Free Web Site - Free Web Space and Site Hosting - Web Hosting - Internet Store and Ecommerce Solution Provider - High Speed Internet
Search the Web
 

 أبحاث
الثايرستورات وتطبيقاتها في دارات التحكم
 

  

تعريف الثايرستور

أنواع الثايرستورات و استخداماتها

التحكم بمحركات التيار المستمر باستخدام الثايرستور

المقومات غير المتحكم بها

المقومات المتحكم بها

المقطعات الثايرستورية

دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج مستقل عن طريق الثايرستورات


 

 دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تسلسلي عن طريق الثايرستورات

 دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تفرعي عن طريق الثايرستورات

دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تفرعي عن طريق الثايرستورات

دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تسلسلي عن طريق الثايرستورات

حول هذا البحث
     
         
   تعريف الثايرستور(Thyristors):
إن كلمة الثايرستور لها أصل يوناني والتي تعنى الباب....هذا في اللغة أما عند الانتقال إلى المفهوم الالكتروني فإن الثايرستور هو عنصر إلكتروني مصنوع من مواد نصف ناقلة وتتألف من أربع طبقات و هي على التسلسل P1 , N1 , P2 , N2 و له ثلاثة أقطاب (المصعد،المهبط،البوابة).
 		  
     
  ويكمن تمثيل الثايرستور بأنه عبارة عن ترانزستورين الأول P1N1P2) ) والثاني N1P2N2) )
موصولين مع بعض حسب الشكل التالي:

نلاحظ أن هذه التوصيلة الغريبة للترانزستورين تعتمد مبدأ يسمى بـ (التغذية العكسية الموجبة) Positive Feedback وبالتالي يتوارد للذهن...ما هي التغذية العكسية الموجبة؟ ويمكن تلخيصها إلكترونياً بأنها توصيلة معينة بين خرج و دخل دارة إلكترونية تقوم بزيادة ربح الدارة (سواء جهد أو تيار) بشكل كبير.. يمكن تطبيق هذا الكلام على الدارة المجاورة،  عند مرور تيار في قاعدة الترانزيستور Q1 فإن هذا التيار سيظهر أثره مضخماً على مجمع Q1 الموصول مع قاعدة الترانزستور Q2 وبالتالي عند مرور التيار في قاعدة Q2 يفتح الترانزستور Q2 ويمرر التيار من باعث Q2 إلى مجمع الترانزستور نفسه والموصول مع قاعدة Q1 وبالتالي يزداد تيار القاعدة للترانزستور Q1 وهكذا نلاحظ أن الترانزستورين ينتقلان بسرعة كبيرة نحو الإشباع.
 		  
  إذاً ماذا نستنتج مما سبق؟
• أن الثايرستور يُعامَل مُعَامَلة المفتاح، أي يأخذ وضعيتين (قطع أو إشباع) يبقى فيهما إذا لم تؤثر علية أي قوة خارجية.		  
  • حتى يمر تيار في الترانزستور Q2 يجب أن يكون الجهد المطبق عليه أكبر من جهد المتصل المحيّز عكسياً(P2N1) وبالتالي يسمى الجهد الذي يفتح عنده الثايرستور
بجهد الفتح وعندها ينتقل الترانزستورين إلى حالة الإشباع بسرعة كبيرة.
 		  


 
     
  ويمكن تلخيص عمل الثايرستور بشكل عام(بأنه يشبه عمل الديود)
• عندما يكون محيز أمامياً: لايمرر الثايرستور أي تيار إلاّ عندما يكون الجهد المطبق عليه أكبر من جهد الفتح
• عندما يكون محيز عكسياً: يكون في حالة قطع ولايمرر أي تيار
 		  
  ونلاحظ على مميزة الفولت-أمبير ثلاث مناطق:

-1- منطقة القطع: نلاحظ عند ازدياد الجهد لا يمر أي تيار حتى قيمة جهد الفتح.

-2- منطقة المقاومة السالبة: نلاحظ انخفاض الجهد بشكل كبير مع زيادة التيار.
!!!!! لا يمكن أن تكون نقطة العمل في هذه المنطقة لأنها حالة عابرة بين القطع و الإشباع !!!!
 وعادة ترسم في كثير من المراجع بخط
منقط.

