بررسی انواع موتور و نحوه درایو موتورها
درایو یک مدار الکترونیکی است که سرعت، جهت و گشتاور یک موتور الکتریکی را کنترل میکند. این مدار به عنوان رابط بین یک سیستم کنترل (مانند PLC) و موتور عمل میکند و امکان کنترل دقیق عملکرد موتور را فراهم میکند.
قبل از آنکه به این سوال بپردازیم که درایو موتور چیست، باید انواع موتور را بشناسیم.
انواع موتورهای الکتریکی را میتوان به دو دسته اصلی موتورهای جریان مستقیم (DC) و موتورهای جریان متناوب (AC) تقسیم کرد. همچنین انواع خاص نیز وجود دارند که برای کاربردهای خاص طراحی شده‌اند.
موتورهای DC (جریان مستقیم)
- موتور شنت (Shunt Motor)
– سرعت ثابت حتی تحت بار متغیر
– کاربرد: نوارهای نقاله، ماشین‌های کوچک صنعتی
درایو موتور شنت:
سرعت موتور شنت DC را میتوان به دو روش اصلی کنترل کرد:
- تغییر مقاومت میدان (RF) و کنترل شار میدان (φ):
– با افزایش مقاومت میدان (RF)، جریان تحریک (IF) کاهش یافته و شار میدان (φ) کم میشود.
– کاهش شار، ولتاژ نیروی محرکه (EA) را پایین می‌آورد.
– جریان آرمیچر (IA) افزایش یافته و گشتاور تولیدی بالا می‌رود.
– در نتیجه، سرعت موتور (ω) افزایش پیدا میکند.
– نکته: با این روش، شیب منحنی گشتاور-سرعت تغییر میکند و موتور در برابر تغییرات بار ناپایدارتر میشود.
- تغییر ولتاژ ترمینال آرمیچر (VT):
– با افزایش ولتاژ آرمیچر، سرعت موتور افزایش می‌یابد و برعکس.
– مزیت: شیب منحنی گشتاور-سرعت ثابت می‌ماند و فقط خط به بالا یا پایین منتقل میشود. پایداری بهتری نسبت به روش قبل دارد.
- موتور مغذی جدا (Separately Excited Motor)
– کنترل دقیق سرعت و گشتاور
– کاربرد: ماشین‌های کارخانه جات مانند مس و ذوب آهن، کارخانه‌های کاغذسازی
- موتور سری (Series Motor)
– گشتاور استارت بالا
– کاربرد: قطارها، ماشین‌آلات سنگین صنعتی
درایو موتور سری:
توضیح ساده کنترل سرعت موتور DC سری:
سرعت یک موتور DC سری را میتوان به دو روش کنترل کرد:
- اضافه کردن مقاومت در مدار آرمیچر
– این روش ارزان است.
– با اضافه شدن مقاومت، جریان کمتری از موتور عبور میکند و سرعت موتور کاهش پیدا میکند.
– ولی این روش انرژی زیادی هدر می‌دهد (چون انرژی در مقاومت تلف میشود).
- تغییر ولتاژ ترمینال (ولتاژ وارد شده به موتور)
– این روش بهتر و کارآمدتر است.
– با کاهش ولتاژ، سرعت موتور کمتر میشود.
– ولی این روش گران‌تر است.
- موتور PMDC (Permanent Magnet DC)
– استفاده از آهنرباهای دائمی
– کاربرد: پنکه‌های الکتریکی، اسباب‌بازی‌ها، لوازم خودرو
درایو موتور PMDC
تنها راه برای کنترل سرعت موتور، تغییر ولتاژ اعمال شده به ترمینال است. برای این کار، از یک درایور موتور PMDC استفاده میشود که معمولاً از نوع ولتاژ متغیر با PMW است.
- موتور کمپوند یا مرکب (Compound Motor)
– ترکیبی از سری و شنت، گشتاور بالا و سرعت مناسب
– کاربرد: آسانسورها، ماشین‌های غلتکی
درایو موتور کمپوند
موتور کمپوند دارای تغییرات سرعت بیشتر از موتورهای شنت و کمتر از موتورهای سری دارد. اما بهترین راه برای کنترل سرعت این موتورها افزایش و کاهش ولتاژ ترمینال(یا افزایش مقاومت سیم پیچ سری) است.
موتورهای AC (جریان متناوب)
- موتور سنکرون (Synchronous Motor)
– سرعت دقیق و ثابت
– کاربرد: ابزار دقیق، تجهیزات دقیق صنعتی
درایو موتور سنکرون
این موتور دارای سرعت ثابت و متناسب با فرکانس ورودی است. پس تنها راه کنترل سرعت، تغییر فرکانس ورودی است که با درایوهای مخصوص اعمال میشود.
