آشنایی با اصول کار و طراحی ماشین های الکتریکی جزوه و فیلم آموزشی

آشنایی با اصول کار و طراحی ماشین های الکتریکی جزوه دانشگاههای معتبر و فیلم آموزشی

آشنایی با اصول کار و طراحی ماشین های الکتریکی جزوه و فیلم آموزشی

آشنایی با اصول کار و طراحی ماشین های الکتریکی جزوه دانشگاههای معتبر و فیلم آموزشی

آشنایی با اصول کار شبیه سازی نرم افزار طراحی ماشین های الکتریکی جزوه دانشگاههای معتبر و فیلم آموزشی

بایگانی

۴ مطلب با کلمه‌ی کلیدی «موتور جریان مستقیم» ثبت شده است

  • ۰
  • ۰

موتورهای DC ساختمانی پیچیده و مدل ریاضی ساده تری برای کنترل سرعت دارند. در این مقاله ساختمان، عملکرد و کاربردهای آن تشریح شده است


جهت دریافت فیلم آموزشی فارسی طراحی موتور الکتریکی کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با موتور الکتریکی

 


موتورهای DC ساختمانی پیچیده و مدل ریاضی ساده تری برای کنترل سرعت دارند. در این مقاله ساختمان، عملکرد و کاربردهای آن تشریح شده است



در قسمت اول این نوشته در مورد ساختمان موتورهای DC ، اصول کار، روابط نیرو و گشتاور، حفاظت و راه اندازی این موتورها صحبت کردیم در این پست ادامه مطالب را ارائه خواهیم کرد.   تغییر جهت دوران در موتورهای DC برای فهم بهتر این موضوع بهتر است که از قانون دست چپ برای موتورهای DC استفاده کنیم. به شکل زیر توجه کنید. Left-Hand-Ruleقانون دست چپ: اگر انگشت اشاره در جهت میدان مغناطیسی قرار بگیرد و انگشت بزرگ در جهت عبور جریان باشد آنگاه طبق شکل روبرو انگشت شست جهت نیرو را نشان می دهد. برای تغییر جهت دوران بایستی جهت نیرو را عکس کنیم دو راه به ذهن می رسد. جهت میدان و یا جهت جریان را تغییر دهیم. ۱- تغییر جهت جریان آرمیچر: در صورتی که موتور تحریک مستقل یا مغناطیس دائم باشد از طریق تغییر پلاریته ولتاژ تغذیه این کار صورت می گیرد. ۲- تغییر جهت جریان میدان : که از طریق تغییر پلاریته ولتاژ میدان این کار انجام می شود. پدیده کموتاسیون   comotation-Effectکموتاسیون فرآیند تبدیل ولتاژ و جریانهای AC ماشین در روتور به ولتاژ و جریان DC در ترمینال است. کموتاسیون باعث یکسو کردن ولتاژ خروجی در ژنراتورها و یکسو کردن گشتاور در موتورها می شود.       مشکلات مرتبط با پدیده کموتاسیون برای درک بهتر این مشکلات بایستی عوامل ایجاد مشکل را شناسایی کرد. عکس العمل عرضی آرمیچر یکی از این عوامل می باشد. در ادامه در مورد این موضوع بحث خواهد شد. Comutation-Description یک ماشین دو قطب را در نظر بگیرید. در ابتدا شار قطب بطور یکنواخت تورزیع شده است و صفحه خنثی عمود است         تاثیر فاصله هوایی بر شار قطب         هنگامی که بار وصل میشود جریانی از داخل روتور عبور کرده و میدان مغناطیسی را اطراف سیم پیچهای روتور ایجاد می کند.       میدان مغناطیسی ایجاد شده در روتور بر میدان مغناطیسی اصلی قطبها اثر می گذارد. در برخی نقاط با میدان اصلی جمع شده و در برخی نقاط دیگر از آن کسر می گردد. بنابراین، میدان مغناطیسی خالص یکنواخت نخواهد بود و صفحه خنثی جابجا خواهد شد.   بطور کلی، صفحه خنثی در ژنراتورها در جهت حرکت و در موتورها در خلاف جهت حرکت جابجا می شود. مقدار جابجایی به مقدار بار ماشین بستگی دارد.

مشکلات ایجاد شده توسط پدیده کموتاسیون

۱- ایجاد جرقه و آسیب دیدن جاروبک و کموتاتور

کموتاتور بایستی دقیقا تیغه های کموتاتورهایی که ولتاژ دو سر آنهاصفر هستند را اتصال کوتاه بکند. جابجایی صفحه خنثی باعث میشود که کموتاتور تیغه هایی را دو سر آنها ولتاژ وجود دارد را اتصال کوتاه کند که موجب جرقه زنی و قوس در زیر جاروبکها می شود. Colector-Failure

۲- ایجاد ولتاژهای L di/dt

این مساله در قطعات کموتاتور با شروع اتصال کوتاه آنها توسط جاروبکها شروع می شود. و ضربه القایی نامیده می شود. Comutation-Induction-Pulse   فرض کنیم جریان در جاروبک ۴۰۰ آمپر است. جریان در هر مسیر ۲۰۰ می شود با عبور تیغه کموتاتور از جلوی جاروبک جریان گذرنده از تیغه کموتاتور بایستی معکوس گردد. فرض کنیم که ماشین با سرعت ۸۰۰ rpm می گردد و دارای ۵۰ تیغه کموتاتور است. ورود به ناحیه زیر جاروبک و عبور از آن ۰٫۰۱۵ ثانیه طول می کشد. متوسط نرخ تغییرات جریان در حلقه اتصال کوتاه شده به صورت زیر می گردد.        

di/dt = 400/0.0015 = 266667 A/s

بنابراین، حتی با یک اندوکتانس کوچک حلقه، یک ضربه بسیار بزرگ ولتاژ القایی L di/dt در تیغه کموتاتور اتصال کوتاه شده القا می گردد این ولتاژ باعث ایجاد جرقه در جاروبکها می شود.

