درایورهای موتور

تاريخچه

در سال 1925  ميلادي وسيله اي به نام سل سين(selsin)  توسعه يافت. اين وسيله شامل  يك ژنراتور و يك موتور بوده كه از طريق اتصالات الكتريكي به يكديگر متصل بودند . عملكرد اين سيستم بدين ترتيب است كه با چرخش ژنراتور(فرستنده)، شفت موتور(گيرنده) آن نيز به طور همزمان (synchronous)در موقعيت ژنراتور قرار مي گيرد.

 در سالهاي1942-1943  ، سينكروها جايگزين سل سينها  شدند كه از نظر كاربردي عموميت بيشتري نسبت به سل سينها  داشتند.

در جنگ جهانی دوم درزمينه تسليحات نظامی  از سينکرو ها  استفاده گرديد.

واژه ”synchro”  مخفف كلمه  “synchronous” به معني همزماني ميباشد .

مقدمه  

سينكروها از جمله سيستمهاي موقعيت سنج الكترومغناطيسي مي باشند كه نقش مهمي در سيستمهاي كنترلي حساس ودقيق از جمله تجهيزات دريايي و رديابهاي زيردريايي ، سيستمهاي نظامي و مخابراتي وسيستمهاي ناوبري دارند . ساختمان سينكروها شبيه يك موتور كوچك و عملكرد آنها مشابه ترانسفورماتور بوده، لذا مي توان آنها را نوعي ترانسفورماتور چرخنده به حساب آورد.

سينكروها اساسا براي انتقال اطلاعات از پايگاههاي كنترل به تجهيزات بكار مي روندكه مي توان به مواردي چون :پرتاب موشك، زاويه رادارها و اژدرها، هدف گيري وپرتاب گلوله اشاره نمود.

سينكروها معمولا به صورت گروهي عمل مي نمايند شكل زير تبادل اطلاعات از يك سينكرو فرستنده به دو سينكرو گيرنده را نشان مي دهد. بدين ترتيب كه موقعيت توسط چرخ متصل به سينكرو فرستنده به سيستم اعمال شده تا سينكرو هاي گيرنده در موقعيت مطلوب قرار گيرند.

ساختمان سينكروها

همان طور كه اشاره شد، سينكروها در واقع ترانسفورماتورهاي چرخنده  هستند. بدين صورت كه يك يا سه سيم پيچي اوليه ترانسفورماتور روي روتور اين ماشينهاي الكتريكي قرار دارد و برروي استاتور آنها دو يا سه سيم پيچي به عنوان سيم پيچي ثانويه موجود مي باشد.

 سيم پيچي روتور به يك منبع تغذيه  مرجع متصل بوده و وقتي كه روتور مي چرخد ، تغيير شار عبوري از سيم پيچي هاي ثانويه ( استاتور ) باعث ايجاد ولتاژ در دو سر هر كدام از آنها مي گردد كه اين ولتاژ ايجاد شده متناسب با سينوس زاويه روتور و استاتور مي باشد.

انواع سينكروها

   سينكروهاي گشتاوري

سينكروهاي فرستنده

سينكروهاي گيرنده

سينكروهاي تفاضلي

   سينكروهاي كنترلي

سينكرو كنترلي فرستنده (CX)

سينكرو كنترلي تفاضلي (CDX)

سينكرو كنترلي ترانسفورمر(CT)

 نكاتي در مورد تقسيم بندي سينكروها

بنا به نوع بار متصل به سينكروها آنها را به دو گروه عمده سينكروهاي گشتاوري و سينكروهاي كنترلي تقسيم بندي مي كنند.

سيستمهاي گشتاوري جهت موقعيت بارهاي سبك از جمله اشاره گرها ،شماره گيرها و نشانگرهاي مشابه به كارمي روند و از سيستمهاي كنترلي براي حركت بارهاي سنگين مانند هدايت كننده هاي اسلحه ، آنتنها، پرتاب كننده موشك و... استفاده مي شود.

