تحقیق موتور الکتريکی 20 (docx) 20 صفحه
دسته بندی : تحقیق
نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحات: 20 صفحه
قسمتی از متن Word (.docx) :
موتور الکتريکی :
ميدان مغناطيسی چرخنده به عنوان مجموعی از بردارهای مغناطيسی کوئل‌های سه‌فاز يک موتور الکتريکی، الکتريسيته را به حرکت مکانيکی تبديل می‌کند. عمل عکس آن که تبديل حرکت مکانيکی به الکتريسيته است، توسط ژنراتور انجام میشود. اين دو وسيله بجز در عملکرد، مشابه يکديگر هستند. اکثر موتورهای الکتريکی توسط الکترومغناطيس کار می‌کنند، اما موتورهايی که بر اساس پديده‌های ديگری نظير نيروی الکترواستاتيک و اثر پيزوالکتريک کار می‌کنند، هم وجود دارند.
ايده کلی اين است که وقتی که يک ماده حامل جريان الکتريسيته تحت اثر يک ميدان مغناطيسی قرار می‌گيرد، نيرويی بر روی آن ماده از سوی ميدان اعمال میشود. در يک موتور استوانه‌ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نيرويی است که به فاصله‌ای معين از محور چرخانه به چرخانه اعمال میشود، می‌گردد.
اغلب موتورهای الکتريکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در يک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه و بخش ثابت ايستانه (استاتور) خوانده میشود. موتور شامل آهنرباهای الکتريکی است که روی يک قاب سيم پيچی شده است. گر چه اين قاب اغلب آرميچر خوانده میشود، اما اين واژه عموماً به غلط بکار برده میشود. در واقع آرميچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال میشود يا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ايجاد میشود. با توجه به طراحی ماشين، هر کدام از بخش‌های چرخانه يا ايستانه می‌توانند به عنوان آرميچر باشند. برای ساختن موتورهايی بسيار ساده کيت هايی را در مدارس استفاده می‌کنند.
موتورهای دی‌سی :
يکی از اولين موتورهای دوار، اگر نگوييم اولين، توسط مايکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، می‌شد. يک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جريانی از سيم عبور می‌کرد، سيم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسی دايره‌ای اطراف سيم میشود. اين موتور اغلب در کلاسهای فيزيک مدارس نشان داده میشود، اما گاهاً بجای ماده سمی جيوه، از آب نمک استفاده میشود.
موتور کلاسيک DC دارای آرميچری از آهنربای الکتريکی است. يک سوييچ گردشی به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکی را در هر سيکل دو بار برعکس می کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهای الکتريکی، آهنربای دائمی را در بيرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جريان عبوری از سيم پيچهای موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپها (نوعی کليد تغيير دهنده وضعيت سيم‌پيچ) در سيم‌پيچی موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير، کنترل میشود. بدليل اينکه اين نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پايين گشتاوری زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظير لوکوموتيوها استفاده می‌کنند. اما به هرحال در طراحی کلاسيک محدوديتهای متعددی وجود دارد که بسياری از اين محدوديتها ناشی از نياز به جاروبکهايی برای اتصال به کموتاتور است. سايش جاروبک ها و کموتاتور، ايجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بايست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صدای موتور میشود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتری را روی سرعت ايجاد می‌کند و به اين معنی است که جاروبکها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتريکی نيز توليد نوفه (نويز) الکتريکی در مدار متصل می‌کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سيم پيچها در بيرون به يک طراحی بدون جاروبک می‌رسيم.
موتورهای ميدان سيم پيچی شده :
آهنرباهای دائم در (ايستانه) بيرونی يک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتريکی تعويض کرد. با تغيير جريان ميدان (سيم پيچی روی آهنربای الکتريکی) می‌توانيم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغيير دهيم. اگر سيم پيچی ميدان به صورت سری با سيم پيچی آرميچر قرار داده شود، يک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، يک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهيم داشت. می‌توانيم برای بدست آوردن حتی سرعت بيشتر اما با گشتاور به همان ميزان کمتر، جريان میيدان را کمتر هم کنيم. اين تکنيک برای کشش الکتريکی و بسياری از کاربردهای مشابه آن ايده‌آل است و کاربرد اين تکنيک می‌تواند منجر به حذف تجهيزات يک جعبه دنده متغير مکانيکی شود.
