آشنایی با انواع موتورهای الکتریکی

همان طور که می‌دانیم درایوهای کنترل دور برای کنترل انواع موتورهای الکتریکی طراحی و ساخته شده اند. اما در دنیا موتورهای الکتریکی متنوعی وجود دارند که بسته به کاربرد و توانایی‌شان در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. موتورهای الکتریکی به دو دسته کلی موتورهای AC و موتورهای DC تقسیم بندی می‌شوند. این تقسیم بندی مبتنی بر نوع تغذیه آن‌ها است و هر کدام عملکرد خاصی را ارائه می‌کنند. اما رایج ترین موتورهای الکتریکی که تا به حال به گوش ما خورده است یا با آن‌ها کار کردیم عبارتند از:

• موتور آسنکرون (القایی)
• موتور آهنربای دائم
• موتور سنکرون رلوکتانسی
• موتور DC بدون جاروبک

تمامی موتورهای دوار دارای یک بخش چرخان یا متحرک که شفت موتور نیز به این قسمت متصل است و به‌ آن روتور می‌گویند و یک بخش ساکن یا ثابت که به آن استاتور می‌گویند، هستند. به بررسی انواع موتورهای ذکر شده می‌پردازیم:

موتورهای آسنکرون (القایی)

این نوع موتورها ساده، ارزان و قابل اطمینان هستند و قوای محرکه اصلی صنایع در سراسر جهان محسوب می شوند. هرچند، پیشرفت های اخیر در فناوری، توسعه انواع دیگر موتورهای الکتریکی سازگار با درایوها را میسر کرده است. این نوع موتورها معمولا برای کاربردهای خاص و به دلیل بازدهی بهترشان بیشتر مورد استقبال قرار می گیرند. اما نباید فراموش کرد که بازدهی موتورهای القایی نسل جدید نیز در حال بهبود است. یک موتور پربازده‌تر به معنی تلفات حرارتی کمتر در موتور، موتوری با اندازه احتمالی کوچکتر و از سوی دیگر هزینه های انرژی کمتر است.

موتورهای القایی بسته به نوع تغذیه در دو نوع تک‌فاز و سه‌فاز تولید و عرضه می‌شوند که موتورهای القایی سه‌فاز در صنایع و در توان‌های بالا در دو سطح ولتاژ فشار ضعیف و فشار متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که موتورهای القایی تک‌فاز بیشتر در توان‌های کوچک سخته شده و قدرت آن‌ها از 7.5Kw بالاتر نمی‌رود.

موتورهای آهنربا دائم

مدتی است که انواع موتورهای الکتریکی آهنربا دائم (PMM) در صنایع اسم و رسمی پیدا کرده‌اند. یک موتور القایی را در نظر بگیرید، اگر روتور آن را با مجموعه ای از آهنرباهای دائم جایگزین کنید یک موتور آهنربا دائم خواهید داشت، همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید.

به طور کلی موتورهای آهنربای دائم در توان‌های مشابه در مقایسه با موتورهای القایی، حدود یک سوم وزن کمتری دارند و تا سه هشتم حجم کمتری اشغال می‌کنند. همچنین در عملکرد با سرعت پایین به طور قابل توجهی نسبت به موتورهای القایی کارآمدتر هستند.

با اعمال یک منبع فرکانس متغیر به سیم پیچ های استاتور، میدان مغناطیسی گردان با آهنرباهای دائم روتور میدان برایندی ایجاد می‌کنند که منجر به تولید گشتاور می‌شود. در این نوع موتور هیچ جریانی در روتور جاری نمی‌شود بنابراین تلفات روتوری نخواهیم داشت که باعث بازدهی بیشتر موتورهای PM می شود.

 

چالش‌های کنترل موتورهای آهنربا دائم

با این حال، کنترل این نوع موتورها به اندازه کنترل انواع موتورهای الکتریکی القایی آسان نیست. میرایی ذاتی در موتورهای PMM کم است، در نتیجه احتمال نوسان‌های گشتاوری بیشتر است. به منظور کنترل این مشکل، درایو باید در حالت کنترل برداری مورد بهره برداری قرار بگیرد. ما در مقالات بعدی به بحث کنترل برداری با جزئیات بیشتری می‌پردازیم، اما همین قدر کافی است که کنترل گشتاور و شار به صورت آنی با استفاده از کنترل برداری منجر به عملکرد نرم و خوب موتورهای PMM می‌شود.

نکته دیگر این است که شناسایی موقعیت آهنرباها در لحظه استارت کمک شایانی به راه اندازی نرم و موفق موتور می‌کند. نرم افزار درایو این کار را به صورت خودکار انجام می‌دهد، اما راه اندازی با کمی تاخیر انجام خواهد شد.

در حال حاضر نگرانی هایی وجود دارد که مواد معدنی اولیه مورد نیاز برای ساخت آهنرباهای موتور کمیاب و گران هستند. در حقیقت این مواد کمیاب نیستند، بلکه بهتر است بگوییم منابع محدودی هستند که غالبا در چین یافت می‌شوند. منابع و معادن جدیدی در حال کشف هستند و مواد مغناطیسی دیگری نیز تحت مطالعه و بررسی هستند، اما PMM ها همواره از انواع موتورهای الکتریکی القایی عادی گرانتر خواهند بود. با این حال، بازدهی بهتر و اندازه کوچکترشان، اقبال بیشتر مصرف‌کنندگان را در پی داشته است. در حال حاضر اکثر سازندگان موتور، PMM ها را ارائه می‌کنند.