علاوه بر دسته بندي كلي، سينكروها رامي توان به هفت گروه تقسيم نمود كه درجدول شماره 1 آمده است.  

جدول شماره 1 Synchro Information

 

FUNCTIONAL CLASSIFICATION

ABBREVIATION

INPUT

OUTPUT

Torque transmitter

سينكروهاي گشتاوري فرستنده

TX

Mechanical input to rotor (rotor energized from AC source)

Electrical output from stator representing angular position of rotor to TDX, TDR, or TR.

Control transmitter

سينكروهاي كنترلي فرستنده

CX

Same as TX

Same as TX except it is supplied to CDX or CT

Torque differential transmitter

سينكروهاي گشتاوري تفاضلي

TDX

Mechanical input to rotor, electrical input to stator from TX or another TDX.

Electric output from rotor representing algebraic sum or difference between rotor angle and angle represented by electrical input to TR, TDR, or another TDX.

 

Control differential transmitter               سينكروهاي كنترلي تفاضلي فرستنده

CDX

Same as TDX except electrical input is from CX or another CDX.

Same as TDX except output to CT or another CDX.

Torque receiver

سينكروهاي گشتاوري گيرنده

TR

Electrical input to stator from TX or TDX. (Rotor energized from AC source)

Mechanical output from rotor. Note: Rotor has mechanical inertia damper.

Torque

 differential receiver

سينكروهاي

 گشتاوري تفاضلي

TDR

Electrical input to stator from TX or TDX, another electrical input to rotor from TX or TDX.

Mechanical output from rotor representing algebraic sum or difference between angles represented by electrical inputs. Has inertia damper.

Control transformer

سينكروها ی كنترلي ترانسفورمر

CT

Electric input to stator from CX or CDX, mechanical input to rotor.

Electrical output from rotor proportional to the sine of the angle between rotor position and angle represented by electrical input to stator. Called error signal.

Torque receiver

سينكروهاي

 گشتاوري گيرنده

TRX

Depending on application, same as TX.

Depending on application, same as TX or TR.

كه در اين جدول ازكد بندي نظامي  استاندارد مطابق جدول زير استفاده شده است.

Military Standard Synchro Code

LETTER

DEFINITION

D

Differential

R

Receiver

T

Transformer

X

Transmitter

 

سينكروهاي گشتاوري

   بطور كلي مي توان سينكروهاي گشتاوري  را به سه گروه تقسيم بندي نمود:

سينكروهاي فرستنده

سينكروهاي گيرنده

سینکروهاي تفاضلي  

Military Standard Synchro Code

LETTER

DEFINITION

D

Differential

R

Receiver

T

Transformer

X

Transmitter

 

سينكروهاي گشتاوري

   بطور كلي مي توان سينكروهاي گشتاوري  را به سه گروه تقسيم بندي نمود:

سينكروهاي فرستنده

سينكروهاي گيرنده

سینکروهاي تفاضلي  

سينكروهاي فرستنده و گيرنده

سينكروهاي فرستنده و گيرنده داراي ساختمان مشابه يكديگر مي باشند بدين ترتيب كه هر دو آنها داراي يك سيم پيچي در روتور و يك سيم پيچي سه فاز   ( سه سيم پيچي ) در استاتور خود مي باشند. اما از لحاظ عملكرد ، عكس يكديگر عمل مي نمايند. كاربرد  سيستم هاي  فرستنده - گيرنده  در انتقال اطلاعات زاويه از يك نقطه به نقطه ديگر بدون استفاده از اتصالات مكانيكي مي باشد ، دقت در اين سيستم در حالت گشتاور 30 دقيقه و در حالت كنترلي 10 دقيقه مي باشد . ضمناً مي توان موقعيت روتور فرستنده را به چندين نقطه متفاوت منتقل نمود كه براي اينكار از سينكروهاي گيرنده بصورت موازي استفاده مي شو دكه البته اين امر باعث كاهش دقت شده و نياز به منبع تغذيه با قدرت بالاتري خواهيم داشت .

