amir-shemirani-bargh.blogfa.com

مهندسی برق

ماشین مخصوص :

ماشین مخصوص :

چگونگی ایجاد میدان دوار در سیستم های دوفاز وتک فاز:‏

ماشین دو فازه در استاتورحاوی دوسیم بندی است که محور مغناطیسی آنها به اندازه 90 درجه از هم ‏اختلاف فاز دارند.درشکل دو سیم پیچی ‏AA‏ و ‏BB‏ باهم 90 درجه اختلاف دارند، بافرض اینکه ‏دوسیم پیچ مشابه هستند در این صورتشار حاصله دوسیم پیچ برابر خواهد بود با:‏

                                                            

 

شار نتیجه در نقطه ‏P‏ از فاصله هوایی برابر است با:‏                                     

قابل ذکر است وضعیت مکانی نقطه ‏P‏ طوری است که با محور فاز مرجع یعنی محور مغناطیسی ‏سیم پیچ ‏  ‏ زاویه  می سازد از رابطه بالا نتیجه می شود که شار نتیجه در نقطه ‏P‏ از دو مولد ‏تشکیل شده است.‏

الف-) مولفه ای که بخاطر شار ‏QA‏ در نقطه ‏P‏ می گردد.(‏ QPA‏)‏

ب-)مولفه ای که بخاطر شارQB‏ در نقطه ‏P‏ پیدا می شود.(‏QPB‏)‏

با توجه به دو مولفه زیر:

 


1-‏      ‏ بنابراین شار در نقطه ‏P‏ تابعی از زمان است.‏

‏2-‏      شاردر نقطه ‏P‏ تابعی از وضعیت مکانی نقطه ‏P‏ است که با  مشخص می شود.دیده می شود ‏که شرایط فوق برای میدان دوار سه فاز صادق است و نیز دیده می شود که در لحظهt=0  ‏‎‏ ، ‏QP‏ برابر است با  ودر لحظه ‏t=t1‎‏ برابر است با که نتیجه می شود شار حاصل یک ‏میدان دوار است. بنابراین در یک سیم دو فازه چنان چه قدرت دوفاز اعمال کنیم همانند سیم ‏سه فاز میدان دوار حاصل می شود.‏

نحوه تولید میدان دوّار در یک سیم تک فاز: ‏

چنانچه سیم بندی تک فاز استاتوربه قدرت تک فاز متصل شود در این صورت شار حاصله ‏برابر خواهد بود.

 شار حاصل در نقطه ‏P‏ که در موقعیت  از فاز مرجع قرار گرفته است برابر خواهد بود با:

 

بنابر این نشانه در نقطه ‏P‏ دارای دو مؤلفه است:

رابطه فوق تشبیه میدان حاصل در سیستم دو فاز است با این تفاوت که _ آن نصف شده است ‏همانطور که مشاهده می کنیم شار نتیجه در نقطه ‏P‏ دارای دو مؤلفه است، (راست گرد وچپ ‏گرد). رابطه 1 به مؤلفه راست گرد معروف است ورابطه 2 که به لحاظ دامنه همانند مؤلفه ‏راست گرد است ولی خلاف جهت آن دوران می کند، مؤلفه چپ گرد نام دارد.

 ‏بنابر این در موتور تکفاز دو مرجع حاصل می شود که در جهت خلاف همدیگر در حال دوران ‏هستند.این دو مرجع گشتاورهای مساوی ولی مخالف جهت تولید می کنند.نتیجه می شود که اگر ‏ماشن ساکن باشد گشتاورهای مخالف همدیگر را خنثی می کنند و اگر موتور به برق وصل شود ‏شروع به حرکت نخواهد کرد.بنابر این موتور های القایی تکفاز نیاز به راه اندازی دارند و ‏خودراه انداز نیستند.به عبارت دیگرچنانچه موتور توسط یک مؤلفه خارجی در یکی از دو جهت ‏چپ گرد وراست گرد_ کند ودر همان جهت به گردش خود ادامه دهد.‏

ماشین های ویژه:‏

ماشین های ‏AC‏ و ‏DC‏ بزرگ عمدتاً برای تبدیل انرژی پیوسته مورد استفاده قرار می گیرند امّا ‏در برخی از کاربردها نیازی به تبدیل انرژی از نوع پیوسته نیست.به عنوان مثال می توان از ‏حرکت بازوهای رباط ها نام برد.در این کاربردها هدف تغییر مکان بازوی ربات از وضعیت ‏خاصی به یک وضعیت خاص دیگر است.در این شرایط از ماشین های ویژه که عمدتاً در حالت ‏موتوری کاربرد دارند. اصول عملکرد این ماشین ها همانند اصول عملکرد ماشینهای الکتریکی ‏معمولی است امّا نحوه ساخت، طراحی و بهره برداری از این ماشین ها با ماشین های معمولی ‏تفاوت دارد از جمله این ماشین های سرورموتورها هستند.‏

سرورموتورها که گاهاًبه موتورهای کنترلی معروفند طوری طراحی وساخته می شوند که بتوان ‏از آنها در سیستم های کنترل فیزیک استفاده کرد.‏

توان اسمی این موتورها بین چند دهم وات تاچند صد وات است.پاسخ سرعت این موتورها زیاد ‏است ودارای اینرسی بسیار کمی می باشند لذا قطر این ماشینها کوچک وطول آنها دراز است. ‏ازاین نوع موتورهادر سیستم های رادار و ربات وکامپیوتروانواع ماشین ابزارهااستفاده می شود. ‏اساساً سرورموتورها به دونوع اصلی تقسیم می شوند:‏

‏1-)سروموتورDC‏ ‏

‏2-)سروموتورAC‏ ‏

سروموتورDC‏ ‏:

سروموتورهایDC‏ همان موتورهای ‏DD‏ با تحریک منتقل هستند یا موتورهای ‏DC‏ با قطبهای ‏دائم می باشند.‏

 

