انواع موتور های dc

انواع موتورهاي ‌DC

1. موتور شنت: اگر موتور، توسط ولتاژي ثابت تغذيه شود، مشخصه‌هاي تحريك مجزا و يا تحريك شنت را نمي‌توان از يكديگر تفكيك نمود، در هر دو حالت، سيم‌پيچ تحريك توسط ولتاژي تغذيه مي‌شود كه مستقل از جريان دريافتي توسط آرميچر است. بنابر اين منطقي است كه از يك منبع جهت تحريك و آرميچر استفاده گردد.

2. موتور سري: موتور سري مطلوب‌ترين موتور زير يك كيلووات با سرعت بار كامل بين 4000 تا 10000 دور در دقيقه (د ـ د ـ د) است. موتور سري با قابليت استفاده از منبع تغذيه مستقيم و يا متناوب، سرعتي زياد با دامنه وسيع و گشتاور راه‌اندازي بزرگ (حدود 500% مقدار نامي) دارد و محرك ايده‌آلي براي كاربردهاي مختلف با توان چند وات تا چند صد كيلووات است. گشتاور بيشينة كوتاه مدت اين موتور را در كمتر از 400% مقدار نامي محدود نگاه مي‌دارد. گر چه اين موتور از نظر شكل تقريباً شبيه موتور شنت است وليكن، آرميچر و ميدان آن به طور سري (و نه موازي) نسبت به خط متصلند. اين مشخصه اجازه مي‌دهد كه موتور سري براي بهره‌برداري با جريان متناوب و يا مستقيم طراحي شود.

3. موتور فراگيري (يونيورسال): عصر رفاه‌طلبي ايجاب مي‌كند كه در كاربردهايي از قبيل وسايل برقي خانگي،‌ وسايل صنعتي برقي قابل حمل و غيره، بتوانيم اين دستگاه‌ها را توسط هر منبع تغذيه‌اي چه مستقيم و جه متناوب به كار ببريم. از اينرو با اصلاح كامل طرح و رفع اشكالات موجود در موتور سري جريان متناوب، موتور فراگير (يونيورسال) ساخته شد. موتور جامع سبك‌وزن است و سرعت زيادي دارد. اين موتور در لوازم خانگي (كه وزن كم اهميت دارد) از قبيل جارو‌برقي، درل، چرخ خياطي، و ... به وفور يافت مي‌شود. اگر چه سرعت زياد، معمولاً يك مزيت است اما مشكلاتي را هم به وجود مي‌آورد. سرعت زياد به ويژه عمر ياتاقان و جاروبك را كاهش مي‌دهد. موتور فراگير بزرگ غالباً در سيستمهاي حمل و نقل به كار مي‌رود و در اين گونه كاربردها جهت كاهش مشكلات خاموش‌سازي، فركانس به 25 هرتز محدود مي‌گردد.

4. موتور مركب: در بعضي كاربردها از موتور مركب كه داراي هر دو سيم‌پيچي تحريك موازي و سري است، استفاده مي‌شود. اگر جهت ميدان سري، مخالف جهت ميدان موازي باشد، در اين صورت موتور را مركب كاهنده مي‌نامند. اين موتور به دليل ناپايداري سرعت (تضعيف فوران با بار سبب افزايش شديد سرعت مي‌شود) مورد استفاده عمومي ندارد. بارهاي مكانيكي همين كه سرعت بالا رود به گشتاور زيادتري نياز دارند. مشخصه بالا رونده سرعت ـ گشتاور موتورهاي مركب كاهنده، وقتي اين موتورها به چنين بارهاي بته شوند، وضع ناپايداري پديد مي‌آورد. سرعت، گشتاور را افزايش مي‌دهد و گشتاور، سرعت را و ... ـ اگر در مقابل،‌ميدان تحريك سري به ميدان تحريك موازي كمك نمايد، در اين حالت موتور را مركب افزاينده مي‌نامند و روشن است كه مشخصه‌هاي اين موتور بين موتورهاي شانت و سري قرار مي‌گيرد.

5. موتورهاي دسي آهنربايي

موتور دي‌سي آهنربايي

موتور دي‌سي آهنربايي براي تأمين فوران به جاي كلاف جريان دارد، از مواد آهنرباي دائم استفاده مي‌كند. هر سال،‌ بي‌اغراق ميليونها موتور آهنرباي دائم ساخته مي‌شود كه براي به كار انداختن برف‌پاك‌كن و شوينده شيشه خودرو، دمنده رادياتور، بالا و پايين بردن پنجره‌ها، دستگاه‌هاي تهويه مطبوع و غيره به كار مي‌روند. همين موتورها در ماشين‌هاي اسباب‌بازي، مسواك برقي، راه‌انداز موتور كشتي و در لوازمي كه با باتري تغذيه مي‌شوند، به كار مي‌روند.

