DC motorun sürət kontrolü: Armatur mühümülərinin kontrolu və sahə flüksünün kontrolu

DC motor, mekaniki gücü doğrudan akım elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Bir DC motorun en belirgin özellikleri arasında, özel gereksinimlere göre basit yöntemlerle hızının kolayca ayarlanabilmesi yer alır. Bu seviyede pratik hız kontrolü, AC motorlarda aynı derecede kolay elde edilemez.

Hız düzenleme ve hız kontrol kavramları farklıdır. Hız düzenleme durumunda, motorun hızı çeşitli çalışma koşullarına bağlı olarak kendiliğinden değişir. Buna karşılık, bir DC motorun hızındaki değişiklikler, operatör tarafından manuel olarak veya kontrol cihazları aracılığıyla otomatik olarak bilinçli olarak başlatılır. Bir DC motorun hızı aşağıdaki ilişkiye göre belirlenir:

Denklem (1), bir DC motorun hızının üç temel faktöre bağlı olduğunu açıkça gösterir: besleme gerilimi V, armatür devre direnci Ra ve alan akımı tarafından üretilen manyetik akım ϕ.

• Bir DC motorun hızını kontrol etmek konusunda, gerilim, armatür direnci ve manyetik akım üzerinde yapılan manipülasyonlar önemlidir. Aşağıda, DC motor hız kontrolü için üç ana teknik açıklanmıştır:

• Armatür Devresindeki Direnç Değişimi (Armatür Direnç Kontrolü veya Reostatik Kontrol)

• Alan Akımı Değişimi (Alan Akımı Kontrolü)

• Uygulanan Gerilim Değişimi (Armatür Gerilim Kontrolü)

Bu hız kontrol yöntemlerinin her biri hakkında daha ayrıntılı bir inceleme aşağıda sunulmuştur.
DC Motorun Armatür Direnç Kontrolü (Paralel Motor)
Aşağıda, paralel motorda armatür direnç kontrolünün uygulanması için bağlantı şeması gösterilmiştir. Bu yaklaşım, armatür devresine bir değişken direnç Re eklenerek gerçekleştirilir. Nota bene, bu değişken direnç değeri, manyetik akımı etkilemez çünkü alan bobini doğrudan güç kaynağına bağlanmıştır.

Paralel motorun hız-akım karakteristiği aşağıda gösterilmiştir.

Seri Motor
Şimdi, bir DC seri motorun hızını armatür direnç kontrol yöntemi kullanarak kontrol etmek için bağlantı şemasına bakalım.

Armatür devresindeki direnç ayarlandığında, bu, devrede geçen akımı ve motorun içindeki manyetik akımı aynı anda etkiler. Değişken direnç üzerinden düşen gerilim, armatüre sağlanan gerilimi azaltır. Sonuç olarak, uygulanan armatür geriliminin azalması, motorun dönme hızının azalmasına neden olur.

Seri motorun hız-akım karakteristik eğrisi, motorun hızı ile ondan geçen akım arasındaki ilişkiyi gösterir ve aşağıda verilmiştir.

Değişken direnç Re'nin değeri artırıldığında, motor daha düşük bir dönme hızında çalışır. Değişken direnç, tüm armatür akımını yürüttüğü için, aşırı ısınma veya arızadan korunmak üzere sürekli olarak tam nominal armatür akımını taşımaya muktedir olmalıdır.

Armatür Direnç Kontrol Yönteminin Dezavantajları

• Dış direnç Re içinde önemli miktarda elektrik enerjisi ısı olarak dağılır, bu da verimsizliğe ve enerji kaybına neden olur.

• Bu armatür direnç kontrol yöntemi, motorun normal çalışma hızından daha düşük bir hıza indirilmesine izin verir; ancak normal hızın üstünde bir hız artışına izin vermez.

• Herhangi bir değişken direnç değeri için, hız azalma derecesi sabit değildir, bunun yerine motorun üzerine uygulanan yükün ne olduğuna bağlı olarak değişir, bu da hassas hız düzenlemesini zorlaştırır.

• Bu hız kontrol yaklaşımının içinsel verimsizlikleri ve sınırlamaları nedeniyle, genellikle sadece küçük boyutlu motorlara uygundur.

DC Motorun Alan Akımı Kontrol Yöntemi

Bir DC motorun içindeki manyetik akım, alan akımı tarafından üretilir. Bu nedenle, bu yöntem kullanılarak hız kontrolü, alan akımının büyüklüğünü değiştirerek gerçekleştirilir.

Paralel Motor

Paralel motorlarda, değişken bir direnç RC, paralel alan bobinleriyle seri olarak bağlanır, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi. Bu RC, genellikle paralel alan düzenleyici olarak adlandırılır ve motorun manyetik akımını değiştirmek için alan akımını modifiye etmede kritik rol oynar.

