کنترل دور موتور dc توان بالا

موتورهای DC ساده و به طور گسترده در صنعت استفاده می شوند. با زمینه های مختلف اتصال سیم پیچ، می توان به ویژگی های مختلف گشتاور، سرعت و جریان در این موتور دست یافت. امروزه موتور DC حرف اول را در سیستم حمل و نقل عمومی (مترو) می زند. موتورهای DC کوچک در سیستم های کنترل رایج هستند.

موتور DC چیست؟

موتورهای DC مانند سایر انواع ماشین های دوار دارای استاتور و روتور هستند. شکل زیر قطعات اصلی یک موتور DC را نشان می دهد. به طور معمول، استاتور از سیم‌کشی میدانی تشکیل شده است که به دور قطب‌های استاتور در یک یوغ استوانه‌ای پیچیده می‌شود که خود داخل یک قالب فلزی است. یوغ و تیرها معمولاً از ورق های فولادی با ضخامت 0.5 تا 1 میلی متر ساخته می شوند و از قفس قطبی در سمت شکاف هوا استفاده می شود تا توزیع شار مغناطیسی را به درستی در شکاف هوا شکل دهد.

اجزای اصلی روتور عبارتند از:

سیم های آرمیچر

محور آرمیچر

مبدل مکانیکی

شفت روتور

سوئیچ چیست؟

کموتاتور یک بدنه رسانا به شکل یک حلقه استوانه ای با شکاف متصل به آرمیچر است. در واقع هر قسمت از حلقه به انتهای هر سیم پیچ آرمیچر متصل می شود. کموتاتور وظیفه تبدیل جریان در سیم پیچ های آرمیچر برای تولید گشتاور را بر عهده دارد.

دو سر کویل ها به قسمت های مسی کموتاتور لحیم می شوند. قسمت هایی از کموتاتور که از یکدیگر و از شفت جدا شده اند، سطح بیرونی آنها به شکل استوانه ای است که برس ها روی آن حرکت می کنند. مجموعه برس ها و کموتاتور نه تنها به منظور چرخاندن اتصال بین دو سر سیم پیچ ها با پایانه های دستگاه عمل می کنند، بلکه باعث می شوند جریان در مدار خارجی یک طرفه شود حتی اگر ولتاژ القایی در سیم پیچ متناوب است جاروها معمولاً در حالت خنثی قرار می گیرند، یعنی به سیم پیچ هایی که ولتاژ القایی صفر است وصل می شوند.

جنبش

با چرخش آرمیچر، سیم پیچ های آرمیچر در مکان های جدید با مسیرهای جریان متفاوت قرار می گیرند. هنگام تغییر از یک مسیر شار به مسیر دیگر، جهت شار در این سیم پیچ ها باید معکوس شود. به این فرآیند تبدیل می گویند. حرکت سیم پیچ جریان زمانی اتفاق می افتد که قطعات کموتاتور متصل به این سیم پیچ از زیر برس عبور کرده و سیم پیچ از طریق این اتصال کوتاه شود.

در طول کموتاسیون، رفتار جریان در سیم پیچ تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله تغییر در مقاومت اتصال برس، نیروی الکتروموتور مرتبط با اندوکتانس داخلی و مقاومت متقابل قرار می گیرد. منعکس کننده تغییرات جریان و نیروی الکتروموتور مرتبط با واکنش آرمیچر است. در حالت ایده آل زمانی که روتور در سرعت ثابت است. اگر جریان در سیم پیچ با نرخ ثابت تغییر کند، چگالی جریان زیر برس ها در طول کموتاسیون ثابت می ماند.

انواع موتورهای DC

موتور برس DC

موتورهایی هستند که میدان مغناطیسی ایجاد شده در پیچ روتور از طریق کموتاتورها و برس ها به دست می آید.

موتور DC بدون جاروبک (BLDC).

برای جایگزینی این نوع موتورها از برس استفاده نمی شود. موتورهای BLDC نوعی موتور سنکرون هستند. زیرا آهنربای استاتور و آهنربای روتور با فرکانس ثابت کار می کنند. در این نوع موتور لغزش وجود ندارد.

یک استاتور موتور BLDC از حسگر اثر هال برای ایجاد یک میدان استاتور در حال چرخش استفاده می کند. به همین دلیل گران تر هستند. سوئیچینگ در موتورهای براشلس به صورت الکتریکی انجام می شود.

