässämme pienistä kodinkoneista suuriin teollisuusautolaitteisiin. DC-moottoreita on suuri määrä. Tasavirtamoottorit jaetaan yleensä kahteen luokkaan: käämitysmagneettikentän tasavirtamoottorit ja pysyvän magneettikentän tasavirtamoottorit.
Harjatut DC-moottorit ja harjattomat DC-moottorit
Kuten usein mainitaan kahdentyyppisinä moottoreina, suurin ero näiden kahden välillä on harja. Harjattu tasavirtamoottori käyttää kestomagneettista voimaa staattorina, kela on kierretty roottoriin ja energia välittyy hiiliharjan ja kommutaattorikoneen mekaanisen toiminnan kautta. Tästä syystä sitä kutsutaan harjatuksi tasavirtamoottoriksi, kun taas harjattoman tasavirtamoottorin roottorin ja staattorin välillä ei ole mekaanista komponenttia, kuten kommutaattoria.
Harjattujen tasavirtamoottoreiden väheneminen johtuu siitä, että tehokkaat teholaitteet moottorin kytkimenä ovat käytännöllisempiä, taloudellisempia ja luotettavampia ohjaustilassa korvaten harjattujen moottoreiden edut. Toiseksi, harjattomissa tasavirtamoottoreissa ei ole harjan kulumista, ja niillä on enemmän etuja sähköisen ja mekaanisen melun, energiatehokkuuden, luotettavuuden ja käyttöiän suhteen.
Harjatut moottorit ovat kuitenkin edelleen luotettava valinta edullisiin sovelluksiin. Oikealla ohjaimella ja kytkimellä voidaan saavuttaa hyvä suorituskyky. Koska lähes mitään elektronisia ohjauslaitteita ei tarvita, koko moottorin ohjausjärjestelmä on melko halpa. Lisäksi se voi säästää kaapelointiin ja liittimiin tarvittavaa tilaa sekä alentaa kaapeleiden ja liittimien kustannuksia, mikä on erittäin kustannustehokasta sovelluksissa, jotka eivät vaadi energiatehokkuutta.
Tasavirtamoottorit ja -käytöt
Moottorit ja käyttölaitteet ovat erottamattomia, varsinkin viime vuosina markkinoiden muutokset ovat asettaneet moottorikäyttöille korkeampia vaatimuksia. Ensinnäkin luotettavuudelle on korkea vaatimus. Erilaisia suojatoimintoja tarvitaan, ja sisäänrakennettua virranrajoitusta tarvitaan säätämään moottorin virtaa moottorin käynnistyessä, pysähtyessä tai pysähtyessä. Nämä ovat kaikki parannuksia luotettavuudessa.
Tehokkaat taajuusmuuttajan ohjausalgoritmit, kuten nopeuden- ja vaiheohjauksella saavutettava moottorin pyörimisen digitaalinen ohjaustekniikka sekä toimilaitteiden vaatima erittäin tarkka paikannusohjaustekniikka, ovat välttämättömiä tehokkaiden moottorisovellusjärjestelmien kehittämisessä. Tämä vaatii tehokkaita aseman ohjausalgoritmeja, joita suunnittelijat voivat helposti käyttää. Ja nyt monet valmistajat laittavat algoritmin suoraan laitteistoon ja soveltavat sitä ajurin IC:hen, mikä on suunnittelijoiden helpompi käyttää. Kätevä vetolaitesuunnittelu on nyt suositumpaa.
Vakaus vaatii myös ajotekniikan tukea. Ajoaaltomuodon optimoinnilla on suuri vaikutus moottorin melun ja tärinän vähentämiseen. Eri moottoreiden magneettipiireihin soveltuva heräteajotekniikka voi heikentää huomattavasti moottoreiden vakautta työskentelyn aikana. Lisäksi se on jatkuva pyrkimys pienempään virrankulutukseen ja korkeampaan hyötysuhteeseen.
Puolisiltakäytön, tyypillisen tasavirtamoottoreiden ajomenetelmän, tehtävänä on tuottaa AC-liipaisusignaaleja tehoputkien kautta, mikä tuottaa suuria virtoja moottorin jatkamiseksi. Täyssiltaisiin verrattuna puolisillan käyttöpiirit ovat suhteellisen edullisia ja helpompia muodostaa. Puolisiltapiirit ovat alttiita aaltomuodon heikkenemiselle ja häiriöille värähtelymuunnosten välillä. Täyssiltapiirit ovat kalliimpia ja monimutkaisempia, eikä niistä ole helppoa tuottaa vuotoa.
Suosittu PWM-taajuusmuuttaja on jo laajalti käytetty ajoratkaisu tasavirtamoottoreissa. Yksi syy on se, että se voi vähentää käyttövirtalähteen virrankulutusta ja sitä käytetään yhä laajemmin. Monet moottorin PWM-ratkaisut ovat nyt saavuttaneet korkean tason parantaessaan laajaa käyttösuhdetta, taajuuden peittoa ja vähentämällä virrankulutusta.
Kun harjattuja moottoreita käyttää PWM, kytkentähäviö kasvaa PWM-taajuuden kasvaessa. Kun virran aaltoilua vähennetään taajuutta lisäämällä, on tarpeen tasapainottaa taajuus ja tehokkuus. Harjattoman moottorin siniaaltoheräte PWM-käyttö on myös tehokkuuden kannalta erinomainen ratkaisu, vaikka se onkin monimutkaisempi.
Yhteenveto
Kun päätemarkkinoiden toiminnalliset vaatimukset muuttuvat, tasavirtamoottorien suorituskyvyn ja energiatehokkuuden vaatimukset kasvavat vähitellen. Käytitpä sitten harjattua tasavirtamoottoria tai harjatonta tasavirtamoottoria, on tarpeen valita sopiva käyttötekniikka paikan tarpeiden mukaan luotettavamman, vakaamman ja tehokkaamman moottorin toiminnan saavuttamiseksi.
