Dawniej najpopularniejszymi napędami elektrycznymi były silniki prądu stałego. Służyły one do napędzania całej gamy maszyn przemysłowych, gdzie potrzebna była płynna regulacja prędkości obrotowej. Jednak na skutek rozwoju i potanienia falowników, silniki prądu stałego straciły na popularności. Obecnie najczęściej stosowanymi napędami elektrycznymi są silniki prądu przemiennego, zasilane poprzez falowniki umożliwiające płynną regulację prędkości obrotowej. Mimo to silniki prądu stałego nie zostały całkowicie wyparte, i są nadal spotykane w zakładach przemysłowych.

Silniki prądu stałego spotykane są nierzadko w fabrykach i życiu codziennych w takich urządzeniach i gałęziach przemysłu, jak na przykład:

• sprzęt gospodarstwa domowego;
• aparatura medyczna;
• maszyny w zakładach przemysłowych;
• maszyny górnicze (maszyny wyciągowe);
• hutnictwo (napędy walcarek, ciągarki, łuszczarki);
• napędy obrabiarek;
• pojazdy trakcyjne,
• samochody (na przykład rozrusznik silnika spalinowego).

Spotyka się silniki prądu stałego o szerokim zakresie mocy tj. od pojedynczych watów do około 10MW. Podczas swojej praktyki zawodowej widujemy maszyny z silnikami prądu stałego eksploatowane ponad 50 lat. Główną zaletą silników prądu stałego jest możliwość regulacji prędkości obrotowej w szerokim zakresie. Ponadto zapewniają one stałą i dużą (nawet 7-krotność momentu znamionowego) wartość momentu obrotowego w zakresie od zerowej do znamionowej prędkości. Prędkość reguluje się poprzez zmianę napięcia zasilającego twornik silnika (I strefa regulacji). Prędkość można podnieść ponad wartość znamionową obniżając wartość prądu wzbudzenia (II strefa regulacji).

Wadą silników prądu stałego jest konieczność okresowej wymiany szczotek, kontroli stanu komutatora, usuwania z wnętrza pyłu grafitowego pochodzącego ze startych szczotek. Silniki prądu przemiennego są pozbawione tych wad i mogą pracować bezobsługowo.

W przypadku, gdy wymagana jest regulacja prędkości obrotowej, do zasilania silników prądu stałego stosowane są przekształtniki tyrystorowe, pracujące z fazową regulacją napięcia wyjściowego i ograniczeniem momentu maksymalnego oraz z analogowym lub cyfrowym układem regulacji. Przekształtniki takie wyposażone są w prostowniki tyrystorowe, gdzie obwody bramek tyrystorów zasilane są poprzez transformatorki impulsowe i sterownik umożliwiający fazową regulację napięcia wyjściowego prostownika. Układ regulacji zawiera w większości spotykanych rozwiązań szeregowy układ regulatorów prędkości (z zewnętrzną pętlą regulacji) i regulator prądu z ograniczeniem prądu maksymalnego (będący wewnętrzną pętlą regulacji). Sygnał wyjściowy regulatora prędkości jest sygnałem zadającym wartość prądu dla regulatora prądu. Napięcie wyjściowe regulatora prądu steruje, za pośrednictwem sterownika, kątem wysterowania tyrystorów prostownika, a więc jego napięciem wyjściowym i wartością prądu silnika.

Serwonapędy obrabiarek ze sterowaniem numerycznym (CNC) budowane są często w oparciu o silniki prądu stałego, zasilane poprzez przekształtniki tranzystorowe z modulacją szerokości impulsów (MSI, ang. PWM). Taki układ umożliwia wysoką dynamikę napędu.

Zdarza się w modernizowanych przez nas starych maszynach, że nie można dobrać przekształtnika tyrystorowego bądź tranzystorowego, który spełniłby wszystkie wymagania (na przykład odpowiednie napięcie zasilania, wymagany sposób sterowania, niezbędne blokady, niewygórowana cena). Wtedy podejmujemy się wykonania przekształtnika dostosowanego do potrzeb maszyny. Wykonywane przez nas przekształtniki cechują się prostotą rozwiązania i bezawaryjnością. Możemy poszczycić się przekształtnikami, które pracują bezawaryjnie ponad 30 lat.

Przekształtnik tyrystorowy zasilający silnik prądu stałego

Niekiedy zdarza się jeszcze, że modernizowane są przez nas maszyny z silnikami prądu stałego zasilanymi przez historyczne już układy Leonarda lub wzmacniacze elektromaszynowe (amplidyny), a także przez wzmacniacze magnetyczne. Przykładem zmodernizowanej przez nas maszyny z silnikiem prądu stałego o mocy 150kW wyprodukowanym w ZSRR w 1957 roku, zasilanym pierwotnie przez układ Leonarda, jest ciągarka 50 ton do prętów stalowych. Dla maszyny tej został skonstruowany przekształtnik tyrystorowy, który pracuje bezawaryjnie od wielu lat.

Inne materiały:
http://www.pawlak-automatyka.pl
http://www.pawlak-automatyka.pl/realizacje