Pangangalakal ng Bilis ng DC Motor: Kontrol sa Rezistansiya ng Armature at Kontrol sa Field Flux

Ang DC motor ay isang aparato na nagsasalin ng mekanikal na lakas sa direktang kuryente. Isa sa mga pinakamahalagang katangian ng DC motor ang kanyang kakayahan na mabago ang bilis nito ayon sa partikular na pangangailangan gamit ang simpleng paraan. Ang lebel ng ganitong kontrol sa bilis ay hindi ganoon kadaling makamit sa AC motor.

Ang konsepto ng regulasyon ng bilis at kontrol sa bilis ay iba't-ibang bagay. Sa kasong ito ng regulasyon ng bilis, ang bilis ng motor ay nagbabago spontaneamente bilang tugon sa iba't-ibang kondisyon ng operasyon. Sa kabilang banda, sa DC motor, ang pagbabago ng bilis ay pinagplano, yaon ay inilunsad ng operator o sa pamamagitan ng mga aparato ng kontrol. Ang bilis ng DC motor ay nakasalalay sa sumusunod na relasyon:

Ang Ekwasyon (1) ay malinaw na nagpapakita na ang bilis ng DC motor ay nakasalalay sa tatlong pangunahing factor: ang supply voltage V, ang resistance ng armature circuit Ra, at ang field flux ϕ, na ginagawa ng field current.

• Kapag ito ay tungkol sa pagkontrol ng bilis ng DC motor, ang pagbabago ng voltage, resistance ng armature, at field flux ay mahalagang konsiderasyon. May tatlong pangunahing tekniko para makamit ang kontrol sa bilis ng DC motor, tulad ng ipinapakita sa ibaba:

• Pagbabago ng Resistance sa Armature Circuit (Armature Resistance o Rheostatic Control)

• Pagbabago ng Field Flux (Field Flux Control)

• Pagbabago ng Inilapat na Voltage (Armature Voltage Control)

Isinasagawa ang mas detalyadong pagsisiyasat sa bawat isa ng mga paraan ng kontrol sa bilis sa susunod.
Armature Resistance Control ng DC Motor (Shunt Motor)
Ang diagram ng koneksyon para sa pag-implement ng armature resistance control sa shunt motor ay ipinapakita sa ibaba. Sa pamamaraang ito, isinasama ang variable resistor Re sa armature circuit. Mahalagang tandaan na ang mga pagbabago sa halaga ng variable resistor na ito ay hindi nakakaapekto sa magnetic flux dahil ang field winding ay direkta na konektado sa supply mains.

Ipinalalatag ang speed current characteristic ng shunt motor sa ibaba.

Series Motor
Tingnan natin ngayon ang diagram ng koneksyon para sa pagkontrol ng bilis ng DC series motor gamit ang armature resistance control method.

Kapag binago ang resistance ng armature circuit, ito ay may epekto sa parehong current na umuusbong sa circuit at magnetic flux sa loob ng motor. Ang voltage drop sa variable resistor ay bumabawas sa voltage na available para sa armature. Bilang resulta, ang pagbawas sa inilapat na armature voltage ay nagdudulot ng pagbaba ng rotational speed ng motor.

Ang speed-current characteristic curve ng series motor, na nagpapakita ng relasyon sa pagitan ng bilis ng motor at current na lumilipas dito, ay ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Kapag itinaas ang halaga ng variable resistance Re, ang motor ay gumagana sa mas mababang rotational speed. Dahil ang variable resistance ay nagkoconduct ng buong armature current, kailangan itong maengineer upang patuloy na mag-handle ng full-rated armature current nang walang pag-overheat o pag-fail.

Mga Diwatawan ng Armature Resistance Control Method

• Malaking bahagi ng electrical power ay nawawala bilang init sa external resistance Re, na nagreresulta sa inefficiencies at energy waste.

• Ang paraan ng armature resistance control ay limitado sa pagbawas ng bilis ng motor sa ilalim ng normal na operating speed nito; hindi ito nagbibigay ng pagtaas ng bilis sa ibabaw ng normal na lebel.

• Para sa anumang tiyak na halaga ng variable resistance, ang antas ng pagbawas ng bilis ay hindi fixed kundi depende sa load na inilapat sa motor, kaya mahirap makamit ang precise speed regulation.

• Dahil sa inherent inefficiencies at limitations nito, ang paraan ng speed-control na ito ay karaniwang lamang suitable para sa small-sized motors.

Field Flux Control Method ng DC Motor

Ang magnetic flux sa loob ng DC motor ay ginagawa ng field current. Kaya, ang kontrol sa bilis gamit ang paraang ito ay matutugunan sa pamamagitan ng pag-adjust ng magnitude ng field current.