-3- منطقة العمل: وهي منطقة الإشباع يمر عندها التيار في الثايرستور و هي المنطقة
المرغوب العمل فيها.		  
     
  أنواع الثايرستورات:

• الثايرستورات بدون التحكم بجهد الفتح:		  
 
 ويسمى ديود شوكلي(Shockley)		  
 
ويسمى بالدياك(Diac) 		 
  • الثايرستورات ذات التحكم بجهد الفتح:  
 
 ويسمى اختصاراً بـ (SCR ( Silicon Control Rectifier 		 
 
 ويسمى بالترياك(Triac)		  
    ويوجد نوع أخير يسمى بالترانزستور أحادي الوصلة
(Unit Junction Transistor) -UJT
 		  
 


• إن الثايرستور يكون في وضعية القطع و لا يفتح إلاّ عند مرور التيار في Q1 وهذا التيار أو الجهد المطبق على قاعدة الترانزستور يجب أن يأتي من مصدر خارجي..
وتسمى هذه العملية بالقدح (ويعرف جهد القدح بأنه الجهد الذي يسبب فتح الثايرستور) والذي يطبق على البوابة(Gate)، مما يؤدي للتحكم بجهد الفتح. وبالتالي انقاصه أو زيادته.

• إن الدياك(Diac) يتميز عن بقية الثايرستورات بأن مميزة الفولت-أمبير له من الشكل:
                      
أي أنه عبارة عن ثايرستورين متعاكسين وبالتالي يفتح باتجاهين.
 

  
  ملاحظات هامة:
• أحد عيوب الثايرستور أنه عند الانتقال إلى الإشباع لا يمكن التحكم فيه وبالتالي لا يمكن إيقاف تمريره للتيار إلاّ عند انخفاض التيار المار فيه إلى الصفر وعندها يقطع.
فنلجأ عادةً إلى دارة مساعدة (عادة مؤلفة من مكثفة و مقاومة) تقوم هذه الدارة بتمرير التيار باتجاه معاكس وبالتالي قطع الثايرستور.

• تتميز الثايرستورات باستطاعتها الكبيرة وتحملها للتيارات الكبيرة فلذلك تستخدم في التطبيقات الصناعية والتي تحتاج إلى إستطاعات كبيرة.
 		  
  بعض استخدامات الثايرستورات:
1)زواجل التحكم
2)دارات التأخير الزمني
3)مغذيات الإستطاعة
4)دارات الحماية
5)شواحن البطاريات
6)المبدلات(التبديل بين DC-DC , AC-DC , DC-AC , AC-AC)

 		  
  التحكم بمحركات التيار المستمر باستخدام الثايرستور :
أصبح مؤخراً استخدام الدارات الالكترونية التي تستخدم الديودات و الثايرستورات شائعاً جداً من أجل التحكم بسرعة محركات التيار المستمر و المتناوب .
و لقد استبدلت هذه الدارات دارات التحكم الكهربائية التقليدية التي تعتمد على thyrtrons و ignitrons و مقومات القوس الكهربائي الزئبقية و المضخمات المغناطيسية ... إلخ .
و إذا قارنا بين أنظمة التحكم الالكترونية بالسرعة و بين نظيرتها الكهربائية و الكهروميكانيكية نجد أن الأنظمة الالكترونية تتميز بعدة ميزات أهمها :
1) ذات دقة أعلى .
2) وثوقية أكبر .
3) استجابة سريعة .
4) مردود أعلى و ذلك لعدم وجود ضياعات حرارية في المقاومات على شكل I2 R// و لعدم وجود قطع متحركة .

