موتورهای DC ماشین‌هایی هستند که در همه جا در انواع تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده در کاربردهای مختلف یافت می‌شوند.

به طور معمول، این موتورها در تجهیزاتی مستقر می شوند که به نوعی کنترل چرخشی یا تولید کننده حرکت نیاز دارند.موتورهای جریان مستقیم اجزای ضروری در بسیاری از پروژه های مهندسی برق هستند.داشتن درک خوب از عملکرد موتور DC و تنظیم سرعت موتور، مهندسان را قادر می‌سازد تا برنامه‌هایی را طراحی کنند که به کنترل حرکت کارآمدتری دست یابند.

این مقاله نگاهی دقیق به انواع موتورهای DC موجود، نحوه عملکرد آنها و نحوه دستیابی به کنترل سرعت خواهد داشت.

موتورهای DC چیست؟

پسندیدنموتورهای AC، موتورهای DC نیز انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند.عملکرد آنها برعکس یک ژنراتور DC است که جریان الکتریکی تولید می کند.برخلاف موتورهای AC، موتورهای DC با توان DC-غیر سینوسی و یک طرفه کار می کنند.

ساخت و ساز اساسی

اگرچه موتورهای DC به روش‌های مختلفی طراحی می‌شوند، اما همه آنها شامل بخش‌های اساسی زیر هستند:

• روتور (بخشی از ماشین که می چرخد؛ همچنین به عنوان "آرماتور" شناخته می شود)
• استاتور (سیم پیچ های میدان، یا بخش "ایستا" موتور)
• کموتاتور (بسته به نوع موتور می تواند برس یا بدون برس باشد)
• آهنرباهای میدانی (تامین میدان مغناطیسی که محور متصل به روتور را می چرخاند)

در عمل، موتورهای DC بر اساس فعل و انفعالات بین میدان های مغناطیسی تولید شده توسط آرمیچر چرخان و استاتور یا جزء ثابت کار می کنند.

کنترل کننده موتور بدون براش DC بدون سنسور.تصویر استفاده شده با حسن نیتکنزی ماج.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

موتورهای DC بر اساس اصل الکترومغناطیس فارادی کار می کنند که بیان می کند هادی حامل جریان زمانی که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد نیرویی را تجربه می کند.طبق قانون فلمینگ "قانون چپ دست برای موتورهای الکتریکی"، حرکت این رسانا همیشه در جهتی عمود بر جریان و میدان مغناطیسی است.

از نظر ریاضی، می‌توانیم این نیرو را به صورت F = BIL بیان کنیم (که در آن F نیرو، B میدان مغناطیسی، من برای جریان و L طول رسانا است).

انواع موتورهای DC

موتورهای DC بسته به ساختارشان به دسته های مختلفی تقسیم می شوند.رایج ترین انواع آن عبارتند از: براش یا بدون جاروبک، آهنربای دائمی، سری و موازی.

موتورهای براش و براشلس

یک موتور DC برس خوردهاز یک جفت برس گرافیتی یا کربنی برای هدایت یا رساندن جریان از آرمیچر استفاده می کند.این برس ها معمولاً در مجاورت کموتاتور قرار می گیرند.سایر عملکردهای مفید برس ها در موتورهای dc شامل اطمینان از عملکرد بدون جرقه، کنترل جهت جریان در طول چرخش و تمیز نگه داشتن کموتاتور است.

موتورهای DC بدون جاروبکحاوی برس های کربن یا گرافیت نیست.آنها معمولا حاوی یک یا چند آهنربای دائمی هستند که به دور یک آرمیچر ثابت می چرخند.به جای برس ها، موتورهای DC بدون جاروبک از مدارهای الکترونیکی برای کنترل جهت چرخش و سرعت استفاده می کنند.

موتورهای مگنت دائمی

موتورهای آهنربای دائمی شامل یک روتور است که توسط دو آهنربای دائمی متضاد احاطه شده است.آهنرباها یک شار میدان مغناطیسی را هنگام عبور dc تامین می کنند که باعث می شود روتور بسته به قطبیت در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد.مزیت اصلی این نوع موتور این است که می تواند با سرعت سنکرون با فرکانس ثابت کار کند که امکان تنظیم بهینه سرعت را فراهم می کند.

موتورهای DC سری

موتورهای سری دارای سیم‌پیچ‌های استاتور (معمولاً از میله‌های مسی) و سیم‌پیچ‌های میدانی (کویل‌های مسی) به صورت سری هستند.در نتیجه، جریان آرمیچر و جریان میدان برابر است.جریان بالا مستقیماً از منبع تغذیه به سیم پیچ های میدان می رود که ضخیم تر و کمتر از موتورهای شنت هستند.ضخامت سیم‌پیچ‌های میدان، ظرفیت حمل بار موتور را افزایش می‌دهد و همچنین میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی تولید می‌کند که به موتورهای سری DC گشتاور بسیار بالایی می‌دهد.

موتورهای DC شنت

یک موتور DC شنت دارای آرمیچر و سیم پیچ میدانی به صورت موازی است.به دلیل اتصال موازی، هر دو سیم پیچ ولتاژ تغذیه یکسانی را دریافت می کنند، اگرچه به طور جداگانه تحریک می شوند.موتورهای شنت معمولاً نسبت به موتورهای سری پیچ‌های بیشتری روی سیم‌پیچ‌ها دارند که میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی را در حین کار ایجاد می‌کنند.موتورهای شنت حتی با بارهای مختلف می توانند تنظیم سرعت عالی داشته باشند.با این حال، آنها معمولاً فاقد گشتاور راه اندازی بالای موتورهای سری هستند.

یک مدار کنترل موتور و سرعت نصب شده در مینی دریل.تصویر استفاده شده با حسن نیتDilshan R. Jayakody

کنترل سرعت موتور DC

سه راه اصلی برای دستیابی به تنظیم سرعت در موتورهای سری DC وجود دارد - کنترل شار، کنترل ولتاژ و کنترل مقاومت آرمیچر.

1. روش کنترل شار

در روش کنترل شار، یک رئوستات (نوعی مقاومت متغیر) به صورت سری به سیم پیچ های میدان متصل می شود.هدف این قطعه افزایش مقاومت سری در سیم پیچ ها است که باعث کاهش شار و در نتیجه افزایش سرعت موتور می شود.

2. روش تنظیم ولتاژ

روش تنظیم متغیر به طور معمول در موتورهای شنت dc استفاده می شود.دوباره دو راه برای دستیابی به کنترل تنظیم ولتاژ وجود دارد:

• اتصال میدان شنت به یک ولتاژ مهیج ثابت در حین تامین آرمیچر با ولتاژهای مختلف (معروف به کنترل ولتاژ چندگانه)
• تغییر ولتاژ عرضه شده به آرمیچر (معروف به روش وارد لئونارد)

3. روش کنترل مقاومت آرمیچر

کنترل مقاومت آرمیچر بر این اصل استوار است که سرعت موتور به طور مستقیم با EMF پشتی متناسب است.بنابراین، اگر ولتاژ تغذیه و مقاومت آرمیچر در یک مقدار ثابت نگه داشته شوند، سرعت موتور با جریان آرمیچر نسبت مستقیم خواهد داشت.