روش های کنترل دور موتور DC

الکتروموتورها بر اساس نوع جریان ورودی به دو دسته AC (جریان متناوب) و DC (جریان مستقیم) تقسیم می شوند که هریک برای کاربرد خاصی طراحی شده و مزایا و معایب مخصوص به خود را دارد. موتورهای DC به علت حجم کوچکتر، کارایی بالا و کنترل دقیقی که بر روی سرعت و گشتاور خروجی ارائه می دهند، به طور گسترده ای در کاربردهای مختلفی مانند روباتیک، خودروسازی و ماشین آلات صنعتی استفاده می شوند.

موتورهای DC انعطاف پذیری بالایی در عملکرد دارند و می توان با اتصالات مختلف سیم پیچ میدان، مشخصات گشتاور، سرعت و ولتاژ گوناگونی بدست آورد. از این موتورها به دلیل ویژگی های منحصر به فردی که دارند در صنایع مختلفی مخصوصاً حمل و نقل و مترو استفاده می شود. همانطور که اشاره کردیم، یکی از ویژگی های بارز الکتروموتور DC، کنترل سرعت و گشتاور آن ها است و در این مقاله قصد داریم به انواع روش های کنترل دور موتور DC بپردازیم؛ همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر درباره مشخصات، ویژگی ها و معرفی الکتروموتورها مختلف می توانید به بخش مقالات الکتروموتور در وبسایت کالا صنعتی مراجعه کنید.

موتور دی سی

محصولات پیشنهادی: خرید الکتروموتور DC
روش های کنترل دور موتور DC
انواع مختلفی از روش های کنترل دور موتور DC وجود دارند ولی قبل از اینکه به آن ها بپردازیم بهتر است کمی درباره ساختار این موتورها و معنای کنترل دور الکتروموتور بدانیم. موتورهای DC با جریان برق مستقیم راه اندازی شده و با عبور جریان از سیم پیچ، یک میدان مغناطیسی شکل می گیرد. واکنش این میدان با میدان که در استاتور موتورهای DC وجود دارد، باعث چرخش آرمیچر می شود و برای ادامه چرخش باید جهت جریان در هر سیکل برعکس شود. روش های کنترل دور موتور DC هم بر اساس کنترل و ایجاد تغییر در در سه عامل شار یا میدان، مقاومت آرمیچر و ولتاژ ورودی انجام می شوند. به طور کلی روش های کنترل سرعت موتورهای DC در سه دسته زیر جای می گیرند:

کنترل شار
کنترل مقاومت آرمیچر
کنترل ولتاژ
هر یک از روش های فوق شامل چندین روش دیگر می شوند که در ادامه به معرفی و شرح مهم ترین موارد آن ها می پردازیم.

1) کنترل دور موتور DC با مقاومت آرمیچر
یکی از روش های ساده برای کنترل سرعت موتور، تغییر مقاومت آرمیچر آن است. برای کنترل دور موتور DC با مقاومت آرمیچر، یک مقاومت متغیر را در مدار آرمیچر قرار می دهند؛ با تغییر مقاومت آرمیچر، جریان الکتریکی و در نتیجه سرعت موتور تغییر می کند. برای تغییر مقاومت آرمیچر می توان از پتانسیومتر استفاده کرد که قابل تنظیم بوده و امکان تغییر مقاومت را دارد. در موتورهای DC شنت، تغییر مقاومت متغیر روی شار تأثیری ندارد زیرا میدان به صورت مستقیم به منبع تغذیه اصلی وصل است ولی در موتورهای DC سری، تغییر مقاومت مدار آرمیچر، شار و جریان را تحت تأثیر قرار می دهد؛ افت ولتاژ در مقاومت متغیر، ولتاژ آرمیچر را کاهش داده و در نتیجه سرعت موتور نیز کاهش می یابد.