- كما نعلم يمكن أن نتحكم بسرعة المحرك بعدة طرق منها :
1) تغيير الجهد المطبق على المتحرض .
2) تغيير تيار التهييج .
3) باستخدام الطريقتين السابقتين معاً .
- يمكن لمحركات التيار المستمر أن تعمل من منبع تغذية مستمر إذا كان متوفراً أو من منبع تغذية متناوب بعد أن يُحَول إلى مستمر عن طريق المقومات (Rectifiers) و التي تصنف إلى :
1) مقومات نصف موجة و مقومات موجة كاملة حسب شكل إشارة خرج المقوم .
2) متحكم بها( ) و غير متحكم بها حسب قابلية التحكم بجهد خرج المقوم .
- كما و يمكن لمحركات التيار المتناوب أيضاً أن تعمل من منبع تغذية متناوب أو من منبع تغذية مستمر بعد أن يُحَول إلى منبع تغذية متناوب باستخدام القالبات (Inverters) .
- يمكن تغيير القيمة المتوسطة لجهد خرج المقوم المتحكم به عن طريق ثايرستور و ذلك بتغيير زاوية القدح , و لذلك فإن جهد المتحرض لمحرك التيار المستمر يمكن أن يُعَدَّل للتحكم بسرعته .
يمكن تغيير جهد المتحرض في حالة التشغيل من منبع تغذية مستمرة و ذلك عن طريق دارة تقطيع ثايرستورية , و التي من الممكن أن تـُصَمَم لتقطيع التغذية المستمرة بفترات زمنية مختلفة لتعطي قيماً وسطية للجهد المستمر ذات قيمة أصغر من جهد الدخل .
- ممكن أن نحصل على منبع تغذية مستمرة - في حال عدم توفره - انطلاقاً من منبع تغذية متناوب و ذلك بواسطة مقوم غير متحكم به (ديودات فقط) , عندها يمكن أن نُقطـِّع الجهد المستمر الناتج باستخدام دارة تقطيع ثايرستورية .

قبل البدء بمناقشة دارات التحكم بسرعة المحرك سنعطي شرحاً موجزاً عن المقومات و القالبات( ) و دارات تقطيع التيار المستمر .

I) المقومات غير المتحكم بها :
كما ذكرنا سابقاً تستخدم المقومات من أجل تحويل التغذية المتناوبة إلى مستمرة أي عندما يكون لدينا تغذية متناوبة و لكن المحرك المراد التحكم به هو محرك مستمر . يبين الشكل (6- أ) مقوم نصف موجة غير متحكم به , حيث يغلق المتصل D الدارة فقط خلال نصف الدورة الموجبة لتيار الدخل المتناوب أحادي الطور , أي عندما يكون مصعده A موجباً بالنسبة للمهبط K .
يمكن حساب جهد الخرج المستمر الذي ينتقل إلى الحمل (المحرك في حالتنا) و ذلك بحساب القيمة المتوسطة لجهد الخرج كما يلي :
 		  
 


  

 
  أما القيمة المتوسطة بدلالة القيمة المنتجةVrms :

  
 

 

 

( ب )                                                                         ( أ )
الشكل ( 6 )

  
  يبين الشكل (6- ب) مقوم موجة كاملة جسري أحادي الطور يستخدم أربع متصلات و كما هو واضح يكون جهد الخرج هو ضعف جهد خرج مقوم نصف الموجة أي يكون/0.9 V/ .
خلال نصف الدورة الموجبة لتيار الدخل أي عندما تكون النقطة A موجبة بالنسبة للنقطة B تسمح المتصلات D1 D4 بمرور التيار عبرها (تغلق) , بينما خلال نصف الدورة السالبة فإن المتصلات D2 D3 تغلق , لذلك يتدفق التيار عبر الحمل في نفس الاتجاه و كما نرى فإن جهد التغذية المستمر الذي نحصل عليه بواسطة مقوم جسري هو أقل تقطعاً بالمقارنة مع خرج مقوم نصف الموجة .