Comutator-Induced-Voltage

راهکارهای بهبود پدیده کموتاسیون ۱- تغییر محل جاروبکها: به گونه ای که در محور خنثی قرار بگیرد. ۲- افزودن قطهای کمکی به ماشین DC ۳- استفاده از سیم پیچهای جبرانگر در ماشین DC ۴- افزایش تعداد تیغه های کلکتور به صورت مضربی از شیارهای آرمیچر Auxiliary-DC-motor-Poles

کنترل سرعت موتور موتورDC

مزایا ۱- سهولت در کنترل ۲- ارائه گشتاور راه اندازی بالا ۳- عملکرد تقریبا خطی معایب ۱- نیاز به نگهداری زیاد ۲- بزرگ و پر هزینه ( در مقایسه با موتور القایی) ۳- نامناسب جهت کارکرد در سرعتهای بالا به علت جاروبکها و کموتاتور ۴- نامناسب جهت استفاده در محیطهای قابل انفجار و یا محیطهای خیلی تمیز  

روشهای کنترل سرعت موتورهای DC

در شکل زیر مدار معادل یک موتور DC آورده شده است و روابط سرعت با استفاده از روابط اصلی موتور استخراج شده است. DC-Motor-Speed-Regulation از رابطه بدست آمده برای سرعت ω می توان به این نتیجه رسید که برای کنترل سرعت موتور Dc دو راه وجود دارد یا باید ولتاژ ترمینال Va را کنترل کرد و یا جریان تحریک If از اینرو دو روش کلی برای کنترل سرعت موتورهای DC وجود دارد.

الف: با کنترل ولتاژ ترمینال

در این روش با افزایش و یا کاهش ولتاژ ترمینال می توان به سرعتهای مورد نظر دست یافت. و فقط تا سرعت نامی قابل استفاده است. چرا؟

ب: با کاهش جریان تحریک

در این روش مطابق رابطه فوق جریان تحریک و سرعت با هم رابطه عکس دارند از اینرو با کاهش جریان تحریک می توان سرعت آن را افزایش داد و بالعکس. در هنگام راه اندازی نباید از این روش استفاده کرد. چرا؟

درایو موتورهای DC

نکاتی در مورد درایو موتورهای DC

  • درایو موتور DC نسبتا ساده و ارزان قیمت است (در مقایسه با درایوهای موتور القایی). البته خود موتور DC گرانتر است.
  • به علت معایب زیاد، موتورهای DC (مخصوصا نگهداری) در حال از دست دادن مقبولیت خود مخصوصا در کاربردهای توان بالا می باشند.
  • در کاربردهای توان پایین قیمت موتور DC به اضافه درایو هنوز اقتصادی و به صرفه است.
  • برای کاربردهای سروو درایو ، موتورهای DC به علت پاسخ دینامیکی خوب و کنترل مناسب هنوز رایج هستند.
  • رویکرد استفاده از موتورهای DC مخصوصا در توانهای بالا چندان روشن و خوش بینانه نیست.


در قسمت اول این نوشته در مورد ساختمان موتورهای DC ، اصول کار، روابط نیرو و گشتاور، حفاظت و راه اندازی این موتورها صحبت کردیم در قسمت دوم درباره تغییر جهت دوران، پدیده کموتاسیون و کنترل سرعت موتورهای DC مطالبی ارائه گردید. قسمت سوم و پایانی این مبحث در این پست ارائه شده است. موتورهای DC انواع مختلفی دارند که از لحاظ کاربرد و مشخصه با همدیگر متفاوت هستند. موتورهای انیورسال با هر دو ولتاژ AC و DC کار می کنند اما ساختار آنها شباهتا بسیار زیادی با موتورهای DC دارد در انتهای این مقاله در مورد این موتورها نیز صحبت خواهیم کرد.

انواع موتورهای DC

موتورهای DC را میتوان به دو دسته کلی تقسیم بندی نمود.

الف: تحریک مستقل

ب: خود تحریک شامل

۱- تحریک شنت ۲- تحریک سری ۳- کمپوند اضافی ۴- کمپوند نقصانی موتورهای مغناطیس دائم را شاید بتوان در رده موتورهای تحریک مستقل قرار داد در این موتورها یک مغناطیس دائمی عمل تحریک را انجام می دهد.  

موتور تحریک مستقل

مدار معادل و مشخصه خارجی موتور تحریک مستقل در شکل زیر آورده شده است. Self-Exciting-DC-motor مدار معادل مدل مداری موتور الکتریکی DC بوده و کمک می کند تا با استفاده از قوانین ساده کیرشهف و قانون اهم مدار و رفتار الکتروموتور را تحلیل کرد. روابط اصلی در زیر شماتیک نوشته شده است. منحنی مشخصه خارجی موتور DC : مشخصه تغییرات سرعت بر حسب تغییرات گشتاور است. و بیانگیر این موضوع است که سرعت الکتروموتور با تغییر (افزایش یا کاهش ) بار روی آن چگونه تغییر می کند. این مشخصه در تحلیل رفتار ماشین و انتخاب موتور مناسب برای کاربرد مورد نظر بسیار مهم است.  