موتورهای يونيورسال :
يکی از انواع موتورهای DC ميدان سيم پيچی شده موتور ينيورسال است. اسم اين موتورها از اين واقعيت گرفته شده است که اين موتورها را می‌توان هم با جريان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً اين موتورها با تغذيه AC کار می‌کنند. اصول کار اين موتورها بر اين اساس است که وقتی يک موتور DC ميدان سيم پيچی شده به جريان متناوب وصل میشود، جريان هم در سيم پيچی ميدان و هم در سيم پيچی آرميچر (و در ميدانهای مغناطيسی منتجه) هم‌زمان تغيير می‌کند و بنابراين نيروی مکانيکی ايجاد شده همواره بدون تغيير خواهد بود. در عمل موتور بايستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جريان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بايستی مدنظر قرار گيرند) و موتور نهايی عموماً دارای کارايی کمتری نسبت به يک موتور معادل DC خالص خواهد بود.
مزيت اين موتورها اين است که می‌توان تغذيه AC را روی موتورهايی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اينکه اين موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسيار بالا و طراحی بسيار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی اين موتورها تعمير و نگهداری و مشکل قابليت اطمينان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ايجاد میشود و در نتيجه اين موتورها به ندرت در صنايع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترين موتورهای AC در دستگاههايی نظير مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.
موتورهای AC :
موتورهای AC تک فاز
معمولترين موتور تک فاز موتور هم‌زمان قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هايی بکار می رود که گشتاور پايين نياز دارند، نظير پنکه‌های برقی، تندپزها (اجاقهای ماکروويو) و ديگر لوازم خانگی کوچک. نوع ديگر موتور AC تک فاز موتور القايی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظير ماشين لباسشويی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً اين موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگ‌تری را با استفاده از يک سيم پيچ راه انداز به همراه يک خازن راه انداز و يک کليد گريز از مرکز، ايجاد کنند.
هنگام راه اندازی، خازن و سيم پيچ راه اندازی از طريق يک دسته از کنتاکت های تحت فشار فنر روی کليد گريز از مرکز دوار، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزايش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسيد، کليد گريز از مرکز فعال شده، دسته کنتاکتها فعال میشود، خازن و سيم پيچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در اين هنگام موتور تنها با سيم پيچ اصلی عمل می‌کند.
موتورهای AC سه فاز
برای کاربردهای نيازمند به توان بالاتر، از موتورهای القايی سه فاز AC (يا چند فاز) استفاده میشود. اين موتورها از اختلاف فاز موجود بين فازهای تغذيه چند فاز الکتريکی برای ايجاد يک ميدان الکترومغناطيسی دوار درونشان، استفاده می‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی های مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طريق القای الکترومغناطيسی ميدان مغناطيسی دوار در اين هاديها القای جريان می‌کند، که در نتيجه منجر به ايجاد يک ميدان مغناطيسی متعادل کننده شده و موجب میشود که موتور در جهت گردش ميدان به حرکت در آيد.
اين نوع از موتور با نام موتور القايی معروف است. برای اينکه اين موتور به حرکت درآيد بايستی همواره موتور با سرعتی کمتر از بسامد منبع تغذيه اعمالی به موتور، بچرخد، چرا که در غير اين صورت ميدان متعادل کننده‌های در روتور ايجاد نخواهد شد. استفاده از اين نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظير لوکوموتيوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزايش است. به سيم پيچهای روتور جريان ميدان جدايی اعمال میشود تا يک ميدان مغناطيسی پيوسته ايجاد شود، که در موتور هم‌زمان وجود دارد، موتور به صورت هم‌زمان با ميدان مغناطيسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آيد. موتورهای هم‌زمان (سنکرون) را می‌توانيم به عنوان مولد جريان هم بکار برد.
سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذيه بستگی دارد و مقدار لغزش، يا اختلاف در سرعت چرخش بين چرخانه و ميدان ايستانه، گشتاور توليدی موتور را تعيين می‌کند. تغيير سرعت در اين نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سيم پيچها يا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت ميدان دوار مغناطيسی تغيير می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پيشرفت الکترونيک قدرت می توانيم با تغيير دادن بسامد منبع تغذيه، کنترل يکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشيم.
