ساختمان، نحوه عملکرد و کاربردهای موتورهای DC – قسمت اول

عملکرد موتورهای DC و مدل ریاضی ساده تری برای کنترل سرعت دارند. در این مقاله ساختمان، عملکرد و کاربردهای آن تشریح شده است

ساختمان، نحوه عملکرد و کاربردهای موتورهای DC – قسمت اول

مواد این پست تجربیات چند سال کار در آزمایشگاه ماشینهای الکتریکی دانشگاه بوده و در مرکز آموزش شرکت الکتروژن تدریس شده است. امیدوارم بتواند دیدگاه مناسبی از موتورهای الکتریکی ارائه کند.

فهرست مطالب

  • مقدمه
  • ساختمان ماشينهاي DC
  • اصول کار يک موتور DC
  • روابط نيرو و گشتاور در موتورهاي DC
  • حفاظت موتورهاي DC
  • راه اندازي موتورهای DC
  • تغيير جهت دوران در موتورهاي DC
  • پديده کموتاسيون و مشکلات مرتبط با آن
  • کنترل سرعت موتورهای DC
  • انواع موتورهاي DC
  • موتورهاي اونيورسال

مقدمه

  • سيستمهاي توزيع برق DC در حال حاضر متداول نبوده و ژنراتورهاي DC نيز کاربرد بسيار کمي در صنعت دارند.
  • موتورهاي DC به علت مزيت کنترل پذيري مطلوب آنها، هنوز کاربردهاي متنوعي در صنعت دارند.
  • ماشينهاي DC عمدتا شبيه به ماشينهاي AC مي باشند چونکه ماهيت ولتاژ توليد شده در سيم پيچها AC است و در ماشین DC وجود يکسو کننده باعث میشود ولتاژ ماشين يکسو گردد و بدين ترتيب گشتاور در موتور DC و ولتاژ در ژنراتور DC يکسو مي گردد. اين مکانيزم کموتاتور نام دارد.
  • عيب عمده ماشينهاي DC استفاده از کموتاتور و متعاقب آن فرسودگي، نياز به تعمير و نگهداري و ايجاد جرقه مي باشد .
  • جايگاه ماشينهاي DC با تغيير و تحولات رخ داده در عرصه الکترونيک قدرت خدشه ديده و رفته رفته جايگاه خود را در زمينه کنترل دور و گشتاور به رقباي خود واگذار مي کند. اما تا چند سال پیش موتورهای DC در دستگاههای اتوماتیک و اتوماسیون صنعتی سلطه مطلق داشتند. مدل ریاضی ساده و بسیار خوش فهم ماشینهای DC کمک می کند که روشهای کنترلی به خوبی توسعه یابند و مقدمه ای برای ورود به بحث موتورهای القایی و سنکرون می باشد. و البته باید ذکر گردد که در کارخانه های مختلف هنوز هم موتورهای DC فراوانی مشغول به کار هستند. لذا بررسی و مطالعه این نوع از ماشینها بیسار سودمند بوده و بینشی عمیق برای فهم روشهای کنترل پیشرفته ایجاد می کند.

ساختمان ماشینهای DC

شماتیک اجزای موتور DC

ماشینهای DC از سه قسمت عمده به صورت زیر تشکیل شده اند. ۱- استاتور ۲- روتور ۳ جاروبک و نگهدارنده در شکل زیر اجزای مختلف به صورت شماتیک آورده شده است.        

۱- استاتور موتور DC

همان طور که ملاحظه می گردد سیم پیچ میدان که خود به دو سیم پیچ سری و شنت تقسیم بندی می گردد هسته آهنی و فریم موتور اجزای اصلی استاتور هستند در موتورهای بزرگتر قطب کمکی و سیم پیچی جبرانگر نیز به این اجزا افزوده می گردد. اجزای داخلی موتور DC

۲- روتور موتور DC

روتور موتور DC که به عنوان آرمیچر نیز شناخته می شود در شکل مقابل آورده شده است. اجزای اصلی روتور هسته سیم پیچی و یاتاقانها هستند. روتور قسمت گردان ماشین DC است.   روتور موتور DC  

۳- مکانیزمهای جاروبک و نگهدارنده جاروبک

جاروبک وظیفه انتقال جریان به کلکتور گردان را بر عهده دارد. جاروبک و کلکتور عامل یکسو کردن گشتاور در موتورهای الکتریکی DC هستند. مکانیزم جاروبکاصول کار یک موتور DC عبور جريان در يک هادي، در اطراف آن ميدان مغناطيسي ايجاد مي کند. اين موضوع در شکل (A) نشان داده شده است. هنگامي که هادي حامل جريان در يک ميدان مغناطيسي خارجي قرار مي گيرد. ميدان خارجي بر هادي حامل جريان نيرويي وارد مي کند که اين موضوع در شکل (B) نشان داده شده است. میدان اطراف یک سیم با بررسی اشکال بالا می توان موارد زیر را استنتاج کرد.

