موتورهای DC – چرا ما هنوز از آنها استفاده می کنیم؟

امید دلفانی

30 اردیبهشت 1402

زمان مطالعه را وارد کنید دقیقه زمان برای مطالعه

امتیاز بدهید

موتور DC - چرا ما هنوز از آنها استفاده می کنیم؟

موتورهای AC در سراسر صنعت رایج هستند – به راحتی توسط VFD ها و بدون تعمیر و نگهداری که با برس های DC ارائه می شود کنترل می شوند. پس چرا موتور DC هنوز در برخی کاربردها استفاده می شود؟

موتورهای جریان مستقیم (DC)

همه موتورها بر اساس اصل تعویض نیروهای آهنربا برای چرخش یک شفت کار می کنند. یک موتور DC از جریان مستقیم اعمال شده به کموتاتور از طریق برس های اصطکاکی استفاده می کند و جریان اعمال شده را به سیم پیچ ها با قطبیت متناوب، شبیه به AC، تغییر می دهد، اما به جای موج مربعی ولتاژ مثبت و منفی. این یک آهنربای الکتریکی متناوب ایجاد می کند که با آهنرباهای دائمی روی روتور در تعامل است و به طور مداوم می کشد و سپس فشار می دهد تا حرکت چرخشی را فراهم کند.

بنابراین یک موتور DC شباهت زیادی به موتور AC با منبع قطبیت متناوب آن دارد، اما مدل DC به چند قطعه اضافی نیاز دارد. بنابراین این سوال پیش می‌آید: اگر یک موتور DC همان وظیفه AC را انجام می‌دهد، اما با سخت‌افزار اضافی که گرما، اصطکاک، گرد و غبار تولید می‌کند، پس چرا روی یک سیستم کنترل موتور DC پیچیده سرمایه‌گذاری کنید در حالی که می‌توانید به راحتی یک موتور AC خریداری کنید؟

آیا در موتورهای AC نیز مشکلاتی وجود دارد؟

هر موتور جایگاه خود را در صنعت دارد. موتورهای AC صنعتی معمولاً با جریان الکتریکی صنعتی 3 فاز کار می کنند و نیازی به درایو یا مدار کنترل خاصی ندارند، فقط به یک کنتاکتور موتور. یک موتور DC به یک جریان الکتریکی اصلاح شده نیاز دارد که باید از AC به همراه یک کنترل کننده برای تغییر سرعت و جهت موتور تبدیل شود.

موتور AC بدون فکر کردن به مشکلات خاص خود نمی آید. اگر نیاز به کنترل سرعت یک موتور AC دارید، کنتاکتور مستقیم (یا در سراسر خط) کافی نخواهد بود. فرکانس متغیر باید مورد استفاده قرار گیرد، و این فرکانس برای مدل‌های اسب بخار بزرگ گران است. یک VFD فرکانس منبع جریان AC اعمال شده را برای تغییر سرعت موتور تغییر می دهد. اگر سرعت بیش از حد کاهش یابد، موتور ممکن است بیش از حد گرم شود زیرا معمولاً فن خنک کننده مستقیماً با شفت خروجی جفت می شود.

از آنجایی که هزینه های طراحی و ساخت الکترونیکی در طول سال ها کاهش یافته است، موتور AC که توسط VFD هدایت می شود، در بسیاری از طرح ها به نقطه مطلوبی منتقل شده است، که نشانگر کنترل پذیری و کارایی پیشرفته این دستگاه ها است.

مشخصات گشتاور سرعت پایین DC

یکی از مهمترین مزایای بیان شده موتورهای DC عملکرد در سرعت های پایین است. مطمئناً می‌توان آن‌ها را در سرعت‌های بالا نیز به حرکت درآورد، اما اگر یک بار باید به طور مداوم سرعت را به سرعت تنظیم کند، یا به گشتاور برتر در سرعت پایین نیاز دارد (شاید زمان زیادی برای شتاب گرفتن طول بکشد)، موتور DC ممکن است انتخاب ارجح باشد.

کاهش سرعت با کاهش ولتاژ یا معمولاً با اعمال یک سیگنال تمام ولتاژ پالسی، به نام مدولاسیون عرض پالس (PWM) انجام می شود. موتورهای DC همچنین به دلیل اینرسی چرخش کمتر در هنگام معکوس شدن سیم های منبع تغذیه، به راحتی تغییر جهت می دهند.

.

