فرق موتور الکتریکی AC با DC چیست؟

موتور های AC همان گونه که از نامشان پیدا است به جریان متناوب (Alternative current) برای تولید میدان الکترومغناطیسی احتیاج دارند در حالی که موتور های DC از جریان مستقیم برای این منظور استفاده می کنند.
تفاوت دیگر این است که فرکانس تغذیه موتور DC صفر است در حالی که موتور AC با فرکانس 50 هرتز تغذیه می شود.
موتور های DC معمولاً در جایی استفاده می شوند که سرعت موتور نیاز به کنترل بیرونی دارد. این در حالی است که موتورهای AC در برنامه هایی که عملکرد انرژی را در مدت زمانی طولانی جستجو و بررسی می کنند مورد استفاده قرار می گیرند.
نکته دیگر این است که همه موتورهای الکتریکی DC تک فاز هستند اما موتورهای AC می توانند تک فاز یا سه فاز باشند.
هر دو موتور AC و DC از اصل استفاده از سیم پیچ آرماتور و میدان مغناطیسی استفاده می کنند با این تفاوت که در موتور های DC آرماتور می چرخد ولی میدان مغناطیسی نمی چرخد. این نکته در موتورهای AC برعکس است یعنی آرماتور نمی چرخد اما میدان مغناطیسی دائماً در چرخش است.
در مواقعی که درباره تعمیر و نگهداری از موتور الکتریکی نگرانی وجود دارد از موتورهای AC استفاده می شود زیرا همان طور که قبلاً گفته شد موتورهای DC به مراقبت و تعمیر بیشتری احتیاج دارند.
در کارهایی که به سرعت ثابت با راه اندازی بار های سنگین احتیاج داریم موتورهای AC بهتر از موتورهای DC هستند.
موتورهای AC دارای یک کنترل کننده هستند و استفاده و نگهداری از آن ها ارزان تر و مقرون به صرفه تر است در حالی که موتور های DC از اجزای متحرک زیادی تشکیل شده اند که جایگزین کردن آن ها هزینه زیادی دارد.
میدان های چرخشی موتورهای AC و DC با همدیگر تفاوت دارد. در موتور های AC میدان مغناطیسی به دلیل چرخیدن جریان های متناوب و متقارنی که پشت سر هم قرار دارند دائماً می چرخد. این چرخش میدان مغناطیسی به علت سرعت تغییر AC است. این در حالی است که در موتورهای DC چرخش میدان مغناطیسی با تغییر کردن ولتاژ ثابت و مکان واقعی کویل متصل شده امکان پذیر است.
روش کنترل سرعت موتورهای DC و AC نیز متفاوت است. سرعت موتورهای AC می تواند تا زمانی که سرعت جریان متناوب تغییر می کند تغییر کند اما در موتور های DC سرعت فقط زمانی تغییر می کند که سرعت روتور تغییر کند. در این موتورها سرعت روتور متناسب با ولتاژ است، پس با تغییر ولتاژ می توان سرعت موتور را تغییر داد.
نحوه تولید گشتاور در موتور های AC و DC متفاوت است. در موتورهای القایی AC میدان چرخشی استاتور و میدان مغناطیسی چرخشی روتور برای تولید گشتاور با همدیگر تعامل دارند و سرعت های روتور و میدان مغناطیسی با یکدیگر همگام است. در موتور های DC هم میدان مغناطیسی روتور و میدان مغناطیسی استاتور برای تولید گشتاور با همدیگر تعامل دارند اما در حین چرخش میدان مغناطیسی آرماتور ثابت است.
با توجه به تفاوت هایی که درباره آن ها توضیح داده شد می توان نتیجه گرفت که محرک های موتور های AC و DC، همچنین عملکرد و کاربرد های آنان با همدیگر کاملاً متفاوت است.

خرید سافت استارتر زینمس

روش های کنترل دور موتور AC

اینورتر یا درایو AC

در گذشته همواره برای بارهایی که نیاز به کنترل سرعت دقیقی داشتند از موتورهای جریان مستقیم یا DC استفاده می‌شد. اما به دلیل میزان استهلاک بالای جاروبک‌ها و سایر اجزای این نوع موتورها، مسئله استفاده از موتورهای القایی و کنترل سرعت آنها کم کم معروف شد.

