موتورهای الکتریکی

[am in 25041]

استفاده از روتورهای قفسی در موتورهای سنکرون تنها برای راه‌اندازی موتور و رساندن سرعت روتور به نزدیکی سرعت سنکرون انجام می‌شود. در این موارد قسمتی از روتور سنکرون به صورت یک روتور قفسی در خواهد آمد. در لحظه راه‌اندازی با القای ولتاژ در قسمت قفسی این قسمت باعث حرکت روتور خواهد شد. پس از افزایش سرعت روتور, به تدریج جریان القایی در قسمت قفسی کاهش می‌یابد و با رسیدن به سرعت سنکرون به علت صفر شدن لغزش, جریان در قسمت قفسی صفر خواهد شد و این قسمت خود به خود از مدار خارج می‌شود.

 

[am in 25041]

 

ماشین القایی می‌تواند به عنوان یک مولد نیز به کار گرفته شود اما به شرطی که نوعی منبع (خازن یا ماشین سنکرون) توان رآکتیو مورد نیاز ماشین را تامین کند. اگر یک مولد القایی به تنهایی کار کند مشکلات جدی در رگولاسیون ولتاژ خواهد داشت ولی وقتی موازی با یک سیستم قدرت بزرگ باشد, سیستم قدرت می‌تواند ولتاژ ماشین را کنترل نماید.

 

کاربردهای مولدهای القایی

 

به دلیل سادگی و کوچکی سایز آنها در توان خروجی, این مولدها برای استفاده با توربین‌های بادی کوچک مناسب هستند.

[spow 44197]

سلام دوستان عزیز

دانلود مقاله ای اموزشی درزمینه مهندسی برق با عنوان:

 

کنترل کننده منطق فازی برای ماشین سنکرون

 

اخيراَ استفاده ازمنطق فازي در كاربردهاي كنترلي افزايش يافته است . اين مقاله نیز كاربردي از منطق فازي را براي كنترل سرعت ماشين سنكرون بيان مي كند كه به صورت يك كنترل كننده ي فازي است كه براساس آناليز پاسخ گذراي سرعت موتور و منطق فازي طراحي شده است.

كنترل كننده ي فازي بر اساس انحراف و تغييرات سرعت ، بردارهاي جريانِ كنترلي سرعتي متفلوتي را توليد مي كند.

نتايج شبيه سازي ديجيتالي نشان مي دهد كه كنترلر سرعت فازي طراحي شده ، رفتار ديناميكي خوبي را از موتور نشان داده سرعتي خوب، بدون اورشوت و رفتاري مناسب در مقابل تاثيرات اغتشاش باري ارائه مي دهد.

نتايج حاصل از كنترل كننده ي منطق فازي براي موتور سنكرون عملكردي بهتر از كنترل كننده هاي معمول را ارائه مي دهد

 

متن کامل مقاله رو از اینجا دانلود فرمایید

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

This is an active graphic. Click on bold type for further illustration.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

Current in DC Motor

 

This is an active graphic. Click on bold type for further illustration.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

Magnetic Field in DC Motor

 

This is an active graphic. Click on bold type for further illustration.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

Force in DC Motor

 

This is an active graphic. Click on bold type for further illustration.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

Torque in DC Motor

 

This is an active graphic. Click on bold type for further illustration.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

پلاک خوانی الکترو موتورها

 

 

 

 

مشخصاتي كه روي پلاك الكتروموتورها مينويسند براي استفاده بهينه در طراحي و راه اندازي صحيح بكار ميرود و

شامل نكاتي ميشود كه گاهي بي توجهي به آن باعث بهره بري كمتر و خسارت به تجهيزات الكتريك ميگردد .

لذا پلاك خواني الكترو موتورها كمك زيادي به طراح و راه انداز براي طراح مدار مربوطه و انتخاب صحيح كنتاكتور و بي متال و ... مينمايد .

No: شماره ساخته شده توسط كارخانه

Type: شامل كليه مشخصات فني الكترو موتور كه در كاتالوگ كارخانه موجود بوده و يا در مكاتبه با كارخانه

بايد به آن اشاره شود و يا در هنگام خريد مشابه

A=حداكثر جريان مجاز الكترو موتور را نشان ميدهد كه ميزان جريان نبايد بيشتر از مقدار فوق و بلكه

هميشه الكترو موتور طوري انتخاب شود كه زير مقدار فوق كار كند.