کنترل دور موتور دی سی با مقاومت آرمیچر

علیرغم اینکه پیاده سازی این روش نسبتاً آسان و کم هزینه است اما روشی کم بازده است و مقدار زیادی از توان در مقاومت متغیر تلف می شود. علاوه بر این، در سرعت های پایین، موتور دچار افت توان شده و ممکن است از کار بیفتد. همچنین در این روش نسبت مشخصی برای تغییرات مقاومت و سرعت وجود ندارد؛ یعنی با تغییر مقدار مشخصی در مقاومت متغیر، کاهش سرعت ثابت نیست و همراه با بار موتور تغییر می کند.

از روش کنترل دور موتور DC با مقاومت آرمیچر عموماً برای کاربردهای ساده و موتورهایی با توان کم استفاده می کنند و برای کاربردهای صنعتی و پیشرفته تر، باید از روش هایی پیچیده تر و دقیق تر مانند PWM استفاده کرد که در ادامه به آن ها نیز می پردازیم. اگر علاقمند به کسب اطلاعات بیشتر در خصوص آرمیچر، اجزا و نحوه عملکرد آن هستید، مقاله آرمیچر چیست؟ را مطالعه فرمایید.

2) کنترل دور موتور DC با کنترل شار
متداول ترین روش برای کنترل سرعت موتورهای DC، کنترل جریان عبوری از موتور یا کنترل دور موتور DC با کنترل شار (Flux Control) است. از آن جایی که شار مغناطیسی با جریان میدان مغناطیسی سیم پیچ ها رابطه مستقیمی دارد، برای اجرای این روش در موتورهای DC شنت، یک مقاومت متغیر را به صورت سری به سیم پیچ میدان متصل می کنند؛ با کاهش شار، میدان مغناطیسی نیز کاهش یافته و در نتیجه سرعت موتور بیشتر می شود. از این روش اغلب برای رسیدن به سرعتی بیشتر از حد نرمال موتور یا رفع افت سرعت در اثر بار استفاده می کنند. در موتورهای DC سری، برای کنترل دور موتور DC با کنترل شار، از روش های متفاوتی مانند دایورتر استفاده می کنند. برای راهنمایی در خصوص انواع دایورتر با کارشناسان کالا صنعتی در تماس باشید.

کنترل دور موتور DC با استفاده از دایورتر میدان
کنترل دور موتور DC با استفاده از دایورتر میدان یکی از روش های کنترل سرعت موتورهای جریان مستقیم بر اساس کنترل شار یا جریان عبوری از موتور است. در این روش یک قطعه الکترونیکی به نام دایورتر به موازات میدان موتور متصل شده و بخشی از جریان اصلی را منحرف می سازد. در این روش، بخشی از جریان میدان به جای عبور از مقاومت سری با میدان موتور، از طریق دایورتر به یک مقاومت موازی با میدان منتقل می شود و با کاهش جریان، سرعت موتور افزایش پیدا می کند.

در روش کنترل دور موتور DC با استفاده از دایورتر می توان سرعت موتور را با دقت بالاتری کنترل کرد و به دلیل استفاده از یک قطعه الکترونیکی برایک کنترل جریان میدان، این روش را به عنوان یکی از روش های کنترل دور موتور DC دقیق و پایدار می شناسند. اما با این حال، این روش نیز معایب مخصوص خود را دارد؛ به عنوان مثال استفاده از این روش در سرعت های پایین، مشکلاتی مانند افت توان و نوسانات سرعت را به دنبال خواهد داشت. برای آشنایی بیشتر با توان الکتروموتورها و محاسبه دقیق آن، مقاله فرمول محاسبه توان موتور الکتریکی سه فاز را مطالعه کنید.