موتور خود تحریک شنت

مدار معادل و مشخصه خارجی موتور تحریک مستقل در شکل زیر آورده شده است. Self-Exciting-Shant با توجه به اشکال فوق ملاحظه می شود که مشخصه خارجی موتور تحریک مستقل و موتور خودتحریک شنت کاملا مشابه و یکسان هستند. از اینرو در دسته بندی موتورهای DC این دو را در یک دسته قرار می دهند؟ شاخه موازی مدار شنت در خودتحریک شنت به منبع تغذیه متصل است و مانند تحریک مستقل عمل می کند. افت دور کم با افزایش گشتاور بار مشخصه بارز این نوع موتورها است که رفتاری شبیه به موتورهای القایی از خود نشان می دهند.  

کنترل سرعت موتور شنت

الف- تنظیم مقاومت تحریک و از این طریق کنترل شار میدان ب- تنظیم ولتاژ ترمینال اعمال شده به آرمیچر  

الف- تنظیم مقاومت تحریک و از این طریق کنترل شار میدان

۱- افزایش مقاومت میدان RF جریان تحریک را کاهش می دهد (IF = VT/RF) ۲- کاهش جریان جریان تحریک IF شار میدان φ را کاهش می دهد. ۳- کاهش شار، ولتاژ نیروی محرکه داخلی تولید شده را کاهش می دهد. (EA = Kφω) ۴- کاهش EA جریان آرمیچر را افزایش می دهد. (IA = (VT – EA)/RA) ۵- تغییرات در جریان آرمیچر بر تغییر شار غالب است از اینرو ، افزایش IA گشتاور ایجاد شده را افزایش می دهد. ۶- گشتاور ایجاد شده افزایش یافته و در حال حاضر بزرگتر از گشتاور بار است ، بنابراین ، سرعت ω افزایش می یابد. ۷- افزایش سرعت نیروی محرکه داخلی تولید شده ماشین EA را افزایش می دهد. ۸- افزایش EA جریان آرمیچر IA را کاهش می دهد. ۹- کاهش IA گشتاور تولیدی را کاهش داده به نوعی که در یک سرعت بالاتر Tind = Tload شود. تاثیر افزایش دادن مقاومت میدان در حدود یک بار نرمال: از بی باری تا بار کامل افزایش در مقاومت میدان سرعت موتور را افزایش می دهد. مشاهده می شود که شیب منحنی گشتاور- سرعت با افزایش مقاومت تحریک بیشتر می شود. در یک رنج وسیعتر منحنی احتمال دارد بصورت زیر درآید. Speed-Regulation-wirt-RF

ب- تنظیم ولتاژ ترمینال اعمال شده به آرمیچر

شکل زیر چگونگی کنترل ولتاژ آرمیچر و منحنی های گشتاور سرعت با تغییر ولتاژ برای این روش آورده شده اند. ملاحظه می شود که در این روش شیب خط تغییرات سرعت بر اساس گشتاور بار تغییر نمی کند و فقط به سمت بالا و پایین شیفت پیدا می کند. و از این نظر مطلوب تر از روش قبلی است. Speed-Regulation-with-Voltage

موتور خود تحریک سری

مدار معادل و مشخصه خارجی موتور خودتحریک سری در شکل زیر آورده شده است. Series-Self-Exciting با توجه به منحنی خارجی موتور سری مشخص است که این موتور در بارهای کم سرعت زیادی دارد و در سرعت کم یا لحظه راه اندازی گشتاور قابل توجهی تولید می کند و مناسب بارهایی است که گشتاور راه اندازی و کار زیادی نیاز دارند مانند بالابرها آسانسورها و کانوایرها اما هرگز نباید بی بار کار کند. چونکه در این صورت به سرعت خطرناک می رسد.

موتور خود تحریک کمپوند

این نوع از موتورها بسته به نحوه اتصال شاخه موازی سیم پیچ تحریک به دو دسته کمپوند با اتصال شنت بلند و کمپوند با اتصال شنت کوتاه تقسیم می شوند. مشخصه خارجی این موتورها مابین موتور شنت و سری قرار دارد. Compound-Self-Exciting         موتور کمپوند با اتصال شنت بلند         موتور کمپوند با اتصال شنت کوتاه  

موتور DC مغناطیس دائم

موتور مغناطیس دائم (PMDC) موتوری است که استاتور آن از مواد مغناطیس دائم ساخته شده است. مزایا ۱- به علت عدم نیاز به مدار میدان خارجی، هیچ گونه تلفات مسی در میدان مغناطیسی وجود ندارد. ۲- به علت عدم نیاز به سیم پیچ میدان، این موتور می تواند به میزان قابل توجهی کوچکتر باشد. معایب ۱- چون که مغناطیس دائمی چگالی شار ضعیفتری از یک موتور تحریک خارجی شنت تولید می کند از اینرو این موتور گشتاور کمتری را فراهم می کند. ۲- خطر مغناطیس زدایی در اثر قرارگیری در دماهای زیاد یا عکس العمل عرضی آرمیچر (mmf آرمیچر ) وجود دارد. PMDC-Motor          

مغناطیس دائمی موتور DC

برای هسته موتورهای معمولی عموما از یک ماده فرومغناطیس با چگالی پسماند مغناطیسی کوچک استفاده می کنند.                             در حالی وضعیت مطلوب برای موتورهای PMDC وضعیت مطلوب استفاده از مواد مغناطیسی با چگالی پسماند مغناطیسی هر چه بزرگتر در قطبهای مغاطیسی آنها می باشد.