اين موتورها تا توان 200 اسب بخار براي صنعت توليد شده است.

مزيت بزرگ اين موتور اين است كه به جريان تحريك نياز ندارد. اين امر موجب صرفه‌جويي در انرژي، نسبت به موتور هم ارز با قطبهاي سي‌پيچي شده در طول عمر نوعي ماشين مي‌شود. مواد آهنرباي دائم گرانند اما اندازه قطب تحريك آهنربايي بسيار كمتر از اندازه قطب هم‌ارز سيم‌پيچي شده است. بدين ترتيب ماشين بر روي هم كوچكتر مي‌شود. كاهش بهاي ساير مواد، دست كم بخشي از بهاي آهنربا را جبران مي‌كند.

در موتور دي‌سي آهنربايي، فوران قطبرا نمي‌توان كنترل نمود و بنابر اين سرعت و گشتاور با جريان زياد آرميچر كنترل مي‌شود. در بيشتر موارد كنترل، به كار بردن كنترل مدار آرميچر، بر كنترل مدار تحريك حتي در ماشين با قطب سيم‌پيچي شده برتري دارد. بنابراين انتخاب موتور آهعنربايي براي كاربردهاي صنعتي كه به كنترل دقيق نياز دارند چيزي را فدا نمي‌كند و حذف منبع جداگانه جريان تحريك، اغلب مزيت بزرگي است.

اثر فوران ثابت بر مشخصات كاركرد ماشين دي‌سي، بسيار ساده است. در واقع، كاركرد موتورهاي دي‌سي آهنربايي به كاركرد ماشين شانت خيلي شباهت دارد. استفاده از آهنرباهاي دائم جهت توليد تحريك در موتورهاي dc، در محدوده معيني از ابعاد مزاياي اقتصادي را در بر خواهد داشت. در موتورهاي كوچك (با قطر حدوداً زير mm70) ساختار آهنرباي الكتريكي نمي‌تواند از نظر قيمت با آهنرباهاي دائم رقابت كند. اما در قطرهاي حدوداً بالاي mm150 بررسي‌هاي اقتصادي منجر به استفاده از موتورهاي با آهنرباي الكتريكي [1][1] مي‌شود. بديهي است كه در محدوده‌اي از ابعاد، اين دو نوع موتور از نظر قيمت با هم رقابت دارند. بعضي از موتورهاي مربوط به خودرو و اغلب موتورهاي مربوط به وسايل خانگي در اين محدوده ابعادي قرار دارند.

مشخصه گشتاور ـ سرعت موتور dc آهنرباي دائم، تقريباً خط مستقيمي است كه بين دو نقطه سرعت بي‌باري در روي محور عمودي و گشتاور ايستا در روي محور افقي كشيده شده است. موتورهاي آهنرباي دائم به علت نداشتن تلفات ميدان، بالقوه نسبت به موتورهاي با آهنرباي الكتريكي كارامدتر مي‌باشند. همچنين موتورهاي آهنرباي دائم در محدوده‌اي گسترده، از راندمان بالا برخوردار مي‌باشند. اهميت راندمان بالا در افزايش عمر باتري تجهيزات قابل حمل، روشن و بديهي است.

موتورهاي آهنرباي دائم بدون عيب نيز نمي‌باشند. براي مثال، هنگامي كه ملاحظات اقتصادي، استفاده از آهنرباهاي سراميكي را تحميل مي‌نمايد، چگالي شار فاصله هوايي نسبت به موتوري با آهنرباي الكتريكي با ابعاد مشابه، كمتر خواهد بود. اگر چه اين امر در اكثر موارد، مستلزم افزايش در قطر آرميچر مي‌باشد، اما هميشه اين مسئله افزايش متناظر در قطر كلي را موجب نخواهد گرديد. علت اين امر آن است كه ابعاد شعاعي هر قطب آهنربا هميشه كمتر از ارتفاع قطب سيم‌پيچي گرديد. علت اين امر آن است كه ابعاد شعاعي هر قطب آهنربا هميشه كمتر از ارتفاع قطب سيم‌پيچي شده مي‌باشد. اين استدلال به راحتي با بررسي معادله زير روشن مي‌گردد.