مشخصه های فوق بیانگر این واقعیت است که تغییرات گشتاور نسبت به سرعت خطّی است ‏سروموتورهای ‏dc‏ عمدتاً توسط ولتاژآرمیچر کنترل می شود ومعمولاً سیم بندی آرمیچر این ‏موتورها طوری طرّاحی می شود که دارای مقاومت زیاد باشد و بنابراین مشخصه گشتاور ‏سرعت این موتورها خطّی بوده وشیب منفی نسبتاً زیادی دارد. قابل ذکر است که در ماشین های ‏dc‏ نیروی محرّکه مغناطیسی آرمیچر ‏Va‏ و نیروی محرکه مغناطیسی مدار تحری‏ea‏ توان ‏اسمی سروموتورهای ‏DC‏ از چندوات تا چندصدوات می باشد واساساً سروموتورهای با توان ‏بالا از نوع ‏DD‏ می باشند.‏

 

 

 

سروموتورAC :

امروزه در توان های کم از سروموتورهای ‏AD‏ استفاده می شود. این موتورها پرکار و ‏پراستقامت هستند، سروموتورهای ‏AD‏ غیرخطّی هستند و مشخصه گشتاور سرعت آنها به خوبی ‏سروموتورهای ‏DD‏ نمی باشد. قابل ذکر است که گشتاور خروجی سروموتورهای ‏DD‏ کمتر ‏است. سروموتورهای ‏AD‏ درسیستم های کنترلی کاربرد دارند واز نوع موتورهای القایی دو فاز ‏قفسه سنجابی هستند. سروموتورهای القایی دارای مقاومت رتور زیادی هستند و در استاتور ‏حاوی در سیم پیچی می باشند.

 


استاتور در سروموتورهای دارای دوسیم پیچی هست.

الف-)سیم پیچی اصلی(مرجع): که به منبع ولتاژVm‏ وصل است.‏

ب-)سیم پیچی کمکی یا کنترلی: که به منبع متغیر‏Va‏ متصل است.‏

مشخصه گشتاور سرعت در شکل بالا، در صفحه قبل نشان داده شده است.اگر توان مورد نیاز کم ‏باشد رتور را طوری می سازند که اینرسی آن کم باشد این نوع سروموتور در شکل نشان داده ‏شده اند در این موتورها برای ساخت قسمت دوّار از یک هادی غیر مغناطیسی _ شکل نازک ‏استفاده می شود . چون هادی نازک است، مقاومت رتور به شدت افزایش میابد ولذا گشتاورراه ‏اندازی مناسب تولید می شود.‏

 

 

تحلیل سروموتورهای ad‏ :‏

                                                                                                                                  

اگر فرض کنیم مشخصه گشتاور بر حسب سرعت، خطی باشد فاصله این خطوط به ازای ‏تغییرات جزئی در ولتاژ کنترل یکسان باشد گشتاور موتور به شرح زیر قابل تعریف است:

تغییرات گشتاور به ازای تغییر ‏va‏ درسرعت: ‏km‏ ضریب ثابت گشتاور             ‏ ‏        ‏

وقتی رتور حرکت می کند که گشتاور رتور حداقل با گشتاور اینرسی و گشتاور اصطحکاک ‏برابرباشد‎.‎

                    شیب منحنی گشتاور بر حسب سرعت : Fm ضریب ثابت اصطکاک

تحت ولتاژ ثابت Vm

                             تغییرات گشتاور به ازای Va در سرعت : km ضریب ثابت گشتاور

 

وقتی رتور حرکت می کند که گشتاور رتور حداقل با گشتاور اینرسی و گشتاور اصطکاک برابر باشد .

ضریب اینرسی باز = JL

ضریب اصطکاک باز = Fl

                                               

 

 


پاسخ زمانی برای تغییرات پله ای کنترلی (Va ) :

 

 

 


مثال : یک موتور دوفازه ی Ad مفرو است مشخصه ی گشتاور سرعت موتور تحت ولتاژ Va=115V در فرکانس HZ 60 در شکل زیر نشان داده شده است .

در این موتور داریم

الف ) تابه تبدیل   را بدست بیاورید :

 (  وضعیت مکانی بار مکانیکی یارتور را محور مرجع نشان می دهد )

ب )اگر ولتاژa Vصورت پله ای معادل V 115  بشود را برای سرعت  RPM در حوزه ی زمانی بدست بیاورید .

ویژگی های مهم سرو موتور های Ad :

1 ) در تمام نواحی عملکرد و به ازای تمام سرعت ها باید پایدار باشد .

2 ) دارای گشتامد راه اندازی زیاد باشد .

3 ) هنگامی که سطح سیگنال کنترلی به صفر می رسد موتور سریعا متوقف شود .

4 ) سرعت موتور در پاسخ به فرمانهای رسیده از سیستم کنترلی زیاد باشد .

لازمه رسیدن به شرط اول این است که شیب منتحی گشتامد سرعت در تمام نواحی کاری زیاد باشد ( Fm زیاد باشد )تا پایداری سیم تضمین شود برای این منظور از موتور قفس         با مقاومت زیاد استفاده می شود در صورتی که مقاومت موتور زیاد باشد شرط دوم نیز تأمین می گردد لازمه ی رسیدن به تسریع در پاسخ به فرمان های رسیده از موتور است این است که انیرسی موتور کم باشد برای کاهش انیرسی رتور را طوری طراحی می کنند که نسبت به قطر به طول آن کوچک باشد .

در مورد سیستم هایی که به دقت و سرعت پاسخ بالا نیاز دارند از نوع خاص موتور القایی دو خازن با رتور تو خالی استفاده می شود که انیرسی این رتورها پایین است .

البته در مقدار انیرسی باری هم که بر روی محور موتور قرار دارد اثردارد که باید در محسبات طراحی مد نظر قرار گیرد و

گنترل وضعیت یا موقعیت رادار:

 


شکل فوق یک سیستم کنترل حلقه ی بسته را نمایش می دهد در این سیستم سرو موتور Ad دو فاز برای کنترل موقعیت راداراستفاده می شود در این سیستم

دو تا تپاسیومتر وجود دارد :

1 ) تپاسیومترمرجع : که ولتاژ Evef را متناسب با سیگنال موقعیت مرجع یعنی  تولید می کند .