II) المقومات المتحكم بها :
يمكن في هذا النوع من المقومات أن يُغـَيَّر تيار (أو جهد) الخرج عن طريق تغيير النقطة التي يقدح عندها الثايرستور بتطبيق نبضة مناسبة ذات استطاعة منخفضة على البوابة , حالما يُقدح الثايرستور و يصبح ناقلاً يبقى في هذه الحالة طيلة نصف الدور أي حتى ْ180 , و في هذه الحالة فإن الثايرستور لا يقدم أية مقاومة للتيار المار أي يصبح بمثابة دارة قصيرة .
و يمكن تعيير زاوية القدح α باستخدام دارة تحكم تدعى بدارة القدح .
- يبين الشكل (7- أ) دارة أساسية لمقوم نصف الموجة أحادي الطور يكون فيها قدح الثايرستور متأخراً بزاوية α و ذلك بمساعدة دارة تحكم بالطور . و كما هو مبين في الشكل فإن الثايرستور يبدأ بالنقل عند النقطة A و ليس عند النقطة 0 لأن نبضة البوابة تطبق بعد تأخير زمني مقداره α
و من الواضح أن زاوية القدح تتناقص من ( ْ180) إلى ( α- ْ180) مما يؤدي إلى تناقص في جهد الخرج الذي تعطى قيمته بالعلاقة :

  
   و من العلاقة يتضح لنا أن VL تكون أعظمية عندما ( cos α/2 ) تكون أعظمية أي عندما تكون α = 0 .
و تكون VL معدومة عندما يكون ( cos α/2 = 0 ) أي عندما تكون/ ْα = 180/ .
- يبين الشكل (7- ب) الدارة التي يستخدم فيها الثايرستور للتحكم بالتيار المار عبر حمل موصول على التسلسل مع منبع التغذية المتناوب .
يعطى تيار الحمل بالعلاقة :

 
 


 

  
  يبين الشكل (8- أ) مقوم موجة كاملة أحادي الطور نصف متحكم به (غير متناظر) سمي كذلك لأنه يستخدم ثايرستورين و ديودين بدلاً من أربع ثايرستورات . خلال النصف الموجب للموجة (أي عندما يكون A موجباً) يمر التيار عبر الثايرستور T1 إلى الحمل ثم إلى المتصل D1 , أما خلال النصف السالب للموجة (عندما يكون B موجباً) يمر التيار عبر الثايرستور T2 إلى الحمل مروراً بالمتصل D2 .
- يعطى جهد الخرج الوسطي VL أو الجهد المستمر VDC بالعلاقة :
حيث Vh.w هو خرج مقوم نصف الموجة ; VL= 2 Vh.w
 

  
  و بشكل مشابه يبين الشكل (8- ب) مقوم جسري بأربع متصلات يتم التحكم بها بواسطة ثايرستور وحيد.

التيار الوسطي المار خلال الحمل التسلسلي هو :

  
 

كما نرى من الشكل عندما تكون A موجبة يمر التيار من خلال المتصلين D3  D1 , و عندما تكون B موجبة يمر التيار خلال D2 D4  مروراً بالحمل .
 

  
 


 

 
 
  المقطعات الثايرستورية :
بما أن الثايرستور يمكن أن يبدل بين حالتي القطع Off و الإغلاق On بسرعة لذلك يمكن أن يستخدم لتقطيع التغذية المستمرة بتواتر ثابت مما يؤدي إلى الحصول على تغذية مستمرة ذات قيمة متوسطة أقل .
باختصار يمكن أن نحصل على جهد تغذية مستمر منخفض من جهد تغذية مستمر كبير باستخدام الثايرستورات كما هو موضح في الشكل (9) .
 		  
 


الشكل 9

 
  عندئذٍ تعطى القيمة المتوسطة لجهد الخرج بالعلاقة :  


 
 


يبين الشكل (10- أ) دارة تقطيع ثايرستورية بسيطة موصولة مع دارة تبديل لإطفاء الثايرستور و كما هو واضح في الشكل
 يُستخدَم الثايرستورT1 لتقطيع التيار لمستمر بينما C R2 T2 فهي تستخدم لغرض التبديل كما سنرى في الفقرة التالية .

