در مبحث قبلی"؛ طبقه بندی موتورهای الکتریکی"؛ ، من انواع مختلف موتور DC براش (BDC) را توضیح دادم که در نمودار زیر آمده است:
امروز ، من موتور DC بدون برس (BLDC) و موتورهای القایی AC را توضیح خواهم داد.
شما می توانید موضوعات مرتبط زیر را برای بررسی و موارد زیر خوب مرور کنید.
اجزای اصلی موتورهای الکتریکی
2- موتورهای DC بدون برس
|
موتورهای DC بدون برس |
در موتورهای براش DC ، کموتاتور مکانیکی و برس های مربوطه به دلایل مختلفی مشکل زا هستند:
سایش قلم مو اتفاق می افتد و در محیطی با فشار کم بطور چشمگیری افزایش می یابد.
اگر محیط حاوی مواد منفجره باشد ، جرقه های برس می تواند باعث انفجار شود.
نویز RF از برس ها ممکن است با تلویزیون های نزدیک ، یا دستگاه های الکترونیکی و غیره تداخل داشته باشد.
موتورهای بدون جریان بدون جاروبک (BLDC) یکی از انواع موتورهایی هستند که به سرعت در حال محبوبیت هستند. موتورهای BLDC در صنایعی مانند لوازم خانگی ، خودرو ، هوافضا ، مصرف کننده ، پزشکی ، تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق استفاده می شوند.
همانطور که از نامش مشخص است ، موتورهای BLDC از برس برای جابجایی استفاده نمی کنند. در عوض ، آنها به صورت الکترونیکی جابجا می شوند.
موتورهای BLDC مزایای زیادی نسبت به موتورهای DC براش دار و موتورهای القایی دارند که برخی از آنها عبارتند از:
سرعت بهتر در مقابل ویژگی های گشتاور.
پاسخ دینامیکی بالا
راندمان بالا.
عمر مفید طولانی.
عملکرد بدون سر و صدا
محدوده سرعت بالاتر
علاوه بر این ، نسبت گشتاور تحویل داده شده به اندازه موتور بیشتر است و در کاربردهایی که فضا و وزن فاکتورهای مهم هستند ، مفید است.
ساخت و ساز
موتورهای BLDC نوعی موتور همزمان هستند. این بدان معناست که میدان مغناطیسی تولید شده توسط استاتور و میدان مغناطیسی تولید شده توسط روتور با فرکانس یکسانی می چرخد.
موتورهای BLDC دارای تنظیمات تک فاز ، 2 فاز و 3 فاز هستند. متناسب با نوع آن ، استاتور دارای همان تعداد سیم پیچ است. از بین این موتورها ، موتورهای 3 فاز محبوب ترین و پرکاربردترین هستند.
1- استاتور
|
استاتور موتور BLDC |
استاتور یک موتور BLDC متشکل از ورقه های فولادی انباشته با سیم پیچ هایی است که در شکاف هایی قرار گرفته اند که به صورت محوری در امتداد محیط داخلی بریده شده اند.
بیشتر موتورهای BLDC دارای سه سیم پیچ استاتور هستند که به صورت ستاره به هم متصل شده اند. هر یک از این سیم پیچ ها با سیم پیچ های متعددی به هم متصل شده و یک سیم پیچ را تشکیل می دهند. یک یا چند سیم پیچ در شکاف ها قرار می گیرد و به هم متصل می شوند تا سیم پیچ ایجاد شود. هر یک از این سیم پیچ ها بر روی محیط استاتور توزیع شده و تعداد قطب های زوجی را تشکیل می دهند.
بسته به قابلیت منبع تغذیه کنترل ، می توان موتور با درجه ولتاژ صحیح استاتور را انتخاب کرد. موتورهای چهل و هشت ولت یا کمتر دارای ولتاژ در خودرو ، روباتیک ، حرکات بازوهای کوچک و غیره استفاده می شود. موتورهای با ولتاژ 100 ولت یا بالاتر در لوازم خانگی ، اتوماسیون و کاربردهای صنعتی استفاده می شوند.
2- روتور
|
روتور موتور BLDC |
روتور از آهن ربای دائمی ساخته شده است و می تواند از دو تا هشت جفت قطب با قطب های شمالی (N) و جنوبی (S) متغیر باشد.
|
موقعیت مغناطیسی روتور BLDC |
بر اساس چگالی میدان مغناطیسی مورد نیاز در روتور ، مواد مغناطیسی مناسب برای ساخت روتور انتخاب می شود. آهنرباهای فریت به طور سنتی برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود.