 

سينكروهاي فرستنده


 در اين سينكروها كه نام ديگر آنها سينكرو ژنراتور ها مي باشد، چرخش روتور باعث ايجاد ولتاژ در استاتور مي گردد و بدين ترتيب خروجي سيستم ، سه ولتاژ متناوب متناسب با زاويه روتور و استاتور مي باشدكه اين ولتاژها با يكديگر ، 120 اختلاف فاز خواهند داشت كه ولتاژهاي ايجاد شده يا دقيقاً هم فاز با ولتاژ مرجع بوده و يا  180 با ولتاژ مرجع اختلاف فاز دارند (بنا به جهت سيم پيچي).


سينكروهاي گيرنده



 

اين سينكروها كه به  سينكرو  موتورها معروفند داراي خروجي مكانيكي مي باشند . ساختمان اين سينكروها كاملاً مشابه نوع فرستنده ها مي باشد، اما عملكرد آنها عكس آنها است ، يعني به ازاي تغييرات ولتاژ  استاتور، روتور آنها در موقعيت هاي مختلف قرار مي گيرد. معمولاً سينكروهاي گيرنده همراه سينكروهاي فرستنده مورد استفاده قرار  مي گيرند . بدين  صورت كه سيم پيچي هاي متناظر آنها به يكديگر متصل مي گردد. ( سيم پيچي هاي روتور آنها به يكديگر و سيم پيچي هاي استاتور آنها نيز نظير به نظير به يكديگر وصل مي شوند.)

حال اگر روتور سينكرو فرستنده در يك زاويه دلخواه قرار گيرد، اختلاف پتانسيلي ميان استاتورهاي سينكرو فرستنده و گيرنده متناسب با زاويه روتورهاي آنها ايجاد خواهد شد. اين اختلاف پتانسيل باعث ايجاد جريان در استاتور سينكرو گيرنده مي شود . گشتاور حاصل از اين جريان باعث چرخش روتور سينكرو گيرنده مي شود. گشتاور حاصل به گونه اي است كه با عامل بوجود آورنده خود مخالفت مي نمايد.

بدين ترتيب روتور سينكرو گيرنده آنقدر مي چرخد تا در راستاي روتور گيرنده قرار گيرد. در اين حالت ولتاژ استاتورهاي سينكرو فرستنده و گيرنده با هم يكسان شده در نتيجه جريان عبوري از آنها صفر خواهد شد و روتور گيرنده از حركت باز خواهد ايستاد و بدين ترتيب همواره روتور سينكرو گيرنده ، وضعيت روتور فرستنده را تعقيب خواهد نمود.

با توجه به اصطكاك ناشي از جاروبك ها و اصطكاكهاي داخلي ، عمل تعقيب موقعيت همزمان صورت نگرفته لذا سيستم تاخير خواهد داشت كه براي رفع اين مشكل از سينكروهاي بدون جاروبك استفاده مي شود.

با توجه به اينكه سينكروهاي گيرنده بايد فرستنده را تعقيب كنند ، به گونه اي ساخته مي شوند كه لرزش و فراجهش آنها به حداقل برسد . براي كاهش نوسانات روتور گيرنده ، از يك دمپر استفاده مي شو دكه اين دمپر معمولاً بصورت يك چرخ لنگر برنجي مي باشد.

زمان تغيير وضعيت روتور فرستنده تا رسيدن به موقعيت جديد را زمان damping  يا همزماني گويند . اين زمان به ابعاد سينكرو گيرنده ، خصوصيات فيزيكي بار متصل به آن و سيستم گشتاور بستگي دارد و مي توان با ملاحظاتي كه در طراحي سيستم بايد رعايت شود و انتخاب ساختار مناسب براي گيرنده آن را كاهش داد.