بابكارگيري مقاديرنوعي براي پارامترها در RHS معادله بالا، آمپر دور در هر متر از سيم‌پيچ ميدان حدود بدست مي‌آيد. مقدار mmf يك آهنرباي سراميكي در نقطه توليد ماكزيموم انرژي حدود مي‌باشد. بنابر اين، ضخامت آهنربا حدود 60 درصد ارتفاع سيم‌پيچ ميدان خواهد بود.

در صورتي كه موتور آهنرباي دائم درست طراحي نشود ممكن است مغناطيس زدايي جزئي بوسيله ميدان عكس‌العمل آرميچر بوجود آيد. با اين حال امروزه اين امر مشكل چنداني نيست زيرا روشهاي CAD ( طراحي به كمك كامپيوتر) موجود و در دسترس مي‌باشند و از طريق اين روشها قادر خواهند بود طراحي‌هاي بسيار دقيق را فراهم سازند.

ساختمان موتور با آهنرباي دائمي

ساختمان موتورهاي با آهنرباي دائمي كوچك تا قدرت نامي چند كيلووات كاملاً با موتورهاي موازي فرق دارد. در چنين ماشينهاي كوچك از آهنرباي فريت كه دانه‌هاي آنها جهت‌دار است استفاده شده و قبل از قرار گرفتن در استاتور آهنربا مي‌شوند.

براي قدرت نامي معين معمولاً لازم است آرميچر موتور با آهنرباي دائمي را قدري بزرگتر از موتور موازي (شنت) در نظر گرفت زيرا چگالي شار فاصله هوائي كه با آهنرباي فريت به دست مي‌آيد محسوساً كمتر از قطبهاي با سيم‌پيچي است. اما در اثر صرفه‌جوئي در فضاي ناشي از حذف پيچك‌هاي تحريك موتور با آهنرباي دائمي بجاي قطبهاي پيچيده شده مي‌توان 30 درصد كاهش در وزن ماشين بدست آورد.

در موتورهاي بزرگ با آهنرباي دائمي كه سوار كردن قطبهاي بزرگ مغناطيس شده از جنس فريت يا آلياژ ديگر ممكن نيست، لازم است قطبهاي ماشي را به سيم‌پيچي تحريك بعد از سوار كرده تنه قطبهاي مغناطيس نشده مجهز كرد. لازم نيست مقطع اين سيم‌پيچي بزرگ باشد زيرا بنا نيست دائماً تحريك شوند. با اين حال وجودشان به ماشين‌ساختاري مشابه موتور شنت مي‌دهد.

روشهاي كنترل سرعت

موتورهاي جريان مستقيم به دليل داشتن تيغه‌هاي مسي، از بقيه موتورها از نظر خريد، نگهداري و تعميرات بسيار گرانتر هستند. با اين وجود همانطور كه قبلاً هم گفته شد، موتور دي‌سي به دو دليل خريداران زيادي دارد:

1- موتورهاي دي‌سي مشخصه‌هاي مكانيكي متفاوتي دارند (شانت، سري و مركب).

2- روش‌هاي مختلف مطلوب و ارزان‌قيمتي براي كنترل سرعت آنها موجود است.

در بسياري از كاربردهاي صنعتي، به كنترل سرعت موتورهاي الكتريكي نياز است. موتور دي‌سي از نظر كنترل سرعت نقش ارزنده‌اي ايفا مي‌كند، زيرا به راحتي مي‌توان سرعت آنرا از كمتر تا بالاتر از سرعت مبنا كنترل نمود. همچنين سيستمهاي كنترل دور موتور دي‌سي ارزانتر از سيستمهاي كنترل دور موتور اي‌سي است. در ادامه براي درك بيشتر مطلب، بعضي از واژه‌هاي مورد استفاده تعريف مي‌شوند:

كنترل سرعت:

به معني آنست كه مشخصة گشتاور ـ سرعت جابجا شود.

سرعت مبنا:

سرعتي كه موتور تحت ولتاژ نامي آرميچر و جريان تحريك نامي دارد، "سرعت مبنا" ناميده مي‌شود. سرعت مبنا مساوي سرعت نامي يا سرعت حك شده بر روي "پلاك مشخصات" موتور است.

