تبلیغات پیامکی

www.plcomega.tk

درحال انتقال به صفحه جدید

برق وصنعت - راه اندازی موتور سنکرون چپگرد وراستگرد لحظه ای و دایم
 
برق وصنعت

موتور های چند فاز
موتور های چند فازه موتور های متناوبی هستند که به صورت دو یا سه فاز کار می کنند . هر دو از لحاظ ساختمانی مشابه بوده و فقط اتصال داخلی کلافهایشان متفاوت است . برای کاربردهایی نیازمند به توان بالاتر ، از موتور های القایی سه فاز AC ( یا چند فاز ) استفاده می شود . این موتور ها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می کنند . از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می کند ، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت درآید . این نوع از موتور با نام موتور القایی معر.ف است . برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از بسامد منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد ، چرا که در این صورت میدان متعادل کننده ها در روتور ایجاد نخواهد شد . استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است ، روز به روز در حال افزایش است . به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود ، که در موتور هم زمان وجود دارد ، موتور به صورت هم زمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می آید . موتور های همزمان (سنکرون) را می توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد. سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین چرخانه و میدان ایستانه ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می کند . تغییر سرعت در این نوع از موتور ها را می توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطب هایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می کند ، ممکن ساخت .

موتور های سه فاز
اصل ساخت اولیه و کاربردی
مانند بیشتر موتور ها , یك موتور های القایی AC یك قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یك روتور كه در درون آن می چرخد دارند , كه میان آندو یك فاصله دقیق كارشناسی شده وجود دارد.به طور مجازی همه موتور های الكتریكی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می كنند.یك موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است كه در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود.در حالی كه موتور های DC به وسیله ای الكتریكی یا مكانیكی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند.یك موتور القایی AC تك فاز نیازمند یك وسیله الكتریكی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است .
در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است . در یك موتور القایی AC یك سری از مغناطیس شونده ها به خاطراینكه تغذیه AC به پیچه های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده اند . بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الكترومغناطیسی به روتور وارد می شود ( درست شبیه ولتاژی كه در ثانویه ترانسفورماتور القا می شود ) . بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده ها خاصیت مغناطیسی پیدا می كنند . _ نام موتور القایی از اینجاست_ . تعامل میان این مگنت ها انرژی چرخیدن یا تورك ( گشتاور ) را ف راه م می آورد.در نتیجه موتور در جهت گشتاو بوجود آمده چرخش می كند .

ساختمان موتور های سه فاز
موتور های سه فاز شامل سه قسمت می باشد :
1. استاتور
2. روتور
3. کاسه ها ( قالپاق ها )

استاتور
از یک هسته آهنی شیاردار به صورت ثابت ساخته می شود . داخل شیارها سه گروه کلاف به صورتی قرار می گیرند که با هم 120 درجه الکتریکی اختلاف فاز داشته باشند . انرژی الکتریکی تولیدی به صورت سه فاز از طریق استاتور به مدارهای خارج منتقل می گردد . استاتور از چندین قطعه باریك آلومنیوم یا آهن سبك ساخته شده است.این قطعات بصورت یك سیلندر تو خالی به هم منگنه و محكم شده اند(هسته استاتور) با شیارهایی كه در شكا یك نشان داده شده اند.سیم پیچهایی از سیم روكش دار در این شیارها جاسازی شده اند.هر گروه پیچه با هسته ای كه آن را فرا گرفته یك آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای كار كردن با تغذیه AC شكل می دهد.تعداد قطبهای یك موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه های استاتوربستگی دارد.پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل اند.آنها به صورتی متصل اند كه با برقراری تغذیه AC یك میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.