V=ولتاژ كاري الكترو موتور ميباشد كه نبايد ولتاژ بيشتر و يا كمتر به سيم پيچهاي الكترو موتور اعمال گردد

50 HZالكترو موتور بايد در فركانس 50 هرتز كار كند (برق ايران)

60 HZ الكترو موتور بايد در فركانس 60 هرتز كار كند (فركانس برق برخي كشورهاي)

نكته: دور الكترو موتورها با فركانس ارتباط دارد لذا الكترو موتوري كه در فركانس 50 هرتز مثلا 1500 دور ميباشد همين الكترو موتور در فركانس 60 دورش ديگر 1500 نيست .

R.P. M= نشان دهنده دور الكترو موتور در يك دقيقه در روي شقت خروجي ميباشد.

KW=مقدار توان الكترو موتور را نشان ميدهد.

نكته : اگر روي الكترو موتوري نوشته شده بود 380/220 V= معني ان اين است كه اين الكترو موتور در شبكه برق 110 ولت كه برخي از كشورها استفاده ميشود بايد بصورت مثلث و در كشورهاي كه ولتاژ 220ولت ( ولتاژ بين يك فاز و نول) دارند مثل ايران بايد بصورت ستاره بسته شود .

IP= ميزان حفاظت الكترو موتور در مقابل گرد و غبار و .. و طبق جدول زير ميباشد.

[samyar 3407]

ماشین هاي الكتريكي

وسايل تبديل انرژي الكترومكانيكي گردان را ماشينهاي الكتريكي مي گويند.

طبقه بندي ماشينهاي الكتريكي

ماشينهاي الكتريكي به دو طريق دسته بندي مي شوند:

از نظر نوع جريان الكتريكي

الف- ماشينهاي الكتريكي جريان مستقيم

ب- ماشينهاي الكتريكي جريان متناوب

از نظر نوع تبديل انرژي

الف- مولدهاي الكتريكي كه انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند

ب- موتورهاي الكتريكي كه انرژي الكتريكي را به انرژي مكانيكي تبديل مي كنند

به طور كلي ماشينهاي الكتريكي جزء وسايل تبديل انرژي غير خطي هستند يعني هر تغيير در ورودي هميشه به يك نسبت در خروجي ظاهر نمي شود.

موتور ساده جريان مستقيم :

موتور ساده از نظر ساختماني مانند مولد ساده جريان مستقيم مي باشد فقط نحوه كار آن با مولد ساده جريان مستقيم تفاوت دارد. در موتور ساده هاديها از طريق كوموتاتور و جاروبكها به يك منبع جريان مستقيم متصل مي شود در اينصورت جرياني از هاديها عبور كرده و در نتيجه مطابق نيروي لورنس به هاديها نيروي وارد ميشود و آنها به حركت در مي آيند. .

نحوه ايجاد نيرو و گشتاور در موتور ساده: در صورتيكه از يك كلاف تك حلقه كه بين قطبهاي يك مغناطيس قرار دارد جريان الكتريكي عبور كند به بازوي سمت راست نيروي به سمت بالا و به بازوي سمت چپ نيروي بسمت پايين وارد مي شود با وارد شدن دو نيروي مختلف الجهت به دو طرف كلاف طبيعي است كه كلاف حول محورش شروع به دوران خواهد نمود يعني وارد آمدن زوج نيرو موجب ايجاد گشتاور لازم شده است.

در اين موتور ساده اگر صفحه كلاف عمود بر خطوط ميدان مغناطيسي قرار گيرد به آن گشتاوري وارد نميشود در ضمن كه گشتاور وارد شده نيز دامنه يكنواخت ندارد براي رفع شدن اين معايب مي بايست تعداد كلافها و تيغه هاي كوموتاتور را افزايش داد .كلافها در زاويه هاي مختلف قرار مي گيرد و با هم توسط تيغه هاي كوموتاتور سري مي شود

تغيير جهت گردش در موتور ساده dc :

تغيير جهت گردش موتور ساده به دو روش زير ممكن است:

-1 تغيير جهت جريان در كلاف كه با تغيير پلاريته ولتاژ منبع از خارج موتور ميسر است

-2 تغيير قطبهاي مغناطيسي كه با تغيير جهت جريان در سيم پيچي تحريك ممكن است

[samyar 3407]

موتورهاي dc : يکي از اولين موتورهاي دوار، اگر نگوييم اولين، توسط ميشل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه ور بود، مي شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي آمد و نشان مي داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايرهاي اطراف سيم مي شود. اين موتور اغلب در کلاس هاي فيزيک مدارس نشان داده مي شود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه، از آب نمک استفاده مي شود.