  
 


الشكل 10

 

 
  عندما يقدح الثايرستور T1 بواسطة دارة تحكم (غير مبينة على الشكل) فإن التيار يمر خلال الحمل مما يؤدي إلى شحن مكثفة التبديل C عبر المقاومة R بقطبية مبينة في الشكل خلال هذه الفترة Ton , لإطفاء الثايرستور T1 فإننا نقوم بقدح الثايرستور ليسمح للمكثفة C بالتفريغ من خلاله (لأنه يعمل كدارة قصيرة عندما يعمل) كما أن هذه الشحنة تحيز الثايرستور T1 عكسياً مما يؤدي إلى إطفائه , و بعد تفريغ المكثفة C تُشحَن مرة أخرى و لكن بقطبية معاكسة مما يؤدي إلى تقطيب T2 بقطبية عكسية و لا تطبق هذه القطبية على الثايرستور T2 إلا بعد قدح الثايرستورT1 مرة ثانية مما يؤدي إلى إطفاء T2 .
و حسب تواتر التبديل بين الفتح و الإغلاق يُقَطّعَ جهد الدخل المستمر إلى نبضات كما هو مبين في الشكل (9- حـ) .
لدينا في الشكل (10- ب) دارة تقطيع أخرى فيها T1 هو ثايرستور التقطيع , بينما تشكل العناصر L , C , D , T2 دارة تبديل للثايرستور T1 بين حالتي القطع و الإغلاق خلال فواصل زمنية منتظمة.
عندما يقدح الثايرستور T2 تنشحن المكثفة C عبر الحمل بقطبية مبينة على الشكل . وبعدها , عندما يقدح الثايرستور T1 فإن المكثفة C تُقصَر و تُحَيِّز T2 عكسياً مما يؤدي إلى إطفائه و تتفرغ المكثفة عبر D , L , T1 و من ثم تنشحن المكثفة مرة ثانية و لكن بقطبية معاكسة .
نقدح الثايرستور T2 مرة أخرى مما يؤدي إلى قصر المكثفة و بالتالي تحييز الثايرستور T2 عكسياً مما ينقله إلى حالة القطع .

نستنتج أن جهد الخرج (الحمل) يكون موجوداً فقط عندما يكون الثايرستور T1 في حالة On بينما ينعدم جهد الخرج عندما يكون الثايرستور T1 في حالة Off .
تعتمد القيمة المتوسطة لجهد الخرج المستمر على قيم TOn و TOff الموافقة .

و يحسب جهد الخرج المستمر كما يلي :
 

 



واضح من العلاقة الأخيرة أنه بتغيير النسبة {TOn/(TOn+TOff)} للثايرستور , يمكن أن نغير جهد الخرج ليأخذ أي قيمة كنسبة مئوية من جهد الدخل .

 

  
 


دارات التحكم بسرعة محركات التيار المستمر عن طريق الثايرستورات

 

1)    دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج مستقل عن طريق الثايرستورات

  
  نلاحظ في الدارة السابقة أن الجهد المتناوب يقوّم تقويم موجة كاملة عن طريق جسر التقويم و يطبّق على ملفات المتحرض للمحرك ذو التهييج المستقل.

إن سرعة محرك تيار مستمر تعطى بالعلاقة:
                                                                         		 
 

 إذا كان التهييج ثابتاً Φ=constant وكان هبوط الجهد على مقاومة ملفات المتحرض مهملاً     0         Ia.Ra  ، فنلاحظ أن السرعة تتناسب طرداً مع الجهد المطبق على ملفات الثابت

(N α V)     >>>         بتغيير الجهد نستطيع أن نتحكم بالسرعة و هذه وظيفة الثايرستور.

  
  بالتالي يمكن عن طريق تغيير زاوية القدح (α)التلاعب بمقدار الجهد المطبق على ملفات الثابت.
• عند زيادة (α) فإن قدح الثايرستور سوف يتأخر وبالتالي فترة تمريره ستقل مما يؤدي لإنقاص القيمة المتوسطة الجهد والذي بدوره يقوم بإنقاص سرعة المحرك.
 		  
 

α( يزداد ) >> V (ينقص) >> N ( ينقص ) 

 
  • أما عند إنقاص (α) فإن قدح الثايرستور سوف يتم بفترة أقل وبالتالي فترة تمريره ستكبر مما يؤدي لزيادة القيمة المتوسطة الجهد والذي بدوره يقوم بزيادة سرعة المحرك
   إن وظيفة الديود D هو تفريغ القدرة المختزنة في ملفات المتحرض عن طريقه في نهاية كل نصف موجة ، فإذا لم يكن موجوداً فإننا نلاحظ أن هذه القدرة المختزنة سوف تتفرغ عن طريق الثايرستور إلى المقوم الجسري وبالتالي لن يقطع الثايرستورفي نهاية كل نصف موجة!!		  
 