این مشخصه گشتاور سرعت کم به دلیل جریان مجاز از طریق آرمیچر است. هنگام چرخش با سرعت کم، برس ها تقریباً نیمی از چرخش موتور را با یک آرمیچر در تماس خواهند بود و برای نیمی از چرخش موتور در هر جهت جریان کامل را تأمین می کنند. این را با سیگنال AC معمولی مقایسه کنید، که در آن ولتاژ فقط یک لحظه را در مثبت یا منفی کامل سپری می کند قبل از اینکه یک بار دیگر کاهش یابد و متناوب شود. در سرعت های بالا، زمان انتقال سریع سیگنال AC بیشتر با انتقال سریع سیگنال DC برس خورده قابل مقایسه است.

با افزایش سرعت موتور DC، سیم پیچ های آرمیچر به عنوان یک سلف با منبع ولتاژ DC شارژ می شوند. هنگامی که این سلف ولتاژ منبع DC را با جابجایی برس‌ها از دست می‌دهد، یک ولتاژ معکوس تولید می‌کند (که گاهی اوقات فلای‌بک نامیده می‌شود) که مقداری از ولتاژ منبع را نفی می‌کند. با افزایش سرعت، ولتاژ معکوس نیز افزایش می‌یابد که باعث کاهش جریان و متعاقباً کاهش گشتاوری می‌شود که در سرعت‌های پایین وجود نداشت. این اثر را می توان با (ایمن) استفاده از یک اسیلوسکوپ برای مشاهده ولتاژ سیم پیچ در مقایسه با زمین مشاهده کرد.

کنترل موتور DC

راه اندازی و کنترل یک موتور DC به شدت به اندازه موتور بستگی دارد. در این مقاله، موضوع عمدتاً موتورهای صنعتی در مقیاس بزرگ است، اگرچه برخی از موتورهای DC سرگرمی می توانند از همان کنترل های عمومی استفاده کنند. درست مانند سایر سبک‌های موتورهای صنعتی، موتورهای سروو یا موتورهای AC، درایوهای خاصی در بازار برای تغذیه و کنترل موتورهای تولیدکنندگان مختلف وجود دارد.

.

زیمنس سری درایوهای Sinamics DCM خود را تولید می کند که به طور کامل در نرم افزار برنامه نویسی آنها، TIA Portal یکپارچه شده اند. Allen Bradley و Rockwell Automation درایوهای PowerFlex DC خود را ارائه می دهند که با نرم افزار برنامه نویسی آنها نیز ارتباط برقرار می کند. با این درایوهای خاص فقط باید آنها را به شبکه ماشین متصل کنید و PLC قادر خواهد بود از طریق شبکه ارتباط برقرار کند.

در داخل نرم افزار برنامه نویسی، ساختارهای داده ساده برای راه اندازی، توقف، و تغییر سرعت موتور، همراه با بسیاری از پارامترهای کنترل و بازخورد دیگر، درست مانند کنترل های موتور VFD، عرضه می شود. این واحدهای درایو می توانند بسیار بزرگ شوند و برای کاربردهای با جریان زیاد به خنک کننده قابل توجهی در داخل کابینت نیاز دارند. آنها معمولاً بر روی صفحه پشتی کابینت الکتریکی نصب می شوند و به فناوری ارتباطی Fieldbus تامین کننده متصل می شوند.

همچنین راه حل های ساده تری در بازار وجود دارد که کنترل سرعت و جهت غیر شبکه ای را از طریق سوئیچ ها و شماره گیری ها ارائه می دهند یا حتی برخی ممکن است ورودی های آنالوگ و دیجیتال را برای سرعت و جهت بپذیرند.

موتورهای DC کجا استفاده می شوند؟

ویژگی‌های گشتاور با سرعت پایین، موتورهای DC را برای جابجایی بارهای سنگین با سرعت‌های نسبتاً پایین مانند جرثقیل‌های سقفی، آسانسورها یا هر تجهیزات فرآیندی با جرم زیاد که به نیروی فوق‌العاده‌ای برای شتاب نیاز دارد، عالی می‌سازد. فن ها و پمپ ها به توانایی تنظیم سرعت سریع و آسان نیاز دارند، همانطور که موتورها در کاربردهای وسایل نقلیه الکتریکی نیاز دارند و یک موتور DC می تواند این نیاز را به راحتی برآورده کند.

همچنین باید بیان کرد که طراحی های اصلی تجهیزات نیز می توانند از ویژگی های موتور بهره ببرند. برای این کاربردهای کم سرعت، ممکن است بتوان از یک موتور پرسرعت همراه با زنجیر یا چرخ دنده برای کاهش سرعت خروجی و افزایش گشتاور استفاده کرد. به همین دلیل، تقریباً غیرممکن است که بگوییم هر موتوری «باید» یا «نباید» در کاربردهای خاصی استفاده شود.

منبع