انتظام سرعت:

تغيير سرعت به آن معني است كه "نقطه كار" روي مشخصه گشتاور ـ سرعت حركت كند. اگر تغيير سرعت از بي‌باري تا بار كامل، باشد در اينصورت "انتظام سرعت" از نسبت به سرعت نامي به دست مي‌آيد:

درصد

پهنه سرعت:

تفاضل سرعت بيشينه و كمينة مجاز موتور، "پهنه سرعت" موتور ناميده مي‌شود.

محركة توان ثابت:

اگر توان محور موتور (گشتاور محور سرعت) در دامنه‌اي از سرعت، ثابت باقي بماند، يك سيستم "محركة توان ثابت" خواهيد داشت. بايد متوجه بود كه در اين سيستم، گشتاور سنگين‌تر در سرعت كمتر حاصل مي‌شود. اندازه موتور هم بر اين اساس انتخاب مي‌گردد.

محركه گشتاور ثابت:

در صورتيكه گشتاور محور موتور در دامنه‌اي از سرعت، ثابت باقي بماند، يك سيستم " محركة گشتاور ثابت" داريد. در اين سيستم، توان موتور با كم و زياد شدن سرعت تغيير مي‌كند. رابطه‌اي ساده براي مشخصة گشتاور ـ سرعت تنها در موتور شانت موجود است و براي ساير موتورها،‌مشخصه به منحني اشباع بستگي دارد. با ياد‌آوري معادلة گشتاور ـ سرعت در ادامه، متوجه خواهيد شد كه عامل‌هاي كنترل سرعت، مقاومت مدار آرميچر، فوران و ولتاژ پايانه هستند. (ضمناً اين مطلب براي موتورهاي سري و مركب نيز صادق است).

كنترل مقاومت آرميچر

روش "كنترل مقاومت آرميچر" يا رئوستايي احتمالاً قديمي‌تر روش كنترل سرعت است كه امروزه هنوز به ويژه در موتور سري مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اينروش ولتاژ پايانه و جريان تحريك (و يا فوران) ثابت هستند و كنترل سرعت توسط تغيير مقاومت آرمير صورت مي‌پذيرد. زمانيكه رئوستايي با مدار آرميچر سري بسته شود، در حقيقت كل مقاومت مدار آرميچر افزايش مي‌يابد. رابطه بالا نشان مي‌دهد كه اين افزايش مقاومت سبب كاهش سرعت حالت پايدار به استثناء شرايط بي‌باري ايده‌آل مي‌گردد. شكل زير مشخصه گشتاور سرعت را تحت مقاومتهاي مختلف آرميچر نشان مي‌دهد. مقاومت رئوستا را مي‌توان طوري تنظيم كرد كه سرعتهاي مختلف (از صفر تا سرعت مبنا) تحت گشتاور ثابت (جريان آرميچر ثابت) حاصل گردد.

اين سيستم كنترل سرعت نسبتاً ساده و ارزان‌قيمت است ولي معايب زير را نيز دارد:

1- سرعت تنها كاهش مي‌يابد و هيچگاه بالاتر از سرعت مبنا نمي‌رود.

2- اين روش در بي‌باري تقريباً بي‌اثر است.

3- موتور خاصيت "سرعت ثابت" خود را از دست مي‌دهد (انتظام سرعت افزايش مي‌يابد).

4- از حداكثر توان توليد شده به نسبت كاهش سرعت كاسته مي‌شود.

5- انرژي زيادي در مقاومت تنظيم تلف مي‌شود. تلفات توان با كاهش سرعت نسبت مستقيم دارد. تحت گشتاور ثابت، جريان آرميچر ثابت است و توان ورودي به موتور ثابت مي‌ماند. توان تبديل شده از رابطة به دست مي‌آيد. بازدهي در اين روش كنترل عبارت است از:

اگر براي پايين آوردن سرعت كار، افزايش داده شود، طبق رابطة بالا بازدهي كاهش و در نتيجه هزينه بهره‌برداري افزايش مي‌يابد.

از اينرو، روش رئوستايي در شرايطي كه موتور به طور مداوم خاموش و روشن مي‌شود و يا تنها براي مدتي كوتاهي به سرعتهاي كم احتياج است (جرثقيل، بالابر ، قطار) مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

كنترل ولتاژ آرميچر

دومين روش كنترل سرعت، تغيير ولتاژ آرميچر است. اين روش براي موتور تحريك ـ مستقل و تحريك ـ سري استفاده مي‌شود. در اين سيستم كنترل سرعت، فوران و يا جريان تحريك و مقاومت آرميچر ثابت نگاه داشته مي‌شود.