گشتاور اما با تغییرات ولتاژ رابطه مستقیم دارد.
- موتور القایی (Induction Motor)
– مقاوم، کارآمد و پرکاربرد
– کاربرد: یخچال، ماشین لباسشویی، پمپ‌ها و فن‌ها
درایو موتور القایی:
کنترل سرعت موتور القایی با تغییر فرکانس و همچنین ولتاژ ورودی است. هرچه ولتاژ یا فرکانس بالاتر رود، سرعت موتور نیز بیشتر خواهد شد.
گاهی برای تغییرات از تغییرات سیم پیچ نیز استفاده میشود. در موتورهایی که چندین سیم پیچ دارند.
موتورهای با کاربرد خاص(موتور مخصوص)
- موتور استپر (Stepper Motor)
– حرکت گام به گام برای کنترل دقیق
– کاربرد: چاپگرهای سه‌بعدی، ماشین‌های CNC، رباتیک
از آنجایی که این موتور دارای روتور مگنت ثابت است و یا با شیارهای روتور و استاتور کنترل میشود.
با روشن و خاموش شدن سیم پیچ های داخلی آن کار میکند، درایو آن نیز با کنترلرها و صفر و یک کردن کنترل ورودی انجام میپذیرد.
درایو با روشن و خاموش کردن سیم پیچ ها در هر لحظه، جهت موتور را کنترل میکند.
- موتور بدون جاروبک DC (Brushless DC Motor / BLDC)
– کارایی بالا و نگهداری کم
– کاربرد: پهپادها، خودروهای الکتریکی، سیستم‌های خنک‌کننده کامپیوتر
درایو موتورهای BLDC:
هرچند درایوهای مخصوصی برای این نوع موتورها تعبیه شده است که با عرض پالس کار میکنند.
اما درایو این نوع موتورها نیز مانند موتورهای استپر انجام میپذیرد.
- موتور هیسترزیس (Hysteresis Motor)
– عملکرد بر اساس هیسترزیس
– کاربرد: ضبط صوت، گرامافون
درایو موتور هیسترزیس:
درایو این موتور بسیار شبیه به درایو موتور القایی است.
- موتور رلوکتانسی (Reluctance Motor)
– بر اساس مقاومت مغناطیسی کار میکند
– کاربرد: ماشین‌آلات صنعتی خاص، خودروهای الکتریکی
درایو موتور رلوکتانسی
درایو این نوع موتورها بسیار شبیه به موتور سنکرون است.
- موتور یونیورسال (Universal Motor)
– با هر دو جریان AC و DC کار میکند
– کاربرد: ابزارهای برقی دستی، جاروبرقی، دستگاه‌های آشپزخانه
درایو موتور یونیورسال:
دور و گشتاور این موتورها با تغییرات ولتاژ موثر ورودی (AC یا DC) کنترل میشود.
- موتور سروو (Servo Motor)
– کنترل دقیق موقعیت، سرعت و شتاب
– کاربرد: رباتیک، اتوماسیون صنعتی
سروو موتور در واقع یک موتور DC + جعبه دنده است. درایو موتور سروو میتواند با کنترل عرض پالس باشد و یا با کنترل مستقیم موتور DC داخلی.
- موتور خطی (Linear Motor)
– حرکت مستقیم به جای چرخشی
– کاربرد: قطار‌های معلق (Maglev)، سیستم‌های خودکار
درایو موتور خطی:
درایو این نوع موتورها دقیقا شبیه درایور موتور سری است که با کنترل ولتاژ ترمینال و یا تغییر مقاومت انجام میشود.
- موتور پیزوالکتریک (Piezoelectric Motor)
– حرکت با دقت بسیار بالا
– کاربرد: سیستم‌های نانوپوزیشنینگ، دستگاه‌های پزشکی
درایو موتور پیزوالکتریک دقیقا شبیه به موتور استپر است که میتوان با دستورات منطقی 0 و 1 آن را کنترل کرد.
- موتور ترکشن (Traction Motor)
– کاربرد اصلی در خودروهای الکتریکی و هیبریدی
– کاربرد: قطارها، خودروهای برقی
درایو موتور ترکشن دقیقا درایو موتورهای سری است که با مقاومت های سری، موازی و همچنین با تغییر ولتاژ موثر AC یا DC کنترل میشود.