mohamad.s
03-10-2011, 11:36 PM
سروموتورهاي AC همانطـور که قبلا ذکر شد انتخاب مناسبي براي کاربـــردهاي با توان پايين هستند و به همين دليل است که موتورهاي AC هميشه به موتورهاي DC ترجيح داده ميشوند. مزاياي سروموتورهاي AC به سروموتورهايDC شامل موارد زير است :
1- روتورهاي قفس سنجابي ساده هستند و در مقايسه با سيم پيچي آرميچر ماشينهاي DC از نظر ساختاري ، محکمتر هستند.
2- سروموتورهاي AC داراي جاروبک براي کموتاسيـون نيستنـد و نياز به تعمير ونگهداري دائم ندارند.
3- هيچ عايقي در اطراف هادي آرميچر آنچنان که در موتور DC وجود دارد نيست پـس آرميـچر مي تواند بسيار بهتر گرما را پخش کند.
4- بدليل اينکه آرميـچر، سيـم پيچي هاي عايـق دار پيچـيده اي ندارد ، قطر آن مي توانـد براي کاهش اينرسي روتور بسيار کاهش يابد . اين امر به جلوگيري از Over Shoot در مکـانيسم سـرو کمک مي کند .
يک سروموتور AC اصولا يک موتور دوفاز القايي است به جز در مورد جنبه‌هاي خـاص طراحي آن.
توان مکانيکي خروجي يک سروموتور AC از 2 وات تا چند صد وات تغيير مي کند . مــوتورهاي بزرگتر از اين توان بسيار کم بازده اند واگربامشـخصات گشتـاورسرعت مطلوب ساخته شده باشند براي استفاده در کاربردهاي سرو بسيار مشکل ساز خواهند شد . سرو موتورهاي دقيق در کامپيوترها ابزارهاي سرو و شماري ازکاربردها که به دقت بالايي نياز است بکار مي روند.
کاربردهاي سروموتور:
در ادامه به نمونههايي از كاربرد سرو موتور در صنعت اشاره ميشود:
تغذيه دستگاه پرس :
در اين کاربرد ، ورقـه هاي فلز به داخل دستگاه پرس تغذيه مي شوند که در آنجا به وسيله يک تيغه چاقو به طول بريده مي شونـد . ورقـه هاي فلزي ممکن است داراي يک آرم يا ديگر تبليغات باشند که بايد علائم با نقاط برش هماهنگ شوند . در اين کاربــرد سرعت و موقعيت ورقه فلز بايد با نقاط برش صحيـح همزمان شود . سنـسور فيدبک مي توانـد يک باشد که با يک سنسور فتوالکتـريک براي تشخيص موقعـيت فلز کوپل شود . يک تابلو اپراتوري نصب شده ، آنچنــان که اپراتور مي تواند سيــستم را براي حفاظت از برخورد تيغه ها جلو يا عقب ببرد يا عمل بارگذاري نورد جديد را انجام دهد . تابلو اپراتوري همچـنين مي تواند براي احضـار پارامتـرهاي درايو مطابق با نوع فلز ، استفاده شود . همچنين سيستم مي تواند با يک کنترل کننده قابل برنامه ريزي يا ديگر انــواع کنترل کننده کامل شود و تابلو اپراتوري مي تواند براي انتخاب نقاط صحيح برش براي هر نوع فـلز استفاده شود . شكل 6 شمايي از اين كاربرد را ارايه مي دهد .
پر کردن بطري در خط :
در اين کاربرد چنـد پر کنـنده با بطريها به صورتي که آنها در طي يک خط پيوسته حرکت کنند ، در يک خط قرار گرفته است . هر کـدام از پرکنـنده ها بايد با يک بطري هماهنگ شوند و بطري را در حال حرکت آن تعقيب کنند . محصول هنبامي که نازل با بطري حرکت مي کند ، توزيع مي شود .