2 ) تپاسیومتر دوم : از محور سرو موتور فرمان می گیرد و ولتاژ E را متناسب با وضعیت محور یعنی      ایجاد می کند تفاوت این دو ولتاژ یعنی E و Evef سیگنال خطاء را به وجود می آورد بنابراین E – Evef = Ee ( سیگنال خطاء ) همان طور که اشاره شد Evef با        متناسب است و E یا     متناسب است بنابر این می توان گفت         سیگنال خطاء به تقویت کنند سرو اعمال می شود این تقویت کننده ولتاژ مورد نظر را متناسب با خطاء یی ایجاد شده ورسیدن موقعیت   ایجاد می کند .  

مثال : بلوک دیاگرام مربوط به سیستم کنترل رادار در شکل زیر نشان داده شده است .

 

 


باید دانست ( s )G تابع تبدیل سیگنال تقویت کننده می باشد . اگر سیگنال فرمان به میزان 1800 به صورت پله ای تغییر کند .

افزایش باید پاسخ زمانی موقعیت رادار را پیدا کند .

 


 


 


مزایای سرو موتورهای دو فاز :

1 ) سادگی ساختمان ماشین و آسان بودن ساخت آن .

2 ) استحکام مکانیکی بسیار بالا و امکان کار در شرایط نامطلوب .

3 ) احتیاج نداشتن به سرویس های دوره ای و تعمیرات متناوب .

4 ) دارای بودن همان انیرسی کم و امکان ساخت به صورت رتورهای توخالی که نتیجه ی آن داشتن سرعت بالا است .

5 ) امکان تحمل حرارت بیشتر رتور

6 )داشتن کارآیی زیاد در قیمت پایین نسبت به انواع مشابه .

در مقابل همه ی محاسن فوق سرو موتورهای 2 فاز دارای یک عیب بزرگ هستند و آن کم بودن راندمان آن نسبت به انواع مشابه است .

همان طور که اشاره شد برای رسیدن به خواص مطلوب در سرو موتورهای 2 فازه رتور این موتورها دارای مقاومت الکتریکی بسیار بالا است که باعث تلفات زیاد رتور شده و راندمان آن کاهش می یابد .

 سرو موتورهای دو فازه با ولتاژهای نا متعاد خود باعث افزایش تلفات شده زیرا در وضعیت نا متعادل 2 میدان دوار به طور همزمان به وجود می آیند که یکی از آنها در خلاف جهت دیگری است . و در خلاف جهت حرکت رتور می باشد و موتور از دید این میدان در ناحیه قرمزی قرار دارد و می دانیم که در این ناحیه انرژی داده شده به موتور در رتور تلف می گردد . این عوامل باعث می شود سرو موتورهای 2 فازه راندمان کمتری نسبت به انواع مشابه داشته باشند و ذا از این موتورها نمی توان در قدرت های بالا استفاده نمود و در قدرت های بالا از سرو موتور های       که راندمان مناسب تری دارند استفاده می شود .

سنکرو :

سنکرو یک وسیله ی الکترومغناطیسی Ad است که قادر است جابجایی مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند سنکرو در سیستم های کنترلی برای انتقال موقعیت و وضعیت محور و همچنین برای ثبت سنکرو نیز به کار می رود انواع مختلف سنکرو وجود دارد که نسبتا به شرح زیر قابل تعریف است .

1 ) سنکرو فرستنده : که با علامت اختصاریCx نمایش داده می شود .

2 ) سنکرو گیرنده : که با علامت اختصاری Cr نمایش داده می شود .

3 ) سنکرو تبدیل کننده : یا سنکرو تراسقور مدی که با علامتCf نمایش داده می شود .

سنکرو فرستنده : دارای استاتور شبیه به ماشین سنکرون سه فاز است رتور سنکرو فرستنده از نوع قطب برجسته بوده و دارای یک سیم پیچ است اگر از طریق حلقه ی لغزان به سیم پیچ موتور ولتاژ Ad القاء گردد در امتداد محور رتور شار متناوبی شکل می گیرد این شار متناوبی به خاطر عمل ترانسورمری( القاء ) در سیم پیچ های استاتور تولید ولتاژ می کند اگر محور رتور در راستای محور مغناطیسی سیم پیچی S2 استاتور قرار گیرد در این صورت شاردر این سیم پیچ ماکزیمم بوده و این وعیت را به عنوان وضعیت الکتریک صفر تعریف می کنند .

 


در شکل رتور در وضعیتی است که نسبت به وضعیت صفر به اندازه ی جابجایی دارد .

سنکرو گیرنده : شبیه سنکرون فرستنده است تنها اختلاف آنها در این است  که در طرف سنکروهای گیرنده یک چرخ طبار موسوم به مستهلک کننده نیز به محور وص است این چرخ طبار برای جلوگیری از نوسانات سنکرو گیرنده بر روی محور قرار دارد .

بدون این مستهلک کننده این امکان وجود دارد که محور سنکرو به صورت ناگهانی به حرکت در آید و سیگنال الکتریکی اضافی تولید کند واغب در عمکرد بی باری امکان این اتفاق وود دارد .

سنکرو ترانسفورمری :

 


 

همان طور که در شکل نشان داده شد بر خلاف سنکرو فرستنده دارای رتور استوانه ای شک است بنابر این دارای فاصله ی هوایی یک نواخت می باشد .

علت یکنواخت بودن شکاف هوایی این است که ترمینال های رتور اساساً باید به یک تقویت کننده وصل شود برای خروجی این تقویت کننده باید یک صرف نظر از موقعیت رتور به وجود آید موقعیت اکتریکی صفر برای سنکرو در شک قبل نشان داده شده است . سنکرو های CT همانند سنکرو های فرستنده استاتور سه فاز است اما هر فاز استاتور در CT از هر فاز استاتور در سنکرو های CX بیشتر است این امر سبب می شود که چندین سنکروCT از طریق یک سنکرو تغذیه شود .