3- سنسورهای سالن
|
سنسورهای سالن BLDC |
بر خلاف موتور DC براشده ، تعویض موتور BLDC به صورت الکترونیکی کنترل می شود. برای چرخاندن موتور BLDC ، سیم پیچ های استاتور باید به ترتیب دنبال شوند. مهم است که موقعیت روتور را بفهمید تا بفهمید که کدام سیم پیچ به دنبال دنباله انرژی زا انرژی می گیرد. موقعیت روتور با استفاده از سنسورهای Hall Effect تعبیه شده در استاتور تشخیص داده می شود.
اکثر موتورهای BLDC دارای سه سنسور Hall هستند که در قسمت استاتور در انتهای بدون رانندگی موتور تعبیه شده است.
هرگاه قطب های مغناطیسی روتور از نزدیک سنسورهای Hall عبور می کنند ، یک سیگنال بالا یا پایین می دهند که نشان می دهد قطب N یا S از نزدیک سنسورها عبور می کند. بر اساس ترکیب این سه سیگنال سنسور Hall ، می توان توالی دقیق تعویض را تعیین کرد.
بر اساس موقعیت فیزیکی سنسورهای Hall ، دو نسخه خروجی وجود دارد. سنسورهای Hall ممکن است در فاز 60 درجه یا 120 درجه فاز به یکدیگر تغییر کنند. بر این اساس ، سازنده موتور دنباله تعویض را تعریف می کند ، که هنگام کنترل موتور باید رعایت شود.
توجه: سنسورهای Hall به منبع تغذیه نیاز دارند. ولتاژ ممکن است از 4 ولت تا 24 ولت متغیر باشد. جریان مورد نیاز می تواند بین 5 تا 15 اوریون متغیر باشد.
نظریه عملیات
هر دنباله جابجایی یکی از سیم پیچ ها را به قدرت مثبت می رساند (جریان وارد سیم پیچ می شود) ، سیم پیچ دوم منفی است (جریان از سیم پیچ خارج می شود) و سومی در وضعیت بدون انرژی است.
گشتاور به دلیل برهم کنش بین میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ های استاتور و آهنرباهای دائمی روتور تولید می شود.
برای فعال نگه داشتن موتور ، میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ ها باید موقعیت خود را تغییر دهد ، زیرا روتور برای رسیدن به میدان استاتور حرکت می کند. آنچه به عنوان "رفت و آمد شش مرحله ای" شناخته می شود ، دنباله ای از انرژی بخشیدن به سیم پیچ ها را مشخص می کند.
در یک تعویض شش مرحله ای ، تنها دو مورد از سه سیم پیچ بدون موتور DC بدون برس در یک زمان استفاده می شود. پله ها معادل 60 درجه الکتریکی هستند ، بنابراین شش مرحله یک چرخش کامل و 360 درجه ای را ایجاد می کند. یک حلقه کامل 360 درجه می تواند جریان را کنترل کند زیرا تنها یک مسیر جاری وجود دارد. تعویض شش مرحله ای معمولاً در برنامه هایی که نیاز به سرعت بالا و فرکانس های تعویض دارند مفید است. یک موتور DC بدون براش شش مرحله ای معمولاً راندمان گشتاور کمتری نسبت به یک موتور تعویض شده با موج سینوسی دارد.
نرم افزارهای معمول موتور BLDC
ما می توانیم نوع کنترل موتور BLDC را به سه نوع اصلی طبقه بندی کنیم:
بار ثابت
بارهای متغیر
موقعیت یابی برنامه ها
1- برنامه های کاربردی با بارهای ثابت:
اینها انواع برنامه هایی هستند که در آنها سرعت متغیر مهمتر از حفظ دقت سرعت در یک سرعت تعیین شده است. علاوه بر این ، سرعت شتاب و کاهش سرعت تغییر نمی کند. در این نوع کاربردها ، بار مستقیماً به محور موتور متصل می شود.
به عنوان مثال ، فن ها ، پمپ ها و دمنده ها تحت این نوع برنامه ها قرار می گیرند. این برنامه ها نیاز به کنترل کننده های کم هزینه دارند که عمدتا به صورت حلقه باز عمل می کنند.
