Kawalan Kelajuan Motor DC: Kawalan Rintangan Armatur dan Kawalan Fluks Medan

Motor DC adalah peranti yang menukar kuasa mekanikal kepada tenaga elektrik arus terus. Salah satu ciri paling menonjol motor DC adalah kemampuannya untuk mengubah kelajuan dengan mudah mengikut keperluan tertentu menggunakan kaedah-kaedah yang sederhana. Tahap kawalan kelajuan yang mudah ini tidak begitu mudah dicapai dengan motor AC.

Konsep pengaturan kelajuan dan kawalan kelajuan adalah berbeza. Dalam kes pengaturan kelajuan, kelajuan motor berubah secara spontan sebagai tindak balas kepada pelbagai keadaan operasi. Sebaliknya, dalam motor DC, perubahan kelajuan dimulakan secara sengaja sama ada secara manual oleh operator atau secara automatik melalui peranti kawalan. Kelajuan motor DC ditentukan oleh hubungan berikut:

Persamaan (1) jelas menunjukkan bahawa kelajuan motor DC bergantung pada tiga faktor utama: voltan bekalan V, rintangan litar armatur Ra, dan fluks medan ϕ, yang dihasilkan oleh arus medan.

• Apabila berkenaan dengan mengawal kelajuan motor DC, manipulasi voltan, rintangan armatur, dan fluks medan adalah pertimbangan penting. Terdapat tiga teknik utama untuk mencapai kawalan kelajuan motor DC, seperti yang dinyatakan di bawah:

• Perubahan Rintangan dalam Litar Armatur (Kawalan Rintangan Armatur atau Kawalan Rheostatic)

• Perubahan dalam Fluks Medan (Kawalan Fluks Medan)

• Perubahan dalam Voltan yang Diaplikasikan (Kawalan Voltan Armatur)

Penjelasan lebih mendalam tentang setiap kaedah kawalan kelajuan ini akan diberikan selanjutnya.
Kawalan Rintangan Armatur Motor DC (Motor Shunt)
Gambar rajah sambungan untuk melaksanakan kawalan rintangan armatur pada motor shunt ditunjukkan di bawah. Dalam pendekatan ini, sebuah rintangan pemboleh ubah Re dimasukkan ke dalam litar armatur. Nota bene, perubahan nilai rintangan pemboleh ubah ini tidak mempengaruhi fluks magnet kerana lilitan medan disambungkan langsung ke bekalan utama.

Ciri kelajuan arus motor shunt ditunjukkan di bawah.

Motor Siri
Mari kita kini lihat gambar rajah sambungan untuk mengawal kelajuan motor DC siri menggunakan kaedah kawalan rintangan armatur.

Apabila rintangan litar armatur dikendalikan, ia secara serentak mempengaruhi arus yang mengalir melalui litar dan fluks magnet dalam motor. Jatuh voltan di sepanjang rintangan pemboleh ubah secara efektif mengurangkan voltan yang tersedia untuk armatur. Akibatnya, penurunan voltan armatur yang dikenakan ini menyebabkan penurunan kelajuan putaran motor.

Lengkung ciri kelajuan-arus motor siri, yang menggambarkan hubungan antara kelajuan motor dan arus yang melaluinya, ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Apabila nilai rintangan pemboleh ubah Re ditingkatkan, motor beroperasi pada kelajuan putaran yang lebih rendah. Mengingat rintangan pemboleh ubah menghantar seluruh arus armatur, ia mesti direka untuk menangani arus armatur penuh tanpa panas berlebihan atau gagal.

Kelemahan Kaedah Kawalan Rintangan Armatur

• Sejumlah besar tenaga elektrik hilang sebagai haba dalam rintangan eksternal Re, menyebabkan ketidakcekapan dan pembaziran tenaga.

• Kaedah kawalan rintangan armatur ini terhad kepada mengurangkan kelajuan motor di bawah kelajuan operasi normalnya; ia tidak membenarkan peningkatan kelajuan melebihi tahap normal.

• Untuk nilai rintangan pemboleh ubah tertentu, tahap pengurangan kelajuan tidak tetap tetapi bergantung pada beban yang dikenakan pada motor, menjadikan sukar untuk mencapai pengaturan kelajuan yang tepat.

• Disebabkan ketidakcekapan dan keterbatasannya, pendekatan kawalan kelajuan ini biasanya hanya sesuai untuk motor berukuran kecil.

Kaedah Kawalan Fluks Medan Motor DC

Fluks magnet dalam motor DC dihasilkan oleh arus medan. Oleh itu, kawalan kelajuan menggunakan kaedah ini dilakukan dengan mengubah magnitud arus medan.

Motor Shunt

Dalam motor shunt, rintangan pemboleh ubah RC disambungkan secara siri dengan lilitan medan shunt, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. RC ini sering dirujuk sebagai pengatur medan shunt, memainkan peranan penting dalam mengubah arus medan dan seterusnya fluks magnet motor.

