طرق بدء وإيقاف محركات التيار المستمر (المباشر)
1- طرق بدء حركة محرك تيار مباشر:
تستخدم طرق عديدة لبدء التشغيل للمحركات الكهربائية ومنها محركات التيار المباشر وذلك لتقليل تيار البدء الذي قد يصل لأضعاف تيار الحمل الاسمي للمحرك. ولابد أنك تتساءل عن سبب ارتفاع تيار بدء التشغيل. ولفهم سبب ارتفاع تيار البدء لمحركات التيار المباشر سندرس الدائرة المكافئة لمحرك التيار المباشر نوع التوالي والتوازي.
يوضح الشكل (التالي) الدائرة المكافئة لمحرك التيار المستمر (المباشر) نوع التوالي، حيث تمثل ملفات الأقطاب وملفات المنتج بمقاومات Rs و Ra على التوالي.
تلاحظ من الشكل أن تيار المنتج(Ia) يساوي تيار الأقطاب (Is) وبنفس الوقت يساوي تيار الحمل (IL) والقوة الدافعة العكسية المتولدة في موصلات المنتج (E) ناتجة عن دوران الموصلات داخل المجال المغناطيسي حسب قانون فإرادي ويتحدد اتجاهها حسب مبدأ لنز.
وحسب قانون كيرشوف للفولطية للدائرة الكهربائية في الشكل(السابق) فإن:
(V = Ia (Rs + Ra ) +E ………………(1-1
وبإعادة ترتيب المعادلة (8-3)
عند لحظة بدء التشغيل تكون سرعة المحرك صفراً وبالتالي تكون قيمة القوة الدافعة العكسية (E) تساوي صفراً، ويكون تيار بدء التشغيل (Is)
وتلاحظ من المعادلة (3-1) أن تيار البدء يتناسب عكسياً مع قيمة مقاومات الدائرة ؛ أي بزيادة قيمة المقاومة سيقل تيار البدء وهذه الطريقة تتم بعد بتوصيل مقاومة بادئة تشغيل على التوالي مع ملفات المنتج وملفات الأقطاب لهذا النوع من المحركات.
يوضح الشكل التالي الدائرة المكافئة لمحرك التيار المباشر نوع التوازي ، حيث تمثل ملفات الأقطاب وملفات المنتج بمقاومات Rf و Ra على الترتيب.
(IL = If +Ia ……………………..(1-4
وحسب خصائص دائرة التوازي فإن:
V = If . Rf
وأيضاً
(V = Ia Ra +E …………………………..(1-5
وبإعادة ترتيب المعادلة (5-1)
تلاحظ أن تيار البدء سيكون كبيراً جداً إذا كانت قيمة مقاومة المنتج صغيرة.
1-بادئ تشغيل محركات التوازي (DC Shunt Motor Starter) :
عند بدء إقلاع محرك التوازي سيسحب المنتج تيارً كبيراً جداً قد يصل إلى 20 ضعف من تيار الحمل الاسمي، وهذا قد يؤدي لإتلاف ملفات المحرك. وسبب كبر هذا التيار انه عند بدء التشغيل تكون سرعة المحرك صفراً والقوة الدافعة العكسية Back EMF تساوي صفراً حسب المعادلة (6-1) التي مرت معك سابقا.ً
عند تصميم المحرك يراعى أن تكون مقاومة المنتج صغيرة لتقليل المفاقيد النحاسية في ملفاته ولرفع كفاءته. ومن الطرق المستخدمة لتقليل تيار البدء وصل مقاومة متغيرة على التوالي مع ملفات المنتج والتي تسمى أيضاً مقاومة بدء التشغيل ويكون تيار البدء المسحوب مساوياً:
في الطريقة الأولى يتم إدخال مقاومة بدء التشغيل كاملة في البداية ثم يتم إخراجها تدريجياً يدوياً منذ بداية التشغيل حتى وصول سرعة المحرك إلى سرعته الاسمية عند اللاحمل كما يوضح الشكل التالي.
يوضح الشكل السابق تركيب بادئ التشغيل باستخدام ذراع المقاومة. وتكون مقاومة بدء التشغيل في البداية كلها في دائرة المنتج ومع تغيير أوضاع ذراع المقاومة حتى يتم إخراج المقاومة من الدائرة الكهربائية.
يلاحظ أيضاً في الشكل السابق وجود مغناطيس ماسك (Holding Coil) لحماية المحرك يعمل على إفلات الذراع عند حدوث فتح في دائرة ملفات الأقطاب أو ضعف التيار فيها مؤدياً ذلك لفتح دائرة المصدر.
وفي الطريقة الثانية يتم وصل مقاومة بدء التشغيل وخروجها تدريجياً باستخدام المفاتيح المغناطيسية ومرحلات التأخير الزمني (آلياً) كما يوضح الشكل (التالي)
ويوضح الشكل السابق تغير تيار المنتج في فترة بدء التشغيل مع تغير قيمة مقاومة البدء وتغير السرعة مع تغير قيمة المقاومة حتى الوصول لحالة الاستقرار وخروج المقاومة من الدائرة الكهربائية للمحرك.
2- إيقاف المحرك:
عند إطفاء المحرك بفصل فولطية المصدر عن المحرك سيبدأ المحرك بالتباطؤ وتتناقص سرعته إلى أن تصل إلى الصفر ويسمى الزمن اللازم حتى يتوقف المحرك تماماً بزمن الإيقاف وقد يصل حتى 20 ثانية أو أقل ويعتمد ذلك على عزم القصور الذاتي للمنتج والمفاقيد الداخلية.
ولإيقاف المحرك بشكل سريع يؤثر على المحرك عزم كبح عالي لإيقافه، ومن الطرق المستخدمة:
أ- إيقاف بشكل عادي:
ويتم الايقاف دون أي إضافة لمقاومة ويحتاج لوقـت حتى الإيقــاف التــام الشكل (أ).ب- عكس أطراف ملفات المنتج:
ويتم عكس اطراف ملفات المنتج بعد فصل مصدر الفولطية عن المحرك وإضافة مقاومة متغيرة توصل بالتوالي مع المنتج، فينتج عزم كبح عالي حيث بعكس أطراف المنتج سيؤدي لعكس اتجاه الدوران عن الاتجاه الأصلي مما يبطئ من دوران المنتج بشكل كبير والشكل (ب ) يوضح هذه الطريقة.ج- الكبح الديناميكي:
وتعتمد هذه الطريقة على فصل التيار الكهربائي عن المحرك وفصل أطراف المنتج ووصل مقاومة كبح صغيرة على طرفي المنتج للاستفادة من القوة الدافعة العكسية في المنتج E وسريان التيار إلى المقاومة والوصول السريع لقيمة الصفر للقوة الدافعة الكهربائية المتولدة كما يوضح الشكل(جـ).
