کنترل دور موتور DC با روش وارد-لئونارد

سال 81 در شرکت کابل سازی ایران به عنوان کارآموز کار می کردم. این شرکت اولین کارخانه کابل سازی ایران است. و توسط شرکت بایر آلمان راه اندازی شده است. در آن زمان پروسه های مختلف تولید کابل عمدتا توسط الکتروموتورهای DC انجام می شد. کارخانه مانند موزه ای از تکنولوژی های مختلف بود از لامپهای یکسوساز دیود و تریود تا روشهای تنظیم دور مختلف که در کارخانه استفاده می شد. و البته دستگاه هایی که بازسازی شده بود دارای درایوهای تریستوری بودند. که در حال حاضر (سال 93) آن ها هم از مد افتاده اند.

یکی از دستگاه های تاب کابل در کارخانه دارای کنترل دور وارد-لئونارد بود که در حال حاضر به هیچ وجه به صرفه نبوده و بسیار پرهزینه است. اما هنوز بسیاری از این سیستم ها در کاخانجات مختلف در حال کار هستند و البته این روش کنترل به علت استفاده پایه ای از روابط ماشینهای DC برای کنترل، روشی است که یادگیری آن کمک می کند به راحتی بتوان به نحوه کنترل دور موتورهای DC پی برد. لذا در این مقاله قصد دارم این روش را توضیح دهم تا مقدمه ای برای وورود به روش های جدید و پیشرفته باشد.

روش کنترل دور وارد لئونارد

سرعت موتور DC تحریک مجزا، موازی یا کمپوند را می توان به یکی از سه طریق تغییر داد: تغییر مقاومت میدان، تغییر ولتاژ آرمیچر، یا تغییر مقاومت آرمیچر. از نیان این سه روش احتمالا مفیدترین روش کنترل ولتاژ آرمیچر است. زیرا تغییرات گسترده سرعت را میسر می سازد. بدون اینکه بر گشتاور ماکزیمم موتور تاثیری بگذارد. طی سالیان متمادی چندین سیستم کنترل موتور ابداع شده است تا از مزایای گشتاور بزرگ و سرعت متغیر روش کنترل ولتاژ آرمیچر استفاده شود. در زمانهای قبل از رواج اجزائ الکترونیکی حالت جامد تولید ولتاژ dc متغیر مشکل بود. در واقع روش متداول تغییر ولتاژ آرمیچر موتور DC ، ساختن این ولتاژ توسط یک ژنراتور DC مجزا بود. شکل (1) یکی از این گونه سیستمهای کنترل ولتاژ آرمیچر را نشان می دهد. این شکل یک موتور ac را نشان می دهد که به عنوان گرداننده اولیه یک ژنراتور dc به کار رفته است، و این ژنراتور dc به نوبه خود ولتاژ dc یک موتور dc را تولید می کند. این سیستم ماشینها را وارد-لئونارد می نامند و سیستم بسیار قابل انعطافی است.

شکل (1) – شماتیک مداری کنترل دور موتور DC با روش وارد لئونارد

در این سیستم کنترل موتور، ولتاژ آرمیچر موتور را می توان با تغییر جریان میدان ژنراتور dc کنترل کرد. این ولتاژ آرمیچر اجازه می دهد که سرعت موتور به طور پیوسته بین مقداری بسیار کوچک و سرعت پایه تغییر کند. سرعت موتور را می توان با کاهش جریان میدان موتور به مقداری بزرگتر از سرعت پایه رساند. با چنین آرایش پرانعطافی کنترل کامل سرعت موتور ممکن می شود. به علاوه اگر جریان میدان ژنراتور معکوس شود، قطبیت ولتاژ آرمیچر ژنراتور نیز معکوس می شود. این کار باعث می شود. جهت چرخش موتور معکوس شود. بنابراین با سیستم کنترل موتور dc وارد-لئونارد می توان سرعت را در هر دو جهت چرخش روی گستره وسیعی تغییر داد.

مزیت دیگر سیستم وارد – لئونارد این است که می تواند “بازتولید” داشته باشد، یعنی انرژی حرکتی ماشین را به خطوط تغذیه برگرداند. اگر موتور dc سیستم وارد – لئونارد بار سنگینی را بالا ببرد و سپس پایین بیاورد، هنگام پایین آمدن بار موتور dc به صورت ژنراتور عمل می کند و به سیستم تغذیه توان می دهد. بی این ترتیب بخش اعظم انرژی مصرف شده برای بالا بردن بار را می توان باز یافت و هزینه کل کار ماشینها را کاهش داد.

مودهای کاری ممکن ماشین dc در نمودار گشتاور-سرعت شکل (2) نشان داده شده است. وقتی این موتور در جهت عادی خود می چرخد و در جهت چرخش گشتاور ایجاد می کند در ربع اول نمودار این شکل کار می کند. اگر جریان میدان ژنراتور معکوس شود، ولتاژ پایانه ای ژنراتور نیز معکوس می شود و به نوبه خود ولتاژ آرمیچر موتور را معکوس می کند. وقتی ولتاژ آرمیچر معکوس شود ولی جریان میدان موتور بدون تغییر بماند، هم گشتاور و هم سرعت موتور معکوس می شود و ماشین در ربع سوم نمودار به صورت یک موتور کار می کند. اگر تنها گشتاور با سرعت موتور معکوس شود و دیگری تغییر نکند ماشین به عنوان ژنراتور عمل می کند و به سیستم تغذیه dc توان می دهد. چون سیستم وارد – لئونارد اجازه می دهد که در هر دو جهت چرخش و بازتولید وجود داشته باشد. آن را یک سیستم چهار ربع می خوانند.

شکل(2)

عیوب سیستم وارد – لئونارد باید روشن شده باشد. یکی اینکه استفاده کننده باید سه ماشین بخرد که مشخصات اساسا یکسانی داشته باشند و این کار پرهزینه ای است. دیگر اینکه سه ماشین بازده بسیار کمتری از یک ماشین دارند. سیستم وارد – لئونارد به خاطر گرانی و بازده کم اش، در کاربردهای جدید جای خود را به مدارهای کنترلی ساخته شده با SCR داده است.

مراجع؛

1- کتاب مبانی ماشینهای الکتریکی، نوشته استفن.ج.چاپمن، ترجمه علیرضا صدوقی

2-  nonstopsystems.com