موتور کلاسيک dc داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند.

سرعت موتور dc به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي، بستگي 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 تپ ها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير، کنترل مي شود. بدليل اينکه اين نوع از موتور مي تواند در سرعتهاي پايين گشتاوري زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهاي ترکشن (کششي) نظير لکوموتيوها استفاده مي کنند.

 

اما به هرحال در طراحي کلاسيک محدوديتهاي متعددي وجود دارد که بسياري از اين محدوديت ها ناشي از نياز به جاروبک هايي براي اتصال به کموتاتور است. سايش جاروبک ها و کموتاتور، ايجاد اصطکاک مي کند و هرچه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک ها مي بايست محکم تر فشار داده شوند تا اتصال خوبي را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صداي موتور مي شود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتري را روي سرعت ايجاد مي کند و به اين معني است که جاروبک ها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا مي کنند. اتصال ناقص الکتريکي نيز توليد نويز الکتريکي در مدار متصل مي کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين مي روند، با قرار دادن آهنرباهاي دائم در داخل و سيم پيچ ها در بيرون به يک طراحي بدون جاروبک مي رسيم.

[samyar 3407]

موتورهاي ميدان سيم پيچي شده

آهنرباهاي دائم در (استاتور) بيروني يک موتور dc را ميتوان با آهنرباهاي الکتريکي تعويض کرد. با تغيير جريان ميدان (سيم پيچي روي آهنرباي الکتريکي) مي توانيم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغيير دهيم. اگر سيم پيچي ميدان به صورت سري با سيم پيچي آرميچر قرار داده شود، يک موتور گشتاور بالاي کم سرعت و اگر به صورت موازي قرار داده شود، يک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهيم داشت. مي توانيم براي بدست آوردن حتي سرعت بيشتر اما با گشتاور به همان ميزان کمتر، جريان ميدان را کمتر هم کنيم. اين تکنيک براي ترکشن الکتريکي و بسياري از کاربردهاي مشابه آن ايده آل است و کاربرد اين تکنيک مي تواند منجر به حذف تجهيزات يک جعبه دنده متغير مکانيکي شود.

[samyar 3407]

موتورهاي يونيورسال

يکي از انواع موتورهاي DC ميدان سيم پيچي شده موتور ينيورسال است. اسم اين موتورها از اين واقعيت گرفته شده است که اين موتورها را مي توان هم با جريان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً اين موتورها با تغذيه AC کار مي کنند. اصول کار اين موتورها بر اين اساس است که وقتي يک موتور DC ميدان سيم پيچي شده به جريان متناوب وصل مي شود، جريان هم در سيم پيچي ميدان و هم در سيم پيچي آرميچر (و در ميدانهاي مغناطيسي منتجه) همزمان تغيير مي کند و بنابراين نيروي مکانيکي ايجاد شده همواره بدون تغيير خواهد بود. در عمل موتور بايستي به صورت خاصي طراحي شود تا با جريان AC سازگاري داشته باشد (امپدانس/رلوکتانس بايستي مدنظر قرار گيرند)، و موتور نهايي عموماً داراي کارايي کمتري نسبت به يک موتور معادل DC خالص خواهد بود. مزيت اين موتورها اين است که ميتوان تغذيه ي AC را روي موتورهايي که داراي مشخصه هاي نوعي موتورهاي DC هستند بکار برد، خصوصاً اينکه اين موتورها داراي گشتاور راه اندازي بسيار بالا و طراحي بسيار جمع و جور در سرعتهاي بالا هستند. جنبه منفي اين موتورها تعمير و نگهداري و مشکل قابليت اطمينان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ايجاد مي شود و در نتيجه اين موتورها به ندرت در صنايع مشاهده مي شوند اما عمومي ترين موتورهاي AC در دستگاه هايي نظير مخلوط کن و ابزارهاي برقي اي که گاهاً استفاده مي شوند، هستند.