  • اگر يک هادي داخل ميدان مغناطيسي قرار داده شود

– حرکت هادي درون ميدان جريان الکتريکي توليد مي کند (ژنراتور) – عبور جريان الکتريکي درون هادي توليد نيروي محرک ميکند ( موتور)

  • بيان معکوس قضيه فوق به اين صورت است که: يک موتور DC مي تواند به عنوان ژنراتور مورد استفاده قرار گيرد.

– گرچه ماشيني که به منظور موتور بودن طراحي شده است براي کارکرد موتوري بهينه تر مي باشد.  

روابط نیرو و گشتاور در موتور DC

  روابط نیرو و گشتاور در موتور DC در روابط فوق F نیروی تولید شده، i جریان عبوری از هادی، l طول هادی تحت تاثیر میدان، B چگالی شار، r شعاع گردش هادی و T (تاو) گشتاور تولید شده است. در رابطه فوق q زاويه بين F و r است. بنابراين هنگامي که حلقه سيم در خارج از محدوده ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد گشتاور صفر مي شود. نیروی وارد بر قطعات مختلف هادی در میدان الکتریکی به صورت زیر محاسبه می گردد.نیروی وارد بر قطعات مختلف هادی در میدان الکتریکی موتور دی سی گشتاور در تمامي موتورهاي واقعي از سه عامل زير تبعيت مي کند. ۱- شار داخل ماشين ۲- جريان ماشين ۳- يک عدد ثابت به نمايندگي از ساختار ماشين  

T=K*φ*Ia

به طریق مشابه می توان رابط نیروی محرکه داخلی ماشین را بصورت زیر استخراج کرد.

Ea=K*φ*ω

در رابطه فوق Ea نیروی محرکه موتور، K یک ضریب ثابت، φ شار موتور و ω سرعت زاویه ای بر حسب رادیان بر ثانیه است. از طریق همین دو رابطه و مدار معادل هر موتور می توان تحلیل های اساسی خیلی جالبی زد .  

حفاظت موتور در مقابل جريان زياد راه اندازي

الف: با وارد کردن مقاومت در مسير آرميچر ب- با کاهش ولتاژ ترمينال در هنگام راه اندازي

الف: کنترل جريان راه اندازي با مقاومت راه انداز

در هنگام راه اندازي، موتور نمي چرخد، پس ω=۰ بوده و از اينرو طبق روابط پیشین نيروي محرکه داخلي موتور EA = 0V مي شود. و از طرف ديگر مقاومت داخلي معمولي موتور DC بسيار کم است (۳-۶ درصد پريونيت) ، که موجب می شود جريان بسيار زيادي در موتور برقرار گردد. براي مثال، یک موتور DC، از نوع تحریک مستقل (انواع موتورهای DC در مقاله جداگانه ای تشریح شده است) با ولتاژ ۲۵۰ ولت، توان ۵۰HP و مقاومت آرميچر Ra=0.06 اهم جريان بار کامل ۲۰۰ امپر دارد، در اين حالت جريان راه اندازي برابر است با: جریان شروعt این جريان در حدود ۲۰ برابر جريان نامي موتور مي باشد و احتمالا خسارت بسيار جدي به آن وارد مي کند. يک راه حل براي مشکل جريان راه اندازي وارد کردن مقاومت راه انداز در مسير آرميچر براي محدود کردن جريان ميباشد تا هنگامي که EA بتواند ايجاد گردد . البته اين مقاومت ميبايست با افزايش نيروي محرکه داخلي موتور از مدار خارج شود در غير اين صورت اين مقاومت باعٍث تلفات گرديده و مشخصه گشتاور سرعت موتور را مختل خواهد کرد.   کنترل جریان راه اندازی یک مدار نمونه برای راه اندازی مقاومتی موتور DC در شکل زیر آورده شده است. شماتیک مدار موتور دی سی مقاومت راه اندازی که به صورت سری با مدار آرمیچر متصل شده است به سه قسمت جدا از هم تقسیم شده است و با Rstart نشان داده شده است. تیغه های باز بسته شونده رله یا کنتاکتور نیز با ۱A ، ۲A ، ۳A نشان داده شده اند. در لحظه راه اندازی هر سه تیغه رله باز هستند و کل مقاومت راه اندازی در مدار است و جریان راه اندازی محدود می شود با دور گرفتن موتور و افزایش نیروی محرکه القایی EA به ترتیب تیغه رله ها عمل کرده و در هر مرحله قسمتی از مقاومت راه اندازی را اتصال کوتاه می کند و پس از چند ثانیه کل مقاومتها از مدار خارج شده و بای پس می شوند.