 

سینکروهاي تفاضلي  

اين سينكرو كه تفاضل يا مجموع زاوبه ميان سينكرو گيرنده و فرستنده را اندازه گيري مي كند،جهت تعيين ميزان خطا بين موقعيت ارسالي سينكرو گيرنده و موقعيت فرستنده مي باشد. يكي از كاربردهاي  اين سينكرو در سيستم نظامي آن است كه يكي از وروديهاي آن موقعيت مطلوب تفنگ و ورودي ديگر موقعيت واقعي تفنگ مي باشد .

در ساختمان اين نوع سينكروها روتور و استاتور هر دو بصورت سيم پيچي هاي سه فاز  ( سه سيم­­پيچي ) مي باشند . در اين سينكروها ، سيم پيچي هاي روتور آن به استاتور سينكرو فرستنده و استاتور آن به استاتور سينكرو گيرنده و يا فرستنده متصل مي باشد، در اين سينكروها اختلاف زاويه ميان روتورهاي دو سينكرو  ديگر باعث  ايجاد جريان  و در نهايت  چرخش روتور سينكرو  مي گردد بطوريكه روتور سينكرو تفاضلي زاويه اي برابر با مجموع يا تفاضل زاويه دو سينكرو ديگر را خواهد داشت. در اين روش دقت اندازه گيري 1 مي باشد.

TX-TDR-TX system operation (addition)

 

TX-TDR-TX system operation (subtraction)

 

سينكروهاي كنترلي

سينكرو كنترلي فرستنده (CX)

سينكرو كنترلي تفاضلي (CDX)

سينكرو كنترلي ترانسفورمر(CT)

 

سينكرو كنترلي فرستنده (CX)و سينكرو كنترلي تفاضلي (CDX)  

ساختمان داخلي وعملكرد سينكرو كنترلي فرستنده و تفاضلي  مشابه نوع گشتاوري آن مي باشد  اما امپدانس آنها از گشتاوري بيشتر است.

 

سينكرو كنترلي ترانسفورمر(CT)

اين وسيله به عنوان مقايسه كننده دو سيگنال به كار مي رود كه يكي از اين سيگنالها ،ولتاژ اعمالي به استاتور وديگري موقعيت مكانيكي روتور مي باشد.

  همانطور كه ديده مي شود موقعيت سيم پيچي روتور سينكرو كنترلي ترانسفورمر عمود بر حالتهاي قبلي است. لذا اگر از مداري مطابق شكل زير استفاده شود، ولتاژهاي CT   وCX  در دو حالت به صورت زير است.

 

كاربرد سينكروهاي كنترلي

تمام سينكروهاي  گشتاوري،  نهايتاً مي توانند گشتاوري تا حدود 300 ميلي گرم در هر درجه جابجائي توليد مي نمايند كه اين مقدار براي سيستم هاي كوچك و سبك كفايت مي كند . اما براي سيستم هاي با گشتاور بالاتر ، بايد از مداراتي كه گشتاور لازم را فراهم مي نمايند استفاده نمود، براي  اين منظور  از يك  تقويت  كننده  و  يك  موتور  با گشتاور خروجي مطلوب استفاده مي­نماييم . براي اين منظور از مداري مطابق شكل زير استفاده مي نماييم.

با توجه به شكل ، ولتاژ روتور سينكرو CT متناسب با اختلاف موقعيت بار با موقعيت روتور كنترلي فرستنده تغيير مي  نمايد. اين ولتاژ توسط يك آمپلي فاير تقويت شده و ولتاژ تقويت شده به دو سر موتور اعمال مي گردد و بدين ترتيب روتور سينكرو CT كه به محور بار متصل است چرخيده و اين چرخش تا زماني كه زاويه روتور گيرنده  CTدر امتداد روتور فرستنده   CXقرار گيرد ادامه خواهد داشت. در اين لحظه ولتاژ دو سر روتور CT صفر شده، در نتيجه موتور از حركت باز خواهد ايستاد  و بدين ترتيب بار به موقعيت مطلوب مي رسد.