در ايـن کــاربرد 10 نـازل روي يـک نـوار قـرار گـرفته اند که با يک مکانيسم توپ – پيچ حرکت مي کنـند . وقـتي موتـور شفـت را حـرکت مي دهد ، نـوار به صورت افقي در طول شفت شروع به حرکت مي کند . اين حرکت صاف خواهد بود آنچنانکه هر کدام از نازلها بتواند محصـول را در داخل بطزيها بدون سرريز پخش کند .
سيـستم درايو سرو از يک کنتـرل کنـنده موقـعيت با نرم افزار استفــاده مي کند که اجازه مي دهد موقعيت و سرعت همانطور که خط بـطريها را حـرکت مي دهد ، دنبال شود . Encoder اصـلي بطريها را هنگامي که در طي خط حرکت مي کنند ، تعقيب مي کند .
همچــنين براي اطمينان از اينـکه اگر يک بطري گم شده يا فاصله زيادي بين بطريها ظاهر شود ، هيچ محصولي از نازل پخش نشود يک آشکار ساز به سيستم متصل مي شود .
سيستم درايو سرو ، موقعيت بطريها را از Encoder اصلي با سيـگنال فـيدبک مـقايـسه کرده که موقعيت نوار پرکننده ها را نشان مي دهد . تقويت کننده سرو سرعت نوار را آنچنان که نازلها دقيقا با بطريها همسرعت شوند ، افزايش يا کاهش مي دهد . شكل7 دياگرام نوعي اين كاربرد را نشان مي دهد .
کارگذاري برچسب :
کاربرد بعدي داراي کنترل سروموتوري سرعت يک مکانيسم تغذيه برچسب است که برچسبهاي از پيش چاپ شـده را از روي يک رول روي بســته هـايي که روي يک سيـستم حـمل کننده حرکت مي کنـند ، قـرار مي دهـد . سيگنالهاي فيدبک با يک Encoder که موقعيت حمل کننده را نشان مي دهد ، تاکوژنراتور که سرعت حمل کننده را نشان مي دهد ، و يك سنسور که علامت ثبت شده روي برچسب را نشان مي دهد به دست مي آيند . سيستم موقعيت سرو با يک ميکرو پروسـسور که سيگنـال خـطا را تنـظيم مي کند و تقويت کننده سرو که سيگنالهاي تـوان را براي سرو موتور تهيه مي کند کنترل مي شود . شكل 8 دياگرام اين كاربرد را نشان مي دهد .
يکي از اولين موتورهاي دوار ، اگر نگوييم اولين ، توسط مايکل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، مي‌شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي‌کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي‌آمد و نشان مي‌داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايره‌اي اطراف سيم ميشود. اين موتور اغلب در کلاسهاي فيزيک مدارس نشان داده ميشود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه ، از آب نمک استفاده ميشود.
موتور کلاسيک DC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي ، بستگي دارد.
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير ، کنترل ميشود. بدليل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.
اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم
کنترل موتور DC:
حالا اگر بخوایم بریم سر اصل مطلب باید بپردازیم به نحوه کنترل این نوع موتور. می دونم همه دیدید که
موتورهای
DC
(یا آرمیچر خودمون) دارای دو سر هستند که اگر یکی رو به قطب + و دیگری رو به - باطری وصل کنیم باعث چرخش موتور در یک جهت می شیم و اگر جای سیم ها رو عوض کنیم موتور در جهت معکوس خواهد چرخید
.
حالا ساده ترین نوع کنترلی که با دانش فعلی ما پیشنهاد میشه استفاده از همون آیسی
ULN2803 هستش به این صورت که یک سر از یک موتور رو به یکی از پینهای خروجی این آیسی وصل کنیم (در مقالات قبلی گفتم که پینهای ۱۸ تا ۱۱ خروجی و ۱ تا ۹ ورودی های اونها هستند) و سر دیگر رو به قطب
مثبت منبع مون وصل کنیم. حالا با صفر کردن ورودی (وصل کردن اون به ۰ولت یا ۰منطقی از میکرو) موتور
روشن و با یک کردن اون (۵ولت یا ۱ منطقی از میکرو) موتور خاموش خواهد شد. می تونیم این کار رو با دو
موتور همانند مدار زیر انجام بدیم و در واقع ربات مسیریاب ساده ای بسازیم که میتونه خطوط تیره بدون انحرافات
شدید (مثل پیچهای تند یا ۹۰) رو با سرعت دنبال کنه.