كه و ثابت هستند. در بارهائي از قبيل آسانبر و بالابر كه گشتاور بار ثابت است، سرعت طبق معادله بالا با ولتاژ پايانه، رابطة خطي دارد. در كاربردهاي عملي جهت استفاده بهتر از موتور هر گاه تغيير سرعت توسط تغيير ولتاژ پايانه صورت پذيرد، جريان آرميچر در مقدار نامي ثابت نگاه داشته مي‌شود. اين روش در حقيقت شبيه به روش كنترل مقاومت آرميچر است كه اجازة كار با سرعتهاي كمتر را مي‌دهد بدون آنكه معايب روش مزبور را داشته باشد. همان گونه كه گفته شد معمولاً كنترل سرعت با جريان آرميچر و فوران ثابت انجام مي‌پذيرد كه در اين صورت تا سرعت مبنا، گشتاور ثابت به دست مي‌آيد. توان ورودي از منبع به موتور نيز نسبت به سرعت، به طور خطي تغيير مي‌كند. اين نوع عمل‌كرد تا سرعت مبنا را بهره‌برداري در شرايط "گشتاور ثابت ـ توان متغير" مي‌نامند.

كنترل ولتاژ آرميچر، سرعت را به آرامي كنترل كرده و تغيير مي‌دهد و مي‌توان سرعت را از صفر تا سرعت مبنا تغيير داد. در اين روش شيب مشخصة گشتاور ـ سرعت تغيير نمي‌كند (انتظام سرعت ثابت مي‌ماند) و توان نيز تلف نمي‌شود. اين سيستم كنترل به دليل نياز به منبع دسي با ولتاژ متغير، قدري گران است.

اساس كار موتور DC

وقتي كه از يك هادي در ميدان مغناطيسي جريان الكتريكي عبور كند. بر اين هادي نيرويي وارد مي شود كه طبق قانون دست راست فلمينگ مي توان جهت حركت هادي را تعيين نمود. قانون دست راست فلمينگ بيان مي كند اگر انگشت اشاره جهت ميدان مغناطيسي را نشان دهد و انگشت مياني به جهت عبور جريان اشاره كند، در اين صورت انگشت شصت جهت حركت هادي را نشان مي دهد و مي توان مقدار نيروي وارد بر هادي را تعيين نمود.

(1-1)

طول هادي برحسب متر m L:

جريان هادي برحسب آمپر A I:

شدت ميدان مغناطيسي برحسب تسلا T B:

زاويه بين خطوط ميدان مغناطيسي و هادي

نيروي وارد بر هادي برحسب نيوتن N F:

در صورتيكه يك حلقه در داخل ميدان مغناطيسي وجود داشته و جريان الكتريكي از آن عبور كند حلقه قادر است يك دوران 1800 انجام دهد. بنابراين براي چرخش مداوم حلقه لازم است تا به نحوي جهت جريان الكتريكي حلقه بعد از دوران 1800 الكتريكي عوض شود. براي اين منظور از وسايلي استفاده مي كنيم كه جهت جريان را عوض كنند. به اين وسايل كموتاتور گفته مي شود. در يك موتور DC براي داشتن يك حركت يكنواخت لازم است از تعداد زيادي حلقه استفاده شود و كموتاتورها بگونه اي عمل كنند كه جريان در هر حلقه در زمان عبور آن از زير قطب مغناطيسي برقرار شود. در شكل (2-2) نحوة عملكرد كموتاتور و گشتاور اعمال شده به حلقه رسم شده است.

محور خنثي

وقتي كه حلقه اي موازي خطوط ميدان مغناطيسي حركت مي كند ولتاژ القايي در دو سر حلقه صفر است بنابراين خط عمود بر خطوط ميدان مغناطيسي را محور خنثي گويند. روي محور خنثي ذغالها قرار مي گيرند تا تعويض جهت جريان در حلقه انجام گيرد. موقعيت ذغالها در شكل نشان داده شده است.