اولین درایو یا اینورتر، در سال ۱۹۵۸ توسط یک شرکت آمریکایی تولید شد. به تدریج امکانات و قابلیت‌های بیشتر و بهتری توسط شرکت‌های متعدد دیگری به اینورتر‌ها اضافه شد و اینورتر‌هایی با قابلیت‌های بیشتری وارد بازار شدند.امروزه ۱۰ درصد از کل موتورهایی که در سراسر جهان مورد استفاده هستند مجهز به اینورتر می‌باشند.

وظیفه اینورتر الکتروموتور چیست؟

همانطور که گفتیم اینورتر عمل کنترل سرعت یا دور الکتروموتور را انجام می‌دهد. این تجهیز قادر است دور الکتروموتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی‌موتور و بطور پیوسته تغییر دهد. با کنترل سرعت الکتروموتورها، پروسه‌های صنعتی منعطف تر می‌شوند و در بسیاری از کاربردها صرفه جویی انرژی نیز رخ می‌دهد. علاوه بر آن، با استفاده از اینورترها، جریان راه اندازی دریافتی از شبکه، به میزان زیادی کاهش پیدا می‌کند. بطوریکه این جریان خیلی کمتر از جریان نامی‌الکتروموتور است.

اینورترها همچنین می‌توانند الکتروموتور را بطور نرم و کاملاً کنترل شده استارت و استپ نمایند. زمان استارت و استپ را میتوان به دقت تنظیم نمود. این زمان‌ها می‌توانند کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد. توانایی اینورتر در استارت و استپ نرم موجب کاهش قابل ملاحظه تنش‌های مکانیکی در کوپلینگ‌ها و سایر ادوات دوار می‌گردد.

اینورتر یا درایو چگونه سرعت یک موتور را کنترل می‌کند؟

اینورتر بین منبع تغذیه و موتور‌های القایی قرار می‌گیرد. برق با ولتاژ Ac که ولتاژ و فرکانس ثابتی دارد، وارد اینورتر می‌شود. ولتاژ ورودی توسط این تجهیز به ولتاژ DC تبدیل می‌شود که دارای ریپل‌هایی می‌باشد. در ادامه توسط یک مدار میانی، این ریپل‌ها حذف شده و ما دارای یک ولتاژ DC ثابت خواهیم بود.

در نهایت، اینورتر این ولتاژ DC را تبدیل به یک ولتاژ AC با ولتاژ و فرکانس متغیر خواهد کرد که ما به عنوان کاربر یا اپراتور می‌توانیم براساس کاتالوگ و تنطیمات هر اینورتر، فرکانس و ولتاژ خروجی و تحویلی به موتور را تنظیم کرده و از این طریق، کنترل دور و یا گشتاور الکتروموتور را در اختیار بگیریم.

فرآیند تغییر سرعت در اینورترها با تغییر چه پارامتری امکان پذیر است؟

با تغییر میزان فرکانس تحویلی به موتور از طریق کنترل سوئیچ‌های ترانزیستورهای اینورتر، می‌توان میزان سرعت دورانی شفت الکتروموتور را کنترل کرد. اگر فرکانس بیشتری به موتور اعمال شود، شاهد افزایش دور و در صورتی که فرکانس کمتری به موتور اعمال شود شاهد کاهش دور در الکتروموتور خواهیم بود.

خرید کنتاکتور زیمنس

روش‌های کنترل دور موتور در اینورتر‌ها

همانطور که می‌دانید، انواع مختلفی از ماشین آلات در صنعت موجود هستند. روش‌های استاندارد کنترلی در اینورترهای AC، برای کنترل این ماشین آلات، دو روش اسکالر و برداری (وکتور) هستند. در ادامه به بررسی این روش‌ها می‌پردازیم.

 

روش کنترل برداری یا وکتور در اینورتر

این روش، نسبت به روش قبل جدیدتر است و به دلیل معایبی که در روش V/F وجود دارد، این روش، جایگزین روش قبلی شد.

در روش اسکالر، متغیرهای کنترلی غیرحقیقی هستند. در صورتی که در این روش تلاش شده که متغیرهای حقیقی الکتروموتور مانند شار و گشتاور کنترل شوند.

برای کنترل بردار شار و گشتاور الکتروموتور، جریان آن باید قابل کنترل باشد. اما در این الکتروموتورها کنترل سیستمی ‌روی جریان آن‌ها وجود ندارد. از طرفی جریان الکتروموتور تابعی ازجریان استاتور است و بنابراین با استفاده از محاسبات ریاضی پیچیده با توجه به وجود این رابطه بین جریان الکتروموتور و جریان استاتور، شار آن قابل کنترل هستند. در ضمن با استفاده از فیدیک می‌توان موقعیت و سرعت الکتروموتور را کنترل کرد. با وجود دقت در سرعت و پاسخ سریع به تغییرات گشتاور، احتیاج به فیدبک و مدولاتور از معایب این درایوها است.

