روش های کنترل سرعت موتور DC

کنترل سرعت یکی از مهم ترین ویژگی های عملکردی است موتور DC و این یک دلیل کلیدی است که چرا موتورهای DC به طور گسترده در کاربردهایی که نیاز به حرکت دقیق، قابل تنظیم و پاسخگو دارند، استفاده می شود. بر خلاف موتورهای AC که سرعت آنها با فرکانس منبع تغذیه مرتبط است، سرعت یک موتور DC را می توان به آرامی و از نظر اقتصادی از طریق چندین روش به خوبی تنظیم کرد. درک این روش‌ها به مهندسان و طراحان محصول اجازه می‌دهد تا مناسب‌ترین رویکرد را برای یک کاربرد معین، متعادل‌سازی عواملی مانند هزینه، کارایی، گشتاور مورد نیاز و پیچیدگی کنترل انتخاب کنند.

سرعت یک موتور DC توسط رابطه بین ولتاژ آرمیچر، نیروی الکتروموتور عقب، مقاومت آرمیچر و شار مغناطیسی تولید شده توسط میدان کنترل می شود. با دستکاری هر یک از این عوامل می توان سرعت چرخش موتور را کم یا زیاد کرد. در عمل، این در درجه اول از طریق سه روش کنترل الکتریکی به دست می آید، در حالی که چهارمین رویکرد کاملاً مکانیکی با استفاده از کاهنده گیربکس - که اکنون یک روش اصلی و حیاتی در طراحی راه حل موتور است - تنظیم سرعت را بدون هیچ گونه تغییری در سیستم الکتریکی موتور ارائه می دهد.

کنترل ولتاژ آرمیچر

کنترل ولتاژ آرمیچر رایج ترین و پرکاربردترین روش تنظیم سرعت موتور DC است. از آنجایی که سرعت موتور تقریباً متناسب با ولتاژ اعمال شده در سیم پیچ آرمیچر است، افزایش ولتاژ تغذیه باعث می شود موتور سریعتر بچرخد، در حالی که کاهش آن باعث کند شدن موتور می شود. این رابطه باعث می شود که کنترل ولتاژ آرمیچر وسیله ای بصری و بسیار مؤثر برای دستیابی به تنظیم سرعت صاف و مداوم باشد.

در کاربردهای مدرن، ولتاژ آرمیچر معمولاً با استفاده از مدولاسیون عرض پالس (PWM) تنظیم می‌شود، جایی که متوسط ​​ولتاژ تحویلی به موتور با روشن و خاموش کردن سریع منبع تغذیه در یک چرخه وظیفه کنترل‌شده تغییر می‌کند. این روش کارایی عالی، پاسخ سریع و محدوده تنظیم سرعت گسترده را ارائه می دهد، در حالی که گرمای نسبتا کمی در مقایسه با روش های مقاومتی تولید می کند. کنترل ولتاژ آرمیچر مخصوصاً برای کاربردهای کمتر از سرعت نامی موتور مناسب است، جایی که گشتاور خروجی نسبتاً ثابتی را در محدوده سرعت قابل تنظیم حفظ می‌کند و آن را به انتخاب ترجیحی برای درایوهای دقیق، تجهیزات خودکار و دستگاه‌های با باتری تبدیل می‌کند.

کنترل شار میدانی

برای موتورهای DC براش، نیروی الکتروموتور برگشتی توسط شار مغناطیسی و سرعت چرخش تعیین می شود. ولتاژ آرمیچر مجموع نیروی الکتروموتور عقب و افت ولتاژ روی سیم‌پیچ‌های آرمیچر است. از آنجایی که افت ولتاژ سیم پیچ در عملکرد معمولی بسیار کم است، ولتاژ آرمیچر تقریباً معادل نیروی الکتروموتور برگشتی است.

هنگامی که ولتاژ آرمیچر و گشتاور بار ثابت نگه داشته می شوند، سرعت موتور با شار مغناطیسی نسبت معکوس دارد. کاهش شار مغناطیسی نیروی الکتروموتور عقب را کاهش می دهد، اختلاف ولتاژ مدار آرمیچر را افزایش می دهد و جریان آرمیچر را افزایش می دهد. جریان بالاتر افت گشتاور ناشی از شار مغناطیسی ضعیف را جبران می کند و گشتاور خروجی را ثابت نگه می دارد. در نهایت، موتور با شار مغناطیسی کوچکتر سریعتر و با شار مغناطیسی بزرگتر کندتر کار می کند.

برای موتورهای DC با سیم پیچ میدان، شار مغناطیسی را می توان با تغییر جریان میدان تنظیم کرد. یک مقاومت متغیر که به صورت سری در مدار قدرت سیم پیچ میدان متصل می شود، تنظیم را امکان پذیر می کند: کاهش مقاومت باعث افزایش جریان میدان، تقویت میدان مغناطیسی و افزایش شار مغناطیسی می شود.

