ساختمان و نحوه عملکرد موتور DC قسمت دوم

در قسمت اول این نوشته در مورد ساختمان الکتروموتورهای DC ، اصول کار، روابط نیرو و گشتاور، حفاظت و راه اندازی این موتورها صحبت کردیم در این پست ادامه مطالب را ارائه خواهیم کرد.   تغییر جهت دوران در موتورهای DC برای فهم بهتر این موضوع بهتر است که از قانون دست چپ برای موتورهای DC استفاده کنیم. به شکل زیر توجه کنید.

قانون دست چپ

قانون دست چپ

اگر انگشت اشاره در جهت میدان مغناطیسی قرار بگیرد و انگشت بزرگ در جهت عبور جریان باشد آنگاه طبق شکل روبرو انگشت شست جهت نیرو را نشان می دهد. برای تغییر جهت دوران بایستی جهت نیرو را عکس کنیم دو راه به ذهن می رسد. جهت میدان و یا جهت جریان را تغییر دهیم. ۱- تغییر جهت جریان آرمیچر: در صورتی که موتور تحریک مستقل یا مغناطیس دائم باشد از طریق تغییر پلاریته ولتاژ تغذیه این کار صورت می گیرد. ۲- تغییر جهت جریان میدان : که از طریق تغییر پلاریته ولتاژ میدان این کار انجام می شود.

پدیده کموتاسیون

کوماتسیون

کموتاسيون فرآيند تبديل ولتاژ و جريانهاي AC ماشين در روتور به ولتاژ و جريان DC در ترمينال است. کموتاسیون باعث یکسو کردن ولتاژ خروجی در ژنراتورها و یکسو کردن گشتاور در موتورها می شود.

پرسش سوال از متخصص موتور درایو

مشکلات مرتبط با پدیده کموتاسیون

برای درک بهتر این مشکلات بایستی عوامل ایجاد مشکل را شناسایی کرد. عکس العمل عرضی آرمیچر یکی از این عوامل می باشد. در ادامه در مورد این موضوع بحث خواهد شد.

شرح کموتاسیون

یک ماشین دو قطب را در نظر بگیرید. در ابتدا شار قطب بطور يکنواخت تورزيع شده است و صفحه خنثي عمود است، تاثیر فاصله هوایی بر شار قطب هنگامي که بار وصل ميشود جرياني از داخل روتور عبور کرده و ميدان مغناطيسي را اطراف سيم پيچهاي روتور ايجاد مي کند. ميدان مغناطيسي ايجاد شده در روتور بر ميدان مغناطيسي اصلي قطبها اثر مي گذارد. در برخي نقاط با ميدان اصلي جمع شده و در برخي نقاط ديگر از آن کسر مي گردد. بنابراين، ميدان مغناطيسي خالص يکنواخت نخواهد بود و صفحه خنثي جابجا خواهد شد. بطور کلي، صفحه خنثي در ژنراتورها در جهت حرکت و در موتورها در خلاف جهت حرکت جابجا مي شود. مقدار جابجايي به مقدار بار ماشين بستگي دارد.

مشکلات ایجاد شده توسط پدیده کموتاسیون

۱- ایجاد جرقه و آسیب دیدن جاروبک و کموتاتور

کموتاتور بايستي دقيقا تيغه هاي کموتاتورهايي که ولتاژ دو سر آنهاصفر هستند را اتصال کوتاه بکند. جابجايي صفحه خنثي باعث ميشود که کموتاتور تيغه هايي را دو سر آنها ولتاژ وجود دارد را اتصال کوتاه کند که موجب جرقه زني و قوس در زير جاروبکها مي شود.

شکست کلکتور

۲- ایجاد ولتاژهای L di/dt

اين مساله در قطعات کموتاتور با شروع اتصال کوتاه آنها توسط جاروبکها شروع می شود. و ضربه القايي ناميده می شود.

محاسبات ضربه القایی

 فرض کنيم جريان در جاروبک ۴۰۰ آمپر است. جريان در هر مسير ۲۰۰ مي شود با عبور تيغه کموتاتور از جلوي جاروبک جريان گذرنده از تيغه کموتاتور بايستي معکوس گردد. فرض کنيم که ماشين با سرعت ۸۰۰ rpm مي گردد و داراي ۵۰ تيغه کموتاتور است. ورود به ناحيه زير جاروبک و عبور از آن ۰٫۰۱۵ ثانيه طول مي کشد. متوسط نرخ تغييرات جريان در حلقه اتصال کوتاه شده به صورت زير مي گردد.

di/dt = 400/0.0015 = 266667 A/s

بنابراين، حتي با يک اندوکتانس کوچک حلقه، يک ضربه بسيار بزرگ ولتاژ القايي L di/dt در تيغه کموتاتور اتصال کوتاه شده القا مي گردد اين ولتاژ باعث ايجاد جرقه در جاروبک ها مي شود.