روتور
قسمت گردنده مولد از هسته آهنی شیاردار ساخته می شود و داخل این شیارها سیم های مسی برای تولید فوران مغناطیسی قرار می گیرد . این فوران به وسیله ولتاژ جریان مستقیم تولید می شود .
در آلترناتورهای بزرگ انرژی الکتریکی در قسمت ثابت ( استاتور ) ماشین تولید می شود . ولی در آلترناتورهای کوچک معمولا انرژی الکتریکی در قسمت گردنده ( روتور ) ایجاد می شود . به قسمتی که در آن انرژی الکتریکی تولید می شود آرمیچر می گویند .
روتور از چندین قطعه مجزای باریك فولادی كه میانشان میله هایی از مس یا آلومنیوم تعبیه شده ساخته شده است . در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به صورت الكتریكی و مكانیكی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند . تقریبا 90 درصد از موتور های القایی دارای روتور قفس سنجابی می باشند و این به خاطر آن است كه این نوع روتور ساختی مستحكم و ساده دارد . این روتور از هسته ای چند تكه استوانه ای با محوری كه شكافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشكیل شده است . هر شكاف یك میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود . در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها همچنان كه در شكل دو مشاهده می شود مدار كوتاه برقرار است . چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است ، این نام برای آن انتخاب شده است . میله ای روتور دقیقا با محور موازی نیستند . در عوض به دو دلیل مهم قدری اریب نصب می شوند .
دلیل اول آنكه موتور با كاهش صوت مغناطیسی بدون صدا كاركرده و برای آنكه از هارمونیك ها در شكاف ها كاسته شود.
دلیل دوم آن است كه گرایش روتور به هنگ كردن كمتر شود . دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم ( محض ) تلاش می كنند كه در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند . این اتفاق هنگامی می افتد كه تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند .
روتور بوسیله مهار هایی در دو انتها روی محور نصب شده ; یك انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می شود . ممكن است بعضی موتور ها محوری فرعی در طرف دیگر( غیر گردنده - غیر منتقل كننده نیرو ) برای اتصال دستگاههای حسگر حالت( وضعیت ) و سرعت داشته باشند . بین استاتور و روتور شكافی هوایی موجود است . بعلت القا انرژی از استاتور به روتور منتقل می شو د. تورك تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو می كند . صرف نظر از روتور استفاده شده قواعد كلی برای دوران یكی است .


علت دریافت انرژی الکتریکی از قسمت ثابت در آلترناتورهای بزرگ این است که نیروی محرکه الکتریکی ( ولتاژ ) تولید شده در آلترناتورهای سه فاز با شکل سینوسی و با اختلاف فاز 120 درجه الکتریکی می باشد . از آن جا که مقدار ولتاژ تولید شده در آلترناتورها نمی تواند بیش از حد مجاز باشد و انتقال این ولتاژ با جریان های بالا موجب افزایش اتلاف انرژی در سیم ها و افت ولتاژ انتهای خط ، بنابراین در ابتدای خط مقدار ولتاژ تولید شده توسط ترانسفورماتورها افزایش و در انتهای خط در چند مرحله جهت استفاده مصرف کنندگان صنعتی و خانگی در حد ولتاژ مجاز ( 380 220 ) کاهش می یابد . در نیروگاه های انرژی الکتریکی همواره به صورت سه فاز تولید می شود ؛ زیرا :
 اقتصادی تر است ، به دلیل اینکه آلترناتورهای سه فاز حجم کمتری نسبت به آلترناتورهای تک فاز با توان مشابه دارد .
 توان لحظه ای سه فاز در مصرف کننده هیچ گاه به صفر نمی رسد ، بنابراین توان سه فاز میزان تغییرات کمتری نسبت به توان در شبکه تک فاز دارد . در راه اندازی موتور های سه فاز نیاز به سیم پیچ راه انداز نداریم و به همین دلیل حجم موتور ها کاهش می یابد . رکتیفایر های سه فاز ولتاژ DC شده رایپل کمتری دارد و ولتاژ خروجی جریان مستقیم در رکتیفایرهای سه فاز نسبت به ولتاژ یکسو شده در رکتیفایرهای تک فاز صاف تر است . اصولا موتور های جریان متناوب نسبت به موتور های جریان مستقیم دارای ساختمان ساده تر ، عمر مفید بیشتر و تعمیر و نگهداری راحت تری هستند که موجب برتری اقتصادی این موتور ها بر موتور های DC می شود . ماشین های الکتریکی سه فاز به دو گروه اصلی ( ماشین های سنکرون و ماشین های القایی ) دسته بندی می شوند که از نظر ساختمان ، طرز کار و کاربرد تفاوت های زیادی دارند . اما اساس کار هر دوی آنها ایجاد میدان مغناطیسی دوار است در بین این دو نوع ، ماشین AC القایی ساده تر و ارزان تر بوده و بیشتر به عنوان موتور مورد استفاده قرار می گیرد ولی ماشین سنکرون که ساختمان پیچیده تر و قیمت گرانتری دارد اغلب به عنوان مولد به کار می رود .
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر ، از موتور های القایی سه فاز AC ( یا چند فاز ) استفاده می شود . این موتور ها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می کنند . اغلب ، روتور شامل تعدادی هادی های مسی است که در فولاد قرار داده شده اند . از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی ها القای جریان می کند ، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید ، این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است . برای اینکه این موتور به حرکت در آید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور بچرخد ، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده ها در روتور ایجاد نخواهد شد . موتور های القایی AC سه فاز به طور گسترده در کاربری های تجاری و صنعتی استفاده می شوند . آنها هم به عنوان موتور هایی با روتور پیچ خورده یا قفس سنجابی دسته بندی می شوند .
این موتور ها خود استارت هستند و از هیچ خازن یا پیچه استارت یا سوئیچ گریز از مركز یا دستگاه آغازگری استفاده نمی كنند. آنها گشتاور آغازین در درجه های متوسط یا بالا تولید می نمایند.محدوده نیروی تولیدی و بازده این موتور ها از متوسط تا بالا با مشابه های تك فازشان مقایسه می شود.استفاده های عمومی آنها مانند آسیابها (و لیث ها دستگاه برنده و فرم دهنده چوب و فلز) مته فشاری پمپها كمپرسورها تسمه نقاله ها همچنین دستگاههای چاپ دستگاههای مزرعه سرمایش در الكترونیك و دیگر كاربریهای مكانیكی است.
موتور های سه فاز در اندازه های مختلف از قدرتهای کمتر از یک اسب بخار تا قدرت های چند هزار اسب بخار ساخته می شوند . این موتور تقریبا دارای مشخصه سرعت ثابت بوده و طوری طرح می گردند که مشخصه گشتاورشان متغیر باشد . بعضی از آنها دارای گشتاور راه اندازی زیاد و بعضی دیگر دارای گشتاور راه اندازی کم هستند . برخی از این موتور ها طوری طراحی گشته اند که جریان راه اندازی شان نرمال و در بعضی دیگر این جریان زیاد می باشد . این موتور ها برای ولتاژها و فرکانس های استاندارد ساخته می شوند و موتور های سه فاز با ولتاژ دوگانه خیلی معمول است . از این موتور ها برای ماشین ابزار ، پمپ ها ، آسانسور ، پنکه ها و جرثقیل ها و بسیاری وسایل دیگر استفاده می شوند .