امروزه در سیستم انتقال اطاعات کنترل اتوماتیک و مهندسی کامپیوتر سنکرو که عبارت است از یک ماشین Ad استفارده می شود و معمولا با نام تجاری  سیلیسین Slyness’ و اتوسین Outsets و magslipe و .... وجود دارند سنکرو از نظر عملکرد به سه دسته ی عمده تقسیم می شوند : 1 )انتقال سیستم 2 ) کنترل تراسقورمری 3 ) دیفرانسیلی

عملکرد سنکرودر انتقال مستقیم :

 

 

 

 

این سیستم از دو سنکرو یکی به نام فرستنده و دیگری به نام گیرنده تشکیل شده است هر دو سنکرو دارای مشخصه های یکسان و مشابهند در این سیم سیم پیچ رتور گیرنده دارای وضعیت زاویه ای همانند روتور فرستنده است هر تغییر در فرستنده به طور اتو ماتیک به گیرنده نیز منتقل می شود به طور مثال این تغییرات می تواند به صورت منظم و پله ای باشد سیم پیچی های استاتور گیرنده و فرستنده توسط یک خط به هم ارتباط دارند چنان چه سیم پیچی های رتور گیرنده و فرستنده ( RF و QF ) تحریک شوند شارلحظه ای مغناطیسی در سنکرو تولید شده ودرمدارات استاتور فرستنده و گیرنده نیروی محرکه مغناطیسی القاأ می شود مقدار نیرو محرکه القاء شده بستگی به موقعیت سیم پیچی تحریک دار                   سیم پیچی یک را در سنکرو به عنوان مبنا در نظر بگیریم زاویه جابجایی فرستنده یا و زاویه ی جابجایی گیرنده  است . و اختلاف این زوایا  را زاویه ی خطاء می نامند هنگامی که       مساوی است با  زاویه خطاء صفر استو نیرو محرکه های مساوی در پیچک های استاتور در سنکرو القاء می شوند . و بنا بر این جریانی از خط انتقال عبور نمی کند ؛ اما اگر     مخالف      باشد جریان بین سیم بندی های استاتور در سنکرو و برقراری می شود و کوپل سنکرو نینرانیون به وجود می آید تا زمانی که مجددا    برابر     شده و زاویه ی خطاء صفر گردد .

چنان چه توزیع شار در فصله ی هوایی سنکرو سینوسی فض شود و شار گردشی بین سیم پیچی های استاتور و تحریک بر اساس قانون Cos ها ( متناوب ) تغییر خواهد کرد بنابر این نیرو محرکه القاء شده در سیم پیچی های سه فازه استاتور به صورت زیر قابل تعریف هستند .

این جریان ها با شار متناوب تحریک کوپل های مخالف هم در گیرنده و هم در فرستنده القاء می کنند . معادلات آخری جریان خود سنکرون کردن را تأیید می کند به دلیل این که در زاویه ی خطای    جریان های I1 و I2 و I3 و کوپل های حاصل به طور همزمان صفر می شوند گشتامد سنکرو نیزاسیون را به صورت             و نشان می دهد که            خواهد بود .

    سنکرو کنترل تراستفورمری :

 

 

 

 

 

معمولا جهت سنجش زاویه ی خطا در سرو مکانیزم ها کاربرد دارد این سنکرو ها را می توانیم مانند یک سنکرو گیرنده تصور کنیم که از حیث خروجی باهم متفاوت است خروجی سنکرو گیرنده یک تغییر وضعیت مکانیکی روی محور اسیت در حالی که خروجی یک سنکرو      عبارت است از ولتاژی که در سیم پیچی ثانویه آن القا می شود همان طور که اشاره شد سیم پیچی های روی استاتور به فاصله ی 120  از هم بسته می شوند و همانند بخشی که در سنکرو انتقال سیستم داشتیم .

                                    

اگر فرض کنیم

         

                  

این جریان ها نیروی محرکه مغناطیسی را در امتداد سیم پیچی ثانویه ی       ایجاد کرده که متناسب با جریان می باشد . نیرو محرکه مغناطیسی در سیم پیچی       ایجاد ولتاژ می کند که ولتاژ خروجی برابر خواهد بود            .

یک چنین ولتاژی وقتی که          است یعنی هنگامیکه رتور های گیرنده و فرستنده و یا      و فرستنده در یک راستا هستند ماکزیمم مقدار خود را دارد .

ولی این شرایط دلخواه نیست و در شرایط مطلوب در     مقدار خروجی باید صفر باشد و این امر وقتی امکان پذیر است که رتور     بر اندازه ی      تغییر مکان دهد تا    برابر باشد با                    .

نحوه عملکرد :

 

 

                   

 

 

در سیستم انتقال اطلاعات و همچنین سرو مکانیزم ها کاربرد دارند در این سنکرو وضعیت نهایی مجموع یا اختلاف وضعیت T1 و T2 می باشد شکل 1 شماره یک سنکرو دیفرانسیلی را نشان می دهد . سیم پیچ های تحریک Fw فرستنده های T1 و T2    منبع ولتاژ تک فاز             وصل است . گیرنده ی دیفرانسیلی ( R ) طراحی سیم پیچ های سه فاز روی رتور و استاتور است که این سیم پیچ های به سیم پیچ های ثانویه T1 و T2 متصل هستند از آنجائیکه که سیم پیچ های سه فاز گیرنده توسط سیم پیچ های سه فاز تغذیه می شوند . دو نوع شار در سنکرو نی دیفرانسیلی بوجود می آید که این شار بر حسب موقعیت موتور وضعیت شان نسبت به هم قابل تعیین است .

 تعویض شود : رتور T1 به اندازه ی      در جهت عقربه های ساعت و وتور T2 به اندازه ی    در همان جهت رتور T1 بچرخد همان طور که در شکل نشان داده شده است شاری متناسب با     القاء می شود و کوپل نتیجه سبب می شود        سنکرو دیفرانسیلی یعنی گیرنده به اندازه ی         بچرخد تا این که شار های Q1 و Q2 در راستای هم قرار گیرند و زاویه ی خطاء صفر گردد چنان چه رتور T2 به اندازه      در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد شار T2 نیز به همان اندازه ی در جهت عقربه ساعت می چرخد و در این حالت برای این که شارهای Q1 و Q2 در یک راستای قرار بگیرند باید همانند شکل ( 4 ) به اندازه       بچرخد .