2- برنامه های کاربردی با بارهای مختلف:
اینها انواع برنامه هایی هستند که بار موتور در محدوده سرعت متفاوت است. این برنامه ها ممکن است نیاز به دقت کنترل سرعت بالا و پاسخ های دینامیکی خوب داشته باشند.
مثلا،
لوازم خانگی: واشر ، خشک کن و کمپرسور.
در خودرو ، کنترل پمپ سوخت ، کنترل الکترونیکی فرمان ، کنترل موتور و کنترل خودروهای برقی.
در فضا ، کاربردهای مختلفی مانند سانتریفیوژها ، پمپ ها ، کنترل بازوهای روباتیک ، کنترل ژیروسکوپ و غیره وجود دارد.
این برنامه ها ممکن است از دستگاه های بازخورد سرعت استفاده کنند و ممکن است در یک حلقه نیمه بسته یا یک حلقه بسته کامل اجرا شوند.
3- برنامه های موقعیت یابی:
اکثر کاربردهای صنعتی و اتوماسیون تحت این دسته قرار می گیرند. برنامه های کاربردی در این دسته دارای نوعی انتقال قدرت هستند که می تواند دنده های مکانیکی یا تسمه تایمر یا یک سیستم ساده تسمه ای باشد. در این برنامه ها ، واکنش پویا سرعت و گشتاور مهم است. همچنین ، این برنامه ها ممکن است معکوس جهت چرخش داشته باشند.
این سیستم ها بیشتر در حلقه بسته عمل می کنند.
در نهایت ، مقایسه بین موتور DC براش (BDC) و موتور DC بدون برس (BLDC) همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است.
دوم: AC Motors
موتورهای جریان متناوب (AC) از جریان الکتریکی استفاده می کنند که جهت آن را در فواصل منظم معکوس می کند.
مزیت اصلی موتورهای DC نسبت به موتورهای AC این است که کنترل سرعت برای موتورهای AC دشوارتر است. برای جبران این امر ، موتورهای AC را می توان به درایوهای فرکانس متغیر مجهز کرد ، اما کنترل سرعت بهبود یافته با کاهش کیفیت قدرت همراه است.
انواع موتورهای AC:
موتورهای AC که امروزه از آنها استفاده می شود به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
موتورهای القایی (ناهمزمان).
موتورهای سنکرون.
موتورهای خطی
این دو نوع موتور در نحوه تامین تحریک میدان روتور متفاوت هستند:
برای موتورهای القایی ، هیچ تحریک روتور خارجی اعمال نمی شود و به دلیل میدان مغناطیسی چرخان استاتور ، جریان به سیم پیچ روتور القا می شود.
برای موتورهای همزمان ، تحریک میدان به سیم پیچ روتور اعمال می شود. این تفاوت در تحریک میدان منجر به تفاوت در ویژگی های موتور می شود ، که به نوبه خود منجر به حفاظت و کنترل های مختلف برای هر نوع موتور می شود.
1- موتور القایی
موتورهای القایی رایج ترین موتورهایی هستند که برای تجهیزات مختلف در صنعت استفاده می شوند.
موتور القایی: به این دلیل نامیده می شود که ولتاژ در روتور القا می شود (بنابراین نیازی به برس نیست) ، اما برای اینکه این اتفاق بیفتد ، چرخش نسبت به روتور باید با سرعت کمتری میدان مغناطیسی را ایجاد کند تا امکان وجود ولتاژ القایی وجود داشته باشد.
بنابراین یک اصطلاح جدید برای توصیف موتور القایی که لغزش است لازم است.
لغزش:
گشتاور رانندگی تنها در صورت وجود جریان القایی در حلقه سایه زنی می تواند وجود داشته باشد. با جریان در حلقه تعیین می شود و تنها در صورت وجود تغییرات شار در حلقه می تواند وجود داشته باشد. بنابراین ، باید در سرعت در حلقه سایه زنی و میدان چرخشی تفاوت وجود داشته باشد. به همین دلیل است که یک موتور الکتریکی که طبق اصل شرح داده شده "موتور ناهمزمان" نامیده می شود.
تفاوت بین سرعت همزمان (Ns) و سرعت حلقه سایه زنی (N) "لغزش" نامیده می شود و به عنوان درصدی از سرعت همزمان بیان می شود.