کنترل دور موتور DC به روش کنترل میدان ضربه ای
در کنترل دور موتور DC به روش کنترل میدان ضربه ای یا Tapped Field Control، پیچ های سیم پیچ به چند بخش تقسیم شده و با اتصال یا قطع شدن یک یا چند بخش، میدان مغناطیسی را کنترل نموده و در نتیجه آن سرعت هم کنترل می شود. در این روش با افزایش تعداد پیچ های فعال، میدان مغناطیسی افزایش و سرعت موتور کاهش می یابد و بالعکس. از جمله مزایای این روش سادگی و کارآیی آن است که نیازی به استفاده از قطعات الکترونیکی پیچیده و سنسورهای دقیق ندارد و با استفاده از یک سوئیچ ساده، میدان مغناطیسی موتور کنترل می شود. همچنین این روش دقت بالایی در کنترل سرعت موتور دارد که از جمله ویژگی های مهم آن به شمار می رود.

ولی مانند هر روش دیگر، کنترل دور موتور DC به روش کنترل میدان ضربه ای نیز معایبی دارد؛ از جمله معایب این روش می توان به افت توان و نوسانات سرعت اشاره نمود. همچنین در برخی موارد، نیاز به تعویض دستی پیچ های میدان برای تغییر سرعت وجود دارد که به علت نبود روش های خودکار، امکان به وجود آمدن مشکلات بعدی وجود دارد. روش های دیگری از کنترل دور موتور DC با کنترل شار نیز وجود دارد که در این مقاله به توضیح آن ها نمی پردازیم؛ مانند دایورتر آرمیچر و استفاده از سیم پیچ های موازی میدان (Paralleling Field Coils).

3) کنترل دور موتور DC با کنترل ولتاژ
یکی دیگر از روش های محبوب برای کنترل سرعت موتورهای DC، تغییر و کنترل ولتاژ اعمال شده به موتور است. در روش کنترل دور موتور DC با کنترل ولتاژ، با کاهش یا افزایش ولتاژ موتور، سرعت آن را تغییر می دهند. در این روش با افزایش ولتاژ موتور، سرعت آن افزایش می یابد و بالعکس. با وجود بازدهی بالای روش کنترل دور موتور DC با کنترل ولتاژ، اما این روش معایبی نیز دارد؛ هزینه بالا، نیاز به یک سیستم کنترل الکترونیکی پیچیده، امکان افزایش گرمای موتور و کاهش عمر موتور از جمله معایب این روش می باشد.

4) کنترل سرعت موتور DC با PWM
یکی از پرکاربردترین شیوه های کنترل سرعت موتور DC، روش کنترل سرعت موتور DC با PWM یا مدولاسیون پالس می باشد. در این روش با ارسال پالس های ON و OFF به موتور و تغییر چرخه کار آن، می توان ولتاژ متوسط DC که به ترمینال های موتور اعمال می شود را کنترل نموده و در نهایت با ایجاد تغییر یا تعدیل در زمان پالس ها، می توان دور موتور را کنترل کرده و به سرعت مورد نظر دست یافت. به زبان ساده تر، هرچه پالس ON طولانی تر باشد، موتور سریع تر چرخیده و هرچه این پالس کوتاه تر باشد، سرعت موتور کم تر خواهد شد. برای آگاهی از نحوه راه اندازی موتور، مقاله انواع روش های راه اندازی الکتروموتور را مطالعه فرمایید.

مزایای کنترل سرعت موتور DC با PWM
از جمله مزایای کنترل سرعت موتور DC باPWM می توان به موارد زیر اشاره نمود:

افت توان بسیار کم در ترانزیستور سوییچینگ
کنترل خطی سرعت و پایداری بهتر آن
کنترل میزان انرژی تحویل شده به بار
دامنه ولتاژ ثابت و کارکرد موتور در قدرت کامل
منبع: https://www.kalasanati.com/%D8%A7%D8%AE%D8%A8%D8%A7%D8%B1-%D9%88-%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D8%A7%D8%AA/%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%85%D9%88%D8%AA%D9%88%D8%B1/1749/%DA%A9%D9%86%D8%AA%D8%B1%D9%84-%D8%AF%D9%88%D8%B1-%D9%85%D9%88%D8%AA%D9%88%D8%B1-dc