                                                                                                              

 

 

 

 


در این سیستم از یک سنکروی فرستنده و یک سنکروی کنترل ترانسقومری استفاده شده است اگر فرض کنیم روتور        به اندازه ی          جایی شود در این صورت در استاتور   Cx     شار القاء می شود و چون دو استاتور به هم وصلند در سیم پیچ های استاتور    Ct   جریان برقرار شده و جریان که استاتور CT میدانی در امتداد زاویه ی     ایجاد می کند چنان چه رتور Ct   به وضعیت الکتریکی صفر نگه داشته شود مقدار ولتاژ موثر القاء شده در رتور Ct   برابر است با  Emaxsin = E و اگر وضعیت رتور cx همان طور که در شکل نشان داده شده است     x    و t        وضعیت رتور     باشد در این صورت داریم .

دو ولتاژ لحظه ای نیز برقرار است :

قابل ذکر است که       و     نسبت به وضعیت الکتریکی صفر اندازه گیری شده اند هدف از چنین سیستمی آن است که محور خروجی جابجایی زاویه ای محور ورودی را تعقیب کند و خود را با آن همسو نماید . موقعیت الکتریکی صفر در رتور این سیستم 90 نسبت به یک دیگر جابجایی دارند لذا تا زمانی که زاویه 90 بین محور برقرار است e صفر بوده و ورودی سرو موتور صفر است . اگر محور ورودی چرخوانده شود به نحوی که اختلاف فاز       بین محور ها مهم محور این صورت ولتاژ خط ( e ) ایجاد می شود که پس از تقویت توسط تقویت کننده       سرو موتور اعمال می شود موتور به حرکت در آمده به نحوی عمل می کند که ولتاژ خط مجددا صفر شود و جابجایی زاویه ی    بین محور ها بر قرار شود .

 

 

موتور های پله ای ( steeper motor )

موتور های پله ای ، موتور هایی هستند که تحت اعمال پالس های الکتریکی قادرند چند درجه بچرخند معمولا اندازه   (گام)   چرخش در این موتور ها 2 و 5/2 و 5/7 و 15 درجه به ازای هر پالس الکتریکی است . اساسا موتور های پله ای مبدل های الکترومغناطیسی هستند و قادرند پالس های دیجیتالی ورودی را به حرکت بر روی محور تبدیل کنند .در سیستم های کنترل دیجیتالی کاربرد دارند . در این سیستم ها قطاری از پالس ها به وجود می آید تا به صورت پله ای یا گام به گام محور رتور را به چرخش در آورند در موتورهای پله ای نیاز      سنسورهای ( حس کننده وضعیت ) و سیستم های فیزیک وجود ندارد       چابگرهای کامپیوتر و محرک های         کامپیوتر و آدم های آهنی از این موتورها استفاده می شود

 

 

 

 


شکل بالا کاربرد این موتورها را در یک چاپگر نشان می دهد .امروزه موتورهای پله ای سلخته شده در یک ‏دور کام تا 900 په یا گام را طی می کنند .طرح های مدرن از این موتورها قادر است 12 پالس در ثانیه را ‏دریافت می کند و توان  اسمی این موتورها تا چندین اسب بخار است.‏

موفقیت های موتور پله ای :‏

‎(a‏ کنترل دیجیتالی این موتورها به سادگی انجام می پذیرد.‏

‎(b‏ به راحتی می توان آن را متوقف کرد.‏

‎(c‏ احتیاج به فیزیک کنترلی ندارد و به لحاظ کنترل پایدار است.‏

‎(d‏ از نظر ساختمانی مکانیکی ساده و احتیاج به جاروبک ندارد.‏

‎(e‏ راه اندازی الکترونیک این موتورها نسبت به سایر موتورها ساده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.‏

معایب موتور های پله ای:‏

‎(a‏ توان خروجی راه اندازی این موتور ها محدود است.‏

‎(b‏ میزان دوران هر پالس ورودی ثابت است‏

c‏)این موتورها بارهای با اینرسی زیاد نمی توانند تغییر کنند.‏

‎(d‏ راند مان این موتور هوا در مقایسه با موتور های دیگر پایین است .‏

e‏) میزان پرش و نوسان در هر پاسخ پله زیاد است.‏

انواع موتور های پله ای : ‏

‏1.‏       موتور های پله ای از نوع الکترو مکانیکی ‏

‏2.‏       موتور های پله ای از نوع هیدرولیکی ‏

‏3.‏       موتور های پله ای از نوع اکترو مغناطیسی که خود دو نوع اند :‏

a‏ : موتور های پله ای از نوع رلوکتانس متغییر ‏

b‏ : موتور های پله ای مغناطیسی دائم .‏

موتور های رلوکتانس متغییر :‏

‏1 – موتور های یک تکه ‏

‏2- موتور های چند تکه ‏

موتورهای پله ای یک تکه:‏

‏شکل فوق شمای یک موتور یک تکه دو قطبی و چهار فاز را نشان می دهد هر گاه  فازهای استاتور به نوبت ‏توسط  جریان ‏Dc ‎‏  تحریک شوند. شار نتیجه در شکاف هوایی تغییر وضعیت داده و گشتاور مغناطیسی به ‏خاطر اینکه رتور فرو مغناطیسی مای به همسو شدن با محور میدان مغناطیسی  شکاف هوایی می باشد پدید ‏می آورد شک 2 عمکرد این گونه موتورها را با گام های 45 نشان می دهد.‏

جهت چرخش رتور در جهت عقربه ساعت می باشد. نحوه توالی و برق دار کردن سیم پیچ ها ‏A‏ و ‏A+B‏ ‏و ‏B‏ و ‏B+D‏ و ... می باشد که به کرات صورت می پذیرد هرگاه سیم پیچ ‏‎ A‎‏ تحریک گردید رتور با ‏محور سیم پیچی ‏A‏ همسو می شود . آنگاه در سیم پیچی ‏A‏ و ‏B‏ تحریک شوند در این صورت میدان نتیجه ‏‏45 درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخد و رتور نیز همسو با این میدان می شود . ‏

حال اگر ‏B‏ به تنهایی برق وارد شود ، رتور 45 درجه دیگر می چرخد و  می توان این عملیات را تکرار کرد ‏و به نحو چرخش 45 درجه رتور چی برد جهت چرخش را می توان عوض نمود ( خلاف عقربه ساعت ) ‏برای این کار باید توای و ترتیب برقرار کردن سیم پیچ ها)‏

به صورت ‏A‏ و ‏A+D‏ و ‏D‏ و ‏D+d‏  و ... . می باشد اگر بخواهیم پله ها یا گام های چرخش محور ‏کوچکتر شود باید از تور های با تعداد قطب های بیشتر استفاده نمود .