Paralel alan akımı, aşağıdaki denklemle verilir:

Değişken direnç RC alan devresine eklenince, alan akımının akışını kısıtlar. Sonuç olarak, alan bobinleri tarafından üretilen manyetik akım azalır. Bu akım azalmasının doğrudan motorun hızı üzerinde bir etkisi vardır ve motorun hızını artırır. Sonuç olarak, motor, normal, değiştirilmemiş hızından daha yüksek bir dönme hızında çalışır.

Bu benzersiz özellik, alan akımı kontrol yöntemini iki ana amaç için çok kullanışlı kılar. İlk olarak, motorun standart çalışma hızından daha yüksek hızlara ulaşmasını sağlar, bu da yüksek dönme hızları gerektiren uygulamalarda esneklik sağlar. İkinci olarak, motor yük altında olduğunda doğal olarak gerçekleşen hız düşüşünü karşılamak için kullanılabilir, bu da değişen yük koşulları altında daha tutarlı bir hız sağlar.

Paralel motorun hız-tork eğrisi, motorun dönme hızı ile ürettiği tork arasındaki ilişkiyi grafiksel olarak gösterir. Bu eğri, alan akımı kontrol yöntemi uygulandığında motorun farklı çalışma senaryolarındaki performans özelliklerine değerli bilgiler sağlar.

Seri Motor

Seri motorlarda, alan akımını değiştirmek için iki yöntemden biri kullanılabilir: ya diverter kullanımı yoluyla ya da taplı alan kontrol yoluyla.

Diverter Kullanarak

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, değişken bir direnç Rd, seri alan bobinleriyle paralel olarak bağlanır. Bu yapılandırma, devredeki akım dağılımını manipüle etmeye olanak tanır, böylece seri alan bobinleri tarafından üretilen manyetik alanın gücünü etkiler.

Bu yapılandırmada paralel direnç, diverter olarak adlandırılır. Değişken direnç Rd ile diverter bağlandığında, ana akımın bir kısmını seri alan bobinlerinden uzaklaştırır. Sonuç olarak, diverter'in temel işlevi, alan bobininden geçen akım miktarını azaltmaktır. Alan akımı azaldıkça, alanı üreten manyetik akım da azalır. Bu akım azalması, motorun dönme hızını artırır.Taplı Alan KontrolSeri motorlarda alan akımını değiştirmenin ikinci yöntemi, taplı alan kontrolüdür. Bu yöntemde kullanılan spesifik elektriksel bağlantılar ve bileşenlerin gösterildiği ilgili bağlantı şeması aşağıda verilmiştir.

Taplı alan kontrol yönteminde, amper tur sayısı, aktif alan turlarının sayısını değiştirerek ayarlanır. Bu belirli yapılandırma, özellikle elektrik traksiyon sistemlerinde çok uygundur. Alan turlarının sayısını manipüle ederek, motorun alan bobinleri tarafından üretilen manyetik alan akımı değiştirilir, bu da motorun hızı üzerinde hassas kontrol sağlar.

Seri motorun hız-tork karakteristik eğrisi, motorun dönme hızı ile çeşitli çalışma koşullarında ürettiği tork arasındaki ilişkiyi grafiksel olarak gösterir. Bu eğri, taplı alan kontrol yöntemi kullanıldığında motorun performans yeteneklerini anlama konusunda mühendisler ve teknisyenlere değerli bilgiler sağlar, motorun yük ve hız ayarlarına nasıl tepki vereceğini anlamalarına yardımcı olur.

Alan Akımı Kontrolünün Avantajları
Alan akımı kontrol yöntemi, aşağıdaki gibi birkaç belirgin avantaja sahiptir:

• Kullanım Kolaylığı: Bu yaklaşım, basit ve kullanıcı dostu olup, kolay uygulama ve işlem sağlar.

• Düşük Güç Kaybı: Paralel alan genellikle nispeten küçük bir akım gereksinimi olduğundan, paralel alanda dağıtılan güç minimal kalır, bu da genel verimliliğe katkıda bulunur.

• Hız Arttırma Mekanizması: Manyetik devrede demir çekirdeğinin doygunluğu nedeniyle, manyetik akım genellikle normal değerinin üstüne çıkarılamaz. Bu nedenle, alan akımı kontrolü, çoğunlukla alanın zayıflamasına odaklanır, bu da motorun dönme hızını artırmaya neden olur.

• Kontrollü Uygulama Aralığı: Ancak, bu yöntemin sadece kısıtlı bir aralıkta uygulanabileceğini unutmamak önemlidir. Alanın aşırı zayıflaması, motorun çalışmasını istikrarsızlaştırabilir, bu nedenle bu yöntem, hassas kontrol ve istikrar gerektiren belirli senaryolarda kullanılır.