موتورهای پله‌ای :
نوع ديگری از موتورهای الکتريکی موتور پله‌ای است، که در آن يک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط يک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونيکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل میشود. يک موتور پله‌ای ترکيبی از يک موتور الکتريکی DC و يک سلونوئيد است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از يک سيستم دنده‌ای در حالتهای موقعيتی معينی قرار می‌گيرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده، می‌توانند بسيار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با رايانه يکی از فرمهای سيستم‌های تنظيم موقعيت است، بويژه وقتی که بخشی از يک سيستم ديجيتال دارای کنترل فرمان يار باشند .
موتورهای خطی :
يک موتور خطی اساساً يک موتور الکتريکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اينکه يک گشتاور (چرخش) گردشی توليد کند، يک نيروی خطی توسط ايجاد يک ميدان الکترومغناطيسی سيار در طولش، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القايی يا پله‌ای هستند. می‌توانيد يک موتور خطی را در يک قطار سريع السير مگلو مشاهده کنيد که در آن قطار روی زمين پرواز می‌کند.
الکتروموتور و عيب يابی آن :
موتور های الکتريکی (آسنکرون-يونيورسال-قطب چاکدار ) عيب يابی ورفع عيب موتور های مذکور
موتور ها مهمترين اجزايی هستند که در لوازم برقی گردنده بکار می روند.موتور ها انرژی الکتريکی را به انرژی مکانيکی تبديل می کنند. الکتروموتور ها را می توان به سه دسته کلی تقسيم کرد
1-موتور های آسنکرون 2 -موتور های يونيورسال 3-موتور با قطب چاکدار
موتور های آسنکرون
که با برق متناوب کار می کنند از دو قسمت روتور واستاتور ساخته شده اند.با روشن شدن موتور سيم پيچ های درون شيار های استاتور يک ميدان مغناطيسی دوار بوجود می آورند که اين ميدان برروتور که قسمت گردنده موتور ودارای محور انتقال حرکت می باشد نيز اثر گذاشته ودر آن خاصيت مغناطيسی بوجود می آيد .به هر حال با بوجود آمدن قطب های مغناطيسی هم نام وغيرهم نام عمل جذب ودفع انجام شده که باعث حرکت چرخشی روتور می گردد.برای راه اندازی موتور ها از حالت سکون روش های مختلفی بکار می برند که مهمترين آن ها عبارتند از:الف- آسنکرون با راه انداز غير خازنی (کلاجی ) در اين موتور به غير از سيم پيچی های اصلی يک سری سيم پيچ کمکی نيز قرار دارد که ميدان مغناطيسی ديگری با فاصله زمانی با ميدان مغناطيسی اصلی بوجود می آورد.که باعث چرخش پرقدرت تر موتور می گردد. پس از اين که سرعت موتور به 75 درصد سرعت اسمی رسيد کلاج که تحت تاثير نيروی گريز از مرکز کار می کند به عنوان يک کليد عمل کرده وسيم پيچ کمکی را از مدار خارج می کند. ب - آسنکرون با راه انداز خازن موقت - اين موتور ها دارای علامت اختصاری CSMمی باشند ودارای يک خازن الکتروليتی با ظرفيت حدود 200 الی 500 ميکرو فاراد است که باسيم پيچ کمکی بطور سری بسته شده وهر دوی آنها باسيم پيچ اصلی موازی بسته می شوند. خازن وسيم پيچ کمکی يک اختلاف فاز ودو ميدان مغناطيسی بوجود می آورد که باعث چرخش موتور می گردد. در اين موتور نيز کليد گريز از مرکز سيم پيچ کمکی را از مدار خارج می کند. ج - آسنکرون با راه انداز خازن موقت وخازن دايم.(با علامت اختصاری TCM) - يکی از خازن ها پس از راه اندازی از مدار خارج شده وخازن ديگر در حالتی که با سيم پيچ کمکی سری می باشد در مدار باقی می ماند. د - آسنکرون با راه انداز خازن دايمی ( PSCM) در اين موتور ها که دارای قدرت کم تری نسبت به موتور های قبلی هستند از يک خازن که با سيم پيچ کمکی سری بسته شده است استفاده شده و کليد گريز از مرکز ندارند بنابر اين خازن به همراه سيم پيچ کمکی هميشه در مدار باقی است.
عيب يابی موتور های يونيور سال :
عيب 1 - موتور روشن نمی شود.
علت 1 - نبودن برق.
رفع عيب 1 - پريز ،دوشاخه وسيم رابط را با آوامتر آزمايش نموده ورفع عيب می کنيم.
عيب 2 - موتور روشن نمی شود.
علت 2 - کوتاه شدن ذغال ها.
رفع عيب 2 - چون ذغال ها جزيی از مدار سری موتور می باشد.با کوتاه شدن آن ها ممکن است مدار قطع گردد وموتور روشن نشود با تعويض ذغال رفع عيب می شود در صورت نبودن ذغال در اندازه مورد نظر می توان از ذغال بزرگ تر استفاده کرده وبا سوهان آن را به اندازه دلخواه در آورد.
عيب 3 - موتور روشن نمی شود.
علت 3 - خرابی فنر ذغال ها
رفع عيب 3 - به منظور درگير بودن هميشگی ذغال با کلکتور از قطعه ای فنر در پشت ذغال استفاده می شود گاهی در اثر رطوبت ويا کار زياد خاصيت خود را از دست داده ومدار قطع می گردد. باتعويض فنر رفع عيب می شود.
عيب 4 - موتور روشن نمی شود.
علت 4 - قطعی بالشتک ها.
رفع عيب 4 - چون مدار سری می باشد هر نوع پاره گی وقطعی در بالشتک وبا قسمت های ديگر موتور باعث عدم کار کرد آن می باشود .با آوامتر دو سر بالشتک ها را اهم گيری می کنيم .لازم به ياد آوری است هر دو بالشتک دارای اهم مساوی می باشند . در صورت پاره گی اگر قابل ترميم می باشد اين کار انجام ودر غير اين صورت بالشتک مجددا" بايد سيم پيچی گردد.
عيب 5 - قدرت موتور کم وداغ می شود.
علت 5 - نيم سوز بودن آرميچر .
رفع عيب 5 - سه روش برای آزمايش آرميچر بکار می رود
الف- اهم گيری از تيغه های کلکتور با استفاده از آوامتر در صورت متفاوت بودن مقاومت پيچک ها (سيم پيچ ها ) سوختن واتصالی سيم پيچ ها حتمی است.
ب - آزمايش اتصال بدنه - در صورت سوختن سيم پيچ ها عايق بندی داخل شيار ها نيز سوخته وپيچک ها به بدنه متصل می شود. برای اين آزمايش می توان از لامپ سری استفاده کرده وکليه تيغه های کلکتور را مورد آزمايش قرار داد.
ج - آزمايش با دستگاه تستر آرميچر (گرولر) اين دستگاه تشکيل شده از يک سيم پيچ با هسته آهنی H شکل که يک طرف آن طوری مورب بريده شده تا آرميچر داخل آن قرار گيرد . پس از برقراری برق دستگاه و قرار دادن آرميچر روی آن يک تيغه اره روی شيار های بالايی آن می گذاريم در صورتی که اتصال بدنه داشته باشد هسته مغناطيسی شده وتيغه به لرزش در می آيد. وبا چرخاندن آرميچر می توان تمامی سيم پيچ ها را امتحان کرد.
3 - موتور با قطب چاکدار- اين موتور که با برق متناوب تکفاز کار می کند با قدرت های 100/1 تا20/1 اسب بخار ساخته میشود. موارد استفاده آن کولر آبی ،دمنده ها ،باد زن ها و واتر پمپ کولر می باشد. قسمت های اصلی آن شامل بدنه واستاتور ،روتور وسپر ها (دری ها ) است . قطب های آن مثل موتور يونيورسال وروتور آن شبيه موتور آسنکرون می باشد برای گردش محور روتور از بلبرينگ ساچمه ای ويا بوش استفاده می شود قطب های برجسته آن شامل شياری است که يک دور سيم مسی درون آن قرار دارد وبه اسم پيچک اتصال کوتاه ناميده می شود که به منظور راه انداز موتور می باشد سيم پيچ های اصلی با پيچک های اتصال کوتاه سری بسته شده وبا برقراری جريان ،يک اختلاف ميدان مغناطيسی بوجود می آيد که باعث بوجود آمدن دو گشتاور لازم برای به چرخش در آمدن روتور می شود.
شناسايی سيم پيچ های اصلی وکمکی :
1- سيم پيچ های اصلی در زير شيار ها و سيم پيچ کمکی در رو قرار دارند.