بررسي مولدهاي جريان مستقيم

کاربرد مولدهاي جريان مستقيم

از مولدهاي جريان مستقيم بيشتر به عنوان منبع انرژي براي تحريك مولدهاي نيروگاهي و ماشينهاي خودكار، هواپيماها، جوشكاري با قوس الكتريكي، قطارهاي راه آهن، اتوبوسهاي برقي، زير درياييها و غيره استفاده مي نمايند بدين ترتيب كاربرد مولدهاي جريان مستقيم زياد و متنوع است و لذا مولدهاي جريان مستقيم با توان ها و دورهاي مختلف ساخته مي شوند.

طبقه بندي مولدهاي جريان مستقيم

ماشين هاي DC واقعي داراي دو دسته سيم پيچ هستند

1- سيم پيچ آرميچر

2- سيم پيچ تحريك (قطب ها)

كه با توجه به نحوه ارتباط الكتريكي سيم پيچ تحريك و سيم پيچ آرميچر به دو دسته كلي تقسيم بندي مي شوند.

1- مولدهاي تحريك مستقل

2- مولدهاي خود تحريك

- در مولدهاي تحريك مستقل بين سيم پيچ آرميچر و سيم پيچ تحريك هيچ ارتباط الكتريكي وجود ندارد

- در مولدهاي خود تحريك بين اين دو سيم پيچ ارتباط الكتريكي وجود دارد و انرژي سيم پيچ تحريك از انرژي توليدي خود مولد تامين مي شود نحوه اين ارتباط الكتريكي مولدهاي خود تحريك را به دو دسته تقسيم بندي مي كند.

- مولدهاي تحريك شنت يا موازي

- مولدهاي تحريك سري

- مولدهاي تحريك مختلط يا كمپوند

با توجه به اهميت مولدهاي DC به بررسي كامل اين مولدها و مشخصات آنها مي پردازيم

 

مولد تحريك مستقل

همانطور كه گفته شد در اين مولد بين سيم پيچ تحريك و آرميچر هيچ ارتباط الكتريكي وجود ندارد و مدار تحريك توسط يك منبع تغذيه جريان مستقيم خارجي تغذيه ميشود به اين منبع اكسايتر گفته ميشود. در مدار تحريك از يك مقاومت متغيير استفاده مي شود تا جريان تحريك را كنترل و فوران مغناطيسي قطبها را تغيير دهد. شكل زير مدار معادل الكتريكي يك مولد تحريك مستقل را نشان ميدهد.

در اين مولد جريان بار، ولتاژ ترمينال و جريان تحريك از روابط زير بدست مي آيد.

IL : جريان بار

IA : جريان آرميچر

VT : ولتاژ ترمينال

EA : نيرومحركه القاء شده آرميچر

RA : مقاومت اهمي آرميچر

ε : افت ولتاژ ناشي از عكس العمل

VF : ولتاژ تحريك

RF : مجموع مقاومت سيم پيچ تحريك و رئوستاي تنظيم

IF : جريان تحريك

- مشخصه بي باري يا مشخصه مغناطيسي مولد تحريك مستقل

مشخصه بي باري يا مغناطيس مولد تغييرات نيرومحركه القاء شده آرميچر (EA) را به ازاء تغييرات جريان تحريك (IF) در شرايط دور ثابت n = const و بدون بار IL = 0 نشان ميدهد اين مشخصه در شكل زير نشان داده شده است.

در بررسي بيشتر اين مشخصه به نكات زير توجه بيشتري داريم

1- مشخصه مغناطيسي به سه قسمت تقسيم بندي مي شود قسمت اول منحني تقريباٌ خط مستقيم است زيرا به ازاء جريان تحريك كم، تمام نيرومحركه مغناطيسي براي ايجاد فوران در فاصله هوايي كه قابليت نفوذ مغناطيسي آن ثابت است به مصرف مي رسد اما در قسمت دوم اشباع ماشين شروع شده و مشخصه به شكل منحني در مي آيد و در قسمت سوم كه هسته به اشباع مي رود مشخصه با محور افقي تقريباٌ موازي مي شود.