ولتاژ ناشی از کموتاتور

راهکارهای بهبود پدیده کموتاسیون؛

  1.  تغییر محل جاروبکها: به گونه ای که در محور خنثی قرار بگیرد.
  2.  افزودن قطهای کمکی به ماشین DC
  3. استفاده از سیم پیچهای جبرانگر در ماشین DC
  4. افزايش تعداد تيغه هاي کلکتور به صورت مضربي از شيارهاي آرميچر

قطب های کمکی موتور dc

کنترل سرعت موتور DC

مزايای کنترل سرعت موتور DC

  1. سهولت در کنترل
  2. ارائه گشتاور راه اندازي بالا
  3. عملکرد تقريبا خطي

معايب کنترل سرعت موتور DC

  1. نياز به نگهداري زياد
  2. بزرگ و پر هزينه ( در مقايسه با موتور القايي)
  3. نامناسب جهت کارکرد در سرعتهاي بالا به علت جاروبکها و کموتاتور
  4. نامناسب جهت استفاده در محيطهاي قابل انفجار و يا محيطهاي خيلي تميز

روش های کنترل سرعت موتورهای DC

در شکل زیر مدار معادل یک موتور DC آورده شده است و روابط سرعت با استفاده از روابط اصلی موتور استخراج شده است.

تنظیم سرعت موتور dc

از رابطه بدست آمده برای سرعت ω می توان به این نتیجه رسید که برای کنترل سرعت موتور Dc دو راه وجود دارد یا باید ولتاژ ترمینال Va را کنترل کرد و یا جریان تحریک If از اینرو دو روش کلي براي کنترل سرعت موتورهاي DC وجود دارد.

فروش تجهیزات حفاظت الکتروموتور

الف: با کنترل ولتاژ ترمينال

در اين روش با افزايش و يا کاهش ولتاژ ترمينال مي توان به سرعتهاي مورد نظر دست يافت. و فقط تا سرعت نامي قابل استفاده است. چرا؟

ب: با کاهش جريان تحريک

در اين روش مطابق رابطه فوق جريان تحريک و سرعت با هم رابطه عکس دارند از اينرو با کاهش جريان تحريک مي توان سرعت آن را افزايش داد و بالعکس. در هنگام راه اندازي نبايد از اين روش استفاده کرد. چرا؟

درایو موتورهای DC

نکاتي در مورد درايو موتورهاي DC

  • درايو موتور DC نسبتا ساده و ارزان قيمت است (در مقايسه با درايوهاي موتور القايي). البته خود موتور DC گرانتر است.
  • به علت معايب زياد، موتورهاي DC (مخصوصا نگهداري) در حال از دست دادن مقبوليت خود مخصوصا در کاربردهاي توان بالا مي باشند.
  • در کاربردهای توان پایین قیمت موتور DC به اضافه درایو هنوز اقتصادی و به صرفه است.
  • برای کاربردهای سروو درایو ، موتورهای DC به علت پاسخ دینامیکی خوب و کنترل مناسب هنوز رایج هستند.
  • رویکرد استفاده از موتورهای DC مخصوصا در توانهای بالا چندان روشن و خوش بینانه نیست.

4 دیدگاه

  • سلام دوست من ممنون از مطلبی که گذاشتین

    من یک موتور دی سی برای لیفت تراک دارم و از باطری تغذیه میشه که باطری حدودا ۴۸ ولت ۲۰۰ آمپر هستش من از طریق درایو کردن موتور با روش PWM موتور را درایو کردم و از حدودا ۴۰ عدد وی ماسفت قدرت استفاده کردم که حدودا میشه ۸ کیلو وات قدرت به موتور . حالا سوالی که برام مطرح شده اینه که:

    ۱- روش دیگه ای برای کنترل موتور دی سی با ولتاژ ورودی دی سی وجود داره ؟ (نه روش برش موج از تریق تریستور های قدرت که تو ac به کار میره چون ولتا ژ من دی سی است و از باطری تامین میشه ) ۲- مدار بخاطر و جود جرقه های موتور یا همان برگشتی های فوق قوی از موتور به شدت آسیب میبینه من حتی در خروجی دستگاه یا همان ورودی موتور تعدادی المنت گذاشتم با اهم پایین بهتر شد اما باز هم این مشکل وجود داره و بعد این جریان ار دیود های سریع فرکانسی استفاده کرده اما اونهاهم جواب نداده و دنبال روش مناسب میگردم . لطفا دقیق راهنمایی کنید ممنون میشم دوست من . تازه از روش های دیگه هم کمک گرفتم ولی خوب جواب ندادن . موتور های توان پایین را به خوبی راه اندازی کردم اما این خیلی گردن کلفته …

    • جناب آقای عبادتی
      با سلام، همان طور که احتمالا می دانید برای تبدیل ولتاژ DC به ولتاژی غیر از ولتاژ منبع از مبدل (کانورتر) استفاده می کنند. مبدل باک، بوست و انواع دیگر. موازی کردن ماسفت ها قواعد ریز و دقیقی دارد اگر این موارد و نکات رعایت نشود ماسفت ها به صورت نامتقارن جریان می کشند و احتمالا پشت سر هم آسیب می بینند. در مورد درایو موتور هم روش راه اندازی آن یا با کاهش ولتاژ در زمان راه اندازی است. که در این حالت تا ساخته شدن نیروی محرکه داخلی موتور جریان محدود می گردد. روش دیگر نیز استفاده از مقاومت راه انداز است که بایستی به مرور و با سرعت گرفتن موتور توسط کنتاکتور از مدار خارج شوند. ایراداتی که در کار شما احتمال وجود دارند فوق العاده زیاد هستند. می توانید جزئیات مشکل خود را در بخش ارتباط با ما که مستقیما به ایمیل من متصل است مطرح کنید. شماره تماس من در همان بخش وجود دارد در صورت نیاز تماس بگیرید تا در صورتی که بتوانم شما را راهنمایی کنم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *