فهرست این مقاله ( با کلیک روی هر عنوان به آن قسمت منتقل می شوید)
معرفی روش های کنترل دور موتور dc
موتور DC یا جریان مستقیم یکی از انواع موتورهای الکتریکی است که به وسیله جریان برق dc راه اندازی میشود. در این نوع موتور با عبور جریان از سیم پیچ، میدان مغناطیسی در اطراف سیم ها ایجاد میشود که کنش این میدان با میدانی که در استاتور توسط آهنربای دائم یا الکترومغناطیسی تولید شده، باعث تولید نیرویی در آرمیچر میشود که آن را می‌چرخاند؛ برای تداوم این کنش و واکنش باید جهت جریان الکتریکی در هر سیکل برعکس شود تا نیرو بین سیم پیچ و آهنربا ایجاد شود.
در تمام کاربری های موتور ها از صنعت گرفته تا پروژه های آموزشی ما به کنترل سرعت موتور dc داریم. به صورت کلی سرعت موتور با سه عامل زیر ارتباط دارد:
- نسبت مستقیم با ولتاژ تغذیه
- نسبت عکس با افت ولتاژ
- نسبت معکوس با شار میدان مغناطیسی
بنابراین کنترل دور موتور dc را میتوانیم به سه روش انجام دهیم:
- تغییر شار و جریان از طریق سیم پیچ میدان
- تغییر ولتاژ و مقاومت سیم پیچ
- تغییر ولتاژ تغذیه
روش تغییر شار
از آنجایی که شار مغناطیسی به جریان عبوری از سیم پیچ میدان بستگی دارد، با تغییر این جریان، مقدار شار تغییر میکند. این عمل می تواند با قرار دادن یک مقاومت متغیر به صورت سری با مقاومت سیم پیچ محقق شود.
در ابتدا، هنگامی که مقاومت متغیر در مقدار حداقل خود قرار می گیرد، جریان به دلیل اختلاف ولتاژ منبع تغذیه از سیم پیچ میدان عبور می کند و در نتیجه میزان سرعت به صورت نرمال نگه داشته می شود. هنگامی که مقاومت به تدریج افزایش می یابد، جریان عبوری از سیم پیچ میدان کاهش یافته و این عمل باعث میشود شار تولید شده کاهش یابد و در نتیجه سرعت موتور فراتر از مقدار اولیه خود افزایش می یابد و به این شکل کنترل دور موتور dc رخ میدهد. در شکل زیر به مدار کنترل دور موتور dc اشاره شده است.
روش تغییر مقاومت سیم پیچ
کنترل مقاومت سیم پیچ، افت ولتاژ در سرتاسر مدار را کنترل می کند و با این روش می توان سرعت موتور DC را کنترل کرد. در این روش از یک مقاومت متغیر به صورت سری با آرمیچر استفاده می شود. هنگامی که مقدار مقاومت متغیر به تدریج افزایش می یابد، ولتاژ در سراسر سیم پیچ گسترش یافته و این عمل باعث کاهش سرعت موتور می شود و به این شکل کنترل سرعت موتور dc رخ میدهد. در شکل زیر به مدار کنترل دور موتور dc اشاره شده است.
روش تغییر ولتاژ
در این روش سیم پیچ میدان یک ولتاژ ثابت و آرمیچر یک ولتاژ متغیر دریافت می کند. در این روش می توان به وسیله متد PWM مقدار ولتاژ در ترمینال های موتور را تنظیم کرد.
کنترل دور موتور DC بوسیله PWM
در روش PWM با اعمال پهنای مختلف پالس به درایور موتور، ولتاژ اعمال شده به موتور کنترل میشود. از آنجا که در این روش تلفات برق به حداقل می رسد و نیاز به استفاده از تجهیزات پیچیده ندارد، این روش بسیار کارآمد میباشد. PWM یا Pulse Width Modulation ، با تغییر پالس های اعمال شده به ترمینال های موتور، سرعت را کنترل میکند.
در این روش با تغییر دادن عرض پالس های اعمال شده، می توان توان وارده به موتور را کنترل کرد. برای مثال، هرچه عرض پالس ها بیشتر باشد، ولتاژ متوسط بیشتری به ترمینال های موتور وارد شده و در نتیجه شار مغناطیسی داخل سیم پیچ های آرمیچر را قوی تر می کند و موتور با سرعت بیشتری می چرخد. در روش کنترل دور موتور dc به وسیلۀ PWM، یک فرکانس مناسب و ثابت را انتخاب کرده و در صورتی که نیاز به افزایش سرعت موتور باشد، دوره کاری را افزایش و در صورتی که نیاز به کاهش سرعت موتور باشد دوره کاری را کاهش می دهیم. به وسیله ماژول کنترل دور موتور dc میتوان این عملیات را انجام داد.