دقت اين روش بستگي به ميزان خطا در سينكرو ، قسمتهاي مكانيكي و خطا در آمپلي فاير دارد و بطور معمول از 10 دقيقه بيشتر تجاوز نمي نمايد





سرو موتور

در کاربردهاي مـدرن ، واژه سرو يا مکانيــسم سرو به يک سيستم کنـترلي فيدبک که متغير کنترل شونده ،  موقعيت يا مشتق موقعيت مکانيکي به عنوان سرعت و شتاب است، محدود مي شود.

 يک سيستم کنترلي فيدبک ، سيـستم کنـترلي است که به نگهـداشتن يک رابطه مفروض بين يک کميت کنـترل شده و يک کميـت مرجع ، با مقايسه توابع آنها و اسـتفاده از اختلاف به عنوان وسيله کنترل منجر مي شود.

سيستم کنـترلي فيدبک الکتريکي ، عموما براي کار به انرژي الکتـريکي تکيه مي کند . مشخصـات مهمي که معمولا براي چنين کنترلي مورد نياز است ، عبارتند از :

1- پاسخ سريع ،

2- دقت بالا ،

3- کنترل بدون مراقبت  و

4- کارکرد از راه دور .

 

نياز هاي چنين کنترلي عبارتست از :

1- وسيله آشکار سازي خطا ،

2-  تقويت کننده  و

3- وسيله تصحيح خطا ،

هر عنـصر هدف ويژه اي در هماهنگ کردن کميت مرجع با کميت کنترل شده ايفا مي کند . وسيله آشکـــارسازي خـطا هنــگامي که کميـت تنظيم شده متفاوت از کميت مرجع است ، خطا را آشکار مي کند . سپـس يک سيگنـال خطا به تقويت کنـنده اي که قــدرت وسيله تصـحيح خطا را فراهم مي کند مي فرسـتد . با اين تـوان وسيـله تصـحيح خطا ، کمـيت کـنترل شـده را آنـچنـــان تغيير مي دهد که با ورودي مرجع هماهنگ گردد .

 

به موتورهـايي که به سرعـت به سيگنال خطا پاسخ مي دهنـد و سريعا به بار شتاب مي دهنـد سرو موتور گفته مي شود . نسبت گشتاور به اينرسي (T/J) يک جنبه بسيار مهم يک سرو مـوتور است ،  زيرا  موتور با اين فاکتور شتاب مي گيرد .

 

مشخصات اصلي که در هر سرو موتور ديده مي شود عبارتست از :

1- گشتاور خروجي موتور بايد متناسب با ولتاژ بکار گرفته شده آن باشد .

2- جهت گشتاور سرو موتور بايد به پلاريته لحظه اي ولتاژ  کنترل بستگي داشته باشد .



سرو موتور 

که گاهی به نام موتور کنترل از آن  یاد می شود طوری طراحی و ساخت می شود که بتوان از آنها در سیستم های کنترل و فیدبک استفاده نمود توان اسمی این موتور ها بین چند دهم وات تا چند صد وات می باشد.

پاسخ سرعت این موتور ها بسیار زیاد است و لذا باید اینرسی(لختی) آنها کم باشد.در نتیجه قطر این ماشین ها کم ولی طول انها نسبتا زیاد است از این موتور ها در سیستم های رادار, آدم آهنی ,کامپیوتر و ماشین های افزار استفاده می شود.

 

سرو موتور ها بر دو نوع اند:

1-سرو موتور های DC

2- سرو موتور های AC



سرو موتور های DC:



 

سرو موتور های DC در حقیقت یک موتور DC  با تحریک جداگانه یا موتور  DC  با قطب های آهن ربای دائم است .اصول اصلی عملکرد این سرو موتور شبیه موتور های DC  معمولی است .سرو موتور های  DC عمدتا توسط ولتاژ آرمیچر کنترل میشوند آرمیچر در این موتور ها طوری طراحی می شود که دارای مقاومت زیاد باشد لذا مشخصه های گشتاور-سرعت این موتور ها خطی بوده و شیب منفی نسبتا زیادی دارند.باید دانشت در ماشین های DC نیرو محرکه مغناطیسی (MMF) آرمیچر و mmf مدار تحریک متعامداند.لذا تغییرات پله ای در ولتاژ آرمیچر (جریان ) باعث می گردد در موقعیت یا سرعت رتور تغییر سریع حاصل شود.



