تعرف على الطرق المهمة للتحكم في سرعة محرك التيار المستمر

جرب أداة القضاء على المشاكل





في فترة 18ذالقرن نفسه ، كان هناك تطور محركات DC. لقد تم تحسين تطوير محركات التيار المستمر على نطاق واسع ويتم تطبيقها بشكل كبير في العديد من الصناعات. في الفترة المبكرة من القرن التاسع عشر ومع التحسينات التي تم إجراؤها في عام 1832 ، تم تطوير محركات التيار المستمر في البداية بواسطة الباحث البريطاني ستورجون. اخترع نوع المبدل الأولي لمحرك DC حيث لديه القدرة على محاكاة الآلات أيضًا. ولكن قد يتساءل المرء عن وظيفة محرك التيار المستمر ولماذا من المهم معرفة التحكم في سرعة محرك التيار المستمر. لذلك ، تشرح هذه المقالة بوضوح تشغيلها وتقنيات التحكم في السرعة المختلفة.

ما هو محرك DC؟

يتم تشغيل محرك تيار مستمر باستخدام التيار المباشر حيث يحول الطاقة الكهربائية المستلمة إلى طاقة ميكانيكية. يؤدي هذا إلى حدوث تغيير دوراني في الجهاز نفسه وبالتالي توفير الطاقة لتشغيل تطبيقات مختلفة في مجالات متعددة.




يعد التحكم في سرعة محرك التيار المستمر أحد أكثر الميزات المفيدة للمحرك. من خلال التحكم في سرعة المحرك ، يمكنك تغيير سرعة المحرك وفقًا للمتطلبات ويمكنك الحصول على التشغيل المطلوب.

آلية التحكم في السرعة قابلة للتطبيق في العديد من الحالات مثل التحكم في حركة المركبات الآلية ، وحركة المحركات في مصانع الورق ، وحركة المحركات في المصاعد حيث أنواع مختلفة من محركات التيار المستمر يستخدم.



مبدأ عمل محرك DC

يعمل محرك DC البسيط على مبدأ أنه عندما يتم وضع موصل ناقل للتيار في a المؤمنين المغناطيسي د ، تواجه قوة ميكانيكية. في محرك DC عملي ، يكون المحرك هو الموصل الذي يحمل التيار ويوفر المجال مجالًا مغناطيسيًا.

عندما يتم تزويد الموصل (المحرك) بتيار ، فإنه ينتج التدفق المغناطيسي الخاص به. يضيف التدفق المغناطيسي إما إلى التدفق المغناطيسي بسبب لفات المجال في اتجاه واحد أو يلغي التدفق المغناطيسي بسبب اللفات الميدانية. يؤدي تراكم التدفق المغناطيسي في اتجاه واحد مقارنة بالاتجاه الآخر إلى إحداث قوة على الموصل ، وبالتالي يبدأ في الدوران.


وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، ينتج عن العمل الدوراني للموصل EMF . هذا EMF ، وفقًا لقانون Lenz ، يميل إلى معارضة السبب ، أي الجهد المزود. وبالتالي ، يتمتع محرك التيار المستمر بخاصية خاصة جدًا تتمثل في ضبط عزم الدوران في حالة الحمل المتغير بسبب EMF الخلفي.

لماذا يعد التحكم في سرعة محرك التيار المستمر مهمًا؟

يظهر التحكم في السرعة في الماكينة تأثيرًا على سرعة دوران المحرك حيث يؤثر هذا بشكل مباشر على وظائف الماكينة وهو مهم جدًا لأداء ونتائج الأداء. في وقت الحفر ، كل نوع من المواد له سرعة دوران خاصة به ويتغير بناءً على حجم الحفر أيضًا.

في سيناريو تركيبات المضخة ، سيكون هناك تغيير في معدل الإنتاجية وبالتالي يجب أن يكون الحزام الناقل متزامنًا مع السرعة الوظيفية للجهاز. تأتي هذه العوامل إما بشكل مباشر أو غير مباشر تعتمد على سرعة المحرك. لهذا السبب ، ينبغي للمرء أن يفكر في سرعة محرك التيار المستمر ومراقبة أنواع مختلفة من طرق التحكم في السرعة.

يتم التحكم في سرعة محرك التيار المستمر إما يدويًا بواسطة العامل أو باستخدام أي أداة تحكم تلقائية. يبدو أن هذا يتعارض مع تحديد السرعة حيث يجب أن يكون هناك تنظيم للسرعة يتعارض مع التباين الطبيعي في السرعة بسبب التباين في حمل العمود.