2-سطح مقطع سيم های کمکی هميشه از سيم های اصلی کمتر است.
3- سيم پيچ کمکی دارای مقاومت بيشتری (اهم بيشتر ) نسبت به سيم پيچ اصلی است وضمنا" خازن با سيم پيچ کمکی سری شده است.
عيب يابی موتور های آسنکرون - معيوب شدن موتور ها يا مربوط به قطعات برقی مثل سيم پيچ ها وخازن است يا مربوط به قطعات مکانيکی مثل بلبرينگ و بوشن ها .
ژنراتورها وموتورهاي الكتريكي :
مقدمه: ژنراتورها و موتورهاي الكتريكي گروه از وسايل استفاده شده جهت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي يا برعكس . توسط وسايل الكترومغناطيس هستند . يك ماشيني كه انرژي الكتريكي به مكانيكي تبديل مي كند موتورنام دارد.
وماشيني كه انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند ژنراتور يا آلترناتور يامتناوب كننده يا دينام ناميده مي شود .
دو اصل فيزيكي مرتبط با عملكرد موتورها و ژنراتورها وجود دارد. اولين اصل فيزيكي اصل القايي الكترومغناطيسي كشف شده توسط مايكل فارادي دانشمند بريتانيايي است.
اگر يك هادي در ميان يك ميدان مغناطيسي حركت كند يا اگر طول يك حلقه ي القايي ساكني جهت تغيير استفاده شود. يك جريان ايجاد مي شود يا القا مي شود در كنتاكنتور بحث اين اصل اين است كه در مورد واكنش الكترومغناطيسي بحث مي كند و اين كه اين واكنش در ابتدا توسط آندر مري آمپر در سال 1820 كه دانشمند فرانسوي است كشف شد.اگر يك جريان از ميان يك كنتاكتور كه در ميدان مغناطيسي قرار گرفتند عبور كند . ميدان نيروي مكانيكي بر آن وارد مي كند .
ساده ترين ماشيني هاي ديناموالكتريك ديسك ديناميكي است كه توسعه يافته توسط افرادي است كه آن شامل يك صفحه ي مسي پيچيده شده است. كه اين پيچش از مركز تالبه وجود دارد .و بين قطبهاي يك آهنرباي سمبر اسبي است .
وقتي ديسك مي چرخد يك جريان بين مركز ديسك ولبه ي آن توسط عملكرد ميدان آهنربا القا مي شود
كه ديسك يا صفحه ميتواند ساخته شود. جهت عمل كردن به عنوان يك موتور توسط بكار بردن يك ولتاژ بين لبه ي ديسك و مركزش كه اين به علت چرخش ديسك به دنده بدليل نيروي توليد شده توسط واكنش مغناطيس است . ميدان مغناطيسي آهن رباي دائم به اندازه ي كافي براي كار كردن كافي است . كه حتي به عنوان يك موتور يا دينام كوچك بكار مي رود ( كار مي كند). در نتيجه براي ماشين هاي بزرگتر آهنرباي بزرگتري بكار مي رود. هم موتور ها وهم ژنراتورها داراي دو اصل هستند : قسمتها وميدان كه آهنرباي الكترومغناطيسي با سيم پيچ هايش و آرميچر و ساختاري كه از كنتاكتور حمايت مي كند و كار قطع ميدان مغناطيسي وحمل جريان القا شده ژنراتور يا جريان ناگهاني به موتور را دارد است. آرميچر معموﻸ هسته ي نرم آهني اطراف سيم هاي القايي كه دور سيم پيچ ها پيچيده شده اند است. (2)
دو نوع اساسي موتور ها طراحي شده اند براي عمل كردن بر روي جريان متناوب پولي فاز موتور هاي سنكرون و موتور هاي القايي موتور هاي سنكرون اساسآ يك تناوب گر(آلترناتور) سه فاز است كه بصورت معكوس كار مي كند. آهنربا هاي ميدان روي رتور پيچيده شده اند توسط جريان مستقيم تحريك شده اند و سيم پيچ آرميچر به سه قسمت تقسيم مي شود و با جريان متناوب سه فاز تغذيه مي شوند . تغيير موج هاي سه فاز جرياندر آرميچر واكنش متغيير مغناطيس را با قطبهاي آهنربا هاي ميدان سبب مي