سروموتور های AC:

توان اسمی سرو موتور های DC از چند وات تا چند صد وات می باشد.در حقیقت سرو موتور های اسمی بالا از نوع DC هستند امروزه در توان های کم از سرو موتور های AC   استفاده می شود.سرو موتور های AC جون سخت بوده و اینرسی (لختی) آنها نیز کم است اما باید متذکر شد که سرو موتور های AC  غیر خطی هستند و مشخصه های گشتاور-سرعت آنها به خوبی و ایده الی سرو موتور های DC نمی باشد گفتنی است که گشتاور سرو موتور های AC  از گشتاور سرو موتور های DC با توان مشابه کمتر است .

اکثرا سرو موتور های AC که در سیستم های کنترل مورد استفاده قرار می گیرند از نوع موتور های القایی دو فاز با رتور قفس سنجابی می باشد .شکل شمای سرو موتور قفس سنجابی

در این موتور ها استاتور حاوی دو سیم پیچی است که در طول محیط استاتور درون شیار ها توزیع و گسترده شده اند این دوسیم پیچی به قرار زیر تشریح می شوند .

1-سیم پیچی اول که به سیم پیچی مرجع یا سیم پیچی فاز ثابت معروف است و منبع ولتاژ ثابت 0>vm متصل می باشد.

2- سیم پیچی دوم که به سیم پیچی کنترل فاز موسوم می باشد به منبع ولتاژ متغییر Va متصل می شود

در این موتور ها داریم:

الف-محور های مغناطیسی دو سیم پیچ فوق الذکر بر هم عمود اند.

ب- زاویه ولتاژ متغییر Va  هموار +-90 درجه است.

ج-ولتاژ سیم پیچ کنترل فاز (va) عمدتا توسط خروجی یک تقویت کننده به نام سرو مهیا شده و به موتور اعمال می گردد.

د-جهت چرخش موتور به اختلاف فاز vm و va  بستگی دارد و پس فاز و یا پیش فاز بودن Va نسبت به Vm جهت چرخش موتور را عوض می کند.

 

سرو موتور های AC سه فاز:

در مواقعی که به توان زیاد نیاز داریم از سرو موتور DC استفاده می شود .اما امروز تحقیقات دامنه داری در حال اجراست تا بتوان از موتور های قفس سنجابی سه فاز با توان بالا به عنوان سرو موتور در سیستم های کنترل استفاده نمود.

 