مبدأ التحكم في السرعة

من الشكل أعلاه ، فإن معادلة الجهد بسيطة محرك بتيار مستمر يكون

الخامس = إب + إيرا

V هو الجهد الموفر ، و Eb هو EMF الخلفي ، و Ia هو تيار المحرك ، و Ra هو مقاومة المحرك.

نحن نعلم ذلك بالفعل

إب = (PøNZ) / 60 أ.

P - عدد الأعمدة ،

ثابت

Z - عدد الموصلات

ن- سرعة المحرك

استبدلنا قيمة Eb في معادلة الجهد

V = (PøNZ) / 60A) + IaRa

أو V - IaRa = (PøNZ) / 60A

أي N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø

يمكن أيضًا كتابة المعادلة أعلاه على النحو التالي:

N = K (V - IaRa) / ø ، K ثابت

هذا يتضمن ثلاثة أشياء:

  1. تتناسب سرعة المحرك طرديًا مع جهد الإمداد.
  2. تتناسب سرعة المحرك عكسًا مع انخفاض جهد المحرك.
  3. تتناسب سرعة المحرك عكسًا مع التدفق بسبب النتائج الميدانية

وبالتالي ، يمكن التحكم في سرعة محرك التيار المستمر بثلاث طرق:

  • عن طريق تغيير جهد الإمداد
  • عن طريق تغيير التدفق ، وبتغيير التيار من خلال لف الحقل
  • عن طريق تغيير جهد المحرك ، وتنويع مقاومة المحرك

تقنيات متعددة للتحكم في سرعة محرك التيار المستمر

نظرًا لوجود نوعين من محركات التيار المستمر ، سنناقش هنا بوضوح طرق التحكم في السرعة لكل من سلسلة DC و محركات التحويلة.

التحكم في سرعة محرك التيار المستمر في أنواع السلاسل

ويمكن تصنيفها إلى نوعين وهما:

  • تقنية التحكم في حديد التسليح
  • تقنية التحكم الميداني

يتم تصنيف تقنية التحكم في المحرك إلى ثلاثة أنواع

  • مقاومة المحرك للرقابة
  • التحكم في المحرك المحول
  • الجهد محطة حديد التسليح

مقاومة التحكم في المحرك

يتم استخدام هذه التقنية على نطاق واسع حيث يكون للمقاومة المنظمة اتصال متسلسل بتزويد المحرك. الصورة أدناه توضح ذلك.

التحكم في مقاومة المحرك

التحكم في مقاومة المحرك

يمكن تجاهل فقدان الطاقة الذي يحدث في مقاومة التحكم في محرك سلسلة DC لأن تقنية التنظيم هذه تستخدم في الغالب لفترة طويلة من أجل تقليل السرعة في وقت سيناريوهات تحميل الضوء. إنها تقنية فعالة من حيث التكلفة لعزم الدوران المستمر ويتم تنفيذها بشكل أساسي في قيادة الرافعات والقطارات والمركبات الأخرى.

التحكم في المحرك المحول

هنا ، سيكون المتغير متغير في كل من التسلسل والاتصال المحول مع المحرك. سيكون هناك تغيير في مستوى الجهد الذي يتم تطبيقه على المحرك ويختلف هذا بتغيير السلسلة مقاومة متغيرة . في حين أن التغيير في تيار الإثارة يحدث عن طريق تغيير التحويل المتغير. هذه التقنية للتحكم في السرعة في محرك التيار المستمر ليست مكلفة للغاية بسبب فقد الطاقة الكبير في مقاومة تنظيم السرعة. يمكن تنظيم السرعة إلى حد ما ولكن ليس أعلى من المستوى العادي للسرعة.

طريقة التحكم في سرعة المحرك المحول

طريقة التحكم في سرعة المحرك المحول

الجهد الطرفي حديد التسليح

يمكن أيضًا إجراء سرعة محرك سلسلة DC من خلال إمداد الطاقة للمحرك باستخدام جهد إمداد متنوع فردي ، ولكن هذا النهج مكلف وغير مطبق على نطاق واسع.

يتم تصنيف تقنية التحكم الميداني إلى نوعين:

  • كلبشة المجال
  • التحكم في الحقل المستغل (التحكم في المجال المستغل)

تقنية المحول الميداني

تستخدم هذه التقنية المحول. يمكن تقليل معدل التدفق عبر الحقل عن طريق تحويل جزء من تيار المحرك عبر حقل السلسلة. كلما كانت مقاومة المحول أقل ، يكون تيار المجال أقل. تُستخدم هذه التقنية لأكثر من النطاق العادي للسرعات ويتم تنفيذها عبر المحركات الكهربائية حيث تزداد السرعة عندما يكون هناك انخفاض في الحمل.