اثر تغيير محور خنثي

همان طور كه گفته شد ولتاژ القايي روي محور خنثي صفر است و تغيير جهت جريان در هاديهاي روتور توسط ذغالهايي كه روي اين محور قرار گرفته اند انجام مي گيرد. در اثر عبور جريان از حلقه هاي روتور ميدان مغناطيسي ديگري بوجود مي آيد كه باعث عدم تقارن ميدان مغناطيسي مي شود و محور خنثي تغيير مي كند. در اين حالت بايد مكان ذغالها تغيير كند زيرا در روي محور خنثي قبلي ولتاژ القايي وجود دارد و تغيير جهت جريان در حلقه ها باعث بوجود آمدن جرقه و كوتاه شدن عمر كموتاتورها و حتي ذوب آنها مي شود. اثر ديگري كه تغيير مكان محور خنثي دارد كم شدن شار متوسط زير قطبهاست. با كم شدن شار قطبها سرعت موتور افزايش مي يابد.

كموتاسيون

تغيير جهت جريان در هاديهاي روتور را كموتاسيون گويند.

بعلت تغيير محور خنثي، كموتاسيون با جرقه همراه خواهد بود كه براي اصلاح آن از روشهاي زير استفاده مي كنيم.

- انتقال ذغالها به مكان محور خنثي جديد

- استفاده از قطبهاي كمكي

- استفاده از سيم پيچهاي جبران كننده

انواع مختلف موتور DC

در اثر عبور جريان الكتريكي از هادي در ميدان مغناطيسي، هادي به حركت در مي آيد. اساس عملكرد موتور نيز روي عبور جريان از سيم پيچهاي روتور كه در ميدان مغناطيسي استاتور قرار گرفته اند، مي باشد. به روشهاي گوناگون مي توان ميدان ناشي از سيم پيچهاي استاتور را بوجود آورد. براساس نحوه توليد ميدان تحريك، موتورهاي DC طبقه بندي مي شوند انواع مختلف ميدان تحريك عبارتند از:

- تحريك جداگانه (مستقل)

- تحريك سرخود

تحريك جداگانه (مستقل)

با اتصال يك منبع جداگانه DC به هاديهاي استاتور همواره ميدان تحريك ثابتي خواهيم داشت. جريان ميدان تحريك در اين روش مستقل از جريان بار است. اين روش احتياج به دو منبع مستقل DC دارد.

مقاومت سيم پيچهاي ميدان تحريك RF

اندوكتانس سيم پيچهاي ميدان تحريك LF

مقاومت سيم پيچهاي آرميچر RA

اندوكتانس سيم پيچهاي آرميچر LA

منبع تحريك ميدان VF

منبع تحريك آرميچر VL

افت ولتاژ دو سر ذغالها VB

ولتاژ القايي در روتور EC

جريان بار IA

جريان ميدان تحريك IF

· تحريك سرخود

در اين روش از جريان آرميچر، ولتاژ ترمينال موتور و يا تركيبي از اين دو متغير براي ايجاد ميدان تحريك استفاده مي شود و به منبع تغذيه مستقل احتياج نداريم.

موتورهاي تحريك سرخود به گروههاي زير طبقه بندي مي شوند:

- موتور تحريك شنت

- موتور تحريك سري

- موتور تحريك كمپوند

· موتور تحريك شنت

اساس كار ميدان تحريك شنت مانند ميدان تحريك مستقل است با اين تفاوت كه فقط از يك منبع DC استفاده مي شود در صورتي كه ولتاژ ترمينال همواره ثابت باشد تفاوتي بين موتور تحريك مستقل و موتور شنت وجود نخواهد داشت.

مدار معادل يك موتور شنت به صورت زير است.

· مشخصه خروجي موتور شنت:

با توجه به مدار معادل شكل (4-2) و روابط گشتاور القايي خواهيم داشت:

با در نظر گرفتن سه رابطه فوق، معادله گشتاور – سرعت موتور به صورت زير خواهد بود.

عكس العمل آرميچر باعث كاهش شار متوسط زير قطبها و افزايش سرعت موتور مي شود، بنابراين نمودار گشتاور – سرعت موتور شنت را در دو حالت با در نظر گرفتن عكس العمل آرميچر و بدون عكس العمل آرميچر را مي توان به صورت زير در نظر گرفت.

· موتور تحريك سري

در موتور سري، سيم پيچهاي ميدان به طور سري با سيم پيچهاي آرميچر قرار گرفته اند و جريان آرميچر از آن عبور مي كند بنابراين تعداد دورهاي سيم پيچ ميدان سري كم و قطر آنها زياد است.

مدار معادل موتور سري به صورت زير است.