 
 


2) دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تسلسلي عن طريق الثايرستورات

  
 

 
  • في دارة التحكم بالسرعة السابقة، نلاحظ عند تشغيل التغذية المتناوبة على الدخل فإن الثايرستور لا يعمل مباشرة و لكن التيار يمر عبر المقاومة و المكثفة مما يؤدي لشحن المكثفة...

• عندما يصل الجهد على المكثفة لقيمة جهد الفتح للدياك فإنه يفتح و يمرر التيار مما يؤدي لتطبيق نبضة قدح على بوابة الثايرستور T والذي يؤدي لفتح الثايرستور و تمرير التيار عبره .

• إن زيادة قيمة المقاومة R يؤدي لزيادة قيمة الثابت الزمني t للدارة، إن الزمن الذي يُقدح به الثايرستور في كل نصف موجة موجبة سوف يتأخر خافضاً بذلك القيمة المتوسطة للجهد مما يؤدي حتماً لخفض سرعة المحرك.
 		  
 

R ( يزداد ) >>> t ( يزداد ) >>> α( يزداد ) >>> V ( ينقص ) >>> N ( ينقص )

  
  • إن إنقاص قيمة المقاومة R يؤدي لإنقاص قيمة الثابت الزمني t للدارة، إن الزمن الذي يُقدح به الثايرستور في كل نصف موجة موجبة سوف يصبح أبكر رافعاً بذلك القيمة المتوسطة للجهد مما يؤدي حتماً لزيادة سرعة المحرك.  
 

R (  ينقص ) >>> t (  ينقص ) >>> α( ينقص ) >>> V ( يزداد ) >>> N ( يزداد )

  
  وللعلم فقط فإن قيمة الثابت الزمني لهذه الدارة يعطى بالعلاقة:
                                                                                        t = R.C  		 
  وكما في الفقرة السابقة تعرفنا على أن الديود D يعمل على تفريغ القدرة المختزنة في ملفات المحرك عبره وذلك عند انخفاض التيار إلى قيمة الصفر...  
 


3)  دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تفرعي عن طريق الثايرستورات

  
  • إن الدارة السابقة تتيح لنا مجال واسع للتحكم بالسرعة لمحركات التيار المستمر التي استطاعاتها أقل من 1 KW..

• نلاحظ أن التغذية المتناوبة للدارة تقوّم تقويم موجة كاملة، وأن ملف التهييج التفرعي للمحرك موصول دائماً مع التغذية(Φ=constant)

• يمكن التحكم بالسرعة هنا عن طريق التحكم بزاوية قدح الثايرستور T والتي تؤثر على القيمة المتوسطة للجهد المطبقة على ملفات المحرك،و نلاحظ أن الثايرستور لا يقطع إلاّ عند نهاية كل نصف موجة.

• وكما رأينا سابقاً بأن وظيفة الديود D3 هو تفريغ القدرة المختزنة في ملفات المحرك وذلك عندما يقطع الثايرستور T ،نلاحظ أنه إذا لم يكن موجوداً فإن القدرة المختزنة في الملفات سوف تتفرغ (أي سيمر تيار) عن طريق الثايرستور إلى المقوم الجسري في نهاية كل نصف موجة مما يمنع عملية قطع الثايرستور.

• في بداية كل نصف موجة يكون الثايرستور T مغلقاً(off) ويمر التيار عبر ملفات المحرك إلى الديود D2 و المقاومة R (لا يمرأي تيار في D1 لأنه مقطب عكسياً) مما يؤدي لشحن المكثف C ، عندما يصل الجهد على المكثف لجهد فتح الدياك فإن نبضة تطبق على بوابة الثايرستور(G) عن طريق الدياك ويفتح الثايرستور ،بالتالي يمر التيار في المحرك، وفي نهاية كل نصف موجة فإن المكثفة تتفرغ عبر D1 و R1 و ملف التهييج إلى المقوم الجسري....