منحنی مغناطیس شوندگی و چگالی شار مواد مغناطیسی

یک مقایسه کلی از منحنی های مواد مغناطیس دائم که جدیدا توسعه اند با مواد مغناطیس دائم متداول آلیاژی (آلینکو ۵) نشان میدهد که مغناطیس ساخته شده از چنین موادی پس ماند مغناطیسی در حد بهترین هسته های ساخته شده از مواد فرومغناطیسی تولید می کنند. طراحی موتور مغناطیس دائم کاملا شبیه به طراحی موتورهای شنت یا تحریک مستقل میباشد البته با این تفاوت که در PMDC شار موتور ثابت است. در نتیجه تنها راه ممکن برای کنترل سرعت موتورهای PMDC کنترل ولتاژ آرمیچر است.   موتورهای اونیورسال ویژگیها

  • عمده موتورها از منبع تغذیه DC یا AC تغذیه می کنند و بعضی دیگر از هر دوی این منابع تغذیه میکنند.
  • این نوع موتورها را موتورهای اونیورسال می گویند. از لحاظ ساختاری بسیار شبیه به موتورهای خود تحریک سری می باشند ، اما برای کارکرد با هر دو نوع منبع تغذیه DC و AC طراحی شده اند.
  • اصولا سرعت بالایی دارند ( معمولا بیش از ۱۰۰۰۰ دور بر دقیقه)
  • نسبت قدرت به وزن بالایی را ارائه می دهند.
  • برای تجهیزات قابل حمل مثل دریلهای دستی و جاروبرقی ها بسیار مناسب می باشند.

Universal-Motor   توجیه رفتار و عملکرد موتور اونیورسال در قسمتهای قبلی همین مقاله توضیح دادیم که موتور DC با ولتاژ مستقیم کار می کند. حال اجازه دهید همین موتور DC تحریک سری را که شماتیک آن در روبرو آورده شده است به یک منبع ولتاژ AC متصل کنیم چه اتفاقی می افتد. انتظار دارید نچرخد؟ منبع ولتاژ متناوب باعث معکوس شدن جریان در هر نیم سیکل در سیم پیچی موتور می گردد. حال بیایید به قانون دست چپ الکتروموتور DC مجددا نگاهی بیاندازیم. قبلا توضیح دادیم که طبق این قانون هنگامی جهت گردش موتور تغییر می کند که جهت میدان مغناطیسی یا جریان گذرنده از آرمیچر تغییر کند. در موتور سری هر دوی اینها با هم سری هستند و تعویض پلاریته که در کار با ولتاژ متناوب در هر نیم سیکل رخ می دهد باعث تغییر جهت هر دو می شود و از اینرو جهت دوران ثابت باقی می ماند و موتور می تواند در یک جهت گشتاور تولید کرده و به دوران خود ادامه دهد. خیلی ساده به نظر می رسد. جهت کار در ولتاز AC بهینه سازی هایی نظیر ورقه ورقه کردن هسته و … انجام شده است که موتور را برای کار در هر دو نوع ولتاژ بهینه کرده است.

جهت دریافت فیلم آموزشی فارسی طراحی موتور الکتریکی کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با موتور الکتریکی

  • رضا ایمانی
  • ۰
  • ۰

در کتابهای کلاسیک موتورهای الکتریکی که به طور معمول در دوره کارشناسی تدریس می گردد. موتورهای الکتریکی را به دو دسته موتورهای عمومی (General Purpose) و ماشین های مخصوص (Special Purpose) تقسیم بندی می گردد. در رده ماشینهای با کاربرد عمومی موتورهای الکتریکی را به دو دسته موتورهای جریان مستقیم(DC ) و موتورهای جریان متناوب (AC) دسته بندی می­ کنند. و ماشینهای مخصوص نیز به صورت جداگانه ای مورد بررسی قرار می گیرد. شاید بتوان انواع الکتروموتورها را به صورت درخت زیر دسته بندی نمود.

electromotor-Classification-001

معیارهای دیگری نیز برای دسته بندی موتورهای الکتریکی وجود دارد. به چهار روش اصلی می توان موتورهای الکتریکی را دسته بندی کرد که شامل: منبع تغذیه توان الکتریکی آنها ،ساختمان داخلی آنها ، نوع حرکتی که ایجاد می کنند و کاربردهای آنها می شود.اگر چه موتورهای الکتریکی را می توان به موتورهای جریان مستقیم (DC) و جریان متناوب (AC) تقسیم بندی کرد اما موتور اونیورسال می ­تواند با هر دو جریان مستقیم و متناوب کار کند. امکان دارد بتوان به روشهای متنوع و متفاوتی کار دسته بندی را انجام داد.