1- روتورهاي قفس سنجابي ساده هستند و در مقايسه با سيم پيچي آرميچر ماشينهاي DC از نظر ساختاري ، محکمتر هستند.
2- سروموتورهاي AC داراي جاروبک براي کموتاسيـون نيستنـد و نياز به تعمير ونگهداري دائم ندارند.
3- هيچ عايقي در اطراف هادي آرميچر آنچنان که در موتور DC وجود دارد نيست پـس آرميـچر مي تواند بسيار بهتر گرما را پخش کند.
4- بدليل اينکه آرميـچر، سيـم پيچي هاي عايـق دار پيچـيده اي ندارد ، قطر آن مي توانـد براي کاهش اينرسي روتور بسيار کاهش يابد . اين امر به جلوگيري از Over Shoot در مکـانيسم سـرو کمک مي کند .
يک سروموتور AC اصولا يک موتور دوفاز القايي است به جز در مورد جنبه‌هاي خـاص طراحي آن.
توان مکانيکي خروجي يک سروموتور AC از 2 وات تا چند صد وات تغيير مي کند . مــوتورهاي بزرگتر از اين توان بسيار کم بازده اند واگربامشـخصات گشتـاورسرعت مطلوب ساخته شده باشند براي استفاده در کاربردهاي سرو بسيار مشکل ساز خواهند شد . سرو موتورهاي دقيق در کامپيوترها ابزارهاي سرو و شماري ازکاربردها که به دقت بالايي نياز است بکار مي روند.
کاربردهاي سروموتور:
در ادامه به نمونههايي از كاربرد سرو موتور در صنعت اشاره ميشود:
تغذيه دستگاه پرس :
در اين کاربرد ، ورقـه هاي فلز به داخل دستگاه پرس تغذيه مي شوند که در آنجا به وسيله يک تيغه چاقو به طول بريده مي شونـد . ورقـه هاي فلزي ممکن است داراي يک آرم يا ديگر تبليغات باشند که بايد علائم با نقاط برش هماهنگ شوند . در اين کاربــرد سرعت و موقعيت ورقه فلز بايد با نقاط برش صحيـح همزمان شود . سنـسور فيدبک مي توانـد يک باشد که با يک سنسور فتوالکتـريک براي تشخيص موقعـيت فلز کوپل شود . يک تابلو اپراتوري نصب شده ، آنچنــان که اپراتور مي تواند سيــستم را براي حفاظت از برخورد تيغه ها جلو يا عقب ببرد يا عمل بارگذاري نورد جديد را انجام دهد . تابلو اپراتوري همچـنين مي تواند براي احضـار پارامتـرهاي درايو مطابق با نوع فلز ، استفاده شود . همچنين سيستم مي تواند با يک کنترل کننده قابل برنامه ريزي يا ديگر انــواع کنترل کننده کامل شود و تابلو اپراتوري مي تواند براي انتخاب نقاط صحيح برش براي هر نوع فـلز استفاده شود . شكل 6 شمايي از اين كاربرد را ارايه مي دهد .
پر کردن بطري در خط :
در اين کاربرد چنـد پر کنـنده با بطريها به صورتي که آنها در طي يک خط پيوسته حرکت کنند ، در يک خط قرار گرفته است . هر کـدام از پرکنـنده ها بايد با يک بطري هماهنگ شوند و بطري را در حال حرکت آن تعقيب کنند . محصول هنبامي که نازل با بطري حرکت مي کند ، توزيع مي شود .
در ايـن کــاربرد 10 نـازل روي يـک نـوار قـرار گـرفته اند که با يک مکانيسم توپ – پيچ حرکت مي کنـند . وقـتي موتـور شفـت را حـرکت مي دهد ، نـوار به صورت افقي در طول شفت شروع به حرکت مي کند . اين حرکت صاف خواهد بود آنچنانکه هر کدام از نازلها بتواند محصـول را در داخل بطزيها بدون سرريز پخش کند .
