کنترل موتور با سرعت متغییر

کنترل موتور با سرعت متغییر


کنترل موتور با سرعت متغییر

یک روش جایگزین برای کنترل شیر فلکه جهت تنظیم جریان سیال،تنظیم سرعت ماشین‏ آلات جاری کننده سیال است.این شرایط در مورد کنترل جریان سیال مایع با پمپ ‏هایی با سرعت متغییر ایجاد می‏شود و در مورد کنترل جریان سیال گاز با تغییر سرعت چرخش کمپرسور یا دمنده ایجاد می‏شود.
کنترل جریان توسط کنترل سرعت ماشین ‏آلات برای برخی از فرآیندهای کاربردی حساسیت‏هایی را ایجاد می‏کند؛که یقیناً برای تغییر سرعت ماشین‏ آلات کنترل کننده جریان سیال کارآمد خواهد بود،بعنوان مثال مادامی که دستگاه  با حداکثر سرعت کار می‏کند امکان تغییر میزان جریان از طریق بستن مجرای خروجی پمپ و یا برگشت سیال به داخل دستگاه مکنده وجود ندارد.در حقیقت سیستم (بدون شیر کنترلی) یک جزء کمتر دارد که همچنین هزینه کاهش یافته و ضریب اطمینان افزایش میابد.
الکترونیک قدرت مدرن به معنای واقعی کنترل الکترونیکی سرعت در هر نوع و هر اندازه‏ای از موتورهای الکتریکی را ارائه کرده که با استفاده از وسیله‏ای بنام درایور (Drive) این کار انجام می‏شود. درایورهای موتور DC ولتاژ و جریان سیم پیچ و آرمیچر موتور را تغییر می‏دهند بطور کلی سرعت موتور DC با ولتاژ آرمیچر رابطه مستقیم و جریان سیم پیچ رابطه معکوس دارد.
درایورها AC فرکانس برق اعمال شده به سیم پیچ استاتور موتور را تغییر می‏هند،زیرا فرکانس عاملی است که سرعت میدان مغناطیسی دوار استاتور را تعیین میکند،که باعث چرخش روتور می‏شود.سابقاً در کاربردهایی با سرعت متغییر که به گشتاور بالایی در لحظه استارت نیاز بوده (گشتاور ایجاد شده در سرعت صفر) موتورهای DC نسبت به موتورهای  AC به وضوح برتری داشتند.با ظهور درایورهای الکترونیکی فرکانس متغییر رنج سرعت عملیاتی موتور القایی AC به میزان قابل توجهی افزایش یافت تا تقریباً کابردهایی که با موتور DC امکان پذیر بود را بتوان با موتور القایی AC انجام داد. بعنوان مثال استفاده از موتور القایی AC بعنوان servo برای کنترل دقیق موقعیت که این موضوع بسیار مفید بود چون موتور القایی AC نسبت به موتور DC بسیار ساده تر و همچنین دارای ضریب اطمینان بالاتری نیز می‏باشد.در موتورهای DC برای چرخش آرمیچر از کموتاتور و جاروبک جهت انتقال برق استفاده می‏شود،موتور القایی AC برق را با القاء میدان الکترومغناطیسی به رتور منتقل می‏شود در نتیجه به جاروبک و کموتاتور نیازی نیست. در حقیقت، تنها جزء ساینده در یک موتور القایی AC یاتاقان‏هایی (بلبرینگ) هستند که به شفت متصل‏ اند که البته در همه ماشینهای چرخشی رایج هستند و مسئولیت خاصی برای موتور القایی AC ندارند.
دیگر مزیت کنترل سرعت در موتور الکتریکی قابلیت Soft Start می‏باشد.حالت Soft Start باعث کاهش اصطکاک در موتور الکتریکی و افزایش طول عمر موتور می‏شود.در کاربرداهایی مانند کنترل تسه نقاله،کنترل حرکت بازوی رباتیک و خودروی الکتریکی،موتورهایی با سرعت متغییر بعنوان کنترل مکانیسم محسوب می‏شنود زیرا در اغلب مواردی که نیروی محرکه اولیه توسط یک موتور الکتریکی ایجاد می‏شود با کنترل دقیق سرعت آن مزایای عملی بسیاری ایجاد می‏شود.در برخی کاربردها ترمز واکنشی امکان‏پذیر میباشد،در جایی که موتور بعنوان مولد الکتریکی برای کاهش سرعت دستگاه استفاده میشود.ترمز واکنشی انرژی جنبشی ماشین الکتریکی را به شبکه برق که ممکن است در سایر فرایندها بعنوان مولد استفاده شود منتقل می‏کند و باعث کاهش مصرف انرژی و کاهش اصطکاک در ماشین الکتریکی می‏شود. شاید تعجب کنید که با وجود تمام مزیت‏های ذاتی پمپ‏ها، فن‏ها و کمپرسورهای با سرعت متغییر،چرا همیشه از شیرهای کنترلی جهت تنظیم جریان سیال استفاده می‏شود و یا چرا  از پمپ‏های با سرعت متغییر استفاده نمی‎‏شود؟
چندین جواب برای این سوال‏ها وجود دارد: 
•غالباً دستگاه‏های با سرعت متغییر بعنوان شیر کنترلی، نمی‏توانند بسرعت میزان جریان سیال را کاهش و یا افزایش دهند.
•شیر‏های کنترلی توانایی توقف جریان مثبت را دارند؛یک پمپ و یا دمنده متوقف شده لزوماً از عبور سیال جلوگیری نمی‏کند.
•در برخی از فرآیندها باید یک عنصر اتلاف کننده وجود داشته باشد تا سیستم بتواند کار کند.
•تقسیم دامنه ممکن است دشوار یا غیر ممکن باشد که با کنترل سرعت چندگانه بدست میاید.
•گزینه های محدود برای کنترل وضعیت خرابی ایمن (fail-safe) 