درابور موتور

موتور ديسك سخت يك نمونه موتور پله‌اي است. كاربرد اصلي اين موتورها در كنترل موقعيت است.اين موتورها ساختار كنترلي ساده‌اي دارند. لذا در ساخت ربات كاربرد زيادي دارند. بطوريكه به تعداد پالسهايي كه به  يكي از پايه‌هاي راه ‌انداز آن ارسال مي‌شود موتور به چپ يا راست مي‌چرخد. توان خروجي اين موتورها كمتر از  دو نوع قبلي است. استفاده از موتور پله‌اي مشکلاتي از جمله وزن زیاد، قیمت بالا و قدرت بسیار کم را بدنبال  دارد. اصول كار موتور پله‌اي  اژه پله به معنی چرخش به اندازه درجه تعریف شده موتور است. مثلاً موتور پله‌اي با  درجه ۱.۸ باید ۲۰۰ پله حركت كند تا ۳۶۰ درجه یا یک دور کامل بچرخ د: ۱.۸X۲۰۰ =۳۶۰  یک استپ موتور با  درجه ۱۵ فقط باید ۲۴ پله برای یک دور کامل انجام دهد : ۲۴X۱۵=۳۶۰ به اين ترتيب هرچه تعداد پله­هاي يكموتور بيشتر باشد دقا چرخش آن افزايش مي­يابد.مكانيسم كنترلي موتور پله اي طوريست كه امکان کنترل  سرعت به سادگي ميسر مي شود. موتور پله كامل و نيم پله در حالت عادي ميزان چرخش موتور به تعداد  پالسهاي اعمالي و گام موتور بستگي دارد. هر پالس يك پله موتور را مي‌چرخاند. با تحريك دو فاز مجاور در موتور  مي‌توان موتور را به اندازه نيم پله حركت داد. به اين ترتيب تعداد پله‌هاي موتور دو برابر مي‌شود و در نتيجه دقت  چرخش موتور هم دوبرابر مي گردد. راه اندازي موتور پله‌اي تراشه L297 يك راه انداز مناسب براي موتور پله‌اي  است.  مدارهاي راه‌انداز متنوعي براي استفاده از موتورهاي پله‌اي وجود دارد. در اينجا از مدارمجتمع L297 و  L298 براي راه‌اندازي موتور پله‌اي استفاده مي‌شود. كه طريقه بستن آن در شكل زير نشان داده شده است.جهت کنترل موتور به قابلیت هایی همچون حرکت به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور  احتیاج داریم و این نیازها را درایور مورد نظر ما یعنی L298 براحتی تامین می نمايد. L298 یک آیسی پل-H دوتایی  ( DUALH-Bridge) دارای ۱۵ پایه مي‌باشد که قادر است وظایفی چون چرخش موتور به عقب و جلو، کنترل  سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور را انجام دهد. كنترل موتور به اين شرح است كه پس از محاسبه ميزان  چرخش موتور براي جابجايي مورد نظر با استفاده از ميكرو كنترلر به تعداد مورد نظر پالس به پايه راه انداز ارسال  مي‌كنيم.يك پايه براي تعيين جهت چرخش (ساعتگرد و پاد ساعتگرد) مورد استفاده قرار مي‌گيرد. پايه  Enableمدار راه‌انداز را فعال و غير فعال مي‌نمايد. 

انواع موتور و درایورهای آنها

 

  • موتور AC
  • موتور DC
  • موتور پله‌ای (Stepper motor)


موتور : 
برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می‌شود.انتخاب نوع موتور مورد استفاده به نوع کاربرد و ویژگیهای هر موتور بستگی دارد.

موتور AC :




 

معمولاً در مدارهایی با مصرف انرژی زیاد و دستگاههای الکتریکی خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این موتور ها با جریان متناوب برق کار می‌کنند لذا به آنها موتور
AC گفته می‌شود.
یخچال، جاروبرقی و آبمیوه‌گیری موتور
AC‌دارند.

موتورهای AC تک فاز




معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.

برای کنترل میزان چرخش موتور از وسیله‌ای بنام شافت انکودر استفاده می‌شود.

 

موتورهای AC سه فاز





برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.


موتور DC :


توان مکانیکی آنها عموماً کمتر از موتور های AC است.
ساختار ساده‌ای دارند.
بسیاری از اسباب بازیهای برقی با موتور
DC کار می‌کنند.
اغلب برای استفاده از موتور
DC به مدار راه‌انداز نیاز داریم.
آرمیچر بارزترین نوع موتور
DC است.
ایراد موتور
DC عدم امکان کنترل دقیق سرعت و چرخش موتور است.

قیمت پایین، تنوع قدرت و سرعت، از جمله مزایای استفاده از موتور های
DC می‌باشد.

موتورپله‌ای (Stepper motor)




·  استپ موتور نوعي موتور مثل موتورهای DC است که حرکت دورانی تولید می کند. با این تفاوت که استپ موتورها دارای حرکت دقیق و حساب شده تری هستند.