نقطه كار: ماشين بايد در قسمت منحني يعني شروع حالت اشباع باشد زيرا اگر ولتاژ نامي ماشين روي قسمت خطي قرار گيرد به ازاء تغيير جزيي در جريان تحريك ولتاژ به شدت تغيير مي كند و كار ماشين ناپايدار است و چنانچه روي قسمت اشباع شده واقع شود امكان تنظيم ولتاژ ماشين محدود ميشود.

2- در صورتيكه اين مشخصه را براي سرعت ثابت ديگري بدست آوريم شكل كلي مشخصه تغيير نخواهد كرد در صورتيكه سرعت بالاتر انتخاب كنيم مشخصه در بالاتر و به ازاء سرعت پايين تر مشخصه در پايينتر تشكيل مي شود.

نكته: اگر مشخصه را براي دور نامي داشته باشيم مي توان مشخصه را براي دورهاي ديگر نيز بدست آوريم.

مشخصه خارجي يا بارداري مولد تحريك مستقل: اين مشخصه عبارت است از تغييرات ولتاژ خروجي به ازاء تغييرات جريان بار در شرايط جريان تحريك و سرعت ثابت

VT = f.(IL) RF=const n=const

اين مشخصه در حقيقت نشان ميدهد كه با عبور جريان از آرميچر افت ولتاژ اهمي آرميچر IA.RA و افت ولتاژ ناشي از عكس العمل مغناطيسي چگونه باعث كاهش ولتاژ ترمينال مي شوند.

[samyar 3407]

مولد تحريك شنت

در اين مولد مدار تحريك با آرميچر به صورت موازي وصل مي شود. جريان تحريك تابع ولتاژ خروجي و مقاومت مدار تحريك است و قسمتي (حدود 2 تا 3 درصد) از جريان آرميچر را تشكيل ميدهد. براي اينكه با جريان تحريك كم بتوان آمپر دور زياد براي مولد تامين نمود بايد تعداد دور سيم پيچ تحريك زياد باشد و در نتيجه سطح مقطع آن بايد كاهش يابد. ولتاژ خروجي مولد توسط يك مقاومت متغيير كه با سيم پيچ تحريك سري مي شود تنظيم مي گردد. مدار معادل الكتريكي مولد شنت بصورت زير است:

روابط زير نيز براي جريان آرميچر، ولتاژ خروجي و جريان تحريك مولد شنت برقرار است

راه اندازي مولد شنت و تعيين نقطه كار: شروع كار مولد شنت بر اثر وجود پسماند مغناطيسي قطبها مي باشد. يعني ژنراتور بوسيله محرك با دور نامي به گردش در مي آوريم به علت قطع خطوط قواي پس ماند توسط هاديهاي آرميچر، ولتاژي در آن القاء مي شود. اين ولتاژ به دو سر مدار تحريك اعمال مي گردد. جريان كمي از سيم پيچ قطبها عبور مي كند و درنتيجه فوران قطبها زياد شده (در صورتيكه فوران هم جهت پسماند باشد) و نيرومحركه الكتريكي بيشتري در آرميچر القاء ميشود و ولتاژ دو سر مدار تحريك بالا مي رود و مجدداٌ جريان تحريك افزايش يافته و ولتاژ القائي بزرگتر ميشود. افزايش ولتاژ القائي تا جايي ادامه مي يابد كه به VT = Rf.If برسد در اين مقدار نيرومحركه القايي ثابت مي ماند. اگر مشخصه Rf.If را رسم كنيم خطي بدست مي آيد كه در نقطه اي مانند B منحني بي باري را قطع مي كند به خط Rf.If خط القاء گفته ميشود نقطه تقاطع اين خط با منحني نقطه كار مولد شنت مي باشد .

مقاومت بحراني و دور بحراني: در صورتيكه مقاومت مدار تحريك آنقدر زياد شود كه خط القاء بر منحني بي باري مماس شود مولد حالت ناپايدار خواهد داشت و نيرومحركه نمي تواند مقدار معيني داشته باشد در اين حالت مي گويند مقاومت مدار تحريك بحراني است. اگر مدار تحريك مقاومت بيش از اين داشته باشد ديگر مولد تحريك نخواهد شد در صورتيكه سرعت مولد آنقدر كم باشد كه مشخصه بي باري بر خط القاء مماس شود نيز مولد به حالت ناپايدار خواهد رسيد اين دور نيز به دور بحراني معروف است.