مقاومت سيم پيچهاي آرميچر RA

اندوكتانس سيم پيچهاي آرميچر LA

مقاومت سيم پيچهاي سري RS

اندوكتانس سيم پيچهاي سري LS

افت ولتاژ دو سر ذغالها VB

با صرفه نظر كردن از افت ولتاژ دو سر ذغالها معادله ولتاژ موتور به صورت زير خواهد بود:

· موتور كمپوند DC

موتور كمپوند تركيبي از موتور سري و موتور شنت است. در صورتيكه شار ميدان شنت شار ميدان سري را تقويت كند به آن كمپوند اضافي و در صورتيكه شار ميدان سري، شار ميدان شنت را تضعيف كند به آن كمپوند نقصاني گفته مي شود. هر يك از كمپوندهاي اضافي يا نقصاني به دو دسته ديگر بنام كمپوند بلند و يا كمپوند كوتاه تقسيم مي شوند.

در موتور كمپوند بلند جريان ميدان شنت مستقل از تغييرات جريان بار است ولي در كمپوند كوتاه تغييرات جريان بار باعث تغييرات جريان ميدان شنت مي شود. مدار معادل موتورهاي كمپوند بلند و كمپوند كوتاه در زير رسم شده است.

مدار معادل كمپوند كوتاه مدار معادل كمپوند بلند

بنابراين در موتور كمپوند شار ميدان برآيند شار ميدان شنت، ميدان سري و عكس العمل آرميچر است كه مي توان به صورت زير نشان داد.

ميدان برآيند Fnet

ميدان شنت Fsh

ميدان سري FSE

ميدان عكس العمل آرميچر FAR

تعداد دورهاي ميدان شنت Nsh

تعداد دورهاي ميدان سري NSE

راه اندازي موتور DC

در ابتداي راه اندازي موتور DC ولتاژ القايي در هادي روتور صفر است يعني داريم EC=0 در اين حالت جريان شديدي از آرميچر عبور مي كند كم است. اين جريان شديد باعث آسيب رسيدن به موتور مي شود. بنابراين لازم است در ابتداي راه اندازي به نحوي مقدار جريان IA كم شود.

براي كاهش IA در ابتداي راه اندازي از مقاومتهايي سري با سيم پيچ آرميچر استفاده مي كنيم و در هر مرحله مقدار مقاومت را كم مي كنيم تا اينكه IA به مقدار نامي خود برسد. مشخصه هاي سرعت و جريان موتور شنت در شكلهاي زير براي راه اندازي مقاومتي يك موتور شنت نشان داده شده است.

راه اندازي مقاومتي موتور شنت

كم كردن مقاومت راه اندازي به دو صورت ممكن است انجام گيرد. روش اول توسط يك اپراتور و روش دوم توسط رله هاي تأخيري.

روش اول داراي خطا و مشكلاتي است كه عبارتند از:

- نياز به يك اپراتور براي راه اندازي هر موتور DC

- در صورتيكه مقاومتها به سرعت از مدار آرميچر برداشته شوند ممكن است جريان بيشتر از جريان نامي شود و به موتور آسيب برسد.

- اگر مقاومتها به كندي از مدار آرميچر برداشته شوند باعث تلفات زيادي در موتور و ايجاد حرارت مي شود.

مقايسه كلي بين موتورهاي DC و AC

بعلت اينكه موتورهاي DC داراي كموتاتور و جاروبك هستند، هزينه بيشتري براي تعمير و نگهداري آنها بايد صرف شود. معمولاً بين كموتاتورها در موتورهاي DC جرقه زده مي شود بنابراين در مكانهايي كه خطر اشتعال وجود دارد از آنها استفاده نمي شود. در كارهائيكه احتياج به تنظيم سرعت دقيق داريم معمولاً از موتور شنت استفاده مي شود و براي راه اندازي بارهاي سنگين نيز موتور سري بكار مي رود.

مزيت عمده موتورهاي AC نسبت به موتورهاي DC در هزينه تعمير و نگهداري آنها و هم چنين احتياج نداشتن به يك منبع DC است. در كارهائيكه احتياج به يك سرعت ثابت با راه اندازي بارهاي سنگين داريم موتورهاي AC بهتر از موتورهاي DC هستند.

يكي از مهمترين مسائل موتورها، راه اندازي موتورها در شروع كار است. در هنگام راه اندازي جريان شديدي از موتور عبور مي كند و ممكن است باعث اختلال در كار دستگاههاي ديگر بشود. همان طور كه قبلاً‌ ذكر شد موتورهاي القائي جريان راه اندازي در حدود 5 تا 7 برابر جريان نامي از شبكه دريافت مي كنند.