موتور قفس سنجابی
تقریبا 90 درصد موتور های القایی AC سه فاز از این نوعند.كه روتور آنها از نوع قفس سنجابی است كه در ابتدا توضیح داده شد . محدوده های طبقه بندی نیروی آنها از یك سوم تا چند صد اسب بخار است. موتور های این نوعی كه در دسته یك اسب بخار به بالا اند در مقایسه با مشابه های تك فاز كم هزینه ترند و می توانند در استارت در فشارهای سنگین تر بكار كنند.
در یك موتور قفس سنجابی ، درمرحله طراحی پارامتهای مختلفی بایستی انتخاب شوند. یك موتور با مقاومت رتور كوچك ترجیح داده می شود چونكه مشخصه های كاری ماشین بهبود می یابد . مقاومت كوچك منجر به لغزش اسمی كوچك می شود كه این امر موجب بازدهی بالا و رگولاسیون سرعت خوب می شود . با اینحال ،جریان راه اندازی را بزرگ و گشتاور راه اندازی كوچك می شود . هر افزایشی در مقاومت رتور مشخصه راه اندازی را بهبود می‌دهد زیرا جریان راه اندازی كاهش و گشتاور راه اندازی افزایش می‌یابند اما مشخصه های كار عادی ماشین را خراب می‌كند. گشتاور شكست معیاری برای سنجش توانایی موتور در مقابل اضافه بارهای كوتاه مدت است. رتوری بار راكتانس كوچك یك گشتاور شكست بزرگ را ایجاد می‌كند ولی در مقابل افزایش جریان راه اندازی رابدنبال دارد . پس ملزمومات طراحی برای كار عادی و دائمی موتور ، و در مرحله راه اندازی متضاد هستند .
در یك موتور القایی قفس سنجابی ، یك راه اندازی خوب هم راه با عملكرد دائمی عادی هنگامی بدست می آید كه مقاومت رتور بطور اتو ماتیك با سرعت تغییر كند ، بطویكه در حالت توقف مقاومت بزرگ و با افزایش سرعت كاهش یابد و در سرعتهای نزدیك سرعت نامی مقدار آن كاملا كوچك شود . چنین تغییراتی با وابسته كردن مقدار مقاومت رتور به فركانس رتور تحقق می یابد. در حالت توقف ، فركانس رتور بزرگ و برابر با فركانس استاتور است . باافزایش سرعت فركانس رتور كاهش می یابد و در سرعت نامی به محدوده 2 تا 10 درصد فركانس استاتور می‌رسد. روتور بگونه ای طراحی می شود كه مقاومت آن در فركانس استاتور بزرگ باشد و با كاهش فركانس رتور ،مقاومت كم می‌شود و در فركانسی برابر 2 تا 10 درصد فركانس استاتور كوچك می شود . این نوع تغییرات مقاومت رتور با استفاده از رتور با میله های عمیق یا رتور قفس سنجابی دوبل بدست می آید .رتور قفس سنجابی با شیار عمیق ، دارای شیارهای عمیق باریك است .
می‌توان تصور نمود كه هادی داخل شیار توسط چند هادی داخل شیار توسط چند هادی نازك كه بصورت موازی به یكدیگر متصل شده اند جایگزین بشوند . در سرعتها ی كم وقتی كه فركانس رتور بالاست تفاوت راكتانسهای هادی‌ها باعث می‌شود كه توزیع جریان در هادی بالا و پایین متفاوت گردد . بطوریكه هادی بالا بیشترین جریان و هادی پایین كمترین جریان را از خود عبور می دهند .
به علت عدم توزیع یكنواخت جریان ، مقاوم موثر هادی ها افزایش و راكتانسهای آنها كاهش می یابد . زمانیكه سرعت به نزدیكی سرعت نامی می رسد به دلیل كاهش فركانس رتور ، راكتانس لایه های پائینی تقلیل می یابد . لذا توزیع جریان داخل شیار عمدتا ناشی از مقاومت معادل رتور كاهش می یابد .
رتور قفس سنجابی دوبل شامل 2 هادی اتصال كوتاه شده در هر شیار است .