کنترل سرعت موتور DC
موتور الکتریکی DC گشتاور را با واکنش بین دو میدان مغناطیسی ایجاد می‏کند؛یکی میدان ایجاد شده توسط سیم‏پیچ ثابت و دیگری میدان ایجاد شده توسط سیم‏پیچ آرمیچر.بعضی از موتورهای DC فاقد سیم‏پیچ هستند و بجای  آن از آهن‏ربای دائمی استفاده شده است که در نتیجه در تمامی شرایط میدان مغناطیسی ثابت است.
با این حال مجموعه‏ایی از نوارهای مسی بنام کموتاتور اتصال الکتریکی با سیم ‏پیچ هم تراز را قطع کرده و سیم ‏پیچ دیگری را خارج از تراز در جهت ایجاد میدان مغناطیسی برای ادامه چرخش آرمیچر مغناطیس می‏کند.اتصال الکتریکی بین بخش‏های دوار کموتاتور و منبع تغذیه توسط برس‏های کربنی ایجاد می‏شود. این جاروبکها دائماً در حال سایش هستند و باید بصورت دوره ‏ای تعویض شوند.اکثرا موتورهای DC صنعتی با چندین سیم ‏پیچ بر روی آرمیچر ساخته می‏شوند.


موتورهای DC بین مقادیر مکانیکی و الکتریکی ارتباطات زیر را نشان می‏دهد:
گشتاور:
•گشتاور ایجاد شده با شدت میدان مغناطیسی آرمیچر رابطه مستقیم دارد،که به نوبه خود با جریان عبوری از سیم‏پیچ آرمیچر رابطه مستقیم دارد.
•گشتاور ایجاد شده با قطبیت میدان مغناطیسی ساکن رابطه مستقیم دارد،که به نوبه خود با جریان عبوری از سیم‏پیچ رابطه مستقیم دارد.(در موتورهای DC بدون آهن‏ربای دائم)
سرعت:
•سرعت بوسیله ضد نیروی محرکه الکتریکی (EMF) که توسط آرمیچر در حال چرخش ناشی از میدان مغناطیسی می‏گردد،محدود می‏شود.ضد نیروی محرکه الکتریکی (EMF) با سرعت آرمیچر و قطبیت میدان مغناطیسی ساکن رابطه مستقیم دارد.(در موتورهای DC بدون آهن‏برای دائم با جریان عبوری از سیم پیچ رابطه مستقیم دارد.)
•همچنین سرعت با ولتاژ آرمیچر رابطه مستقیم دارد.
•سرعت با شدت میدان مغناطیسی ساکن رابطه معکوس دارد،که به نوبه خود با جریان عبوری از سیم‏پیچ رابطه مستقیم دارد.(در موتورهای DC بدون آهن‏ربای دائم با جریان عبوری از سیم پیچ رابطه مستقیم دارد.)


