Prędkość obrotowa silnika w układzie przedstawionym na schemacie regulowana jest przez zmianę wartości
A. rezystancji obwodu twornika.
B. częstotliwości napięcia zasilania.
C. prądu wzbudzenia.
D. napięcia twornika.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2020 (arkusz EE.05-SG-20.06).
Prędkość obrotowa w pokazanym układzie reguluje się przez zmianę napięcia twornika, czyli napięcia podawanego na obwód wirnika silnika prądu stałego. Na schemacie widać zasilanie trójfazowe, prostownik mostkowy oraz oddzielny obwód wzbudzenia oznaczony jako Uw. To jest typowy układ napędu DC: wzbudzenie utrzymuje się zasadniczo stałe, a prędkość zmienia się napięciem na tworniku. Zależność można uprościć do postaci $n \approx \frac{U_a-I_aR_a}{k\Phi}$, więc przy stałym strumieniu Φ wzrost napięcia twornika powoduje wzrost prędkości. W praktyce tak działają napędy z prostownikami sterowanymi albo zasilaczami DC w obrabiarkach, podajnikach, windach technologicznych czy starszych liniach produkcyjnych. Moim zdaniem to jedna z ważniejszych rzeczy do zapamiętania: w silniku DC regulacja napięciem twornika daje dość dobrą sprawność i stabilną regulację momentu przy niższych prędkościach. Dobra praktyka branżowa, zgodna z podejściem stosowanym m.in. w układach napędowych wg PN-EN 60204-1 i rodziny PN-EN 61800, to zapewnić zabezpieczenia przeciążeniowe, kontrolę wzbudzenia oraz poprawne odłączanie zasilania, bo utrata wzbudzenia przy zasilonym tworniku może doprowadzić do niebezpiecznego rozbiegania silnika.
W tym pytaniu łatwo pomylić kilka metod regulacji prędkości, bo wszystkie brzmią technicznie i faktycznie gdzieś w elektrotechnice występują. Trzeba jednak patrzeć na schemat. Pokazany układ dotyczy silnika prądu stałego zasilanego przez prostownik, a obwód wzbudzenia jest wyprowadzony osobno jako Uw. To oznacza, że podstawową regulacją jest zmiana napięcia twornika, a nie manipulowanie innymi wielkościami bez związku z tym konkretnym układem. Zmiana prądu wzbudzenia też może wpływać na prędkość silnika DC, bo zmienia strumień magnetyczny Φ. Stosuje się to jednak zwykle jako osłabianie pola, np. powyżej prędkości znamionowej, i trzeba robić to ostrożnie. Z mojego doświadczenia uczniowie często wybierają tę odpowiedź, bo pamiętają zależność między strumieniem a prędkością, ale pomijają fakt, że na schemacie wzbudzenie ma być raczej stabilne. Częstotliwość napięcia zasilania kojarzy się z falownikami i silnikami indukcyjnymi AC, natomiast tutaj napięcie trójfazowe jest prostowane, więc silnik dostaje napięcie stałe na twornik. Sama częstotliwość sieci 50 Hz nie jest tu parametrem regulacyjnym prędkości silnika DC. Rezystancja w obwodzie twornika to stara metoda regulacji, spotykana historycznie lub w prostych układach rozruchowych, ale jest mało sprawna, powoduje duże straty cieplne i miękką charakterystykę mechaniczną. W profesjonalnych napędach unika się takiego rozwiązania, jeśli można użyć regulowanego prostownika albo przekształtnika. Dlatego w tym schemacie poprawnym wnioskiem jest regulacja przez napięcie twornika.