موتورهای DC آهنربای دائم به سیم پیچ میدان مجهز نیستند و میدان مغناطیسی آنها توسط آهنرباهای دائمی تامین می شود. برای افزایش شار مغناطیسی می توان از آهنرباهایی با عملکرد مغناطیسی بالاتر استفاده کرد. علاوه بر این، حلقه نگهدارنده مغناطیسی یک جزء با نفوذپذیری مغناطیسی بالا است. این شار مغناطیسی سرگردان را از آهنرباها مهار می کند و مدار مغناطیسی داخلی را بهینه می کند. نصب یک حلقه نگهدارنده مغناطیسی باعث کاهش تلفات مغناطیسی و افزایش شار مغناطیسی موثر برای تبدیل انرژی الکترومکانیکی می شود.

کنترل مقاومت آرمیچر

کنترل مقاومت آرمیچر با قرار دادن یک مقاومت متغیر به صورت سری با مدار آرمیچر باعث کاهش سرعت می شود. با افزایش مقاومت، افت ولتاژ در مقاومت افزایش می‌یابد و ولتاژ کمتری برای به حرکت درآوردن موتور و در نتیجه سرعت پایین‌تر باقی می‌ماند. برعکس، کاهش مقاومت باعث می شود ولتاژ بیشتری به آرمیچر برسد و سرعت را تا مقدار نامی موتور افزایش دهد.

در حالی که این روش ساده، کم هزینه و آسان برای پیاده سازی است، دارای معایب قابل توجهی است. بخش قابل توجهی از انرژی ورودی به صورت گرما در مقاومت پراکنده می شود و در نتیجه بازده کلی پایین تر، به ویژه در سرعت های کاهش یافته می شود. علاوه بر این، این روش فقط امکان کاهش سرعت کمتر از سرعت نامی را فراهم می کند و کنترل نسبتاً درشتی را در مقایسه با روش های الکترونیکی ارائه می دهد. در نتیجه، کنترل مقاومت آرمیچر معمولاً محدود به کاربردهای کم توان، سیستم‌های کنترل پایه، یا موقعیت‌هایی است که تنظیم سرعت غیر بحرانی گاه به گاه کافی است و راه‌حل‌های درایو الکترونیکی با هزینه توجیه نمی‌شوند.

افزودن کاهنده گیربکس

علاوه بر روش‌های کنترل الکتریکی که در بالا توضیح داده شد، سرعت خروجی نیز می‌تواند به صورت مکانیکی با اتصال موتور DC به یک کاهنده گیربکس تنظیم شود. یک گیربکس سرعت چرخشی ارائه شده توسط شفت موتور را کاهش می دهد در حالی که به طور متناسب گشتاور موجود در شفت خروجی را با توجه به نسبت کاهش دنده انتخاب شده برای کاربرد افزایش می دهد.

این رویکرد به ویژه زمانی ارزشمند است که یک برنامه کاربردی به سرعت خروجی ثابت و قابل پیش بینی نیاز دارد که به طور قابل توجهی کمتر از محدوده عملکرد طبیعی موتور است، یا زمانی که گشتاور بالا در سرعت پایین بدون اعمال نیازهای الکتریکی بیش از حد به خود موتور مورد نیاز است. از آنجایی که موتور می تواند در نزدیکی محدوده سرعت و بازده بهینه خود به کار خود ادامه دهد در حالی که گیربکس کاهش سرعت را کنترل می کند، این ترکیب اغلب بازده کلی و دوام بهتری را نسبت به تکیه بر روش های الکتریکی به تنهایی برای دستیابی به سرعت های خروجی بسیار پایین ارائه می دهد. کاهنده های گیربکس به طور گسترده در ارتباط با موتورهای DC برس خورده در کاربردهای روباتیک، اتوماسیون صنعتی، لوازم خانگی و ابزارهای برقی استفاده می شوند و می توان آنها را با هر یک از روش های کنترل سرعت الکتریکی بالا برای تنظیم دقیق بیشتر سرعت خروجی ترکیب کرد.

نتیجه گیری

کنترل سرعت موتورهای DC برای بهینه سازی عملکرد سیستم، افزایش بهره وری انرژی و دستیابی به عملکردهای طراحی شده حیاتی است. هنگام انتخاب یک راه حل مناسب، توجه کامل به تقاضاهای واقعی برنامه، اهداف بهره وری انرژی و بودجه هزینه ضروری است. موتورهای DC برس دار هونگ یانگ موتور دارای طراحی انعطاف پذیر هستند و با راه حل های کنترل سرعت مختلف برای برآوردن نیازهای متفاوت مشتری سازگار هستند. ما تنظیمات جامع محصول و پشتیبانی فنی حرفه ای را برای کمک به تجهیزات برای رسیدن به بهترین حالت عملکرد خود ارائه می دهیم.