اختراعات

محركات التيار المستمر DC Motors

محركات التيار المستمر DC Motors

تستخدم محركات التيار المستمر في العديد من تصميمات الميكاترونيك , يسبب خواص العزم – السرعة الذي يقدم عن طريق التوصيفات الكهربية المختلفة . يمكن التحكم في سرعات محركات التيار المستمر بنعومة وفي معظم الأحوال يمكن عكس إتجاه الحركة . بما أنه في محركات التيار المستمر تكون نسبة عزم إلي قصور ذاتي العضو الدائر عالية , لذلك فالاستجابة سريعة . أيضاً , الفرملة الديناميكية حيث يتم تغذية الطاقة المتولدة في المحرك لمقاومة مستهلكة للطاقة الكهربية , وكذلك فرملة إعادة التوليد regenerative breaking , حيث يتم إرجاع الطاقة المتولدة في المحرك إلي مصدر قدرة التيار المستمر , يمكن تنفيذها في التطبيقات التي يكون فيها التوقيفات stops السريعة مطلوبة وكذلك الكفاءة العالية .

تم تصنيف محركات التيار المستمر من حيث كيفية توليد المجالات المغناطيسية للعضو الثابت فهناك أربعة أنواع هي : المغناطيس الدائم , ملفات التوازي , ملفات التوالي , الملفات المركبة . توضح الأشكال المخططات الكهربية ومنحنيات العزم – السرعة ومنحنيات التيار – العزم . يبين الشكل منحني العزم – السرعة الذي عرض عزوم محرك يمكنه أن يقدمها عند سرعات مختلفة وعند الجهد المقنن بالنسبة لعزم يعطي بواسطة المحرك , فإنه يمكن استخدام منحني التيار – العزم لتعيين مقدار التيار المطلوب عندما يسلط الجهد المقنن علي المحرك . طبقاً للقاعدة العامة لإصبع الإبهام , فإن المحركات تعطي عزوماً كبيرة عند السرعات المنخفضة , والعزوم الكبيرة معناها أن المحرك يسحب تيارات كبيرة . أقصي عزم يمكن أن ينتجه المحرك هو عزم بدء الحركة starting torque أو عزم التوقف (Ts) stall torque عند سرعة تساوي صفر , ويقترن هذا العزم مع بدء حركة المحرك أو حالة الحمل الزائد overloading . أقصي سرعة للمحرك هي سرعته عند عدم الحمل wmax . يمكن للمحرك أن يصل لهذه السرعة فقط عند عدم الحمل أو عند تسليط عزماً علي المحرك .
في محركات المغناطيس الدائم permanent magnet motors يتم تقديم مجالات العضو الثابت عن طريق مغناطيسيات دائمة كما في الشكل , التي لا تحتاج إلي تغذية خارجية وبالتالي لا تكون هناك حرارة مفقودة نتيجة I2R . يتميز محرك المغناطيس الدائم PM motor بأنه أخف وزناً وأصغر حجماً من محركات التيار المستمر الأخري المكافئة لأن قوة المجال للمغناطيسيات الدائمة عالية . العرض القطري للمغناطيس الدائم النموذجي هو حوالي ربع قرينة ذو الملفات . يمكن عكس حركة محركات الـ PM بسهولة عن طريق تحويل قطبية الجهد المسلط علي المحرك , لأن أي من التيار أو المجال كل منهما يغير اتجاه حركة المحرك . محرك الـ PM يكون مثاليا في تطبيقا تحكم الكمبيوتر بسب خطية العلاقة بين عزمه وسرعته كونها خطية . دائما يكون تصميم الحاكم أسهل عندما يكون المشغل الميكانيكي actuator خطي لأن ذلك سيبسط تحليل النظام . عندما يستخدم محرك في تطبيق التحكم في الموضع أو السرعة مع حساس تغذية مرتدة إلي حاكم يشار إلي هذا المحرك بالاسم محرك سرفو servomotor . يمكن أن تكون محركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم , محركات ذات فرش brushed أو محركات التوازي shunt motors : في هذه المحركات توصل ملفات المجال علي التوازي مع المنتج حيث تتغذي من نفس المنبع . تيار الحمل الكلي هو مجموع تيار المنتج وتيار المجال . تتمتع محركات التوازي بثبات سرعتها تقريباً خلال مدي كبير من التحميل وعزم بدء حركته حوالي مرة ونصف عزم التشغيل المقنن , عزم بدء حركته هو أقل عزم بدء حركته هو أقل عزم بدء في جميع أنواع محركات التيار المستمر ويمنكن تحويله إقتصادياً ليسمح بضبط السرعة عن طريق وضع بوتانشيومتر علي التوالي مع ملفات المجال .

محركات التوالي series motors : في هذه المحركات توصل ملفات المجال علي التوالي مع المنتج كما في الشكل لذلك تكون تيار المنتج وملفات المجال متساوية . تتمتع محركات التوالي بعزم بدء عالي جداً وتعتمد السرعة بشكل كبير جداً علي الحمل فالعلاقة بين السرعة والحمل علاقة عكسية أي السرعة منخفضة عند الحمل الكبير . يمكن لمحركات التوالي أن تخفق عند فصل الحمل عنها فجأة مثل ( انقطاع السير الذي ينقل الحركة من المحرك إلي الحمل ) وذلك نتيجة القوي الديناميكية عند السرعات العالية , يطلق علي هذه الحالية من الإخفاق المصطلح run-away . لكن طوال أن يكون المحرك في حالة تحميل فلا مشكلة في هذه الحالة , يأخذ منحني العزم – السرعة شكل قطع زائد hyperbolic وهذا يعني ان العلاقة بين العزم والسرعة علاقة عكسية ولكن القدرة ثابتة خلال مدي عريض .

المحركات المركبة compound motors : تشمل هذه المحركات علي ملفات مجال توالي وملفات مجال توازي مما يعطي خواص تجمع بين خواص كل من محركات التوالي ومحركات التوازي . جزء من تيار الحمل يمر خلال كل من المنتج وملفات التوالي وباقي التيار يمر خلال ملفات التوازي فقط . السرعة القصوي للمحرك المركب علي عكس محرك التوالي ولكن تنظيم السرعة لهذا المحرك غير جيد علي خلاف محرك التوازي . العزم المتولد بواسطة المحرك المركب أقل من ما ينتجه محرك التوالي الي بنفس الحجم .