سيـستم درايو سرو از يک کنتـرل کنـنده موقـعيت با نرم افزار استفــاده مي کند که اجازه مي دهد موقعيت و سرعت همانطور که خط بـطريها را حـرکت مي دهد ، دنبال شود . Encoder اصـلي بطريها را هنگامي که در طي خط حرکت مي کنند ، تعقيب مي کند .
همچــنين براي اطمينان از اينـکه اگر يک بطري گم شده يا فاصله زيادي بين بطريها ظاهر شود ، هيچ محصولي از نازل پخش نشود يک آشکار ساز به سيستم متصل مي شود .
سيستم درايو سرو ، موقعيت بطريها را از Encoder اصلي با سيـگنال فـيدبک مـقايـسه کرده که موقعيت نوار پرکننده ها را نشان مي دهد . تقويت کننده سرو سرعت نوار را آنچنان که نازلها دقيقا با بطريها همسرعت شوند ، افزايش يا کاهش مي دهد . شكل7 دياگرام نوعي اين كاربرد را نشان مي دهد .
کارگذاري برچسب :
کاربرد بعدي داراي کنترل سروموتوري سرعت يک مکانيسم تغذيه برچسب است که برچسبهاي از پيش چاپ شـده را از روي يک رول روي بســته هـايي که روي يک سيـستم حـمل کننده حرکت مي کنـند ، قـرار مي دهـد . سيگنالهاي فيدبک با يک Encoder که موقعيت حمل کننده را نشان مي دهد ، تاکوژنراتور که سرعت حمل کننده را نشان مي دهد ، و يك سنسور که علامت ثبت شده روي برچسب را نشان مي دهد به دست مي آيند . سيستم موقعيت سرو با يک ميکرو پروسـسور که سيگنـال خـطا را تنـظيم مي کند و تقويت کننده سرو که سيگنالهاي تـوان را براي سرو موتور تهيه مي کند کنترل مي شود . شكل 8 دياگرام اين كاربرد را نشان مي دهد .
يکي از اولين موتورهاي دوار ، اگر نگوييم اولين ، توسط مايکل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، مي‌شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي‌کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي‌آمد و نشان مي‌داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايره‌اي اطراف سيم ميشود. اين موتور اغلب در کلاسهاي فيزيک مدارس نشان داده ميشود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه ، از آب نمک استفاده ميشود.
موتور کلاسيک DC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي ، بستگي دارد.
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير ، کنترل ميشود. بدليل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.
اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم
کنترل موتور DC:
حالا اگر بخوایم بریم سر اصل مطلب باید بپردازیم به نحوه کنترل این نوع موتور. می دونم همه دیدید که
موتورهای
DC
(یا آرمیچر خودمون) دارای دو سر هستند که اگر یکی رو به قطب + و دیگری رو به - باطری وصل کنیم باعث چرخش موتور در یک جهت می شیم و اگر جای سیم ها رو عوض کنیم موتور در جهت معکوس خواهد چرخید
.
حالا ساده ترین نوع کنترلی که با دانش فعلی ما پیشنهاد میشه استفاده از همون آیسی
ULN2803 هستش به این صورت که یک سر از یک موتور رو به یکی از پینهای خروجی این آیسی وصل کنیم (در مقالات قبلی گفتم که پینهای ۱۸ تا ۱۱ خروجی و ۱ تا ۹ ورودی های اونها هستند) و سر دیگر رو به قطب
مثبت منبع مون وصل کنیم. حالا با صفر کردن ورودی (وصل کردن اون به ۰ولت یا ۰منطقی از میکرو) موتور
روشن و با یک کردن اون (۵ولت یا ۱ منطقی از میکرو) موتور خاموش خواهد شد. می تونیم این کار رو با دو
موتور همانند مدار زیر انجام بدیم و در واقع ربات مسیریاب ساده ای بسازیم که میتونه خطوط تیره بدون انحرافات
شدید (مثل پیچهای تند یا ۹۰) رو با سرعت دنبال کنه.