 

 

 


‏موتور های پله ای چند تکه : ‏

‏این موتور ها نیز جزء موتور های پله ای – محسوب می شوند و برای گام های پله ههای کوچک مورد ‏استفاده قرار می گیرد شکل (1) برش طولی یک موتور سه پله را نشان می دهد همان طور که شکل پیداست ‏روتور از سه تکه تشکیل شده و استاتور مربوط به هر تکه دارای تعدادی قطب است در شکل (3) ‏

 

 

شمای یک چنین موتوری نشان می دهد که استاتور آن حاوی چهار قطب می باشد در این شکل جهت سیم ‏پیچ های قطب های استاتور هر تکه طوری است که چهار میدان هم جهت پدید می آید . شک 2 مربوط به ‏تکه ‏A‏ و هم استاتور دارای دندانه یکسان هستند . (12دندانه) فرض کنیم استاتور تکه ‏A‏ بر مدار نگردد . دندانه های راستا تور در این تکه همسو شوند اما دندانه های رتور و استاتور در تکه دیگر همسو شدند . حال اگر به جای استاتور تکه ‏A‏ تکه ‏B‏  را برق دار می کنیم در این صورت  دندا نه های رتور و استاتور در تکه ‏B‏ مایل به همسو شدن هستند لذا رتور یک پله با گام می چرخند اکنون اگر استاتور تکه ‏d‏ بر مدار شود دندانه های رتور و استاتور در این تکه مایل به همسو هستند و لذا باز محور یک تکه ای دیگر می چرخد حال اگر استاتور تکه ‏A‏ تحریک شود دندانه های رتور و استاتور در این تکه های به همسو شدن هستند و لذا با محور یک تکه ای دیگر می چرخد . در حین فرآیند ‏A‏ به ‏B‏ به ‏C‏ به ‏A‏ روتور به میزان یک دندانه حرکت کرده است گام دندانه به اندازه دو دندانه مجاور است . فرض می کنیم ‏K‏ تعداد دندانه رتور و تعداد دندانه رتور و تعداد تکه ها یا فاز ها باشد . ‏

‏(گام دندانه)

(اندازه پله)

برای شکل (2) داریم ‏

 

 

موتور های پله ای از نوع آهن ربایی دائم :‏

استاتور این موتور ها شبیه موتور های پله ای یک تکه می باشد اما رتور آنها از آهن ربای دائم ساخته شده ‏است . شکل (3) یک موتور پله ای دو قطب از نوع آهن ربایی دائم را نشان می دهد در این شک سیم پیچی ‏فاز ‏A‏ تحریک می شود رتور خود را هم جهت حاص می کند اثر سیم پیچ فاز ‏B‏ تحریک شود روتور خود ‏را هم سوی میدان حاصل می نماید . عبارت دیگر گام یا پله 90 درجه حاصل می شود از آنجائیکه ساخت ‏رتور های کوچک به تعداد قطب های زیاد از نوع آهن ربای دائم کار مشکلی است .‏

لذا گام یا پله ای این نوع موتور ها بزرگ بوده و بین 30 تا 90 است .‏

‏                                                                                                            

 


مدار های محرک :‏

سیگنا های فرمان  برای موتور های په ای عمدتا توسط مدار های منطقی که با ‏Cmos‏ ساخته شده اند ایجاد ‏می شوند ‏Cmos‏ یک میلی آمپر لخت ولتا5 تا 15 ولت مهیا می سازد اما موتور های پله ای رتو تامی متغییر ‏که معمولا گشتاوری حدود 2/1 نیوتون متر ایجاد می کنند . بین موتور های پله ای و مدار نرمال که سیگنال ‏ها را تقویت  می کند نیاز داریم .‏

مدار متحرک تک قطبی : شکل (4) یک مدار متحرک تک قطبی را نشان می دهد سیم پیچی فاز متر ‏در در استاتور توسط مدار جداگانه ای تحریک می شود در این سیستم و سیله ای برای تحریک تراتنزیستور ‏می باشند برای تحریک سیم پیچی فاز های استاتور یک سیگنال کنترل پایه ترانزیستور اعمل می گردد باید ‏توجه کرد این سیگنال کنترل جهت تقویت از یک سری تقویت کننده می گذرد و سپس به ترانزیستور اعما ‏می شود برای تحریک کردن سیم پیچی فاز ، جریان نسبتا زیادی از پایه ترانزیستور عبور داده می شود و ‏ترانزیستور را به ناحیه اشباع می رسد و مسیر ‏Ce‏ آن همانند اتصا کوتاه عمل می کند در نتیجه وتاژ تغذیه ‏Vs‏ دو سر سیم پیچی فاز و مقاومت خارجی سری شده با سیم پیچی فاز ( ‏Rext‏ ) اعمل می گردد وتاژ ‏Vs‏ ‏طوری انتخاب می شود که سیم پیچی فاز جریان نامی به را انداد لذا یا

RW‏: مقاومت سیم پیچی فاز است اندوکتانس سیم پیچی فاز زیاد است لذا زمان نسبتا زیادی طول می ‏کشد که جریان به مدار اسمی خود برسد . این امر باعث می گردد در موتور هایی که پله ها یا گام های ‏سریع نیاز نداریم عملکرد موتور نا مطلب گردد . وجود مقاومت خارجی ‏Rext‏ باعث کاهش ثابت زمانی ‏شده و این نقض را بر طرف می کند . هر گاه برای خاموش کردن ترانزیستور جریان پایه قطع شود ولتاژ ‏ابتدایی شدیدی توسط سیم پیچی به سر ترانزیستور اعمال می شود که ممکن است به ترانزیستور صدمه بزند ‏این قضیه را می توان با ایجاد برای جریان سیم پیچی فاز بر طرف نمود این مسیر به مسیر هرزگرد موسوم است لذا هرگاه ترانزیستور خاموش گردد جریان سیم پیچی فاز در مسیر هرزگرد شامل دیود DF و مقاومت RF به چرخش در می آید. ولتاژ دو سر ترانزیستور در لحظه ی قطع به قرار زیر است .                                                                                     Vmax = Vs + IRf

پس جریان سیم پیچی فاز در مسیر بسته حاوی دیود DF و مقاومت های RF و –نزول می کند و انرژی مغناطیسی ذخیره شده دارند –سیم پیچی فاز در هنگام خاموشی ترانزیستور در مقاومت های مسیر بسته (هرزگرد) هدر می رود .