به علت تنوع زیاد موتورهای الکتریکی، در کاربردهای عمومی و صنعتی مختلفی از آنها استفاده می شود که شامل: ساختمان سازی، تولیدات صنعتی که برای به حرکت در آوردن پروسه های مختلف صنعتی، در انجام فرآیندهای صنعتی و تجهیزات اتوماسیون، در الکترونیک، برای به حرکت در آوردن درایو هارد، دستگاه پخش CD و DVD ، در منازل جهت لوازم خانگی مانند فنها، یخچال، ماشین لباسشویی و … و در دفاتر اداری در تجهیزات اداری نظیر پرینترها، کامپیوترها و ماشینهای فکس٫

تمام موتورهای الکتریکی عمل تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را انجام می دهند. ولی طریقه انجام این تبدیل انرژی می تواند بسیار متفاوت باشد. بر حسب روش تبدیل انرژی چهار نوع اصلی موتور الکتریکی وجود دارند. که شامل سروو موتورها، موتورهای سنکرون، موتورهای القایی و موتورهای الکترواستاتیک (که به عنوان موتور خازنی شناخته می شود) می گردد. الکتروموتورهای سروو بر اساس سروو مکانیسم کار میکند ( که به سروو مختصر شده است). که از فیدبک حسگر خطا استفاده می کند و تصحیحات را انجام می دهد. سرووموتورها کوچک هستند و معمولا در کاربردهای روباتیک، ماشینهای ابزار و کارکردهای صنعتی دقیق و اتوماتیک استفاده می شوند. موتورهای الکتریکی سنکرون یک گونه از موتور AC هستند که بر اساس میدان مغناطیسی دوار حاصل از روتور و جریان گذرنده در استاتور عمل می کند. موتورهای القایی بسیار شبیه موتورهای سنکرون هستند بجز اینکه موتورهای القایی آسنکرون هستند. و گهگاه با عنوان موتور آسنکرون نیز به جای موتور القایی نام برده می شوند. موتورهای القایی بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی عمل می کنند.


جهت دریافت فیلم آموزشی فارسی طراحی موتور الکتریکی کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با موتور الکتریکی

 

  • رضا ایمانی
  • ۰
  • ۰

کموتاسیون چیست

مفهوم پدیده کوموتاسیون

تغییر تماس جاروبک از یک تیغه کموتاتور به تیغه دیگر کموتاسیون نام دارد در این جابجایی کلافی که تحت کموتاسیون قرار می گیرد چون توسط جاروبک اتصال شده باید در صفحه خنثی قرار گیرددر عین حال چون جریان در این کلاف در زمان کموتاسیون تغییر مقدار و جهت میدهد سبب بوجود آمدن ولتاژ خود القایی در این کلاف شده و از آنجا که این کلاف توسط جاربک و تیغه های کموتاتور اتصال کوتاه شده است جرقه نسبتاٌ شدید بین زغالها و کموتاتور بوجود می آید. قطبهای کمکی برای رفع این عیب موثر خواهد بود. اما در ماشینهای که قطب کمکی ندارند بهبود عمل کموتاسیون با تغییر محل جاروبکها (در جهت گردش در مولدها و در خلاف جهت گردش در موتورها) انجام گیرد. این جابجایی درست کاملا امکان پذیر و قابل مشاهده می باشد.

برای تبدیل کمیت چرخان (گردش آرمیچر) به کمیت مستقیم (ولتاژ و جریان) و ساکن نگه‌داشتن نیروی محرکهٔ مغناطیسی آرمیچر به کموتاتور نیاز است. مهترین کار کموتاتور همان طور که گقته شد یکسوکردن کمیت متناوب در پیچک آرمیچر به کمیت مستقیم در جاروبک‌های یک ژنراتور می‌باشد.
نیروی محرکهٔ تولید شده در آرمیچر

ولتاژ یکسوشده به وسیلهٔ جمع‌کردن عرض موج‌های تولیدشده از پیچک‌های سری به وجود می‌آید. هرچه تعداد پیچک‌های سری افزایش یابد مقدار ولتاژ DC افزایش و تضاریس موج کاهش می‌یابد، اما به طور کلی شکل موج ولتاژ یکسوشده توسط جاروبک نمی‌تواند به شکل موج ولتاژ مستقیم تولیدشده از یک باتری برسد.

میانگین ولتاژ تولیدشده در یک پیچک با تعداد دور N_C از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:
E_C=2 N_C p n \phi

که در آن p تعداد قطب، \phi شار عبوری و n سرعت چرخش روتور است.

اگر C را تعداد کل پیچک‌های آرمیچر و a را تعداد مسیرهای موازی بین جاروبک‌ها بدانیم تعداد پیچک‌های سری بین جاروبک‌ها C/a می‌شود و با احتساب Z به عنوان هادی‌های موجود در آرمیچر، نیروی محرکهٔ موجود در آرمیچر این‌گونه محاسبه می‌شود:

E_A=\frac{2 C N_C }{a}p n \phi = \frac{Z p n \phi}{a}

با محاسبه ضریب سیم‌پیچی k_w، که برای ماشین‌های DC معمولاً تنها از ضریب توزیع k_d تشکیل شده‌است، ولتاژ القایی آرمیچر بدین‌گونه خواهد بود:

E_A=\frac{Z p n \phi k_w }{a} = \frac{Z p}{2 \pi a} \phi \omega_m
رابطه نیرومحرکه القای در ماشینهای DC واقعی
ولتاژ القاء شده در هر ماشین به سه عامل بستگی دارد:
۱- فوران مغناطیسی (Ф)
۲- سرعت زاویه ای رتور ماشین (ω)
۳- ضریب ثابت که به ساختمان ماشین بستگی دارد (K)
این ولتاژ از رابطه رو به رو بدست می آید.
مقدار K و ω را میتوان از رابطه های زیر بدست آورد
P: تعداد جفت قطبهای ماشین
a: تعداد جفت مسیرهای جریان
z: تعداد هادی های آرمیچر
n: سرعت آرمیچر برحسب دور بر دقیقه
رابطه گشتاور تولید شده در آرمیچر ماشینهای جریان مستقیم واقعی
گشتاور تولید شده در ماشینهای جریان مستقیم نیز به سه عامل بستگی دارد:
۱- فوران مغناطیسی (Ф)
۲- جریان آرمیچر