شوند. و چرخش ميدان با يك سرعت ثابت كه اي سرعت ثابت توسط فركانس جريان در خط قدرت AC تعيين مي شود را سبب مي گردند سرعت موتور سنكرون در وسايل خاصي سودمند است. همچنين در كاربدهايي كه بار مكانيكي روي موتور خيلي زياد مي شود و نيز موتور هاي سنكرون نمي توانند استفاده شوند. بخاطر اينكه اگر موتور سرعتش كاسته شود تحت بار آن يك مرحله عقب مي ماند . در واقع يك پله كاسته مي شود با فركانس جريان و منجر به توقف موتور مي شود موتور هاي سنكرون مي توانند ساخته شوند براي عملكرد از يك منبع قدرت تك فاز توسط با شاكل شدن عناصر مدار مناسب كه يك ميدان مغناطيسي چرخش را سبب مي شود ساده ترين موتور هاي الكتريكي نوع قفس سنجابي موتور هاي القايي استفاده شده بايد يك تغذيه سه فاز مي باشد استاتور يا ارميچر ساكن از موتور قفس سنجابي شامل سه سيم پيچ ثابت مشابه با آرميچر موتور سنكرون مي باشد عصر چرخشي متشكل از يك هسته: در قسمتي كه يك سري از كنتاكتور ها سنگين نظم داده ومنظم شده اند وقرار گرفته اند بصورت يك دايره در اطراف شافت (ميله) و موازي با آن برداشتني هستند كنتاكتور هاي روتور به شكل قفسه اي استوانه اي و مشابه به ان استفاده مي شوند بصورت سنجابي (كار مي كنند) جريان سه فاز در سيم پيچ هاي استاتور جاري مي شوند و يك ميدان مغناطيسي چرخشي توليد مي كند. اين ميدان يك جريان در كنتاكتور هاي نوع قفسه اي القا مي كند . واكنش مغناطيسي بين ميدان چرخشي و كنتاكتور هاي حامل جريان روتور روتور را به حركت در مي اورند. اگر روتور دقيقآ با سرعت يكساني به مانند ميدان مغناطيسي بچرخد هيچ جرياني در آن القا نخواهد شد. و از اين رو روتور با سرعت سنكرون نبايد به حركت درايد. در عمل سرعتهاي چرخش روتور و ميدان در حدود 2 تا 5 درصد با هم تفاوت دارند. اين تفا وت سرعت بعنوان لغزش معروف است. متور ها با روتور هاي قفس سنجابي مي توانند استفاده شوند روي جريان متناوب تكفاز بوسيله نظم هاي مختلفي از القا و ظرفيت و بر اساس اين دو مورد كه ولتاژ تكفاز را اصلاح مي كند و تغيير مي دهد و آن را به ولتاژ فاز تبديل مي كند چنين موتور هايي بعنوان موتور هاي فاز شكاف (Spelat Phase) مشخص و معروفند يا موتور هاي تعديل كننده يا كند از سر(متور هاي خازني) بر اساس نظم و ترتيب آن ها استفاده مي شوند.
موتور هاي قفس سنجابي تكفاز گشتاور شروع(راه اندازي) زيادي ندارند. و براي به كار انداختن در حالي كه گشتاور زياد است موتور هاي خنثي القايي استفاده مي شود . يك موتور خنثي القايي ممكن است از نوع فاز شكاف باشد. يا از نوع تعديل كننده اما يك سوئيچ يا اتو ماتيك يا دستي دارد كه اجازه مي دهد جريان بين جاروبك هاي كموتاتور وقتي موتور شروع به حركت مي كند. جاري شود و اتصالات كوتاه همه اجزاي كموتاتور بعد از اينكه موتور به يك سرعت تقسيم مي شوند . موتور هاي دفع القايي يا خنثي القايي به اي خاطر ناميده شده اند . كه گشتاور راه اندازيشان وابسته است به دفع بين روتور و استاتور و گشتاورشان در زمان راه اندازي وابسته است به القا موتورهاي سيم پيچي شده ي سري با كموتاتور ها كه بر روي جريان متناوب با جريان مستقيم عمل مي كنند. موتور هاي يونيورسال ناميده مي شوند. آن ها معمولآ فقط در اندازه هاي كوچك ساخته مي شوند و معمولآ در مصارف خانگي كاربرد دارند.