S=(Nsyn - Nm)/ Nsyn
لغزش کجاست؟ لغزش یکی از مهمترین متغیرها در کنترل و عملکرد ماشین های القایی است.
s=0: اگر روتور با سرعت همزمان کار کند.
s=1: اگر روتور ثابت است.
s –ve است: اگر روتور با سرعتی بالاتر از سرعت همزمان کار کند.
s + ve است: اگر روتور با سرعتی کمتر از سرعت همزمان کار کند.
مزایای:
طراحی ساده ، مقاوم ، ارزان ، تعمیر و نگهداری آسان.
طیف گسترده ای از رتبه بندی قدرت: قدرت کسری تا 10 مگاوات.
اساساً با سرعت ثابت از بدون بار تا بار کامل اجرا کنید.
سرعت آن بستگی به فرکانس منبع تغذیه دارد.
محبوب ترین موتور امروزه در محدوده اسب بخار کم و متوسط.
بسیار محکم در ساخت و ساز.
جایگزین موتورهای DC در مناطقی شده اند که موتورهای DC معمولی نمی توانند مورد استفاده قرار گیرند مانند معادن یا محیط های انفجاری دو نوع بسته به نوع موتور ؛ قفس سنجاب یا حلقه لغزش.
معایب:
کنترل سرعت متغیر آسان نیست.
برای کنترل بهینه سرعت به درایو الکترونیکی قدرت فرکانس متغیر نیاز دارد.
اکثر آنها با ضریب توان عقب افتاده کار می کنند.
اصل کارکرد:
استاتور معمولاً به شبکه متصل است و بنابراین ، استاتور مغناطیسی می شود.
میدان مغناطیسی استاتور سیم پیچ روتور را قطع کرده و ولتاژ القایی در سیم پیچ های روتور ایجاد می کند.
از آنجا که سیم پیچ های روتور کوتاه است ، هم برای قفس سنجابی و هم برای روتور زخم ، و جریان القایی در سیم پیچ های روتور ایجاد می شود.
جریان روتور یک میدان مغناطیسی دیگر تولید می کند.
گشتاور در نتیجه برهمکنش آن دو میدان مغناطیسی تولید می شود.
ساخت و ساز:
موتور القایی دارای دو قسمت اصلی است
1- استاتور
|
استاتور موتور القایی |
این قسمت بی حرکت موتور است. بدنه ای از چدن یا آلیاژ سبک حلقه ای از صفحات نازک فولادی سیلیکونی (ضخامت حدود 0.5 میلی متر) را در خود جای داده است. صفحات با اکسیداسیون یا یک لاک عایق از یکدیگر عایق بندی می شوند. "لمینیت" مدار مغناطیسی تلفات ناشی از پسماند و جریان های گردابی را کاهش می دهد.
صفحات دارای شکاف هایی برای سیم پیچ های استاتور هستند که باعث ایجاد میدان چرخشی می شود (سه سیم پیچ برای موتور 3 فاز). هر سیم پیچ از چندین سیم پیچ تشکیل شده است. نحوه اتصال سیم پیچ ها ، تعداد جفت قطب های روی موتور و در نتیجه سرعت چرخش را تعیین می کند.
2- روتور
این قسمت متحرک موتور است. مانند مدار مغناطیسی استاتور ، شامل صفحات چیده شده ای است که از یکدیگر عایق شده و یک سیلندر کلید خورده به محور موتور را تشکیل می دهند.
انواع موتورهای القایی
|
انواع موتورهای القایی |
موتورهای القایی بر اساس نوع روتور به شرح زیر طبقه بندی می شوند:
A- روتور سنجاب-قفس:
|
سنجاب-قفس روتور |
این شامل میله های رسانای ضخیم است که در شکاف های موازی تعبیه شده اند. این میله ها در دو طرف با استفاده از حلقه های اتصال کوتاه اتصال کوتاه می شوند.
ب- روتور زخم:
|
روتور زخم |
دارای یک سیم پیچ سه فاز ، دو لایه و توزیع شده است. این قطر به اندازه تعداد استاتورها زخم شده است. سه فاز بصورت داخلی سیم کشی می شوند و انتهای دیگر به حلقه های لغزشی متصل شده است که بر روی یک شفت نصب شده و برس هایی روی آنها نصب شده است.