ب- کنترل جريان راه اندازي با کاهش ولتاژ ترمينال در هنگام راه اندازي

با زدن یک KVL ساده می توان به رابطه زیر برای محاسبه جریان آرمیچر رسید.

Ia=(Vt-Ea)/Ra

در هنگام راه اندازی نیروی محرکه موتور EA=0 است. پس رابطه به صورت زیر خلاصه می شود.

Ia=Vt/Ra

برای کنترل جریان راه اندازی در هنگام راه اندازي مي توان ولتاژ موتور را بتدريج افزايش داد تا جريان آرميچر محدود گردد اين کاري است که در درايوها و سافت استارترها انجام مي شود.

برای اتمام این مطالب به قسمت های دوم و سوم مقاله مرجعه کنید. همچنین می توانید با بخش مشاوره حرفه ای موتوردرایو در تماس باشید.

و چنانچه خواهان اطلاعات بیشتری در این زمینه هستید میتوانید " چگونه یک موتور DC را تست کنیم " و " تعمیر موتور DC " و " کنترل دور موتور DC با روش وارد-لئونارد " را نیز مطالعه نمایید.

نظرات کاربران

Responsive image
حسین
1396/12/13

با سلام از مطالب خوبتون. من میخواستم بدونم ولتاژ فیلد در موتور dc را چطور میتونم از درایو تغییر بدم . ما مشکلمون از اونجایی شروع شد که یک موتور dc جایگزین کردیم که ولتاژ فیلدش 210 تا 310 هست ولی موتور قبلی 180بود. آیا نیاز به تغییر ولتاژ فیلد هست یا خیر؟ اگر نیاز هست چطور میتونم این کار را انجام بدم؟ با تشکر

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام حسین جان

در زمان راه اندازی موتور باید ولتاژ فیلد آن کامل باشد. تنظیمات درایو را ببینید اگر امکان تامین ولتاژ نامی فیلد موتور وجود ندارد باید درایو تعویض شود. در صورتیکه موتور با ولتاژ فیلد و در نتیجه شار کمتری کار کند امکان دارد نتواند گشتاور مورد نیاز را تامین کند و در صورت کم بار بودن سرعت آن از سرعت نامی بیشتر می شود.

Responsive image
محمد
1396/11/04

سلام وقت بخیر-من احتیاج به یک موتوری دارم که بتونه میل لنگ پراید رو بچرخونه دنبال چه موتور یا دینامی بگردم-البته میخوام مثل چرخ خیاطی عمل کنه که وقتی گاز میدم دینام شروع به چرخش کنه

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام محمد جان

سوال شما خیلی کلی است. شما باید خروجی موتور پراید را داشته باشید و سپس متناسب با آن موتور خود را انتخاب کنید البته باید توجه داشته باشید که موتور خودروهای برقی در دینا معمولا دو نوع القایی و BLDC هستند. موفق باشید.

Responsive image
مبینا
1396/08/21

باسلام و احترام مطالب شما راجب موتورهای DCبسار خوب هستند، این مقالات رو چطور میتونم دانلود کنم برای پروژه به این مطالب نیاز دارم باتشکر

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام مبینا خانم

ممنونم از لطفی که به ما دارید. مطالب ما در فرمت وب هستند و به صورت PDF قابل دانلود در نظر گرفته نشده اند. ولی همان را نیز می توان تحت وب ذخیره کرد و مورد استفاده قرار داد.

Responsive image
Ali
1396/08/06

درود مصرف برق موتور ac بيشتر است يا dc در توان برابر؟

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

اگر با موتور DC بدون جاروبک مقایسه کنید قطعا موتور DC راندمان بیشتری دارد.

Responsive image
محسن قدکساز
1396/07/11

سلام جناب مهندس کریمی ممنون از متن پرمحتوا و کاربردیتون بنده از مطالب ارزشمند شما بازدید کردم واقعا دستتون درد نکنه آرزوی موفقیت روز افزون دارم برای شما و همکارانتون

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام محسن جان

ممنونم از لطف شما، خوشحالم که مورد توجه شما قرار گرفته است.