آلتر ناتور هاي جريان متناوب(AC)(آلتر ناتور ها) ژنراتوها :
همانتور كه در بالا گفته شد يك ژنراتور ساده بدون كموتاتور توليد خواهد كرد كه يك جريان الكتريكي كه متناوب مي شوند.در مسير همانطور كه آرميچر مي چرخد چنين جريان متناوبي مزيت زيادي دارد . براي اتقال توان الكتريكي و از اين رو بشترين ژنراتور هاي اللتريكي بزرگ از نوع AC هستند.در ساده ترين شكلش يك ژنراتور AC فقط در دو حالت خاص فرق مي كند با ژنراتور DC پايانه هاي سيم پيچ آرميچرش بيرون هستند. براي حلقه هاي لغزان جزئي شده جامد روي شافت(ميله)ژنراتو بجاي كموتاتور و سيم پيچ هاي ميذان توسط يك منبع DC خارجي تغذيه انرژي مي شوند. تا اينكه توسط خود ژنراتور اين كار انجام مي شود. ژنراتور هاي AC سرعت پاييني با تعداد زيادي در حدود 100 قطب ساخته مي شوند. هم براي بهبود بازده شان و هم براي دست يافتن به فركانس دلخواه به آساني. آلترناتور ها با توربين هاي سرعت بالا راه اندازي مي شوند. همچنين اغلب ماشين هاي دو قطبي هستند. فركانس جريان گرفته شده توسط ژنراتو AC مساوي است با نيمي از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرميچر در هر ثانيه. اغلب مطلوب است در مورد ژنراتور كه واتژ بالايي وجود داشته باشد و آرميچر هاي در حال چرخش در چنين كاربرد هايي صرف عمل نمي كنند. بخاطر احتمال جرقه زني بين جاروبكها و حلقه هاي لغزان و خطر شكستهاي مكانيكي كه ممكن است سبب اتصال كوتاه شود . آلترناتور ها بنا بر اين با يك سيم پيچ ساكن كه بدور يك روتور مي چرخد . و اين روتور شامل تعدادي اهنرباي مغناطيسي ميدان هستندساخته مي شوند اصل عملكرد آنها دقيقآ مشابه عملكرد ژنراتور هاي AC توصيف شده اند. بجز اينكه ميدان مغناطيسي(نسبت به كنتاكتور هاي آرميچر) به حركت در مي ايند. جريان توليد شده توسط آلترناتور هاي توصيف شده در بالا به يك پيك مي رسد و به صفر ختم مي شوند و به يك پيك منفي افت مي كنند. و دوباره به سمت صفر مي آيند. و در چند زمان در واقع چندين بار در هر ثانيه بسته به فركانس كه ماشين طراحي شده چنين جريان را جريان متناوب تكفاز ناميده اند. همچنين اگر آرميچر در داخل دو سيم پيچ قرار گيرد. كه اين سيم پيچ ها از زاويه ها و گوشه هاي راست يكديگر كشيده شده اند و با اتصالات خارجي مجزا تهيه شده اند. دو موج جريان توليد خواهد شد. هر كدام در ماكزيممش خواهد بود وقتي كه ديگري به صفر برسد .چنين جرياني را جريان متناوب سه فاز ناميده اند. اگر سه سيم پيچ ارميچر با زواياي 120درجه با يكديگر قرار گيرند جريان به شكل موج سه برابر و كريپل توليد خواهد شد كه به آن جريان متناوب سه فاز گفته مي شود. يك تعداد زيادتري از فازها ممكن است با افرايش تعداد سيم پيچها بدست آمده باشند و گرفته شوند در ارميچر اما در مهندسي برق مدرن جريان متناوب سه فاز بسيا پر كاربرد است و آلترناتور سه فاز ماشيني دينامو الكتريكي است كه بطور كلي براي توليد قدرت الكتريكي (يا توان الكتريكي) بكار مي رود.
ترانسفورماتور
قسمت اعظم انرژی الکتريکی مورد نياز انسان در تمام کشورهای جهان، توسط مراکز توليد مانند نيروگاههای بخاری، آبی و هسته ای توليد می شود. اين مراکز دارای توربين ها و آلترناتيوهای سه فاز هستند و ولتاژی که به وسيله ژنراتورها توليد می شود بايد تا ميزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود.