با کاهش مقاومت کنترلی میدان جریان عبوری از سیم‏ پیچ افزایش میابد که در نتیجه میدان مغناطیسی افزایش میابد،که دو اثر بر روی عملکرد موتور دارد:
اول،موتور گشتاور بیشتری نسبت به قبل ایجاد خواهد کرد (به ازاء همان مقدار ازجریان عبوری از آرمیچر) زیرا میدان مغناطیسی قوی‏تری برای به حرکت درآوردن آرمیچر ایجاد می‏شود.
دوم،سرعت موتور کاهش خواهد یافت چون که ضد نیروی محرکه الکتریکی (EMF) بیشتری توسط آرمیچر دوار در همان سرعت چرخش ایجاد می‏شود.بطور عکس ممکن است با افزایش مقاومت کنترلی میدان و تضعیف میدان مغناطیسی ساکن توسط آرمیچر دوار سرعت موتور افزایش یابد.
ممکن است جریان تنظیم کننده میدان تعادل بین سرعت و گشتاور را تغییر دهد، اما توان موتور را کاهش می‏دهد.به این ترتیب برای کنترل توان خروجی در موتور DC باید ولتاژ و جریان آرمیچر را تغییر داد،برای این کار ممکن است از مقاومت‏های متغییر استفاده شود که این روش به دلیل تلفات توان منسوخ شده.
راه حل بهتر استفاده از یک مدار کنترل قدرت الکترونیکی است که به سرعت ترانزیستورها را خاموش و روشن کند و برق اعمال شده به آرمیچر را خاموش و روشن کند.به این روش مدولاسیون پهنای باند PWM گفته می‏شود.
بطور کلی چنین مدار کنترل الکترونیکی قدرت به درایور اشاره دارد.بنابراین یک درایور با سرعت متغییر (VSD) یک مدار توان بالا برای کنترل سرعت موتور DC می‏باشد.ممکن است در درایورها سرعت چرخش موتور بصورت دستی و یا با اعمال یک سیگنال کنترلی فرمان تنظیم شود.یک تکنولوژی قدیمی برای راه‏اندازی موتورهای DC استفاده از مدارهای یکسوساز کنترل شده بود،که برای تبدیل جریان AC به DC از SCR بجای دیودهای معمولی استفاده می‏شد.
مدارهای یکسوساز کنترل شده بر اساس تغییر پالس تریگر نسبت به شکل موج جریان AC کار میکنند.در واقع چیزی که از یک درایور با سرعت متغییر مطلوب است، کنترل دقیق سرعت موتور است.به همین دلیل بسیاری از درایورها طوری طراحی شده‏اند که بوسیله یک سرعت سنج مکانیکی (tachometer) که به شفت موتور متصل است از سرعت موتور فیدبک گرفته و باعث می‏شود درایور متوجه شود که موتور باید با چه سرعتی گردش کند.سرعت سنج یک ژنراتور کوچک DC است که ولتاژی DC متناسب با سرعت چرخش شفت موتور ایجاد میکند (ولتاژی بین 0 تا 10 ولت) با داشتن حلقه فیدبک برای کنترل سرعت، درایور بعنوان Slave سیگنالی متناسب با سرعت تنظیم شده دریافت کرده که بدنبال آن خروجی کنترل می‏شود.

وجود سیگنال فیدبک از سرعت سنج در درایور به دلایل بسیار اهمیت دارد.اگر سرعت سنج قطع شود، درایور به تصور اینکه موتور متوقف شده توان بیشتری به موتور DC اعمال می‏کند تا سرعت افزایش یابد.در نتیجه قطع شدن فیدبک باعث می‏شود سرعت موتور ناگهان به حداکثر افزایش یابد. که این امر نامطلوب و در موتورهای بزرگ بسیار خطرناک است. در تمامی سیستم‏های کنترل قدرت که بر اساس چرخه کار و طول پالس کار می‏کنند نویز الکتریکی توسط مدارات ایجاد می‏شود.سیگنال مربعی که با قطع و وصل سریع تجهیزات نیمه ‏هادی ایجاد می‏شوند معادل سری بی‏نهایت سیگنال سینوسی فرکانس بالاست که برخی از آن‏ها ممکن است فرکانس بالای کافی برای انتشار امواج الکترومغناطیسی را داشته باشند که ممکن است با توجه به میزان بالای توان در درایورهای موتورهای صنعتی این تداخل فرکانس رادیویی (RFI) شدید باشد.کابل‏های مربوط به موتور و درایور به هیچ وجه نباید از نزدیکی کابل‏های کنترلی و یا کابل‏هایی با سیگنال ضعیف عبور کنند چون باعث تضعیف و خرابی سیگنال ‏ها می‏شوند.نویز RFI موجود بر روی کابل‏های برق AC را می‏توان با استفاده از یک فیلتر پایین گذر بنام راکتور خطی کاهش داد.این فیلتر شامل یک سلف با هسته فلزی است که بصورت سری با درایور قرار می‏گیرد.حذف نویز فرکانس بالا مانع از انتشار آن بر روی سایر تجهیزات الکترونیکی می‏شود.با این حال ممکن است مقدار کمی نویز بین درایور و موتور وجود داشته باشد که با اجرای سیستم ارتینگ و استفاده از کابل‏های شیلددار میتوان آن را از بین برد. 
 
                                                                                                                           مقاله ای درباره درایو  

                                                                                                                   ویدیوهای آموزشی رایگان آلینداس


سه شنبه 10 مرداد 1396 10:24 توسط آلینداس با موضوع اخبار تخصصی
ارسال نظر
نام:  
ایمیل(اختیاری):
(ایمیل شما منتشر نخواهد شد)
نظر شما:

در کمتر از 20 ثانیه عضو شوید و بیش از 200 آموزش رایگان در اختیار شماست.
عضویت و دریافت آموزشهای ویدئویی
نظر ها
دیدگاهی ثبت نشده است
آیا مایل به نظر دادن هستید؟ بله خیر
آلینداس چیست

آلینداس چیست ؟

مجموعه مدرن و تخصصی آلینداس اولین مرجع اینترنتی نقد ، بررسی و فروش تجهیزات صنعتی در کشور است که بر خلاف اغلب سایت های فروش موجود در دنیا امکان جست و جویی عمیق بر روی جزیی ترین ویژگی های تخصصی یک محصول را پیش از خرید در اختیار مشتری قرار داده و وی را در خریدی مطمئن ، آسان ، هوشمندانه و بی اشتباه یاری می رساند .

Copyright © 2017 Alindas Inc. All rights reserved. Terms of Use Updated Privacy Policy