(IA) ۳- یک ضریب ثابت (K)

توان و راندمان در ماشینهای Dc

در صورتیکه توان ورودی یک ماشین P1 و توان خروجی آن را P2 بنامیم تفاوت این دو تلفات ماشین نام دارد.
ضریب بهره (راندمان): نسبت توان خروجی به توان ورودی ماشین را ضریب بهره میگویند.
تلفات در ماشینهای DC: تلفات در ماشینهای جریان مستقیم بصورت زیر تقسیم بندی می شوند.
۱- تلفات مکانیکی یا اصطکاکی (Pmec).
۲- تلفات آهنی یا تلفات هسته (PFe).
۳- تلفات مسی (Pcu).
– تلفات مکانیکی بعلت اصطکاک محور ماشین در یاتاقانها و اصطکاک جاروبکها با کلکتور و مقاومت هوا بوجود می آید.
– تلفات هسته از تلفات هیسترزیس و تلفات ناشی از جریانهای گردابی در هسته آرمیچر تشکیل می شود.
– تلفات مسی یا ژولی در اثر عبور جریان از سیم پیچ های تحریک و آرمیچر بوجود می آید.

دانلود فایل پاورپوینت

دانلود فایل 2



جهت دریافت فیلم آموزشی فارسی طراحی موتور الکتریکی کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با موتور الکتریکی

 

  • رضا ایمانی
  • ۰
  • ۰

روشهای ترمز موتورهای القایی

در این مقاله به روشهای ترمز موتورهای القایی پرداخته شده است. چهار روش جریان مخالف، ترمز DC ، مولدی و الکترونیکی (کنترل سرعت) تشریح شده است.


ترمز الکتریکی موتور سه فاز

در بسیاری از سیستمهای صنعتی، موتورها به صورت طبیعی و با شتاب دهی به سادگی متوقف می شوند. زمانی که طول می کشد تا موتور متوقف شود بستگی به اینرسی و گشتاور مقاوم بار روی موتور دوار دارد. بهر حال، معمولا نیاز به کاهش دادن زمان رسیدن به توقف داریم و بدین منظور ترمز الکتریکی یک راه حل کارآمد و ساده می باشد.

ترمز الکتریکی در مقایسه با سیستمهای ترمز مکانیکی و هیدرولیکی، درای مزیت یکنواخت بودن است و هیچ نوع قطعه ای که فرسوده شود در آن وجود ندارد.

در این مقاله به روشهای ترمز موتورهای القایی به شرح زیر می پردازیم.

  1. ترمز جریان مخالف (1.1 قفس سنجابی 2.1 موتور با رینگ لغزان)
  2. ترمز با تزریق جریان DC
  3. ترمز الکترونیکی
  4. ترمز با کارکرد در ناحیه فوق سنکرون (مولدی)
  5. بقیه سیستمهای ترمز الکتریکی

1- ترمز جریان مخالف – اصول عملکرد

در این روش برای ترمز کردن ابتدا موتور از منبع تغذیه جدا می شود و در حالیکه همچنان به دوران خود ادامه می دهد و در جهت معکوس به منبع تغذیه متصل می گردد. این سیستم ترمز از نظر مقدار گشتاور تولید شده بسیار کارآمد است، در این روش معمولا گشتاوری بیش از گشتاور راه اندازی ایجاد می شود. پس از راه اندازی موتور در جهت مخالف، به سرعت بایستی موتور متوقف شود تا از گردش در جهت معکوس اجتناب گردد.

تجهیزات مختلف اتوماتیکی برای کنترل کردن توقف در سرعتی نزدیک به صفر استفاده می شوند.

  1. آشکار سازهای اصطکاک توقف، آشکارسازهای توقف گریز از مرکز
  2. ادوات کورنومتریک
  3. اندازه گیری فرکانس یا رله های ولتاژ روتور (در موتورهای با رینگ لغزان)

1-1 موتورهای قفس سنجابی

قبل از انتخاب این سیستم (شکل 1)، بسیار مهم است که مطمئن شویم موتور می تواند ترمز جریان مخالف را با توجه به کارکرد و بار مورد نیاز بر روی آن تحمل کند. صرفنظر از تنش های مکانیکی، بدلیل اینکه در هر بار ترمز کردن انرژی آزاد شده (انرژی لغزش اصلی و انرژی جنبشی) در قفس تلف می گردد. این فرآیند روتور را در معرض تنش های حرارتی خیلی زیاد قرار می دهد.

تنش گرمایی در هنگام ترمز گرفتن سه بار بیش از سرعت گرفتن است.

ترمز جریان مخالف موتور القایی

شکل 1 – اصول کلی ترمز جریان مخالف

هنگام ترمز گرفتن، پیکهای جریان و گشتاور به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از مقادیر تولید شده آنها در لحظه راه اندازی است. برای ترمز یکنواخت و آرامتر، معمولا یک در هنگام سوئیچ کردن به جریان مخالف یک مقاومت با هر فاز استاتور به صورت سری قرار می گیرد. این مقاومت جریان و گشتاور را در هنگام راه اندازی استاتور کاهش می دهد. موانع ترمز گرفتن با روش جریان مخالف در موتورهای قفس سنجابی زیاد بوده و به گونه ای بزرگ است که این سیستم فقط در برخی از کاربردها در موتورهای کم توان استفاده می شود.

