پایه کنترل سرعت موتور dc از تبدیل برق AC به DC با خلوص مختلف می باشد. برای انتخاب روش کنترل مناسب، باید معیارهایی که برای عملکرد دستگاه مهم هستند، شناسایی شود. ما در اینجا مدارهای مختلف کنترل سرعت موتورهای DC که تفاوت در کیفیت ولتاژ DC و در نتیجه بر عملکرد موتور DC تاثیر مستقیم دارد، را مورد بررسی قرار می دهیم. علاوه بر این ما  خروجی DC فیلتر شده و فیلتر نشده مدارهای الکتریکی ارائه شده را ارزیابی می کنیم.

1- كنترل نيم موج فيلتر نشده با تريستور:

يكي از ابتدايي ترين روشهاي كنترل سرعت است. در اين روش يك تريستور بصورت سري با موتور Dc قرار مي گيرد. اين مدار با عدم عبور سيكل منفي و برش بخشي از سيكل مثبت، برق AC را به DC تبديل مي كند. همانند شكل زیر، استفاده از اين مدار يک ولتاژ DC ناقص را براي موتور فراهم مي كند.

unfiltered half-wave SCR control


2- كنترل تمام موج فيلتر نشده با تريستور:

در اين مدار با افزودن يك تريستور و دو ديود ديگر، كه در مجموع يك پل الكتريكي را تشکیل می دهند، خروجي DC را بهبود مي دهد. اين مدار بخش منفي موج، به موج مثبت تبديل شده و با تریستور بخش مورد نیاز آن جدا می شود. همانند شكل زير اين موج همچنان نوسانی به نظر مي رسد، اما به يک جريان صاف DC نزديكتر است.

unfiltered full-wave SCR control


3- كنترل تمام موج فيلتر شده با تريستور:

در اين مدار از يك خازن پرقدرت در خروجي پل الکتریکی روش قبلی استفاده مي شود. در حین افزايش موج ولتاژ،‌ بارهاي الكتريكي در خازن ذخيره شده و در زمان كاهش ولتاژ،‌ بارهاي الكتريكي ذخيره شده در خازن، به آرامي در موتور تخليه مي شود. اين روش سبب بهتر شده شكل موج ولتاژ اعمال شده به موتور مي شود. در نتيجه يك موج صاف و تقريبا خالص DC به موتور اعمال مي شود.

filtered full-wave SCR control


4- كنترل PWM فيلتر شده:

كنترل PWM روش متفاوتري است كه سبب ايجاد يك ولتاژ تقریبا صاف Dc براي موتور مي شود. در اين مدار، ولتاژ AC توسط ديودها يكسو شده و توسط خازن ریپل های آن گرفته شده و صاف مي شود. سپس توسط عناصر الكترونيكي مثل MOSFET و يا IGBT ولتاژ خروجی با سرعت زیاد قطع و وصل (Switching) مي شوند. تا ولتاژ خروجي را تغيير دهند. کنترل PWM با كنترل تمام موج فيلتر شده با تريستور در عملكرد تفاوت دارد. در روش كنترل تمام موج فيلتر شده با تريستور، ابتدا قسمت مورد نیاز برق AC برش شده و سپس توسط خازن صاف مي شود. ولي در روش PWM برق AC‌ پس از يكسوسازي و صاف شدن، پالسي مي شوند. هر چند كه با توجه به شكل، ممكن است اینطور به نظر رسد كه قطع و وصل جريان نوسانی است، ولي با توجه به سرعت بالاي كليد زني در كنترل PWM و همچنين اندوكتانس بالاي موتور dc، جريان موتور تقريبا DC خالص است.

filtered PWM control

تفاوت كنترل در فيلتر شده و غير فيلتر:

تفاوت ظرافت در كنترل كيفيت موج DC يا form factor مي تواند در كارايي و کیفیت كنترل سرعت موتور تاثير مستقيمي داشته باشد. رنج كنترل سرعت موتور،گشتاور نامی مداوم، دماي كاري موتور، طول عمر ذغال ها، جریان متناوب و تداخل امواج الكترومغناطيسي (EMI) پارامترهايي هستند كه در انتخاب سيستم مناسب كنترل سرعت موتور DC موثرند.

FROM FACTOR

 نسبت مقدار مؤثر یک کمیت متناوب به مقدار میانگین آن در یک چرخه را form factor گویند. {K_f} = \frac{{RMS}}{{ARV}}

برای یک موج خالص سینوسی این مقدار 1.11 است. در حالت كلي، ضريب form factor بالاتر، سبب گرم شدن بيشتر موتور می شود. مقادير نمونه form factor برای انواع مختلف كنترل در زير آمده است.

control typeform factor
half-wave unfiltered 1.6-2.0
half-wave filtered 1.1-1.5
full-wave unfiltered 1.1-1.6
full-wave filtered 1.0-1.1

 

 

پارامترهایی که برای انتخاب یک روش مناسب کنترل باید در نظر گرفته شود:

دماي موتور:

بهره برداري از موتوری با کنترل فیلتر نشده و form factor بالاتر سبب شده كه دماي موتور تا 30 درجه بيشتر از نوع كنترل فيلترشده افزایش یابد. form factor مورد مهمی در طراحي عملكرد موتورها در جريان مستقيم است. هنگاميكه از يك كنترل يكسوشده در مقابل يك DC خالص استفاده مي شود، افزايش دماي موتور براي يك خروجي ثابت،‌تقريبا متناسب با مجذور form factor است. بطور مثال، موتوري با كنترل نيم موج تريستوري تقريبا 2.5 برابر بيشتر از موتوري با form factor 1.0 افزايش دما دارد.