گاهی چندين مرکز توليد به وسيله شبکه ای به هم مرتبط می شوند تا انرژی الکتريکی موردنياز را به طور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزيع کنند. در محل های توزيع برای اين اينکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، بايد ولتاژ پايين آورده شود. اين افزايش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می شود بديهی است توزيع انرژی بيت تمام مصرف کننده های يک شهر از مرکز توزيع اصلی امکان پذير نيست و مستلزم هزينه و افت ولتاژ زيادی خواهد بود.
لذا هر مرکز اصلی به چندين مرکز يا پست کوچکتر(پست های داخل شهری) و هر پست نيز به چندين محل توزيع کوچکتر(پست منطقه ای) تقسيم ميشود. هر کدام از اين مراکز به نوبه خود از ترانس های توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می کنند.
به طور کلی در خانواده و توزيع انرژی الکتريکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهميت آنها کمتر از خطوط انتقال و يا مولدهای نيرو نيست. خوشبختانه به دليل وجود حداقل وسايل ديناميکی در آنها کمتر با مشکل و آسيب پذيری رو به رو هستند. مسلماٌ اين به آن معنی نيست که می توان از توجه به حفاظت ها و سرويس و نگهداری آنها غفلت کرد. در اين مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاريفی از انواع ترانسفورماتورها بيان می شود سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه توليد و توزيع نيرو و در نهايت شرحی در مورد سرويس و تعمير ترانسها ارائه می شود.
تئوری و تعاريفی از ترانسفورماتورها :
ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اوليه وسيله ای است که تشکيل شده از دو مجموعه سيم پيچ اوليه و ثانويه که در میدان مغناطيسی و اطراف ورقه هايی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می گيرند. مقره ها يا بوشينگ ها يا ايزولاتورها و بالاخره ظرف يا محفظه ترانسفورماتور.
کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتريکی از سيستمی با يک ولتاژ و جريان معين به سيستم ديگری با ولتاژ جريان ديگر است. به عبارت ديگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتيکی که در يک ميدان مغناطيسی جريان و فشار الکتريکی را بين دو سيم پيچ يا بيشتر با همان فرکانس و تغيير اندازه يکسان منتقل می کند.
انواع ترانسفورماتورها:
سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر يک بنحوی ترانسفورماتورها را تقسيم بندی کرده و تعاريفی برای درج بندی آنها ارائه داده اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتيب بهره برداری آنها متفاوت شناخته اند، مانند ترانس های انتقال قدرت، اتوترانس و يا ترانس های تقويتی و گروهی از ترانسها را به غير از ترانسفورماتور اينسترومنتی(ترانس جريان و ولتاژ)، ترانس قدرت می نامند و اصطلاحاٌ ترانس قدرت را آنهايی می دانند که درسمت ثانويه آنها فشار الکتريکی توليد می شود. اين نوع تقسيم بندی در عمل دامنه وسيعی را در بر می گيرد که در يک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعيف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می گيرند و طرف ديگر شامل ترانس های خيلی بزرگ برای تبديل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نيرو است. در بين اين دو اندازه(حد متوسط) ترانسهای توزيع و يا انتقال در مؤسسات الکتريکی و ترانسهای تبديل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند.
ترانسها اغلب به صورت هسته ای يا جداری طراحی می شوند. در نوع هسته ای در هر يک از سيم پيچ ها شامل نيمی از سيم پيچ فشار ضعيف و نيمی از سيم پيچ فشار قوی هستند و هر کدام روی يک باروی هسته ای قرار دارند. در نوع جداری، سيم پيچ ها روی يک هسته پيچيده شده اند و نصف مدار فلزی مغناطيسی از يک طرف و نصف ديگر از طرف هسته بسته می شود.
در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعيف و خروجی بزرگ و نوع هسته ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک به کار می روند.(به صورت سه فاز يا يک فاز)
ترانسهای تغذيه و قدرت مانند ترانس اصلی نيروگاه ترانس توزيع و اتو ترانسفورماتور، ترانسفورماتورهای قدرت معمولاٌ سه فاز هستند اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دليل حجم و وزن زياد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند. ترانس های صنعتی مانند ترانس های جوشکاری، ترانس های راه اندازی و ترانس های مبدل ترانس برای سيستم های کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتريکی به کار می رود.