2-1 موتور با رینگ لغزان (روتور سیم پیچی شده)

به منظور محدود کردن پیک گشتاور و جریان، قبل از کلید زدن استاتور به حالت جریان مخالف، بسیار مهم و حیاتی است که مقاومت های راه انداز استفاده شده در راه اندازی را مجددا در مدار روتور قرار دهیم. و همچنین در هنگام ترمز مقاومت بیشتری را به ان اضافه کنیم.

ترمز جریان مخالف موتور روتور سیم پیچی

شکل 2 – اصول کاری ترمز جریان مخالف در ماشین آسنکرون با رینگ لغزان

با انتخاب اندازه درست مقاومت راه انداز می توان به آسانی گشتاور ترمز را به مقدار مورد نیاز تنظیم کرد. هنگامی که جریان سوئیچ می شود، ولتاژ روتور دو برابر حالت توقف آن می گردد. از اینرو نیاز است مساله عایق کاری و شکست عایقی از قبل مورد توجه قرار گیرد.

همانند موتورهای قفسی، در این موتور نیز مقدار زیادی از انرژی در مدار روتور آزاد می شود. به جز مقداری کمی که در مقاومتها تلف می شود باقی آن در روتور تلف خواهد شد.

2- ترمز با تزریق جریان DC

این سیستم ترمز موتورهای القایی در هر دو موتور قفس سنجابی و موتور با رینگ لغزان (روتور سیم پیچی شده) می تواند استفاده شود. (شکل 3 را ببینید). در مقایسه با سیستم جریان مخالف، قیمت خرید رکتیفایر جریان DC با کاهش یافتن مقاومت ها جبران می گردد با راه اندازها و کنترل کننده های سرعت الکترونیکی، انتخاب این روش ترمز باعث افزایش هزینه نمی شود.

فرآیند ترمز در دو مرحله قطع کردن استاتور از منبع توان و سپس ارسال جریان یکسو شده به داخل آن انجام می شود. جریان یکسو شده یک شار ثابت در فاصله هوایی موتور ایجاد می کند. برای اطمینان از اینکه مقدار شار برای ترمز کردن کافی باشد، جریان باید 1.3 برابر بیشتر از جریان نامی باشد. تلفات حرارتی اضافی به دلیل این اضافه جریان همیشه مدت کوتاهی پس از ترمز، جبران می شود.

ترمز جریان مستقیم موتور القایی

شکل 3 - اصول کاری ترمز جریان مستقیم در ماشین آسنکرون

نظر به اینکه مقدار جریان تنها با مقدار مقاومت سیم پیچی استاتور تنظیم می شود، ولتاژ کمی در منبع جریان یکسو شده مورد نیاز است. منبع معمولا از طریق رکتیفایرها یا کنترل کننده های سرعت تامین می شود. این منبع باید قادر باشد در برابر موجهای (surges) ولتاژ گذرای ایجاد شده توسط سیم پیچهایی که از منبع تغذیه متناوب (مثلا 380V RMS)جدا شده اند استقامت کند. حرکت روتور نسبت به میدان دوار در فضای استاتور (میدان سنکرون) با یک مقدار لغزش انجام می گیرد. (از آنجاییکه در سیستم ترمز جریان مخالف میدان در جهت معکوس می چرخد). موتور مانند یک ژنراتور سنکرون که در حال تخلیه انرژی در روتور است. رفتار می کند.

در مقایسه با سیستم جریان مخالف//

تفاومتهای مهمی در مشخصات بدست آمده با جریان dc تزریق شده به استاتور در مقایسه با سیستم جریان مخالف وجود دارد.

  • انرژی کمتری در مقاومتهای روتور یا قفس روتور تلف می شود. این انرزی فقط معادل انرژی مکانیکی تحویل گرفته از اجسام در حال دوران است. تنها انرژی اخذ شده از منبع توان اصلی برای تحریک کردن استاتور است.
  • اگر بار دوار نباشد، موتور در جهت معکوس راه اندازی و حرکت نمی کند.
  • اگر بار در حال دوران باشد، سیستم بدون تغییر ترمز می کند و بار را در سرعت کم نگه می دارد. این بیشتر ترمزی برای کند کردن است تا اینکه توقف کننده سریع باشد. مشخصه آن بسیار پایدارتر از جریان مخالف است.

در موتورهای دارای رینگ لغزان (روتور سیم پیچی): مشخصه گشتاور-سرعت به انتخاب مقاومتها بستگی دارد.

در موتورهای قفسی: سیستم به راحتی گشتاور ترمزی خود را با انرژی گرفته از جریان مستقیم تنظیم می کند. با این وجود، گشتاور ترمز در حالتی که موتور در سرعتهای بالا کار می کند کم است.

به منظور جلوگیری از گرم شدن بیش از حد، و جلوگیری از اعمال بیش از حد ترمز، باید تجهیزاتی برای قطع کردن جریان در استاتور استفاده شود.

3- ترمز الکترونیکی

ترمز الکترونیکی به سادگی با استفاده از یک کنترل کننده سرعت که با مقاومت ترمز تجهیز شده است تامین می شود. در این حالت موتور آسنکرون به عنوان ژنراتور عمل کرده و انرژی مکانیکی در مقاومت ترمز تلف می گردد بدون اینکه باعت افزایش تلفات در موتور گردد.