مزایای موتورهای DC بدون جاروبک

موتورهای BLDC دارای مزایای زیر نسبت به موتورهای کربنی (برس) و القایی هستند:

سرعت بهتر از گشتاور مشخص شده

پاسخ پویا بهتر

بازدهی بالا

طیف وسیعی از سرعت ها

سروو موتور

سروو موتورها موتورهای برس دار DC هستند که در برنامه های حلقه بسته با استفاده از کنترل موقعیت بازخورد متصل به شفت روتور استفاده می شوند. کنترل سرعت سروو موتور DC با روش PWM (Pulse Width Modulation) انجام می شود.

قسمت اصلی آرمیچر از صفحات فولادی مدور تشکیل شده است که در قسمت بیرونی آن از تعدادی شیار برای قرار دادن سیم های آرمیچر استفاده شده است. بازوهای سیم پیچ آرمیچر به طور مساوی بین شکاف های هسته آرمیچر توزیع شده اند. آنها با استفاده از عایق راه راه و نوار چسب در جای خود ثابت می شوند.

حالت های عملکرد ماشین الکتریکی

ماشینی که از نظر جریان انرژی کار می کند می تواند انرژی مغناطیسی را در یک میدان و همچنین انرژی جنبشی را به صورت چرخشی بدون ورودی یا خروجی انرژی ذخیره کند. دو حالت عملیاتی را می توان با توجه به جهت جریان انرژی تشخیص داد.

هنگامی که انرژی از یک منبع الکتریکی خارجی متصل به پایانه های ماشین گرفته شده و به کار مکانیکی تبدیل می شود یا باعث افزایش انرژی جنبشی روتور می شود، عملکرد موتور خواهیم داشت و اگر انرژی حرکتی مکانیکی چرخاننده روتور به انرژی الکتریکی و جریان یافتن به مدار خارجی از طریق پایانه های دستگاه، عملکرد یک ژنراتور را خواهیم داشت.

سیم کشی آرمیچر موتور DC

سیم حلقه و موج دو روش سیم کشی آرمیچر در موتورهای DC هستند. در سیم حلقه دو سر هر سیم پیچ به دو قسمت مجاور کموتاتور متصل می شود. به عنوان مثال در سیم کشی حلقه ساده فقط یک حلقه به دو قسمت مجاور متصل می شود.

در سیم کشی موج، دو سر سیم پیچ به دو قسمت کموتاتور که توسط دو پله قطبی از هم جدا می شوند، متصل می شود، سپس یک آرمیچر سیم کشی موج وصل می شود. یک ماشین قطب P دارای سیم پیچ های سری P/2 بین دو کموتاتور مجاور خواهد بود.

سیم کشی مدار در موتور DC

اگر ولتاژهای القایی دو بازوی سیم پیچ با هم جمع شوند، بازوهای سیم پیچ باید زیر دو قطب مختلف قرار گیرند. همچنین برای اینکه اندازه سیم پیچ ها یکنواخت باشد، تعداد شیارهای بین دو بازوی سیم پیچ (پیچ سیم پیچ Ys) باید یک عدد صحیح باشد که کمتر یا مساوی تعداد شیارهای S تقسیم بر سیم پیچ باشد. . ستون ها.

در سیم پیچ حلقوی، انتهای یک سیم پیچ به یک بخش کموتاتور و شروع سیم پیچ بعدی که روی همان قطب است، به همان بخش کموتاتور متصل می شود.

همانطور که در شکل نشان داده شده است، انتهای سیم پیچ 1 و ابتدای سیم پیچ 2 هر دو به یک قسمت از کموتاتور-2 متصل هستند و هر دو سیم پیچ در زیر یک قطب مغناطیسی، در اینجا قطب N قرار دارند.

دو نوع سیم پیچ حلقوی وجود دارد:

سیم پیچ حلقه ای ساده: در این حالت تعداد مسیرهای موازی بین برس ها برابر است با تعداد قطب ها.

ساده-حلقه-سیم پیچ-موتور dc

سیم پیچ دو حلقه ای: در این حالت تعداد مسیرهای موازی بین برس ها دو برابر تعداد قطب ها است.

سیم کشی موج در موتور DC

از آنجایی که توزیع میدان در شکاف هوای ماشین های چند قطبی بعد از هر قطب تکرار می شود، می توان دو بازوی سیم پیچ را به جای اتصال به آنها (در خطوط رنگی) بین دو بازوی کموتاتور تقسیم کرد. دو بخش یک کموتاتور متصل به یک جفت قطب.