طبقه بندی موتور های قفس سنجابی
موتور های قفس سنجابی القائی سه فاز بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. متناسب با هر كار برد ، مشخصه‌های خاصی از سرعت –گشتاور وسرعت جریان لازم است . باانتخاب مناسب رتور از نظر مقاومت و راكتانس و میزان عمق شیار و یا دوبل بودن آن می توان موتور ی طراحی نمود كه مشخصه های مورد نیاز را داشته باشد . موتور های با ظرفیت بالابرای كار بردهای خاص طراحی می شوند . در موتور های متوسط و كوچك (در حدود كمتر از 150كیلو وات ) طراحی بر اساس طبقه بندی های استاندارد انجام می‌شود . استانداردهای فوق با توجه به مشخصه های سرعت – گشتاور و سرعت – جریان در طول زمان و برای برآورده شدن نیازهای اكثر موتور های القائی تعیین شده اند . در كار بردهای مهندسی ، انتخاب بگونه ای انجام می شود كه مشخصه موتور به مشخصه مورد نیاز نزدیكترین حالت باشد . برخی از كشورها استاندارها ی خاصی برای خود وضع نموده اند.
یك موتور كلاس A ،دارای رتوری با مقاومت و راكتانس كم است و لغزش كوچك ، بازدهی و ضریب قدرت بالا در بار نامی ، گشتاور شكست بالا ،گشتاور راه انداز معمولی ، وجریان راه انداز ی بالایی دارد . موتور كلاس A ، رفتار مناسبی در حالت كار دائم از خود نشان میدهد . ولی رفتار راه اندازی مطلوبی ندارد. لغزش با ر كامل از 2% در موتور های با ظرفیت بالا تا 4% در موتور های با ظرفیت پائین تغییر می كند . گشتاور شكست دو برابر گشتاور نامی است . محدوده گشتاور راه اندازی از گشتاور نامی برای موتور های بزرگ تا دو برابر گشتاور نامی برای موتور های كوچك می‌باشد در موتور های بزرگ جریان راه اندازی 8 برابر جریان نامی و در موتور های كوچك 5 برابر جریان نامی است.
یك موتور كلاس B ، نیز دارای لغزش نامی كوچك وگشتاور راه اندازی معمولی است. جریان راه انداز موتور كلاس B ، 70 تا 80 دصد جریان راه اندازی موتور كلاسA مشابه است. زیرا راكتانس رتور یك موتور كلاس B بزرگتر از راكتانس موتور مشابه كلاس A است . گشتاور راه اندازی با استفاده از یك رتور شیار عمیق یا دوبل ف راه م می شود. بعلت افزایش راكتانس پراكندگی رتور ، گشتاور شكست از2 برابر گشتاور نامی كمی كمتر است . همچنین ضریب قدرت در بار نامی كمی تقلیل می یابد .
در موتور كلاس C از رتور دوبل استفاده می شود .مقاوم رتور در لحظه راه اندازی از مقاومت موتور مشابه كلاس B بیشتر می باشد . همچنین جریان راه اندازی كوچكی دارد. در موتور كلاس C در مقایسه با كلاسB مشابه گشتاور شكست كوچكتر ، راندمان بار نامی كمتر و لغزش بار نامی بزرگتر (لغزش كمتر از 5% ) دارد.
موتور قفس سنجابی كلاس Dبه صورت تك شیار بامقاومت بزرگ و راكتانس كم طراحی می شود .گشتاور راه انداز بالا ( در حدود 3تا 4 برابر گشتاور نامی ) و جریان راه اندازی آن كوچك است .
ولی علیرغم اصلاح مشخصه در حالت راه اندازی مشخصه حالت كار دائم نا مناسبی را از خود نشان می دهد . ا زجمله می توان به لغزش با نامی بالا ( 5 الی 50 درصد) و راندمان كاری كم اشاره نمود .
كلاس F تركیبی از مشخصه های مناسب در كار ائم ( لغزش 2 الی 4 درصد ) وجریان راه اندازی كوچك را دارد . ولی در مقابل گشتاور راه انداز وشكست كمی را ایجاد می كند .به همین دلیل ، بر خلاف موتور های قفس سنجابی كار برد وسیعی ندارد.