یک واحد راه انداز (starter) موتور چهار وظیفه اصلی دارد.

  1. بار را از مدار قدرت اصلی ایزوله می کند
  2. به حفاظت موتور در برابر اتصال کوتاه کمک می کند.
  3. به حفاظت موتور در برابر اضافه بار حرارتی کمک می کند
  4. کار کموتاسیون یا کنترل را انجام می دهد.

هر واحد راه انداز موتور می تواند بستگی به هدف مورد نظر کارهای دیگری را نیز انجام دهد، اینها شامل:

  • قدرت: کنترل کننده سرعت، سافت استارتر، معکوس کردن فاز و غیره.
  • کنترل: اتصالات کمکی، تاخیر زمانی، ارتباطات و غیره

مطابق با ساختار واحد راه انداز موتور، به روشهای مختلفی می توان به عملکرد مورد نظر دست یافت. (شکل 4 را ببینید) در این شکل ارایشهای ممکن نشان داده شده است.

ترکیبهای مختلف راه انداز موتور

شکل 4 – آرایشهای مختلف عملکردی و ساختمان آنها برای راه اندازی موتور

4 - ترمز با کار در ناحیه فوق سنکرون (ترمز مولدی)

این ترمز هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که بار در سرعتی بیش از سرعت سنکرون می چرخد. در این حالت مانند یک ژنراتور آسنکرون عمل کرده و گشتاور ترمزی ایجاد می شود. صرفنظر از مقدار جزیی از انرژی که تلف می گردد باقی انرژی توسط منبع توان اصلی بازیابی می گردد. در یک موتور جرثقیل یا آسانسور، این نوع عملکرد باعث کاهش سرعت به سرعت نامی می گردد. گشتاور ترمزی کاملا متعادل با بار شده و به جای اینک سرعت را شل (سست و کم) کند، موتور را در یک سرعت ثابت به گردش در می آورد.

در یک موتور با رینگ لغزان (روتور سیم پیچی شده) ، بایستی تمام یا بخشی از مقاومتهای روتور اتصال کوتاه شوند تا از کارکرد موتور در سرعتی خیلی بیشتر از سرعت نامی جلوگیری شود که این حالت از نظر مکانیکی خطرناک خواهد بود.

این سیستم خصوصیات ایده آلی برای مهار کردن بار دوار را دارا می باشد. اینها شامل:

  • سرعت پایدار بوده و عملا مستقل از گشتاور پیچشی گرداننده است.
  • انرژی بازیابی شده و به منبع تغذیه بازگشت داده می شود.

بهر حال، این سیستمها فقط موتور را در یک سرعت که سرعت نامی آن است نگه می دارد. سیستمهای ترمز فوق سنکرون به راحتی با استفاده از یک کنترل کننده سرعت الکترونیکی ایجاد می شوند، آنها به صورت اتوماتیک سرعت سیستم را با کاهش دادن فرکانس تنظیم شده، کاهش می دهند. و بدین ترتیب می توان موتور را به حالت توقف رساند.

5 - دیگر سیستمهای ترمز الکتریکی

هنوز هم می توان در برخی جاها ترمز تک فاز یافت. این نوع ترمز به این صورت است که دو تا از سرهای موتور سه فاز به ولتاژ تک فاز متصل شده و ترمینال دیگر موتور نیز به یکی از اتصالات تغذیه (فاز یا نول) متصل می گردد. گشتاور ترمز به 3/1 گشتاور ماکزیمم موتور محدود شده است این سیستم نمی تواند بار کامل را ترمز کند و در این حالت باید برگردیم به ترمز جریان مخالف و از آن ترمز استفاده کنیم. ترمز تک فاز عدم تقارن و تلفات زیادی ایجاد می کند.

یکی دیگر از سیستمها، ترمز کردن بوسیله جریان گردابی متوقف کننده است. این سیستم قاعده کاری شبیه به آن چیزی که در وسایل حمل و نقل استفاده می شود به اضافه ترمز مکانیکی است (کاهنده های سرعت الکتریکی) . انرژی مکانیکی در کاهنده سرعت تلف می گردد. ترمز به سادگی با استفاده از یک سیم پیچ تحریک کنترل می شود. با این حال مشکل اصلی در این ترمز اینرسی است که به میزان زیادی به موتور تحمیل می شود.

معکوس کردن

موتورهای آسنکرون سه فاز را (شکل 5 را ببینید) به سادگی با تغییر اتصال فازهای متصل به دو اتصال تخته کلم می توان برعکس کرد.

معکوس کردن موتور آسنکرون

شکل 5 – روش معکوس کردن موتور آسنکرون

معمولا هنگامی می توان دور موتور را برعکس کرد که متوقف باشد. در غیر اینصورت، معکوس کردن فازها باعث ایجاد حالت ترمز جریان معکوس می گردد (پاراگراف مربوط به موتور با رینگ لغزان را ببینید) . بقیه سیستمهای ترمز الکتریکی که در بالا تشریح گردید نیز می توانند برای توقف و سپس معکوس کردن استفاده شوند. در موتورهای تک فاز معکوس کردن را در صورتی می توان انجام داد که سرهای سیم پیچها در دسترس باشند.

جهت دریافت فیلم آموزشی فارسی طراحی موتور الکتریکی کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با موتور الکتریکی

 

  • رضا ایمانی