مجال التحكم في سرعة محرك التيار المستمر

مجال التحكم في سرعة محرك التيار المستمر

السيطرة على الحقل المستغل

هنا أيضًا ، مع تقليل التدفق ، ستزداد السرعة ويتم تحقيق ذلك عن طريق تقليل لفات المجال من حيث يحدث تدفق التيار. هنا ، يتم حذف عدد النقرات في الملف الميداني وتستخدم هذه التقنية في الجر الكهربائي.

التحكم في سرعة محرك تحويل التيار المستمر

ويمكن تصنيفها إلى نوعين وهما:

  • تقنية التحكم الميداني
  • تقنية التحكم في حديد التسليح

طريقة التحكم الميداني لمحرك تحويل التيار المستمر

في هذه الطريقة ، يتنوع التدفق المغناطيسي الناتج عن لفات المجال من أجل تغيير سرعة المحرك.

نظرًا لأن التدفق المغناطيسي يعتمد على التيار المتدفق عبر لف الحقل ، يمكن أن يتنوع عن طريق تغيير التيار من خلال لف المجال. يمكن تحقيق ذلك باستخدام المقاوم المتغير في سلسلة مع المقاوم المتعرج المجال.

في البداية ، عندما يتم الاحتفاظ بالمقاوم المتغير في أدنى موضع له ، يتدفق التيار المقنن عبر ملف المجال بسبب جهد الإمداد المقنن ، ونتيجة لذلك ، تظل السرعة طبيعية. عندما تزداد المقاومة تدريجياً ، يتناقص التيار خلال لف المجال. وهذا بدوره يقلل من التدفق الناتج. وبالتالي ، تزيد سرعة المحرك عن قيمته الطبيعية.

طريقة التحكم في مقاومة المحرك لمحرك تحويل التيار المستمر

بهذه الطريقة ، يمكن التحكم في سرعة محرك التيار المستمر عن طريق التحكم في مقاومة المحرك للتحكم في انخفاض الجهد عبر المحرك. تستخدم هذه الطريقة أيضًا مقاومًا متغيرًا في سلسلة مع المحرك.

عندما يصل المقاوم المتغير إلى قيمته الدنيا ، تكون مقاومة المحرك في المستوى الطبيعي ، وبالتالي ينخفض ​​جهد المحرك. عندما تزداد قيمة المقاومة تدريجياً ، ينخفض ​​الجهد عبر المحرك. وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض في سرعة المحرك.

تحقق هذه الطريقة سرعة المحرك أقل من النطاق الطبيعي.

طريقة التحكم في جهد المحرك لمحرك تحويل التيار المستمر (طريقة وارد ليونارد)

تقنية Ward Leonard لـ دائرة التحكم في سرعة المحرك DC يظهر على النحو التالي:

في الصورة أعلاه ، M هو المحرك الرئيسي حيث يتم تنظيم سرعته و G يتوافق مع مولد DC متحمس بشكل فردي حيث يتم تشغيله باستخدام محرك ثلاثي الطور وقد يكون إما محرك متزامن أو تحريضي. يُطلق على هذا النمط لمولد التيار المستمر ومجموعة المحركات التي تعمل بالتيار المتردد مجموعة M-G.

يتنوع جهد المولد عن طريق تغيير تيار المجال للمولد. يتنوع مستوى الجهد هذا عند توفيره لقسم المحرك لمحرك التيار المستمر ثم M. من أجل الحفاظ على ثبات تدفق مجال المحرك ، يجب الحفاظ على تيار مجال المحرك ثابتًا. عندما يتم تنظيم سرعة المحرك ، يجب أن يكون تيار المحرك للمحرك هو نفس المستوى المقدر.

سيكون تيار المجال الذي تم تسليمه مختلفًا بحيث يختلف مستوى المحرك للجهد من '0' إلى المستوى المقنن. نظرًا لأن تنظيم السرعة يتوافق مع التيار المقنن ومع تدفق المجال المستمر للمحرك وتدفق المجال حتى يتم تحقيق السرعة المقدرة. وبما أن القوة هي نتاج السرعة والعزم ولها تناسب مباشر مع السرعة. مع هذا ، عندما يكون هناك زيادة في القوة ، تزداد السرعة.

لا يمكن أن توفر كلتا الطريقتين المذكورتين أعلاه التحكم في السرعة في النطاق المرغوب. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤثر طريقة التحكم في التدفق على التبديل ، بينما تتضمن طريقة التحكم في المحرك فقدًا كبيرًا للطاقة بسبب استخدامه لمقاوم في سلسلة مع المحرك. لذلك ، غالبًا ما يكون من المستحسن استخدام طريقة مختلفة - الطريقة التي تتحكم في جهد الإمداد للتحكم في سرعة المحرك.