موتورهای سنکرون رلوکتانس

موتور سنکرون رلوکتانس (SRM) یک گام جلوتر است. همانطور که در شکل زیر می بینید روتور تنها از ورق های فولادی ظریفی ساخته شده است.

 

میدان مغناطیسی سیم پیچ های استاتور مقاطع متناظر روتور را مغناطیسه می کنند. اینجا هم میدان برآیند گشتاور ایجاد می کند که این گشتاور منجر به چرخش شفت می شود. همانند انواع موتورهای الکتریکی PM، موتورهای SR نیز نیازمند کنترل دقیقی هستند تا جلوی نوسان های گشتاوریشان را بگیرد، بنابراین همچنان به کنترل برداری نیاز داریم. در این نوع موتورها نیز تلفات روتور نداریم در نتیجه بازدهی از یک موتور القایی بیشتر است و در حقیقت قیمت بالاتر موتور را می توان با بازگشت سرمایه ناشی از کاهش مصرف انرژی توجیه کرد.

دقت کنید که موتورهای سنکرون رلوکتانس را با موتورهای کلید رلوکتانسی اشتباه گیرید. موتور کلید رلوکتانسی نیازمند آرایش متفاوت الکترونیک قدرت و همچنین فیدبک موقعیت است. این موتورها سر و صدای زیادی دارند و نوسانات گشتاوری بالایی نیز دارند، هرچند ارزانتر بوده و بسیار کارآمد هستند.

موتورهای دی سی بدون جاروبک

دی سی بدون جاروبک انواع موتورهای الکتریکی هستند که در آن کموتاتور یک موتور DC با کلیدزنی الکترونیک مثل درایو جایگزین می‌شود. موتورهای BLDC در اساس همانند موتورهای PM هستند اما غالبا به موتورهایی گفته می‌شوند که به صورت برعکس ساخته می‌شوند؛ یعنی در آن ها استاتور در لایه داخلی قرار می گیرد و ثابت است، و روتور که شامل آهنرباها است در لایه خارجی قرار می‌گیرد.

این آرایش به خصوص برای کاربردهایی همچون فن‌های تهویه کوچک مناسب است. موتورهای BLDC نیز باید توسط نوعی درایو کنترل دور کنترل شوند. در کاربردهای فن‌های کوچک سیستم درایو درون استاتور ساخته می‌شود و ممکن است از یک سنسور برای شناسایی موقعیت روتور بهره ببرد. این نوع از موتورهای BLDC توسط اینورترهای ساده موج مربعی که با فیدبک سنسور کنترل می شوند مورد بهره برداری قرار می گیرند. این موتورها از برق AC تغذیه می‌شوند در نتیجه نام آن ها که DC بدون جاروبک است کمی فریب دهنده است. اما از آنجا که سنسور در هنگام چرخش روتور هر سیم پیچ استاتور را با استفاده از اینورتر  با سوئیچ زنی خاموش و روشن می‌کند، این موتورها کمی شبیه به موتورهای DC هستند که در آن ها سوئیچ الکترونیکی جایگزین کموتاتور و جاروبک ها است. به همین دلیل نام دیگر آنها موتورهای DC با کموتاتور الکترونیکی است.

موتورهای BLDC بزرگتر (با استاتور روی لایه خارجیشان)، همانند PMM ها کار می‌کنند؛ آن ها می‌توانند بدون سنسور کار کنند در صورتی که درایو بتواند موقعیت و سرعت روتور را با الگوریتم کنترل برداری تشخیص دهد. درایو می‌تواند در این حالت شکل موجی شبیه به موج مربعی ایجاد کند تا عملکرد موتور بهینه شود.

انتخاب درایو متناسب با موتور

همان طور که مشاهده کردید هر کدام از این موتورها با مشخصه‌های مختلف کار می‌کنند و برای کنترل انواع موتورهای الکتریکی نیاز به درایو داریم، اما آیا برای هر کدام از این موتورها یک درایو خاص باید تهیه شود؟!!

این بسیار حائز اهمیت است که شما درایوی در اختیار داشته باشید که بتوان با آن تمامی موتورها را راه‌اندازی کرد. درایوهای کنترل دور اینورتک در تمامی مدل‌های خود قابلیت کنترل انواع موتورهای الکتریکی را دارد. بنابراین به شما این امکان را می‌دهد که با تنظیم یک پارامتر، نوع موتور خود را به درایو معرفی کنید تا درایو موتور را بشناسد و مقادیر اولیه برای کنترل موتور را به صورت خودکار تنظیم کند. این مسأله باعث سهولت در راه‌اندازی می‌شود. در ضمن، تمامی مدل‌های درایو اینورتک در کنار متد کنترل اسکالر (V/F) از متد کنترل برداری به‌عنوان جدیدترین تکنولوژی کنترل موتورها نیز بهره می‌برند. این متد به شما امکان کنترل موتور با بالاترین گشتاور در لحظه راه‌اندازی را می‌دهد.

شرکت لیان الکتریک ویرا، انواع درایوهای اینورتک را برای کاربردهای مختلف ارائه می‌کند.