کنترل دور موتور dc با دیمر
دیمر تشکیل شده از یک مدار ساده الکترونیکی است که می تواند ولتاژ موثر را کاهش دهد. البته این روش برای کنترل سرعت موتور dc زیاد مناسب نیست. مهم ترین مزیت این محصول سادگی و ارزان بودن آن است اما به دلیل نویز و اعوجاج و تلفات حرارتی موجب کاهش عمر موتور میشود. دیمر به وسیله قطعات ترایاک و دیاک که توانایی عبور جریان از خود را در شرایط خاصی دارند، میتوانند کنترل دور فن را انجام دهند. در حقیقت ترایاک مانع عبور قسمتی از موج متناوب ولتاژ ورودی شده و دیمر به صورت سری با مصرف کننده قرار می‌گیرد و ولتاژ ورودی را کنترل میکند.
به صورت کلی برای کنترل سرعت موتور dc، نسبت v/f یعنی ولتاژ به فرکانس حتما باید ثابت بماند در حالی که دیمر ها تنها می توانند ولتاژ را محدود کنند و تغییری در فرکانس ایجاد نمی کنند، بنابراین این محصولات برای کنترل دور موتور های dc مناسب نیستند.
کنترل دور موتور dc با میکروکنترلر
روش دیگر برای کنترل سرعت موتور dc استفاده از میکروکنترلر ها و ماژول های کنترل سرعت موتور dc میباشد که امروزه بسیار مورد استفاده هستند که نسبت به دیمر ها عملکرد بهتری دارند. البته از این محصولات بیشتر در مصارف آموزشی و آزمایشگاهی استفاده میشود و کاربرد آنچنانی در صنعت ندارند. به وسیله ماژول کنترل دور موتور dc میتوان این کار را انجام داد.
کاربرد های تغییر دور موتورهای DC
در بین روش های معرفی شده برای کنترل سرعت موتور dc بهترین راه استفاده از درایو کنترل سرعت میباشد. اگرچه به وسیله میکروکنترلر ها میتوان سرعت و جهت موتور را تعیین کرد اما به دلیل محدودیت در تغذیه خروجی نمیتوانند به خوبی جریان و ولتاژ را هدایت کنند. در هر نقطه ای از صنعت که نیاز داریم دور موتور dc را کم و زیاد و یا جهت موتور را برعکس کنیم، میتوان از درایور موتور dc استفاده کرد.
درایور DC چیست و چگونه کار میکند ؟
از آنجا که موتور های dc به دو دسته الکتروموتور DC براش و موتور براشلس تقسیم میشوند، ما دارای دو نوع درایور موتور dc هستیم. البته باید توجه داشت که این درایور ها گشتاور زیادی تولید نمیکنند. به صورت کلی در درایو های dc ، برق ورودی ac وارد درایو شده و پس از عبور از رکتیفایر یکسو کننده، به صورت dc از درایو خارج شده و ولتاژ موتور را تامین میکند.
برخی درایو های dc دارای مشخصات متعددی هستند و در هنگام انتخاب باید به آن دقت کرد. در پلاک این محصولات، رنج ورودی ولتاژ ذکر شده است و باید با توجه به آن درایو را انتخاب کنیم. همچنین برخی آنها دارای قابلیت سافت استارتر هستند که در این حالت درایو به صورت نرم راه اندازی می شود و سرعت به صورت آنی بالا نمیرود.
همانطور که در بخش های قبل اشاره شد، در موتور های دی سی، سرعت با ولتاژ نسبت مستقیم و با شار میدان نسبت عکس دارد، بنابراین با افزایش یا کاهش ولتاژ اعمالی، سرعت موتور تغییر میکند. همچنین با کاهش جریان میدان مغناطیسی، شار میدان موتور کاهش می یابد. کاهش جریان میدان، مقدار میدان مغناطیسی آرمیچر را در جهت مخالف کاهش می دهد. اگر میدان مغناطیسی در جهت مخالف کمتر وجود داشته باشد، جریان بیشتری در آرمیچر جاری می شود و سرعت موتور افزایش می یابد.