عوامل زير سبب عدم تحريك يا عدم راه اندازي مولد شنت مي شود :

 

1- پس ماند مغناطيسي ناچيز يا صفر باشد

2- جهت جريان تحريك طوري باشد كه فوران ناشي از فوران پسماند را خنثي كند

3- مقاومت مدار تحريك از حد معيني بيشتر باشد

4- جهت گردش آرميچر برعكس باشد كه سبب عكس شدن جريان تحريك مي شود

5- دور محور از حد معين كمتر باشد

مشخصه مغناطيسي يا بي باري مولد شنت: همانطور كه در مورد مولد تحريك مستقل گفته شد مشخصه بي باري تغييرات نيرومحركه القاء شده آرميچر نسبت به تغييرات جريان تحريك در شرايط بدون بار و دور ثابت است. مشخصه بي باري مولد شنت با مولد تحريك مستقل تفاوتي ندارد و بصورت زير مي باشد.

مشخصه بارداري يا خارجي مولد شنت: اين مشخصه تغييرات ولتاژ ترمينال به ازاء تغييرات جريان بار را در شرايط دور ثابت و ثابت RF = نشان ميدهد.در مولد شنت سه عامل باعث افت ولتاژ خروجي خواهد شد:

1- افت ولتاژ اهمي آرميچر

2- افت ولتاژ ناشي از عكس العمل

3- افت ولتاژ خروجي بدليل كاهش جريان تحريك بعلت كاهش ولتاژ خروجي ناشي از دو عامل بالا

نكته مهم ديگر در اين مولد با كاهش مقاومت بار جريان IL (بار) تا مقدار معيني Icr كه معمولاٌ 2 تا 5/2 برابر جريان نامي است افزايش مي يابد و سپس رو به كاهش مي رود. توجيه اين مسئله (يعني كاهش جريان بار با توجه به كم شدن مقاومت بار) به اين صورت است كه در نقطه برگشت منحني اثر كاهش ولتاژ خروجي آنقدر زياد است كه نمي تواند جريان خروجي بار زياد شود. شكل زير مشخصه خارجي مولد شنت را در مقايسه با مولد تحريك مستقل را نشان ميدهد.

كاربرد مولد شنت: از اين مولدها بعلت اينكه تنظيم ولتاژ بهتري دارند در شارژ باتري ها و تامين برق روشنايي و تغذيه سيم پيچ مولدهاي نيروگاهي استفاده ميشود.

[samyar 3407]

مولد تحريك سري

در اين ژنراتور آرميچر با سيم پيچ تحريك به صورت سري قرار مي گيرد. از آنجا كه جريان بار از سيم پيچ آرميچر و سيم پيچ تحريك عبور كند بايد سيم پيچ تحريك داراي سطح مقطع زياد و تعداد دور كم باشد. مدار الكتريكي مولد سري و روابط آن بصورت زير است.

IS : جريان مدار تحريك سري

RS : مقاومت سيم پيچ تحريك سري

مشخصه بي باري مولد سري: (VT = f(IL) n = const)

براي بدست آوردن مشخصه خارجي مولد سري دور مولد را به دور نامي مي رسانيم، اول حداكثر مقاومت بار را در مدار قرار ميدهيم در اين حالت با عبور جريان كم از آرميچر و تحريك، فوران اگر مخالف پسماند نباشد نيرومحركه القايي زياد ميشود كه در نتيجه ولتاژ خروجي افزايش مي يابد با كاهش مقاومت بار جريان تحريك كه برابر با جريان بار و آرميچر است زياد شده و قطبها را اشباع مي كند و در نتيجه فوران ثابت مي ماند و چون دور هم ثابت است نيرومحركه ثابت مي ماند اما ولتاژ خروجي به دلايل زير كاهش مي يابد:

1- افت ولتاژ در هادي هاي آرميچر

2- افت ولتاژ در سيم پيچي تحريك

3- افت ولتاژ بر اثر عكس العمل مغناطيسي آرميچر

كاربرد مولد سري: مورد استفاده مولد سري خيلي كم است چون ولتاژ دو سر آرميچر بر اثر تغيير جريان بار به طور قابل ملاحظه اي تغيير مي كند. در عين حال از اين مولد بعنوان جبران كننده افت ولتاژ خطوط جريان مستقيم استفاده ميشود.