                                                        

 

 


یک موتور پله ای دارای سیم پیچ و از نوع--- متغییر است و داریم:

I=3A و و  یک مدار محرک تک قطبی طوری طراحی کنید که ثابت زمانی الکتریکی آن به هنگام تحریک سیم پیچی ms2 و به هنگام قطع تحریک سیم پیچی ms1 باشد. این موتور 30 گام در ثانیه طی می کند.

در لحظه --- مقاومتRext و Rw وجود دارد.

 

انرژی ذخیره در لحظه قطع برق

                        

این انرژی باید در Rf و Rext و Rw به هدر رود

 

انرژی هدر رفته کد Rf (بر ازای یک بار خاموش شدن)    

  

--

  متوسط توان هدر رفته در

مدار محرك دو قطبي در موتورهاي پله اي

اين نوع مدار معمولا براي تحريك موتورهاي پله اي آهن ربایی دائم كاربرد دارد ولي مي توان آن را براي انواع ديگر موتورهاي پله اي به كاربرد .

تراتريستورها دو به دو روشن مي شوند تا جريان در جهت مورد نياز سيم پيچي قرار گردد مثلا اگر تراتريستور ( تراتريستور ) T1 و T2 همزمان روشن شوند جريان از چپ به راست دو سيم پيچ هانند شكل برقرار مي گردد اگر تراتريستور T3 و T4 همزمان روشن شوند جريان از سمت راست به چپ مطابق شكل برقرار مي گردد .

ديودهاي D1 و D2 و D3 و D4 براي ايجاد مسير       در مدار قرار گرفته اند اگر T1 و T2 روشن شوند جريان از طريق T1 ، سيم پيچي استاتور---- برقرار و دوباره به منبع باز مي گردد .

اگر T1 و T2 خاموش شوند در اين صورت جريان سيم پيچي به خاطر---- وجود اندوكتانس ترول نمي كند لذا جريان سيم پيچي از طريق ديودهاي D3 و D4 به منبع باز مي گردند از اين بحث نتيجه مي گيريم كه مقداري انر‍‍ژي ذخيره شده در سيم پيچ به منبع بر مي گردد . و اين امر باعث بالا رفتن راندمان مي گردد و امتياز بزرگي در مقايسه ها محرك هاي تك قطبي است .

ساختمان موتور dc بدون جاروبك ( BLDCM )

شكل 1-1 ساختار يك موتور BLDCM را نشان مي دهر در اين شكل استاتور همان آرميچر را تشكيل مي دهد و رتور از يك آنهن ربا تشكيل شده است سيم پيچي موتور dc بدون جاروبك مشابه سيم پيچي روتور چند فاز است و غالبا به صورت سه فاز سيم پيچي مي شود . در BLDCM ها تجهيزاتي براي شناسايي موقعيت روتور به منظور سيگنال هاي كنترلي روشن و خاموش كردن سوئيچ هاي الكترونيكي وجود دارد . تفاوت BLDCM با موتورهاي dc معمولي در اين است كه اين موتورها به جاي سيم كموتاسيون از سوئيچ هاي الكترونيكي استفاده مي كنند .

براي تشخيص موقعيت رتور در BLDCM ها از سنسورهاي نوري ( سنسورهاي اژهالژ ) استفاده مي كنند . با توجه به شكل ( 2-1 ) اصول عملكرد Dd يك موتور بدون جاروبك را مي توان بررسي كرد در اين شكل فتوتراتريستورها به عنوان آشكار ساز موقعيت رتور استفاده مي كنند . فتوتراتريستورها PT1 و PT2 و PT3 در فواصل     از هم قرار دارند و از طرق نوري            كوپل شده با محور رتور دريافت مي كند تحريك مي شود . همان طور كه در شكل 2-1 نشان داده شده قطب Sرتور در مقابل قطب Ps استاتور قرار دارد و فتوتراتريستورها PT1 نور را آشكار ميكند در نتيجه تراتريسور TR1 روشن مي شود به محض روشن شدن TR1 جريان از سيم پيچي W1 عبور مي كند بنابر اين قطب P1 وجود مي آيد كه به صورت قطب S خواهد بود و لذا قطب N رتور را جذب مي كند و باعث حركت رتور در جهت فلش نشان داده شده مي گردد .

 وقتي رتور حركت مي كند  شاتر كوپل شده----حركت مي كند و فتوتراتريستور PT1 در تاريكي قرار مي گيرد و TR1 خاموش مي شود ولي در عوض فتوتراتريستور RT2 در روشنايي قرار مي گيرد و لذا TR2 روشن مي شود و جريان از W2 اساتور عبور ميكند و قطب S ديگري به وجود مي آورد كه قطب N رتور را جذب نمود و سبب گردش رتور در جهت فلش نشان داده شده در شكل خواهد شد چنان چه فتوتراتريستور PT2 در تاريكي قرار گيرد فتوتراتريستور PT3 در روشنايي قرار مي گيرد و جريان W3 مي گذرد و قطب P3 به وجود مي آيد كه به صورت قطب S خواهد بود و مجددا باعث مي سود رتور در جهت معين شده حركت كند با تكرار عمليات سوئيچينگ رتور به طور پيوسته حركت خواهد كرد . سيگنال كامل عمل س.ئيچينگ و جهت ميدان مغناطيسي در شكل 3-1 نسان داده شده است .