در موقعيتهايي كه جريانهاي راه اندازي ايجاد مشكل مي كنند از موتورهاي القايي روتور سيم پيچي شده استفاده مي كنيم. مزيت عمده اين نوع موتورها، جريان راه اندازي كم و گشتاور راه اندازي زياد آنها است. روش عمده اي كه در موتورهاي DC براي كم كردن جريانهاي راه اندازي استفاده مي شود، بكار بردن مقاومتهايي سري با مدار آرميچر است كه به تدريج از مدار آرميچر خارج مي شوند، اين روش تلفات زيادي را بهمراه دارد. امروزه با پيشرفت در عناصر نيمه هادي و المانهاي قدرت سعي مي شود كه بيشتر از موتورهاي AC استفاده شود تا هزينه تعمير و نگهداري را كاهش دهند.

موتورها معمولاً در قدرتهاي متفاوتي ساخته مي شوند، استاندارد موتورهاي توان بالا موجود است. با بالا رفتن توان احتياج به جريان و ولتاژ بيشتري براي موتور خواهيم داشت، در صورتيكه ولتاژ ترمينالهاي موتور را افزايش دهيم جريان مورد نياز موتور كم مي شود. كاهش جريان موتور نيز باعث كاهش قطر سيم پيچهاي موتور مي شود و هزينه ساخت كاهش مي يابد. البته عوامل مختلف ديگري در طراحي موتورهاي با قدرت بالا مؤثر هستند و ولتاژ استاندارد موتورهاي القايي بزرگ موجود است.

با توجه به محيط كارخانه سيمان و اثر گرد و غبار روي عملكرد موتورهاي DC و پيشرفتي كه در زمينه كنترل موتورهاي القايي در صنعت صورت گرفته است، در صنعت سيمان از موتورهاي القايي بيشتر استفاده مي شود كه در بخش بعدي به بررسي آنها مي پردازيم.

هر چقدر توان موتور بالا مي رود، لازم است كه ولتاژ اعمال شده نيز به موتور افزايش پيدا كند. معمولاً موتورهاي 380 تا 460 ولت را فشار ضعيف و موتورهاي 460 تا 2300 ولت را فشار متوسط و موتورهاي بالاتر از 2300 ولت را فشار قوي مي نامند.

در صورتيكه گشتاور راه اندازي و گشتاور ماكزيمم مناسب بخواهيم از موتورهاي القايي استفاده مي كنيم. موتورهاي القايي در مقايسه با موتورهاي DC داراي حجم و وزن كمتري هستند و نگهداري و تعميرات موتورهاي القايي نيز به مراتب كمتر از موتورهاي DC است.

در مكانهايي كه لازم است سرعت دقيقي داشته باشيم در گذشته از موتورهاي DC استفاده مي شود ولي اكنون با استفاده از كنترل كننده AC سعي مي شود از موتور القايي استفاده شود.

مزاياي مهم كنترل كننده هاي AC را مي توان به صورت زير برشمرد:

- براحتي مي توان از آنها استفاده نمود.

- استفاده از نمايشگرهاي ديجيتالي كه امكان مشاهده پارامترهاي مختلف را فراهم مي كنند.

- قابليت برنامه ريزي و مدل كردن كنترل كننده هاي PI و PID

- ايجاد كنترل روي سيستمهاي گشتاور ثابت، توان ثابت و سيستمهاي ترتيبي (سيستمهاي متوالي)

- قيمت پائين در مقايسه با كنترل كننده هاي آنالوگ

- قابليت اطمينان زياد

- استفاده از المانهاي قدرت مانند ترانزيستورهاي IGBT كه مي توانند با فركانس زيادي قطع و وصل شوند تا بدين صورت كنترل سيستم بهتر صورت گيرد.

- قابليت كنترل فركانس از 01/0 تا 500 هرتز بدين ترتيب مي توان كنترل دقيقي روي سرعت موتور انجام داد و انرژي را صرفه جويي كرد.

- مشخصه ديناميكي مناسب كه امكان كنترل سرعت و شتاب را به خوبي فراهم مي كند

انواع موتور های dc

مطالب مشابه :

انواع موتور از نظر موقعیت سیلندرها

انواع موتور هواپیما و هلیکوپتر

بخش تولید قدرت(انواع موتور)

انواع موتور های dc

بررسی انواع موتور سیکلت ها

انواع موتور

انواع موتور تولید شده برای پژو 206