هر یک از دو نوع موتور القایی بالا را می توان به دو گروه اصلی زیر تقسیم بندی کرد:
I- موتورهای القایی تک فاز:
اینها فقط دارای یک سیم پیچ استاتور هستند ، با منبع تغذیه تک فاز کار می کنند ، دارای روتور قفس سنجابی هستند و به دستگاهی برای راه اندازی موتور نیاز دارند. این رایج ترین موتور است که در لوازم خانگی مانند پنکه ، ماشین لباسشویی و خشک کن لباس استفاده می شود و تا 3 تا 4 اسب بخار قدرت دارد.
موتورهای القایی تک فاز همچنین دارای یک روتور زخم هستند که دارای ویژگی های شروع و شتاب عالی هستند و برای اپراتورهای با ارزش ، موتورهای مزرعه ، بالابرها ، ماشین های تعمیر و نگهداری کف ، کمپرسورهای هوا ، تجهیزات لباسشویی و تجهیزات معدنی ایده آل هستند.
II- موتورهای القایی سه فاز:
میدان مغناطیسی دوار توسط منبع متعادل سه فاز تولید می شود. این موتورها دارای قدرت بالایی هستند ، می توانند دارای قفس سنجابی یا روتور زخم باشند (اگرچه 90 درصد دارای روتور قفس سنجابی هستند) و خود راه اندازی می شوند. تخمین زده می شود که حدود 70 درصد از موتورهای صنعت از این نوع هستند ، برای مثال در پمپ ها ، کمپرسورها ، تسمه های نقاله ، شبکه های برقی سنگین و آسیاب ها استفاده می شوند. آنها با قدرت 1/3 تا صدها اسب بخار در دسترس هستند.
حال ، اجازه دهید اولین طبقه بندی موتورهای القایی را بر اساس انواع فوق مشاهده کنیم:
1- تک فاز ، قفس سنجابی ، موتور القایی:
این دسته انواع زیادی دارد همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است.
الف- موتورهای القایی قطب سایه دار
اصل ساخت و بهره برداری:
|
موتورهای القایی قطب سایه دار |
موتورهای قطب سایه دار فقط یک سیم پیچ اصلی دارند و سیم پیچ شروع نمی شود. شروع استفاده از طرحی است که یک حلقه مسی پیوسته را در قسمت کوچکی از هر یک از قطب های موتور حلقه می زند. این بخش از قطب را "سایه" می کند و باعث می شود میدان مغناطیسی در ناحیه سایه دار از میدان در منطقه بدون سایه عقب بماند. واکنش دو میدان باعث چرخش محور می شود.
مزایای:
از آنجا که موتور قطب سایه دار فاقد سیم پیچ شروع ، کلید راه اندازی یا خازن است ، از نظر الکتریکی ساده و ارزان است.
سرعت را می توان صرفاً با تغییر ولتاژ یا سیم پیچ چند ضربه ای کنترل کرد.
از نظر مکانیکی ، ساختار موتور قطب سایه دار امکان تولید حجم بالا را می دهد.
این موتورها معمولاً موتورهای یکبار مصرف محسوب می شوند ، به این معنی که تعویض آنها بسیار ارزان تر از تعمیر است.
معایب:
گشتاور شروع کم آن معمولاً 25 تا 75 درصد گشتاور نامی است.
این یک موتور لغزش بالا با سرعت کار 7 تا 10 درصد کمتر از سرعت همزمان است.
به طور کلی ، کارایی این نوع موتور بسیار پایین است (زیر 20).
برنامه های کاربردی:
هزینه اولیه پایین ، موتورهای قطب سایه دار را برای استفاده از اسب بخار کم و یا کاربردهای سبک مناسب می کند. شاید بیشترین کاربرد آنها در فن های چند سرعته برای مصارف خانگی باشد. اما گشتاور کم ، راندمان پایین و ویژگی های مکانیکی کمتر محکم ، موتورهای قطب سایه دار را برای بیشتر مصارف صنعتی یا تجاری غیرمجاز می کند ، جایی که نرخ چرخه بالاتر یا کار مداوم یک هنجار است.
در موضوع بعدی ، من توضیح خواهم داد انواع دیگر موتورهای القایی تک فاز ، سنجاب قفس. بنابراین ، لطفاً موارد زیر را ادامه دهید.