اين مورد براي موتورهاي كه در معرض تماس با افراد با آن هستند حائز اهميت است. استاندارهاي ايمني بيان مي كنند كه دماي سطح تجهيزات در صورتيكه بدن انسان با آن در تماس از نبايد بيشتر از 60 درجه سانتيگراد باشد. يك موتور داغ مي تواند بر ساير تجهيزاتي كه اطراف آن وجود دارد اثر بگذارد. اين اثر در مكانهاي بسته و ضد انفجار كه به گرماي بالا حساسيت دارند، تشديد مي شود.

طول عمر موتور:

در كنار مسائل ايمني،‌ گرماي زياد موتور باعث كوتاه شدن عمر موتور نيز مي شود.  خاصيت عايقي، روانكاري و آببندي موتور با دما تاثير مي گيرند.

  1. به عنوان یک قاعده کلی، طول عمربلبرینگ و یا روان کننده ها به ازاء افزایش دما برای هر 14 درجه سانتیگراد نصف می شود. حرارت در نهایت منجر به کم شدن خاصیت گریس و آببندی شده و سبب نشت، افزایش اصطکاک و هزینه تعمیر و نگهداری بیشتر می شود.
  2. در حالت کلی، خاصیت عایقی موتور به ازاء هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما، نصف می شود.

طول عمر بالا برای دستگاههای صنعتی ای که 24 ساعته و در سه شیفت کاری در حال کار هستند، اهمیت بسیاری دارد. موتورها بطور معمول برای ساعت کارکرد معینی طراحی می شوند. بطور مثال موتوری که برای 1000 ساعت کار طراحی شده است، اگر آن بطور متوسط 8 ساعت در روز کار کند، حدود 5 سال کار خواهد کرد. ولی اگر همان موتور بصورت 24 ساعته کار کند، طول عمر آن به یکسال کاهش خواهد یافت. اگر هم از یک روش کنترل فیلتر نشده استفاده شود، طول عمر آن حتی تا 6 ماه نیز کوتاه می شود.

طول عمر جاروبک ها:

در یک سیستم کنترل فیلتر نشده برای حفظ یک میانگین جریان خروجی، نیازه که جریانهای لحظه ای شدیدی به موتور اعمال شود. این جریان های شدید لحظه ای تاثیر مخربی در زغال و جاروبک نگهدار موتور داشته و سبب کاهش 50 درصدی طول عمر موتور نسبت به نوع کنترل فیلتر شده می شود. این مشکل در کاربردهای حساس سرعت بالا مثلا در سانتریفوژهای آزمایشگاهی آشکارتر است. در کنترل فیلتر نشده و در سرعت های بالا مثلا در حدود 15000r.p.m  بعلت سرعت بالای خطی بین ذغال و کموتاتور، طول عمر جاروبک کوتاه خواهد بود. در موتورهای با سرعتهای بالا و استفاده از سیستم کنترل فیلتر نشده، مجبور می شوید در فواصل زمانی کوتاه، با توجه به مدت و شرایط استفاده از دستگاه تان، مجموعه جاروبک و متعلقات آنرا تعویض کنید.

محدوده سرعت:

با کنترل فیلتر شده حداکثر سرعت 45 درصد بیشتر می شود. در ولتاژ 115VAc حداکثر ولتاژ DC در روش کنترل فیلتر نشده، 90 ولت می باشد. ولی ولتاژ Dc یک کنترل فیلتر شده 130V است. چون سرعت یک موتور Dc به طور مستقیم با ولتاژ اعمالی به آن در ارتباط است، در کنترل فیلتر شده سرعت موتور بیشتر خواهد بود (حدود 2500 دور در دقیقه). این مورد در کنترل فیلتر نشده حدود 1750 دور در دقیقه خواهد بود.

گستره وسیع سرعت در موتورهای که نیاز به کنترل در سرعت های خیلی پایین و بالا هستند خیلی اهمیت دارد. بطور مثال در ماشین چاپ، موتور باید پمپی که حاوی جوهر است را به کار بیاندازد. در طی فرآیند چاپ، برای حفظ فشار ثابت، موتور با  سرعت پایین حرکت می کند. در پایان فرآیند چاپ، برای پاک کردن جوهر از یک سیستم تمییز کننده استفاده می شود. که در این صورت نیاز است که موتور در سرعت بالا کار کند.

گشتاور مداوم:

هنگامیکه ولتاژ ترمینال های موتور دارای تغییرات شدید باشید، گشتاور کاری موتور نیز تغییرات شدید و گاها ضربه ای دارد. و این تغییر در گشتاور سبب نوسانات سرعت نیز می شود. گشتاور نامی موتور توسط شرایط دمایی و عایقی و سایر پارامترهای تغییر می یابد. اتحادیه تولید کننده تجهیزات الکتریکی دمای کاری بیش از 70 درجه سانتیگراد برای موتور را مجاز نمی دانند. بطور مثال موتوری با کلاس دمایی A که با form factor 1.0 در دمای 40 درجه سانتیگراد، 0.7 نیوتن/متر باری را به حرکت در می آورد. برای اینکه همین موتور با form factor 1.6 در زیر 70 درجه سانتیگراد کار کند، گشتاور موتور باید به 0.4 نیوتن/متر کاهش یابد. (57 درصد کمتر از form factor 1.0 شود). در کنترل فیلتر شده، گشتاور مداوم حدود 50% بیشتر است.

4 1 1 1 1 1 (1 رای)

نوشتن دیدگاه


تصویر امنیتی تصویر امنیتی جدید

دیدگاه‌ها  

امین طهماسبی
# امین طهماسبی 1396-08-15 14:16
بسیار عالی و مفید بود. با سپاس فراوان
پاسخ | گزارش تخلف