در این روش ترانزیستورهای پاسخ سریع جایگزین تریستورهای کند پاسخ شدند و همین امر باعث شد تا در روش وکتور شاهد دقت بالا در کنترل سرعت الکتروموتورها باشیم و میزان خطا به صفر برسد.

روش کنترل اسکالر یا V/F در اینورتر

این روش را در صنعت با اسم‌هایی مانند مدولاسیون عرض پالس (PWM)، کنترل فرکانس V/F یا VVVF نیز می‌شناسند.

در این روش، ابتدا ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل شده سپس بوسیله مدولاتور، دنباله پالسی از ولتاژ با فرکانس متغیر به موتور ارسال می‌شود.

در روش کنترل اسکالر مقدار V/F ثابت است، بنابراین با افزایش فرکانس ولتاژ افزایش می‌یابد و در نهایت، در این حالت کنترلی روی گشتاور موتور وجود ندارد و تغییرهای کنترلی ولتاژ و فرکانس هستند که بطور غیر مستقیم موتور را کنترل می‌کنند.

به علت عدم استفاده از فیدیک، کنترلی روی موقعیت یا سرعت شافت موتور وجود ندارد. همچنین استفاده از مدولاتور باعث ایجاد تاخیر در پاسخ به گشتاور به سرعت می‌شود.

پس به طور کلی، این روش برای ثابت نگه داشتن نسبت ولتاژ و فرکانس خروجی درایو است.

به عنوان مثال، یک درایو ۲۰۰ ولت AC، در فرکانش ۶۰ هرتز، ولتاژ خروجی ۲۰۰ ولت و در فرکانس ۳۰ هرتز، ولتاژ خروجی ۱۰۰ ولت را دارند. از آنجایی که رابطه مستقیمی ‌بین ولتاژ و فرکانس داریم، از این درایو‌ها می‌توانیم برای کنترل همزمان چند الکتروموتور استفاده کنیم.

این روش به دلیل عملکرد و پاسخ کند بودن تریستور‌ها میزان دقت را در کنترل سرعت پایین می‌آورد و خطا را بالا می‌برد.

خرید کلید حرارتی زیمنس

روش‌های کنترلی V/F و وکتور چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

به دلیل ابعاد کوچک تر ترانزیستورها در درایوهایی با روش وکتور کنترل شاهد ابعاد کوچکتری نسبت به درایوهای V/F کنترل هستیم.
در روش V/F می‌توان به صورت همزمان از درایو برای کنترل چندین الکتروموتور استفاده کرد. این قابلیت در درایوهای وکتور کنترل وجود ندارد و این نوع درایوها فقط امکان پشتیبانی از یک موتور را دارند.
در روش وکتور شاهد ارتباط دوطرفه بین الکتروموتور و اینورتر هستیم. به شکلی که اینورتر، شرایط الکتروموتور را بررسی و براساس بازخوردی که هر لحظه از الکتروموتور می‌گیرد تصمیم می‌گیرد که فرکانس را به چه میزان افزایش یا کاهش دهد تا سرعت موتور به میزان تنظیم شده توسط کاربر برسد. اما در روش V/F ارتباط الکتروموتور و اینورتر، یک طرفه می‌باشد.
روش وکتور دقت بالاتر و خطای کمتری داشته و براساس بازخوردی که از الکتروموتور می‌گیرد، بهترین تغییرات را برای کنترل سرعت اعمال خواهد کرد، اما این امکان در روش V/F وجود ندارد.

انتخاب نوع کنترل اینورتر یا درایو بر چه اساسی انجام می‌شود؟

انتخاب نوع کنترل اینورتر باید براساس گشتاور در سرعت پایین، بازه کنترل سرعت و دقت باشد پس:

– روش V/F در مواردی که گشتاور راه اندازی پایین و تغییرات کم بار وجود داشته باشد، استفاده می‌شود.

مانند: پمپ‌ها و فن‌ها

-روش وکتور در مواردی که گشتاور راه اندازی بالا و تغییرات زیاد بار را شاهدیم کاربرد دارد.

مانند:جرثقیل‌ها