نحوه ي معكوس كردن جهت دوران :

به منظور تعويض دور در موتورهاي dc معمولي مي توان پلارتيه ي ولتاژ را عوض كرد . اما در موتورهاي dc بدون جاروبك اين كار عملي نيست زيرا لمان هاي نيمه هادي سوئيچ ها يك جهت هستند و قادر نيستند جريان را در جهت معكوس از خود عبور دهند در شكل 3-1 اتصالات بين فتوتراتريستور هاي PT1 و PT2 و PT3 با تراتريستورهاي TR1 و TR2 و TR3 به صورت زير است .

 به  برای کنترل جریان سیم پیچی

  به برای کنترل جریان سیم پیچی

  به برای کنترل جریان سیم پیچی

اين اتصالات باعث مي شود موتور در خلاف جهت عقربه ي ساعت حركت كند اگر اتصالات به صورت زير عوض شود

 به           به            به

كه در اين صورت جهت چرخش موتور عوض خواهد شد به منظور تعويض اتصالات  بين فتوتراتريستورها مي توان از مدار لاجيكي با تركيب زير استفاده كرد .

 

 

 

 

جهت عقربه های ساعت

خلاف جهت عقربه های ساعت

جهت چرخش

1    0    0    1

0   1   0   0

0   0   1   0

0   0   1   0

0   1   0   0

1   0   1   0

1    0    0    1

0   0   1   0

0   1   0   0

1    0    0    1

0   0   1   0

0   1   0   0

PT1

PT2

PT3

PR1

PR2

PR3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقايسه ي موتورها dc معمولي و بدون جاروبك :

جدول زير اين دو نوع موتور را در چند مورد مقايسه مي كند :

-

 

موتور های dc معمولی

موتور های dd بدون جارو

ساختمان مکانیکی

میدان روس استاتور

میدان روی رتور

روش کموتاسیون

اتصال مکانیکی جاروبک و کموتاتور

سویچ های الکترونیکی

اتصال به سیم بندی

حلقوی موجی

سه فاز

تشخیص وضعیت رتور

به صورت اتوماتیک توسط جاروبک

سنسور های نوری

کارآیی و شاخص های علمکرد

کنترل پذیری خوب پاسخ بدیع

طول عمر زیاد و هزینه نگهداری پایین

روش تغییر جهت دادن

با تعویض پلاریته ولتاژ تغذیه

به وسیله مدار های لاجیای

 

موتور BLDCM با درايور تراتريستورها سه فاز :

وقتي يك موتور با يك پل سه فاز درايومي شود راندمان كه عبارت است از قدرت خروجي مكانيكي به قدرت الكتريكي افزايش مي يابد از آن جائيكه در اين نوع درايوها جريان مي توان به صورت متناوب از سيم پيچ هاعبور كند اين ها به درايوهاي دو قطبه معروقند ، مفهوم دو قطبه در اين جا اين است كه سيم پيچ استاتور هم مي تواند به صورت قطب N و هم به صورت قطب S تحريك شونده شكل 4-1 چنين مدار را نشان مي دهند .

در اين موتور ها نيز همانند محرك هاي تك قطبه از روش نوري براي آشكار كردن موقعيت رتور استفاده مي كنند . همان طور كه در شكل ديده مي شود . شش فتوتراتريستور در روي صفحه اي با فواص مساوي تعبيه شده اند و شاتر نيز با محور رتور كوپل است فتوتراتريستورها با تربيت خاص مورد تاثير قرار مي گيرند . تراتريستور مربوط روشن شود شود . همان گونه كه از شكل 4-1 پيدا است

فتوتراتريستورها PT1 و PT4 و PT5 مورد تابش قرار مي گيرند لذا تراتريستورهاي TV1 و TV4 و TV5 روشن خواهند بود . در نتيجه ترمينال هاي V و W داراي ولتاژ صفر است در اين حالت جريان از ترمينال V به U و هم چنيناز W به V خارجي مي شود . شكل 5-1 ميدان هاي مغناطيسي اين در سيم پيچ و هم چنين ميدان هاي مغناطيسي       را نشان مي دهد و اگر رتور به گونه اي قرار گيرد كه ميدان آن بر ميدان منتجه استاتور عمود باشد در اين وضعيت گشتاوري در جهت عقربه ساعت به رتور اعمال خواهد شد و باعث چرخش   30   درجه رتور فتوتراتريستور TD3.

خاموش و PT6 روشن مي شود با اين تغيير جهت ميدان استاتور      درجه جهت عقربه هاي ساعت تغيير مي كند ملاحظه مي شود كه به اين ترتيب با تغيير جهت ميدان براي استاتور و رتور كه به طور متناوي تكرار مي شود .

گشتاور ايجاد شده همواره رتور را در جهت عقربه هاي ساعت به حركت در آورده و چرخش رتور به طور پيوسته انجام خواهد پذيرفت ترتيب روش و خاموش كردن تراتريستورها در شكل 6-1 و هم چنين جهت ميدان هاي حاصل نشان داده شده است

تغيير جهت چرخش با جهت دوران :

همان موتورهاي BLdd تك قطبه تغيير جهت دوران به وسيله مدار لاجيكي قابل تغيير است اين مدار بايد به گونه اي طراحي مي شود كه هر وقت به فتوتراتريستورها نور رسيد تراتريستور هاي مربوط خاموش شود به عبارت ديگر فتوتراتريستوريكه نور نمي رسد تراتريستور مربوط     روشن مي شود . با توجه به شكل 4-1     Tx2  و   Tr2  و    Tr3  روشن شوند در اين صورت ولتاژ باطري به ترمينال        اعمال مي شود .

در حالي كه ترمينال هاي V و W فاقد ولتاژ هستند . همان طور كه در شكل 7-1 نشان داده شده است ميدان مغناطيسي استاتور معكوس شده و لذا رتور در خلاف جهت عقربه هاي باعث دوران خواهد كرد .

 

+ نوشته شده در  یکشنبه بیست و چهارم مرداد 1389ساعت 4:34 بعد از ظهر  توسط amir  |