اتوماسیون صنعتی, مقالات
درایوهای موتور DC
ژانویه
در این مقاله قصد داریم به بررسی درایوهای موتور DC بپردازیم.
فهرست مطالب
1- درایوهای موتورDC
2- ترمز موتورDC
3- کنترل سرعت درایوهای موتورDC
————————————————–
1- درایوهای موتورDC
در همه جا از موتورهای DC در کاربردهای بزرگ استفاده‌می‌شود ، استفاده از درایوها برای اجرای صحیح و کارآمد این موتورها بسیار ضروری‌است.
درایوهای موتورDC عمدتا برای تنظیم سرعت خوب ، راه اندازی مکرر ، ترمز و تعویض جهت چرخش استفاده‌می‌شوند.
قبل از ثبت کاربردهای درایوهای مورد استفاده برای موتورهای DC ، ما در مورد عملکرد متفاوت درایوهای الکتریکی با اهداف مختلف بحث خواهیم کرد:
ما می‌دانیم‌که ، به طور معمول روتور یک موتورDC توسط فرآیند کموتاسیون از طریق جاروبک ها انرژی می‌یابد.
بنابراین حداکثر جریان استارت مجاز با جریانی تعیین می‌شود که می‌توان با اطمینان و بدون جرقه زدن توسط جاروبک ها انتقال داد.
به طور کلی ، موتورها به گونه ای طراحی شده اند که می‌توانند تقریباً دو برابر جریان نامی را در مواقع راه اندازی تحمل کنند.
اما برای برخی از موتورهای خاص طراحی شده‌است که می‌تواند تقریباً 3-5 برابر جریان نامی راه اندازی را داشته باشند.
اما چرا اینقدر جریان در شرایط راه اندازی از مدار موتورهای DC جریان می‌یابد؟
دلیل این امر این‌است که وقتی موتور در حالت ایستاده قرار دارد ، فقط مقاومت آرمیچر کوچکی در مدار وجود دارد بنابراین هیچ emf ناشی از عکس العمل آرمیچر ایجادنمی‌شود.
به همین دلیل‌است که وقتی موتور با ولتاژ تغذیه کامل در ترمینال خود استارت به کار می‌کند، جریان عظیمی از طریق موتور ایجادمی‌شود که
ممکن‌است به دلیل جرقه سنگین در بین کموتاسیون به موتور و جاروبک ها آسیب بزند و گرمای زیادی ایجادشود.
به همین دلیل برخی اقدامات پیشگیرانه در هنگام استارت موتورهای DC انجام می‌شود.
سرعت یک درایو موتورDC معمولاً با روش مقاومت متغیر کنترل می‌شود، که می‌تواند برای محدود کردن جریان استارت همانطور که در شکل زیر نشان‌داده شده نیز استفاده‌شود.
با افزایش سرعت موتور و افزایش emf عکس العمل، مقاومتها یکی یکی از مدار خارج می‌شوند و بنابراین جریان در حد مجاز نگه داشته می‌شود.
————————————————–
2- ترمز موتورDC
ترمز یک عمل بسیار مهم برای درایوهای موتورDCاست. نیاز به کاهش سرعت موتور یا متوقف کردن کامل آن ممکن‌است در هر لحظه ایجادشود،
این زمانی‌است که از ترمز استفاده می‌کنیم. ترمز موتورهای DC اساساً گشتاور منفی ایجاد می‌کند در حالیکه موتور به عنوان ژنراتور کار می‌کند و
در نتیجه حرکت موتور مخالف‌است. به طور عمده سه نوع ترمز موتورDC وجود دارد:
1- ترمز احیا کننده
2- ترمز دینامیکی یا رئاستات
3- و ترمز با ولتاژ معکوس.
ترمز احیا کننده
ترمز احیا کننده هنگامی اتفاق می‌افتد که انرژی تولید شده به منبع برگردانده شود.
یا می‌توان از طریق معادله زیر آن را نشان دهیم:
E> V و Ia منفی
از آنجا که شار میدان نمی‌تواند فراتر از یک مقدار بیشتر شود، بنابراین ترمز احیا کننده تنها در صورتی امکان پذیراست که سرعت موتور بالاتر از مقدار نامی بالاتر باشد.
مشخصات گشتاور سرعت در نمودار بالا نشان‌داده‌شده‌است. هنگامی که ترمز احیا کننده رخ می‌دهد، ولتاژ ترمینال بالا می‌رود و در نتیجه منبع از تأمین این مقدار انرژی خلاص‌می‌شود.