Arus medan shunt diberikan oleh persamaan yang ditunjukkan di bawah:

Apabila rintangan pemboleh ubah RC dimasukkan ke dalam litar medan, ia membatasi aliran arus medan. Akibatnya, fluks magnet yang dihasilkan oleh lilitan medan berkurang. Penurunan fluks ini memberi kesan langsung pada kelajuan motor, menyebabkannya meningkat. Oleh itu, motor beroperasi pada kelajuan putaran yang melebihi kelajuan normal, tidak berubah.

Ciri unik ini menjadikan kaedah kawalan fluks medan sangat berguna untuk dua tujuan utama. Pertama, ia membolehkan motor mencapai kelajuan yang lebih tinggi daripada kelajuan operasi standard, memberikan fleksibiliti dalam aplikasi yang memerlukan kadar putaran yang lebih tinggi. Kedua, ia boleh digunakan untuk mengimbangi penurunan kelajuan semula jadi yang berlaku apabila motor dibebani, secara efektif mengekalkan kelajuan yang lebih konsisten di bawah keadaan beban yang berbeza.

Lengkung ciri kelajuan-tork motor shunt, yang menggambarkan grafik hubungan antara kelajuan putaran motor dan tork yang dapat dihasilkan, ditunjukkan di bawah. Lengkung ini memberikan wawasan berharga tentang ciri prestasi motor di bawah skenario operasi yang berbeza apabila kaedah kawalan fluks medan digunakan.

Motor Siri

Dalam kes motor siri, mengubah arus medan boleh dilakukan melalui salah satu dari dua kaedah: sama ada dengan menggunakan diverter atau dengan melaksanakan kawalan medan bertap.

Dengan Menggunakan Diverter

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, rintangan pemboleh ubah Rd disambungkan secara selari dengan lilitan medan siri. Konfigurasi ini membolehkan manipulasi pengagihan arus dalam litar, seterusnya mempengaruhi kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh lilitan medan siri.

Rintangan selari dalam susunan ini dikenali sebagai diverter. Apabila diverter dengan rintangan pemboleh ubah Rd disambungkan, ia mengalihkan sebahagian arus utama daripada lilitan medan siri. Akibatnya, fungsi utama diverter adalah untuk mengurangkan magnitud arus yang melalui lilitan medan. Semakin berkurang arus medan, fluks magnet yang dihasilkan oleh medan juga berkurang. Penurunan fluks ini menyebabkan peningkatan kelajuan putaran motor.Kawalan Medan BertapKaedah kedua untuk mengubah arus medan dalam motor siri adalah melalui kawalan medan bertap. Gambar rajah sambungan yang berkaitan, yang menggambarkan sambungan elektrik dan komponen-komponen tertentu yang terlibat dalam kaedah ini, ditunjukkan di bawah.

Dalam kaedah kawalan medan bertap, ampere-putaran diubah dengan mengubah bilangan putaran medan aktif. Konfigurasi ini sangat sesuai dalam sistem traksi elektrik. Dengan memanipulasi bilangan putaran medan, fluks medan magnet yang dihasilkan oleh lilitan medan motor diubah, seterusnya membolehkan kawalan tepat atas kelajuan motor.

Lengkung ciri kelajuan-tork motor siri, yang menggambarkan grafik hubungan antara kelajuan putaran motor dan tork yang dapat dihasilkan di bawah pelbagai keadaan operasi, ditunjukkan di bawah. Lengkung ini memberikan wawasan berharga tentang keupayaan prestasi motor apabila kaedah kawalan medan bertap digunakan, membantu jurutera dan teknisi memahami bagaimana motor merespon kepada perubahan beban dan seting kelajuan.

Kelebihan Kawalan Fluks Medan
Kaedah kawalan fluks medan menawarkan beberapa manfaat yang menonjol, seperti yang dinyatakan di bawah:

• Kemudahan Penggunaan: Pendekatan ini mudah dan mesra pengguna, memudahkan pelaksanaan dan operasi yang sederhana.

• Kehilangan Tenaga Rendah: Mengingat lilitan shunt biasanya memerlukan arus yang relatif kecil, tenaga yang hilang dalam lilitan shunt tetap minimal, menyumbang kepada peningkatan kecekapan keseluruhan.

• Mekanisme Peningkatan Kelajuan: Disebabkan kepekat besi inti dalam litar magnet, fluks magnet umumnya tidak dapat ditingkatkan melebihi nilai normalnya. Oleh itu, kawalan fluks medan fokus pada penglemahan medan, yang secara efektif menyebabkan peningkatan kelajuan putaran motor.

• Julat Aplikasi Terkawal: Walau bagaimanapun, penting untuk diingat bahawa kaedah ini hanya sesuai dalam julat yang terhad. Penglemahan medan yang berlebihan boleh menyebabkan ketidakstabilan dalam operasi motor, membatasi penggunaannya kepada skenario tertentu di mana kawalan tepat dan kestabilan adalah penting.