در این حالت هیچ تفاوتی در ولتاژ بین دو قسمت مجاور کموتاتور مانند سیم‌کشی حلقه وجود نخواهد داشت. با چرخاندن آرمیچر می توان سیم پیچ ها را در زیر همان قطب ها به صورت سری به هم متصل کرد تا ولتاژهای تولید شده آنها با هم جمع شوند. ، بنابراین سیم کشی دستگاه بر خلاف سیم کشی حلقه ای با اتصال یک سری سیم پیچ به دور از یکدیگر و چندین بار دور زدن لنگر انجام می شود. این نوع سیم کشی را از نظر اتصال نهایی سیم کشی موج می گویند. برای اطلاع از قیمت تجهیزات کنترل دور موتور با ما تماس بگیرید.

طبقه بندی ماشین های DC

مدار درایو و مدار آرمیچر را می توان به روش های مختلف وصل کرد تا ویژگی های عملیاتی متفاوتی تولید کند. این یکی از ویژگی های ماشین های DC است. شکل زیر اتصالات سیم کشی میدانی معمولی را نشان می دهد. در قسمت a)، جریان میدان توسط یک منبع خارجی که مستقل از Va است، تامین می شود. در قسمت (ب) جریان مدار موازی تابعی از Va و در قسمت (ج) جریان مدار سری تابعی از Ia است. در مدارهای تحریک مرکب قسمت (d)، میدان حاصل تابعی از Va و Ia است.

در تحریک مرکب، اگر emf میدان سری به میدان اصلی ناشی از تحریک موازی اضافه شود، اتصال افزایشی و اگر emf میدان سری با میدان موازی مخالف باشد، اتصال دیفرانسیل داریم. علاوه بر این، گشتاور در حالت موتور کاملاً به نحوه اتصال سیم‌کشی میدان بستگی دارد.

اسپلیت کولو با موتور DC

موتور DC Shunt

میانگین گشتاور اولیه

سرعت نسبتا ثابت

سرعت قابل کنترل

تنظیم خودکار

این نوع موتور در جاهایی استفاده می شود که سرعت نسبتاً ثابتی مورد نیاز است.

سری موتورهای DC

امواج اولیه بالا

در این مورد، سرعت با بار متفاوت است.

در مواردی که بار پیوسته است، اما در محدوده وسیعی تغییر می کند، از این نوع موتور استفاده می شود.

یک موتور ترکیبی یا مرکب DC

این موتور هیبریدی به دو بخش تقسیم می شود: موتور هیبریدی افزودنی و موتور هیبریدی دیفرانسیل.

علائم مثبت و منفی نشان می دهد که جریان در کجا از میدان خارج می شود.

کنترل سرعت موتور DC

موتورهای DC بسیار انعطاف پذیر هستند و به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. مشخصات مختلف گشتاور، سرعت و ولتاژ جریان را می توان در این ماشین ها با اتصالات میدانی مختلف به دست آورد. موتورهای DC به دلیل سرعت بالا در صنایع بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه، موتورهای DC همچنان در سیستم های حمل و نقل (مترو) تسلط دارند. موتورهای DC کوچک اغلب در سیستم های کنترل یافت می شوند که یکی از آنها کنترل سرعت موتور DC است.

یکی از کاربردهای اصلی کنترل کننده سرعت و گشتاور موتور الکتریکی، انتقال انرژی از منبع آن به یک فرآیند کنترل شده است. درایوهای DC سیستم های کنترل سرعت برای موتورهای DC هستند. در موتورهای DC سرعت موتور مستقیماً با ولتاژ موتور و با جریان موتور (که تابعی از جریان میدان است) رابطه معکوس دارد. با این حال، می توان از ولتاژ یا جریان میدان برای کنترل سرعت استفاده کرد.

عوامل موثر بر سرعت موتور DC

سرعت یک موتور DC به یک سری چیزها بستگی دارد که عبارتند از:

– ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ موتور

– بار موتور

– گشتاور موتور

کنترل سرعت موتور DC شنت با مقاومت آرمیچر

مدار کنترل سرعت موتور شنت DC از طریق کنترل مقاومت آرمیچر در شکل زیر نشان داده شده است. به این ترتیب متغیر Resistance Re در مدار آرمیچر قرار می گیرد. تغییر مقاومت متغیر بر جریان تأثیر نمی گذارد زیرا میدان مستقیماً به منبع تغذیه متصل است.

کنترل سرعت موتور سری DC با مقاومت آرمیچر

اکنون مدار کنترل سرعت یک موتور DC سری را با استفاده از روش کنترل مقاومت آرمیچر در نظر می گیریم.