·این موتورها به صورت درجه ای دوران می کنند و با درجه های مختلف در بازار موجود هستند.

· موتورهای پله ای موجود در بازار معمولا در دو نوع ۵ یا ۶ سیم يافت مي شود.

· موتور ديسك سخت يك نمونه موتور پلهاي است.

· كاربرد اصلي اين موتورها در كنترل موقعيت است.

· اين موتورها ساختار كنترلي سادهاي دارند. لذا در ساخت ربات كاربرد زيادي دارند. بطوريكه به تعداد پالسهايي كه به يكي از پايههاي راه انداز آن  ارسال ميشود موتور به چپ يا راست ميچرخد.

· توان خروجي اين موتورها كمتر از دو نوع قبلي است.

· استفاده از موتور پلهاي مشکلاتي از جمله وزن زیاد، قیمت بالا و قدرت بسیار کم را بدنبال دارد.

 اصول كار موتور پله‌اي

· واژه پله به معنی چرخش به اندازه درجه تعریف شده موتور است.

مثلاً موتور پله‌اي با درجه ۱.۸ باید ۲۰۰ پله حركت كند تا ۳۶۰ درجه یا یک دور کامل بچرخ د۱.۸X۲۰۰=۳۶۰

· یک استپ موتور با درجه ۱۵ فقط باید ۲۴ پله برای یک دور کامل انجام دهد : ۲۴X۱۵=۳۶۰

به اين ترتيب هرچه تعداد پله­هاي يك موتور بيشتر باشد دقا چرخش آن افزايش مي­يابد.

·  مكانيسم كنترلي موتور پله اي طوريست كه امکان کنترل سرعت به سادگي ميسر مي شود.

موتور پله كامل و نيم پله

·  در حالت عادي ميزان چرخش موتور به تعداد پالسهاي اعمالي و گام موتور بستگي دارد. هر پالس يك پله موتور را مي‌چرخاند.

·  با تحريك دو فاز مجاور در موتور مي‌توان موتور را به اندازه نيم پله حركت داد. به اين ترتيب تعداد پله‌هاي موتور دو برابر مي‌شود و در نتيجه دقت چرخش موتور هم دوبرابر مي گردد.

راه اندازي موتور پله‌اي

·   تراشه L297 يك راه انداز  مناسب براي موتور پله‌اي است.

· مدارهاي راهانداز متنوعي براي استفاده از موتورهاي پلهاي وجود دارد. در اينجا از مدارمجتمعL297  و L298 براي راهاندازي موتور پلهاي استفاده ميشود. كه طريقه بستن آن در شكل زير نشان داده شده است.

·  جهت کنترل موتور به قابلیت هایی همچون حرکت به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور احتیاج داریم و این نیازها را درایور مورد نظر ما یعنی L298 براحتی تامین می نمايد. L298 یک آیسی پل-H دوتایی (  DUALH-Bridge) دارای ۱۵ پایه ميباشد که  قادر است وظایفی چون چرخش موتور به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور را انجام دهد. كنترل موتور به اين شرح است كه پس از محاسبه ميزان چرخش موتور براي جابجايي مورد نظر با استفاده از ميكرو كنترلر به تعداد مورد نظر پالس به پايه راه انداز ارسال ميكنيم.

· يك پايه براي تعيين جهت چرخش (ساعتگرد و پاد ساعتگرد) مورد استفاده قرار ميگيرد.

·  پايه Enableمدار راهانداز را فعال و غير فعال مينمايد.

مقایسه موتور DCو موتور پله‌ای

موتور پله ای

موتور DC

استفاده در توانهای پایین

استفاده در توانهای بالا

راه اندازی پیچیده

راه اندازی ساده

بدون نیاز به سامانه کنترلی

کنترل با فید بک

تعمیر ونگهداری ساده وکم

تعمیر ونگهداری مداوم

 Copyright © 2015. PARTO GOSTAR IRIC Company - PGICO.IR

Top