موتور های القائی با رتور سیم بندی شده
یكی از ویژگی های موتور های القائی رتور سیم بندی شده است به موتور های قفس سنجابی آن است كه به مصالحه بین مشخصات حالت راه اندازی و كار دائم، نیازی ندارد . سیم بندی رتور بامقاومت كوچك طراحی می‌گردد و بطوریكه در حالت دائم راندمان مناسب و لغزش كوچكی ایجاد می شود.مشخصه ای راه اندازی با اضافه نمودن مقاومت درمدار رتور اصلاح می شوند .
در شرایطی كه به گشتاور راه اندازی بزرگ نیاز باشد ، مقاومت خارجی رتور چنان تعیین می كند تا بیشترین گشتاور در راه اندازی ایجاد گردد. این عمل كاهش جریان راه انداری را نیز به دنبال دارد و به محض آنكه رتور سرعت گرفت مقاومت خارجی موتور كاهش می یابد. بطور یكه موتور در مرحله راه اندازی با بیشترین گشتاور شتاب گیری می كند . از آنجائی كه قسمت اعظم تلفات رتور در مقاومت خارجی ایجاد می شود ، افزایش دمای رتور در شرایط راه اندازی كم است . انتخاب مقاومت مناسب رتور ، باعث می شود كه از بیشترین ظرفیت گشتاور استفاده شود ، بنابراین در كاربردهایی كه به راه اندازی و شرایط ترمزی پی در پی نیاز باشد(با گشتاور بالا ) از موتور رتور سیم بندی شده استفاده می شود.
بخاطر در دسترس بودن سیم بندی رتور ، قابلیت انعطاف و كنترل پذیری موتور های رتور سیم بندی شده بیش از موتور های قفس سنجابی است . زیرا هم امكان تغییر مقاومت رتور و هم تزریق ولتاژ به رتور وجود دارد . ولی در مقابل ضعفهایی نسبت به موتور قفس سنجابی دارد . از جمله می توان به قیمت بالا ، نیاز به نگهداری و تعمیر مكرر جاروبك و حلقه های لغزان رتور و كاهش استحكام رتور اشاره نمود .. لذا همانند موتور های قفس سنجابی كار برد وسیعی ندارد.





نوع مطلب : برق صنعتی، 
برچسب ها :


 
 
 
وبلاگ جامع برق با همکاری دانشکده فنی برق مشهد