با تغییر مقاومت مدار آرمیچر، جریان و شار هر دو تحت تأثیر قرار می گیرند.

افت ولتاژ در مقاومت متغیر باعث افت ولتاژ آرمیچر و در نتیجه کاهش سرعت موتور می شود.

در این حالت نمودار مشخصه سرعت موتور سری DC در شکل زیر نشان داده شده است.

هنگامی که مقاومت متغیر مقدار Re را افزایش می دهد، موتور با سرعت کمتری کار می کند.

مزایای کنترل سرعت موتور DC توسط سیستم کنترل مقاومت آرمیچر

بیشتر انرژی در مقاومت خارجی Re تلف می شود.

کنترل مقاومت آرمیچر به گونه ای محدود می شود که سرعت را زیر سرعت معمولی موتور نگه می دارد و افزایش سرعت بالاتر از حد نرمال به این ترتیب امکان پذیر نیست.

برای مقدار معینی از مقاومت متغیر، کاهش سرعت ثابت نیست اما با بار موتور تغییر می کند.

این روش کنترل سرعت موتور فقط برای موتورهای کوچک استفاده می شود.

کنترل سرعت DC با استفاده از کنترل کننده شار

شار از طریق جریان میدان تولید می شود. بنابراین، کنترل سرعت موتور (کنترل سرعت موتور DC) با کنترل جریان میدانی قابل دستیابی است.

در یک موتور DC، مقاومت متغیر Rc شنت به صورت سری به سیم پیچ های میدان همانطور که در شکل نشان داده شده است متصل می شود.

کنترل موتور سری DC با استفاده از کنترل شار میدانی

در موتورهای DC سری، تبدیل جریان به روش های مختلفی مانند استفاده از اینورتر یا روش های کنترل آرایه چاپی انجام می شود.

یک موتور DC سری را با استفاده از یک دیورتر کنترل می کند

همانطور که نشان داده شده است، یک مقاومت متغیر Rd به موازات سیم پیچ های سری قرار می گیرد.

به این مقاومت موازی، Diverter می گویند. بخشی از جریان اصلی از طریق مقاومت متغیر Rd منحرف می شود. بنابراین وظیفه دیورتر کاهش جریان از طریق میدان سیم پیچ است. کاهش جریان میدان باعث کاهش مقدار شار و در نتیجه افزایش سرعت موتور می شود.

روش کنترل میدان ضربه

وقتی جریان تغییر می کند، جریان موتور تغییر می کند. نمودار مشخصه سرعت-گشتاور در این حالت در شکل زیر نشان داده شده است.

مزایای کنترل سرعت موتور DC توسط کنترل شار میدانی

این روش ساده و آسان است. از آنجایی که میدان شانت بسیار کوچک است. تلفات انرژی در میدان شنت معمولاً اندک است. به طور معمول نرخ جریان فراتر از مقدار نرمال افزایش نمی یابد، بنابراین کنترل سرعت در جریان محدود، میدان را برای افزایش سرعت کاهش می دهد. این روش فقط در شرایط عادی استفاده می شود. زیرا اگر میدان بیش از حد ضعیف (کاهش) شود، ثبات از بین می رود.

روش کنترل سرعت موتور DC با PWM

ساده ترین راه برای کنترل سرعت یک موتور DC استفاده از یک مقاومت متغیر یا رئوستات است. اما یکی از پرکاربردترین روش ها برای کنترل سرعت موتور DC استفاده از مدولاسیون عرض پالس است. به این ترتیب که به اختصار PWM نیز نامیده می شود، روشی موثر برای کنترل توانی است که توان مصرفی برای سفارش بستگی به چرخه وظیفه دارد.

در حالت کنترل موتور با استفاده از PWM فرکانس مناسب و ثابتی انتخاب می شود و در صورت نیاز به افزایش سرعت موتور، چرخه کار افزایش می یابد و در صورت نیاز به کاهش سرعت موتور، وظیفه افزایش می یابد. چرخه است لازم به ذکر است که چرخه کاری یک موتور الکتریکی به طور کلی کمتر از 100٪ است.

کنترل سرعت موتور DC با درایو

سرعت موتور DC از طریق یک کنترلر موتور DC اختصاصی کنترل می شود. یکی از عوامل موثر در انتخاب کنترلر DC مناسب، محدوده ولتاژ، جریان نامی و لحظه ای کنترلر DC است.