Shunt Motor

Sa shunt motor, isinasama ang variable resistor RC sa series sa shunt field windings, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang RC na ito ay karaniwang tinatawag na shunt field regulator, na may mahalagang papel sa pag-modify ng field current at, sa kalaunan, ang magnetic flux ng motor.

Ang shunt field current ay ibinibigay ng ekwasyon na ipinapakita sa ibaba:

Kapag isinasama ang variable resistor RC sa field circuit, ito ay nagpapahina sa flow ng field current. Bilang resulta, ang magnetic flux na ginagawa ng field windings ay nababawasan. Ang pagbawas sa flux na ito ay may direktang epekto sa bilis ng motor, na nagdudulot ng pagtaas nito. Kaya, ang motor ay gumagana sa rotational speed na mas mataas sa kanyang normal, unaltered speed.

Ang unique na katangian na ito ay nagpapahalagang useful ang field flux control method para sa dalawang pangunahing layunin. Una, ito ay nagbibigay ng kakayahan sa motor na makamit ang bilis na mas mataas sa standard operating speed nito, nagbibigay ng flexibility sa aplikasyon na nangangailangan ng elevated rotational rates. Pangalawa, ito ay maaaring gamitin upang labanan ang natural na pagbaba ng bilis na nangyayari kapag ang motor ay under load, na nagpapanatili ng mas consistent na bilis sa iba't-ibang load conditions.

Ang speed-torque curve para sa shunt motor, na graphically nagpapakita ng relasyon sa pagitan ng rotational speed ng motor at torque na ito ay maaaring lumikha, ay ipinapakita sa ibaba. Ang curve na ito ay nagbibigay ng valuable insights sa performance characteristics ng motor sa iba't-ibang operating scenarios kapag ang field flux control method ay inapply.

Series Motor

Sa kasong ito ng series motor, ang pagbabago ng field current ay maaaring matugunan sa pamamagitan ng isa sa dalawang paraan: either by utilizing a diverter o through tapped field control.

By Using a Diverter

Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba, isinasama ang variable resistance Rd sa parallel sa series field windings. Ang configuration na ito ay nagbibigay ng kakayahan upang manipulahin ang distribution ng current sa circuit, na may epekto sa strength ng magnetic field na ginagawa ng series field windings.

Ang parallel resistor sa setup na ito ay kilala bilang diverter. Kapag connected ang diverter na may variable resistance Rd, ito ay nag-divert ng tiyak na fraction ng main current away mula sa series field windings. Bilang resulta, ang primary function ng diverter ay to decrease the magnitude of the current passing through the field winding. As the field current diminishes, the magnetic flux generated by the field also reduces. This reduction in flux leads to an increase in the motor's rotational speed.Tapped Field ControlThe second approach for altering the field current in a series motor is through tapped field control. The corresponding connection diagram, which illustrates the specific electrical connections and components involved in this method, is presented below.

Sa tapped field control method, ang ampere-turns ay inaadjust sa pamamagitan ng pagbabago ng bilang ng active field turns. Ang particular na configuration na ito ay highly applicable sa electric traction systems. Sa pamamagitan ng pag-manipulate ng bilang ng field turns, ang magnetic field flux na ginagawa ng field winding ng motor ay nababago, na nagbibigay ng precise control sa bilis ng motor.

Ang speed-torque characteristic curve ng series motor, na graphically nagpapakita ng relasyon sa pagitan ng rotational speed ng motor at torque na ito ay maaaring lumikha sa iba't-ibang operating conditions, ay ipinapakita sa ibaba. Ang curve na ito ay nagbibigay ng valuable insights sa performance capabilities ng motor kapag ang tapped field control method ay inemploy, na tumutulong sa engineers at technicians na maintindihan kung paano ang motor ay tumutugon sa mga pagbabago sa load at speed settings.

Mga Advantages ng Field Flux Control
Ang field flux control method ay nagbibigay ng maraming notable benefits, tulad ng ipinapakita sa ibaba:

• Ease of Use: Ang approach na ito ay straightforward at user-friendly, na nagpapadali ng simple implementation at operation.

• Low Power Loss: Dahil ang shunt field ay may kaunting current requirement, ang power na dissipated sa shunt field ay minimal, na nagkontribyuto sa improved overall efficiency.

• Speed Increase Mechanism: Dahil sa saturation ng iron core sa magnetic circuit, ang magnetic flux ay hindi maaaring itaas sa ibabaw ng normal value nito. Kaya, ang field flux control ay pangunahing nakatuon sa pag-weaken ng field, na nagresulta sa pagtaas ng rotational speed ng motor.

• Controlled Application Range: Ngunit, mahalagang tandaan na ang paraang ito ay applicable lamang sa limited range. Excessive weakening ng field ay maaaring mag-lead sa instability sa operasyon ng motor, na naglimit sa use nito sa specific scenarios kung saan ang precise control at stability ay mahalaga.