به همین دلیل بارها به مدار وصل می‌شوند. بنابراین ، واضح‌است که ترمزهای احیا کننده فقط در صورت وجود بار کافی برای جذب توان احیا کننده باید مورد استفاده قرار گیرند.
ترمز دینامیکی
ترمز دینامیکی نوع دیگری از ترمز درایوهای موتورDCاست که چرخش آرمیچر به خودی خود باعث ترمزمی‌شود.درایوهای موتور DC
این روش همچنین یک سیستم درایو موتورDCاست که به طور گسترده استفاده‌می‌شود.
هنگامی که ترمز مورد نظراست، آرمیچر موتور از منبع جدا شده و مقاومت سری در سراسر آرمیچر متصل‌می‌شود.
سپس موتور به عنوان ژنراتور عمل می‌کند و جریان در جهت مخالف جریان می‌یابد و این نشان می‌دهد که اتصال میدان معکوس شده‌است.
نمودار مربوط به موتورهای با تحریک جداگانه و تحریک سری DC هر دو در شکل زیر نشان‌داده‌شده‌است.
هنگامی که نیاز است ترمز اتفاق بیافتد ، مقاومت (RB) در بعضی از بخش ها در نظر گرفته‌می‌شود. با وقوع ترمز و افت سرعت موتور ، مقاومت یک به یک قطع می‌شود تا گشتاور متوسط حفظ‌شود.
ترمز با ولتاژ معکوس یا پلاگینگ
پلاگینگ یا ترمز با ولتاژ معکوس نوعی ترمزاست که در صورت نیاز به ترمز، ولتاژ منبع تغذیه معکوس‌می‌شود. در هنگام ترمز، مقاومت در مدار نیز اضافه می‌شود.
هنگامی که جهت ولتاژ منبع تغذیه معکوس‌است ، جریان آرمیچر نیز مجبور به تغییر جهت EMF به مقدار بسیار بالا و در نتیجه ترمز موتورمی‌شود.
برای موتورهای سری فقط آرمیچر برعکس‌می‌شود. نمودار موتورهای با تحریک جدا و سری در شکل نشان‌داده‌شده‌است.
————————————————–
3- کنترل سرعت درایوهای موتورDC
می‌توان گفت کاربرد اصلی درایوهای الکتریکی برای ترمز موتورهای DCاست. درایوهای موتور DC
معادله برای توصیف سرعت یک موتور در حال چرخش DC به صورت زیراست:
حال طبق این معادله می‌توان سرعت یک موتور را با روش های زیر کنترل کرد
1- کنترل ولتاژ آرمیچر
2- کنترل شار میدان
3- و کنترل مقاومت آرمیچر
از بین همه این موارد،
کنترل ولتاژ آرمیچر به دلیل راندمان بالا و تنظیم سرعت مناسب و واکنش خوب گذرا ترجیح داده می‌شود.
اما تنها نقطه ضعف این روش این‌است که می‌تواند تنها در سرعت نامی عمل می‌کند، زیرا ولتاژ آرمیچر مجاز نیست از مقدار نامی فراتر رود.
منحنی گشتاور سرعت برای کنترل ولتاژ آرمیچر در زیر نشان‌داده‌شده‌است.
در صورت نیاز به کنترل سرعت بالاتر از سرعت مجاز ، از کنترل شار میدان استفاده‌می‌شود.
به طور معمول در ماشینهای معمولی حداکثر سرعت تا دو برابر سرعت مجازاست و برای ماشینهای مخصوص طراحی شده این امکان را می‌توان تا شش برابر سرعت نامی بالا برد.
مشخصات سرعت گشتاور برای کنترل شار میدان در شکل زیر نشان‌داده‌شده‌است.
نحوه تنظیم ولتاژ آرمیچر و کنترل شار میدان برای کار در زیر و بالاتر از سرعت نامی :
حالا بالاخره به روش کنترل مقاومت رسیدیم.
در اینجا سرعت با هدر رفتن توان در یک مقاومت خارجی که به صورت سری با آرمیچر متصل شده‌است ، تغییرمی‌کند.
این روش بسیار مورداستفاده قرار نمی‌گیرد زیرا این یک روش ناکارآمد برای کنترل سرعت‌است و فقط در مکان هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که
زمان کنترل سرعت فقط بخشی از کل زمان کار مانند کشش را تشکیل می‌دهد.
منحنی گشتاور سرعت درایوهای موتورDC در زیر آورده شده‌است.
بنابراین ، کاربرد و انواع درایوهای موتورDC بسیار آسان مورد بحث قرار گرفته‌است.
مقالات مرتبط :
کاربردهای درایو و اینورتر موتور الکتریکی