وبالتالي ، باستخدام تقنية Ward Leonard ، يتم الحصول على محرك الطاقة القابل للتعديل والقيمة الثابتة لعزم الدوران من مستوى السرعة الأدنى إلى مستوى السرعة الأساسية. يتم استخدام تقنية تنظيم التدفق الميداني بشكل أساسي عندما يكون مستوى السرعة أكبر من مستوى السرعة الأساسية.

هنا ، في الوظيفة ، يتم الاحتفاظ بتيار المحرك عند مستوى ثابت بالقيمة المحددة ويتم الحفاظ على قيمة الجهد للمولد ثابتة. في مثل هذه الطريقة ، يستقبل ملف المجال جهدًا ثابتًا ، ويحصل المحرك على جهد متغير.

تتضمن إحدى هذه الأساليب لطريقة التحكم في الجهد استخدام آلية مجموعة المفاتيح لتوفير جهد متغير إلى عضو الإنتاج ، والآخر يستخدم مولدًا مدفوعًا بمحرك تيار متردد لتوفير جهد متغير إلى المحرك ( نظام وارد ليونارد ).

ال مزايا وعيوب ميثو وارد ليونارد جسارة:

فوائد استخدام تقنية Ward Leonard للتحكم في سرعة محرك التيار المستمر هي كما يلي:

  • في كلا الاتجاهين ، يمكن التحكم في سرعة الجهاز بطريقة سلسة لنطاق ممتد
  • هذه التقنية لها قدرة كبح جوهرية
  • يتم موازنة الفولت التفاعلي المتأرجح من خلال محرك ، ويعمل المحرك المتزامن شديد الإثارة كمحرك لذلك سيكون هناك زيادة في عامل القدرة
  • عندما يكون هناك حمل وامض ، يكون محرك الأقراص هو المحرك التعريفي وجود دولاب الموازنة الذي يستخدم لتقليل الحمل الوامض إلى أدنى مستوى

عيوب تقنية وارد ليونارد هي:

  • نظرًا لأن هذه التقنية تحتوي على مجموعة من المحركات والمولدات ، فإن التكلفة تكون أعلى
  • الجهاز معقد في التصميم وله وزن ثقيل أيضًا
  • بحاجة إلى مساحة أكبر للتثبيت
  • يتطلب صيانة دورية وأساسات ليست فعالة من حيث التكلفة
  • ستكون هناك خسائر فادحة وبالتالي ستنخفض كفاءة النظام
  • يتم إنشاء المزيد من الضوضاء

و ال تطبيق طريقة وارد ليونارد هو التحكم السلس في السرعة في محرك التيار المستمر. بعض الأمثلة هي رافعات التعدين ومصانع الورق والمصاعد وطواحين الدرفلة والرافعات.

بصرف النظر عن هاتين التقنيتين ، فإن التقنية الأكثر استخدامًا هي التحكم في سرعة محرك التيار المستمر باستخدام PWM لتحقيق التحكم في سرعة محرك DC. تتضمن PWM تطبيق نبضات متغيرة العرض على محرك المحرك للتحكم في الجهد المطبق على المحرك. تثبت هذه الطريقة أنها فعالة للغاية حيث يتم الاحتفاظ بفقدان الطاقة عند الحد الأدنى ، ولا تنطوي على استخدام أي معدات معقدة.

طريقة التحكم في الجهد

طريقة التحكم في الجهد

يمثل مخطط الكتلة أعلاه بسيطًا تحكم سرعة المحرك الكهربائي . كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه ، يتم استخدام متحكم لتغذية إشارات PWM إلى سائق المحرك. محرك المحرك هو L293D IC الذي يتكون من دوائر جسر H لقيادة المحرك.

يتم تحقيق PWM من خلال تغيير النبضات المطبقة على دبوس التمكين الخاص بمحرك المحرك IC للتحكم في الجهد المطبق للمحرك. يتم تغيير النبضات بواسطة الميكروكونترولر ، مع إشارة الدخل من الأزرار الانضغاطية. هنا ، يتم توفير زري ضغط ، كل منهما لتقليل وزيادة دورة عمل النبضات.

لذلك ، قدمت هذه المقالة شرحًا مفصلاً لتقنيات مختلفة للتحكم في سرعة محرك التيار المستمر وكيف أن التحكم في السرعة هو أهم شيء يجب مراعاته. يوصى علاوة على ذلك بمعرفة وحدة تحكم في سرعة المحرك بتيار مستمر 12 فولت .