Die Unterschiede zwischen AC- und DC-Antrieben

Was sind die elektronischen Unterschiede zwischen einem AC- und einem DC-Motorantrieb?

Gleichstromantriebe:

Im Allgemeinen wandelt ein Gleichstromantrieb einen Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um, um einen Gleichstrommotor zu betreiben. Die meisten Gleichstromantriebe verwenden ein paar Thyristoren (auch als SCRs bezeichnet), um einen Halbzyklus des Gleichstromausgangs von einem einphasigen Wechselstromeingang zu erzeugen (bekannt als Halbbrückenmethode). Die fortgeschritteneren verwenden 6 SCRs, um einen DC-Ausgang von einem 3-Phasen-AC-Eingang (bekannt als Vollbrücke) zu erzeugen. Bei der Vollbrückenmethode haben wir also zwei SCRs für jede Eingangsphase.

Ein SCR ist wie ein “One Direction”-Schalter, der vom Gate-Eingang gesteuert wird. Durch Anlegen einer niedrigen Spannung an die Gates schaltet sich der SCR ein. Durch Anlegen der Spannung an das Gate in einem anderen Winkel der Eingangsphase variiert der Ausgangsstrom und somit kann der Antrieb die Motordrehzahl steuern. Um die Motordrehzahl zu überprüfen und gegebenenfalls zu kompensieren, benötigen die meisten Gleichstromantriebe einen Drehzahlmesser als Rückmeldung. Ein Drehzahlmesser oder “Tach” ist im Grunde ein kleiner Permanentmagnet-Gleichstrommotor, der mit der Welle des Hauptmotors gekoppelt ist. Eine höhere Motordrehzahl erzeugt mehr Spannung im Drehzahlmesser, und der Antrieb referenziert diese Spannung, um sicherzustellen, dass der Motor gemäß den Benutzereinstellungen mit der richtigen Geschwindigkeit läuft. Kleinere Gleichstrommotoren haben ein Permanentmagnetfeld, während größere Gleichstrommotoren eine separate Spule im Motor haben, die als Feld bekannt ist, wodurch die Notwendigkeit eines Permanentmagneten (die teuer zu konstruieren sind) im Motor entfällt. DC-Antriebe mit Feldausgang haben normalerweise einen separaten kleineren Stromkreis zur Versorgung der Feldspule.

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AC-Antriebe:

Eingangsseitig ähnelt ein AC-Antrieb einem DC-Antrieb, indem ein Wechselstrom (AC) -Eingang durch SCRs oder einen einfachen Brückengleichrichter auf DC geregelt wird. Dieser Gleichstromausgang wäre ein halber Zyklus gemäß der Phasenfrequenz des Wechselstromeingangs, sodass Wechselstromantriebe eine Kondensatorbank verwenden, um diese Gleichspannung zu stabilisieren und zu glätten. Dann wird im Ausgangsbereich des Antriebs mittels 6 Ausgangstransistoren oder IGBT-Modulen der Motor mit Strom versorgt. Einfach gesagt, wandelt der Antrieb den AC-Eingangsstrom in DC um und wandelt diesen DC wieder in AC um, um den Motor zu versorgen.

Ich weiß, was Sie vielleicht fragen; Warum konvertiert das Laufwerk den Strom zweimal? Die Antwort ist der AC-Eingang ist entweder 50 oder 60 Hertz-Zyklen. Wenn der Antrieb die erzeugte Gleichspannung wieder in Wechselstrom umwandelt, verwendet er bei anspruchsvolleren Antrieben eine Trägerfrequenz von mindestens 2 kHz bis 100 KHZ. Somit kann der Ausgangsstrom leicht zehn- oder hundertfach erhöht werden, ohne die Motorspule zu verbrennen. Diese funktion ermöglicht auch die AC motor zu schnell schalter geschwindigkeiten ohne probleme. AC-Antriebe haben oft verschiedene Arten von Rückkopplungen von einfachen 2-zeiligen Inkrementalgebern bis hin zu Resolvern oder Absolutwertgebern mit einer sehr hohen Auflösung, die dem Antrieb helfen, die Drehzahl und den Winkel der Motorwelle präzise und sehr genau zu berechnen. Bei einigen größeren PS-Antrieben gibt es eine dritte Schaltung namens Regeneration. Wenn der Motor in kurzer Zeit von einer sehr hohen Geschwindigkeit zu einer niedrigeren (oder sogar Nulldrehzahl) übergeht, wandelt diese Schaltung die Trägheit des Motors und der Last in Wechselstrom um und überträgt sie zurück auf die Eingangsleitungen. Dies spart Strom und führt zu einer besseren Energieeffizienz.

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Vergleich:

Obwohl die Gleichstromantriebe dafür bekannt sind, ein hohes Anlaufdrehmoment bereitzustellen, einfache Schaltkreise zu haben und sich für Anwendungen mit konstanter Drehzahl eignen, wird auch angenommen, dass sie mehr Probleme haben, insbesondere aufgrund der Anforderung von Kommutatoren und Bürstenbaugruppen in den Gleichstrommotoren (die viel Wartung erfordern, sich im Laufe der Zeit abnutzen können und häufig mechanische Probleme haben). Auf der anderen Seite sind AC-Antriebe energieeffizienter und können aufgrund laufender Induktionsmotoren schnelle Drehzahländerungen besser bewältigen. Sie haben oft Hunderte von verschiedenen programmierbaren Parametern für ausfallsicheren Schutz. Obwohl dies den Wechselstromantrieb in vielerlei Hinsicht komplizierter macht, machen Fortschritte bei der Programmiersoftware der Antriebshersteller die Installation und Verwendung einfacher als je zuvor.

Obwohl in der Vergangenheit DC-Antriebe aufgrund ihrer Einfachheit häufig verwendet wurden, bevorzugen die meisten Maschinenhersteller jetzt AC-Antriebe (insbesondere für Servoanwendungen). Die Komplexität eines AC-Antriebs wurde im Laufe der Zeit vereinfacht und hat viele Vorteile. Von der Möglichkeit, in einem Netzwerk gesteuert zu werden, über die einfache Überwachung bis hin zur einfachen Übertragung aller Daten und Parameter auf ein neues Laufwerk, falls Sie ein Gerät austauschen müssen.

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TL:DR: DC-Antriebe sind bekannt für ihr hohes Anlaufmoment und eignen sich gut für Anwendungen mit konstanter Drehzahl. AC-Antriebe sind zwar energieeffizienter und können aufgrund laufender Induktionsmotoren schnelle Drehzahländerungen besser bewältigen.

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