کتاب درایو موتورهای الکتریکی

کتاب درایو موتورهای الکتریکی نوشته‌ی محمد ه. رشید، به بررسی درایوهای موتور DC، نمایش موتور DC و ویژگی‌ و عملکرد آن پرداخته است.

به گفتۀ محمد ه. رشید در این اثر که ترجمه‌ی فصل سی و سوم از کتاب Power electronics handbook: devices, circuits, and applications handbook است، افزایش و گسترش الکترونیک قدرت و مدارهای کنترل جانبی سیستم کنترل موتور در دو یا سه دهه گذشته منجر به وضعیتی شده است که درایورهای موتور فرآیند تبدیل قدرت مکانیکی به قدرت الکتریکی، در جهان را به عهده دارند و با استفاده از الکترونیک قدرت در آستانه به دست گرفتن تمام این قدرت هستند. امروزه به حرکت درآوردن موتورهایی که به یک منبع AC یا DC ثابت متصل هستند از طریق تنظیمات مکانیکی تقریبا به پایان رسیده است.

ترکیب الکترونیک قدرت به موتورها بدان معنی است که در حال حاضر فرایندها می‌توانند بسیار موثرتر و با درجه انعطاف‌پذیری بیشتر نسبت به گذشته انجام گیرند. البته برخی فرآیندها برای نوع‌های مشخصی از موتورها مطلوب‌تر هستند زیرا با مشخصات و ویژگی‌های آن‌ها تطابق دارند. از نظر تاریخی این وضعیت ناشی از تقاضای صنعت است. با این حال به طور روزافزون دستگاه‌های الکترونیک قدرت و سخت‌افزار کنترل به راحتی قادر به منطبق کردن مشخصه‌های پایدار موتور به نیازمندی‌های بار هستند (وقتی که توسط یک منبع تغذیه ثابت AC یا DC درایو می‌شوند). اینگونه که روندهای اخیر نشان می‌دهد توسعه فرم‌های نوین ماشین‌ها و روش‌های کنترل کاهش نخواهد یافت.

انتظار می‌رود همانگونه که تجهیزات الکترونیک قدرت تنوع زیادی دارند (بسته به سطوح توان کاربردها) موتورها نیز دارای انواع مختلفی باشند (بسته به نیازمندی‌ها و سطوح توان کاربردها).

اغلب انتخاب یک موتور و مدار درایو الکترونیک قدرت آن برای یک کاربرد، از این واقعیت‌ها ناشی می‌شود. در نتیجه مهندسان به درک خوبی از کاربرد مورد نظر انواع موتورهای موجود و مبدل‌های الکترونیک قدرت مناسب و روش‌های کنترل آن نیاز دارند.

برای سال‌های متمادی موتورهای DC با جاروبک انتخاب مناسبی برای کاربردهایی بودند که نیاز به عملکرد دینامیکی بالا داشتند از درایوهای تا چند صد کیلو وات برای این نوع موتورها استفاده شده است. در مقابل موتورهای القای برای عملکرد پایین، کاربردهای قابل تنظیم سرعت در سطوح توان کم و متوسط در نظر گرفته شده‌اند. در سطوح توان خیلی زیاد، موتورهای القایی حلقه لغزشی (Slip-ring) یا درایوهای موتور سنکرون انتخاب‌های مناسبی بودند. این مرزها به صورت فزاینده‌ای غیرمعمول شده‌اند، به خصوص در سطوح توان کم. فاکتور دیگر برای درایو موتورها توجه به عملکرد سرور است.

تقاضای روزافزون برای بهره‌وری بیشتر با توان و کیفیت بالا بسیاری از تولیدات صنعتی است که در زندگی روزمره از آن‌ها استفاده می‌کنیم. این بدان معنی است که تمام تمام جنبه‌های پاسخ دینامیکی و دقت درایوهای موتورها باید افزایش یابد.

مسائل مربوط به بازده انرژی و ازدیاد هارمونیک‌های تزریقی به شبکه تغذیه نیز تاثیر زیادی بر انتخاب مدار درایو موتور دارند. ممکن است بار یک سیستم نوار نقاله، یک سیستم کشش، رول درایو یک آسیاب، وسیله برش یک ماشین ابزار با کنترل عددی، کمپرسور یک تهویه هوا، سیستم کنترل نیروی محرکه کشیی شیر کنترل یک دیگ بخار، بازوی رباتیک یا غیره باشد.

در بخشی از کتاب درایو موتورهای الکتریکی می‌خوانیم:

درایوهای سروو درایو موتورهایی هستند که با پاسخ دینامیکی بالا عمل می‌کنند. از نظر تاریخی درایوهای سروو سیستم‌های کنترل حرکت دارند که در آن طراحی پیچیده موتور، درایو و روش‌های کنترل به کار گرفته شده است. تا زمان‌های موقعیت یابی کوتاه تراز سیستم‌های درایو معمولی را فراهم کند. مثلا در درایو ماشین افزارها، عملگرهای رباتیک، درایوهای دیسک کامپیوتر و غیره هستند. محدوده توان برای این درایوها معمولا در محدوده چند کیلووات یا کمتر می‌باشد. این محدوده در سالهای اخیر به نتایج حاصل از پیشرفت مواد مغناطیسی، طراحی ماشین، دستگاه‌های الکترونیکی سیگنال و توان و سنسورها به صورت پیوسته افزایش یافته است.

به غیر از دفعات موقعیت یابی"پاسخ دینامیکی بالا" نیز بدن معنی است که با مشخصات کار می‌کند:

1. گشتاور بسیار صاف در حدود سرعت‌های کم 2. قابلیت اطمینان بسیار بالا و نیاز به نگهداری کم 3. مصونیت از اختلالات بار آخرین مورد را می‌توان با الگوریتم‌های کنترل هوشمند و قوی به ارمغان آورد. دو مورد اول را می‌توان با طراحی‌های ابتکاری و اغلب پرمرتبه کنترل کننده موتور به ارمغان آورد. در نتیجه این موارد معمولا هزینه درایو موتور سروو بسیار بیشتر از درایوهای صنعتی با توان نامی برابر می‌اشد. تفاوت ذکر شده ممکن است به راحتی و با توجه به مثال‌هایی مانند زیر تشخیص داده شود. مثلا درایوهایی که مواد را آسیاب می‌کنند به عملکرد بالا نیاز ندارند اما درایوهایی که در شکل دادن سریع یا کاهش مواد مشارکت می‌کنند باید به منظور افزایش توان و اطمینان از صحت محصول نهایی پاسخ دینامیکی بالایی داشته باشند.