• إن زاوية القدح تعتمد على الثابت الزمني لدارة RC والذي يعتمد على قيمة R و جهد النقطة A . فهو الذي يحدد إذا كانت المكثفة ستنشحن ببطء أو بسرعة مما يؤثر على زاوية القدح وبالتالي على جهد المحرك..

• عند زيادة الحمولة على المحرك فإن سرعة المحرك تنخفض مما يؤدي لانخفاض القوة المحركة الكهربائية العكسية.  مما يؤدي لزيادة جهد النقطة A
 وبزيادة هذا الجهد فإن المكثفة سوف تنشحن بشكل أسرع مما يؤدي لإنقاص الزمن اللازم كي يصل الجهد عليها إلى جهد فتح الدياك الذي يؤدي بدوره لإنقاص زاوية القدح
وبالتالي زيادة القيمة المتوسطة للجهد والذي يؤدي بدوره لزيادة سرعة المحرك.
ملاحظة هامة: إن الدارة السابقة قامت بعملية معايرة ذاتية لسرعة المحرك على حسب تغير حمولته!!!!
 		  
 


4) دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تفرعي عن طريق الثايرستورات

 

  
  نستطيع التحكم بسرعة محركات التيار المستمر حتى 5 kw باستخدام مقوم موجة كاملة و ثايرستور رئيسي في الدارة.

يمكن التحكم بزاوية قدح الثايرستور T عن طريق تغيير قيمة المقاومة R1 وبالتالي التحكم بسرعة المحرك.

إن الثايرستور Tوالمفتاح السيليكوني أحادي الاتجاه.
(SUS:Silicon Unilateral Switch) يقطعان عندما ينخفض الجهد في كل نصف موجة إلى الصفر.

*إن المفتاح السيليكوني أحادي الاتجاه هو عبارة عن ديود مؤلف من 4 طبقات نصف ناقلة
ذات بوابة. وعلى عكس الدياك فإنه يمرر باتجاه واحد.


• في بداية عمل المحرك نقوم بزيادة قيمة المقاومة R1 ، عند وصل التغذية نلاحظ أن التيار يمر عبر ملفات المتحرض و الديود D1 و المقاومة R1 مما يؤدي لشحن المكثفة C ببطء لأن الثابت الزمني t لدارة RC كبير نسبياً فبذلك يحتاج المفتاح أحادي الاتجاه زمناً أطول كي يفتح و يمرر نبضة لبوابة الثايرستور والذي بدوره يقوم بإنقاص القيمة المتوسطة للجهد>>> لنقصان السرعة(أي إقلاع المحرك بهدوء)
• وعندما نحتاج لسرعة أكبر نقوم بإنقاص قيمة المقاومة R1 		 
  N (يزداد) >>> Vt (يزداد) >>> α (ينقص) >>> t (ينقص) >>> R1 (ينقص)  
  • وكما رأينا في الفقرة السابقة ،عند زيادة الحمولة فإن سرعة المحرك سوف تنقص مما يؤدي لزيادة قيمة جهد النقطة 3 والذي بدوره يقوم بشحن المكثفة بشكل أسرع مما يؤدي لقدح الثايرستور أبكر و زيادة القيمة المتوسطة للجهد في الدارة وبالتالي زيادة سرعة المحرك،أي أن هذه الدارة تقوم بمعايرة السرعة آلياً مع أي تغير في قيمة الحمولة.

• إن وظيفة الديود D2 هو تفريغ القدرة المختزنة في ملفات المتحرض عند انخفاض الجهد إلى الصفر في نهاية كل نصف موجة، ولولا هذا الديود لما قطع الثايرستور T وبالتالي لا يكون جاهزاً لكي يُقدح في نصف الموجة التي تليها.