Responsive image
احمدی
1396/04/29

سلام وقتتون بخیر. من پروژه کارشناسیم کنترل دور موتور dc تکفاز هست که درایورشم خودم باید طراحی کنم. چنتا سوال ازتون دارم :اولیش اینکه از چه انکدری استفاده کنم واسه نمونه برداری از سرعت و اینکه انکدر روی موتور سوار میشه؟کلا اتصال انکدر به موتور و pcb من چجوریه (یعنی از چه هدری با چنتا پین باید استفاده شه؟)

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام خانم احمدی

در مورد انکودر شما می توانید مقاله "انکودر دوار چیست؟" و "سنجش سرعت و موقعیت با استفاده از انکودر" را در همین سایت مطالعه بفرمایید. بسته به نیاز شما می توانید از انکودرهای مطلق یا افزایشی استفاده کنید. با توجه به نیاز مندی اول انکودر را بخرید بعد تعداد پینها و تغذیه و دریافت پالسها را مشخص کنید. 

Responsive image
مهدی
1396/02/17

باسلام و عرض ادب لطفاً بفرمائید جریان بی باری در الکتروموتور D.C به چه صورت میباشد.با توجه به اینکه در A.C 1/2 , 2/3 جریان نامی است.

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

جریان بری باری در موتور DC نسبت به موتور القایی کوچکتر است.جریان بی باری 5 تا 10 درصد جریان نامی برای موتور DC متعارف است.

Responsive image
خواجویی
1396/02/07

با سلام من موتور 24 ولت دی سی دارم چطور میتونم با عوض کردن سیم پیج تبدیل کنم به 12 ولت یا 6 ولت؟؟ آیا مبدل هم هست بدون عوض کردن سیم پیج بتونم ؟؟؟ با تشکر

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام آقای خواجویی

برای اینکه یک موتور 24 ولت را با تعویض سیم پیچ به 12 یا 6 ولت تغییر دهید نیاز دارید که موتور را مجددا برای توان ثابت و ولتاژ کمتر طراحی کنید. از طریق مبدلهای سوئیچینگ افزاینده ولتاژ DC (مبدل بوست) نیز می توانید ولتاژ تغذیه را به مقدار مورد نیاز موتور برسانید.

Responsive image
بیگوند
1396/02/04

باسلام،راجع به کنترل دورهای dc motor و همینطور استفاده ازاین موتورها در موتور سیکلت های برقی لطفا راهنمایی بفرمایید ،متشکرم.

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام آقای بیگوند

موتورهای DC معمولا در وسایل نقلیه برقی استفاده نمی شوند معمولا در این وسایل از موتورهای BLDC استفاده می شود. کنترل موتورهای DC در برنامه کاری ما قرار دارد. اگر سوالی دارید می توانید با ما تماس بگیرید. اطلاعات تماس در بالای صفحه اصلی ذکر شده است.

Responsive image
امیر مژده
1396/01/27

با سلام و احترام - جهت تغییر دور موتور dc چهار قطب چه مراحلی را باید انجام داد ، در صورت امکان با نقشه با تشکر از جناب آقای مهندس کریمی .

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام امیر جان

جهت تغییر دور موتور DC باید جهت جریان در میدان یا آرمیچر و نه هر دوی آنها تغییر کند در موتور تحریک مستقل و PMDC با تغییر پلاریته ولتاژ آرمیچر یا تحریک این کار صورت می گیرد. اما در شنت و سری باید اتصالات در تخته ترمینال تغییر کند. به بخش مربوط به جهت دوران در مقاله موتورهای DC همین سایت مراجعه بفرمایید.

Responsive image
غلامی
1395/11/30

با سلام و تشکر من توی یه شرکت فولاد کار میکنم و با موتورهای DC سرو کار دارم واقعا اطلاعات خوب بود.

Responsive image
1395/11/20

بسیار عالی ممنون

Responsive image
Sir Hossein
1395/10/29

عالی بود اخوی. عالی دمت گرم . درود به شرفت :)))

Responsive image
کمال
1395/09/19

ممنون ازتون

Responsive image
محمد
1395/09/15

درود . مطالب عالی بودن

Responsive image
سكينه
1395/01/24

سلام …. خيلي خوب بود . و ساده . توي چندتا سايت خونده بودم زياد متوجه نميشدم . اما شما ساده تر و بهتر نوشتيد … موفق باشيد

Responsive image
1395/09/04

آفرین

Responsive image
جعفر
1395/08/18

خوب بود

نظر خود را ثبت نمایید

CAPTCHA code