• في نهاية كل نصف موجة فإن جهدي النقطتين 1 و5 تنخفضان للصفر مما يؤدي لقدح المفتاح السيليكوني أحادي الاتجاه (إن هذا المفتاح يعمل عند تطبيق نبضة هابطة على بوّابته) فبالتالي تتفرغ المكثفة عبر المفتاح و (بوابة- مهبط) الثايرستور T كي تكون المكثفة جاهزه للشحن في نصف الموجة التي تليها		  
 


5) دارة التحكم بسرعة محرك تيار مستمر ذو تهييج تسلسلي عن طريق الثايرستورات

 

  
  • إن الشكل السابق ما هو إلاً دارة تحكم بسيطة بسرعة محرك تيار مستمر عن طريق تغيير القيمة المتوسطة للجهد المطبق على المحرك وذلك بتغيير زاوية القدح α .

• إن جهد التغذية مطبق كله على المقاومتين R1 و R2 ، وبتغيير قيمة المقاومة R2 نستطيع أن نغّير V2 أي قيمة زاوية القدح للثايرستور T من 0° – 180° وبالتالي نستطيع أن نغير الجهد الذي يغذي المحرك على مجال واسع (أي التحكم بسرعة المحرك)

• يمكن التحكم بسرعة المحرك بشكل أسلس بإضافة المكثفة C على التفرع مع المقاومة R2، التي تقوم بتغيير الجهد بشكل متدرج مع تغيّر قيمة المقاومة.		  
  الحاجة إلى مقاومة إقلاع

يرتبط التيار المسحوب من قبل المحرك بالجهد عن طريق العلاقة التالية:
 		  
 

حيث:V جهد التغذية،Eb  القوة المحركة الكهربائية العكسية،Ra مقاومة ملفات المتحرض،Ia التيار المار في ملفات المتحرض

  
  عندما يكون المحرك في وضع الراحة(مطفأ) لا توجد أي قوة محركة كهربائية عكسية متولدة، فإذا طبق الجهد الاسمي مباشرة على ملفات المتحرض فإن تيار كبير سوف يمر بها لأن قيمة مقاومة المتحرض صغيرة جداً.

وعلى سبيل المثال فإذا كان جهد المحرك 440 V و
استطاعته 5 hp(3.73 kw) إذا كانت مقاومة المتحرض
Ra=0.25Ω وتياره الاسمي عند الحمولة الكاملة 50 A
فإذا شغِّل هذا المحرك من خط التغذية مباشرة فإنه يسحب
عند الإقلاع 440/0.25 = 1760 A والذي هو حوالي
1760/50 = 35.2 مرة من التيار الاسمي للحمولة الكاملة.
إن هذا التيار الزائد يؤدي لانفجار الفواصم و قبل ذلك حرق
المسفرات و ملفات التهييج...

 
 
  لكي نتجنب ذلك يجب إضافة مقاومة موصولة على التسلسل مع مقاومة المتحرض ولفترة زمنية قصيرة عند الإقلاع (حوالي 5 إلى 10 ثواني) والتي تقوم بتصغير التيار المار في المحرك، و بعد الإقلاع تُزال هذه المقاومة بالتدريج مما يؤدي لزيادة سرعة المحرك و تشكل القوة الكهربائية المحركة العكسية التي تقوم بتنظيم السرعة عوضاً عن المقاومة.
ولكن يمكن إقلاع المحركات الصغيرة مباشرة من الشبكة و بدون أي أضرار تذكر وللأسباب التالية:
1) إن لهذه المحركات مقاومة متحرض كبيرة نوعاً ما مما يؤدي لخفض تيار الإقلاع .
2) كون هذه المحركات صغيرة فإن عزمها صغير لذلك فهي تتسارع بسرعة كبيرة.
3) إن قيمة تيار الإقلاع المسحوب من الشبكة ليس بالقوة الكافية كي يحدث خلل في تنظيم الجهد على شبكة التغذية.

 		  
 

والله ولي التوفيق
 

  
 

بحث:
اسماعيل آل كمال  و  علاء البشار
كلية الهندسة الكهربائية و الإلكترونية - قسم التحكم الآلي - جامعة حلب
NAWATT©

  
 


الصفحة الرئيسية | حديث الساعة | الأخبار | الإعلانات | جربها | حول نواة