مولد مختلط يا كمپوند

اين مولد داراي دو سيم تحريك سري و موازي با آرميچر مي باشد.

مولد كمپوند از نظر اتصالات سيم پيچ داراي دو نوع هستند:

1- مولد كمپوند با انشعاب بلند

2- مولد كمپوند با انشعاب كوتاه

مدار الكتريكي اين دو نوع كمپوند در شكل زير نشان داده شده است

روابط تحليل مولد كمپوند بصورت زير است

مولدهاي كمپوند از نظر جهت فوران سيم پيچ تحريك سري بصورت زير تقسيم بندي مي شود:

1- مولد كمپوند اضافي

2- مولد كمپوند نقصاني

- مولد كمپوند اضافي: فوران ناشي در اين مولد فوران سيم پيچ تحريك شنت را تقويت مي كند در اين مولد سيم پيچ تحريك شنت نقش اصلي را بعهده دارد و سيم پيچ تحريك سري براي جبران افت ولتاژ اهمي و عكس العمل مغناطيسي آرميچر به كار ميرود.

- مولد كمپوند نقصاني: در اين مولد فوران ناشي از سيم پيچ تحريك سري با فوران ناشي از سيم پيچ تحريك شنت مخالفت مي كند.

مشخصه خارجي مولد كمپوند اضافي

براي مولد كمپوند اضافي در حالت بارداري ممكن است يكي از سه حالت زير پيش آيد:

1 با افزايش بار ولتاژ خروجي نيز زياد شود اين حالت را فوق كمپوند مي گويند. در اين حالت افزايش نيرومحركه ناشي از سيم پيچ سري بزرگتر از افت ولتاژ در اثر مقاومت و عكس العمل آرميچر است.

2 با افزايش بار ولتاژ خروجي ثابت مي ماند، در اين حالت افت ولتاژ ناشي از مقاومت و عكس العمل با افزايش نيرومحركه ناشي از سيم پيچ سري جبران ميشود. به اين حالت كمپوند مسطح گفته ميشود.

3با افزايش بار، ولتاژ خروجي كاهش مي يابد در اين حالت افزايش نيرومحركه ناشي از سيم پيچ سري نمي تواند افت ولتاژها را جبران كند اين حالت را زير كمپوند مي گويند. حتي در اين حالت افت ولتاژ مولد كمتر از افت ولتاژ مولد شنت مي باشد. شكل اين مشخصه ها در زير رسم شده است.

مشخصه بارداري مولد كمپوند نقصاني

در اين مولد ولتاژ خروجي با افزايش بار به شدت كاهش مي يابد بدليل اينكه با افزايش بار جريان سيم پيچ تحريك سري زيادتر و در نتيجه فوران سيم پيچ سري بيشتر شده و ميدان اصلي را تضعيف تر مي كند پس ولتاژ خروجي به شدت كاهش مي يابد. مدار الكتريكي اين مولد و مشخصه بارداري آن در شكل زير رسم شده است.

[samyar 3407]

كاربرد مولد كمپوند

از مولد كمپوند اضافي در تحريك مولدهاي نيروگاهي استفاده مي شود. از مولدهاي كمپوند تخت جاي استفاده مي شود كه نياز به ولتاژ ثابتي باشد و فاصله بين مولد و مصرف كننده كم باشد. در صورتيكه به علت وجود فاصله بين مولد و مصرف كننده در سيمها افت ولتاژ بوجود آيد از مولد كمپوند در حالت فوق استفاده مي شود از مولد كمپوند نقصاني در جوشكاري استفاده مي شود چون در ابتدا براي ايجاد قوس نياز به ولتاژ بالا و بعد از برقراري قوس براي جلوگيري از افزايش جريان ولتاژ بايد بشدت كاهش يابد.

وسايل تبديل انرژي الكترومكانيكي گردان را ماشينهاي الكتريكي مي گويند.

طبقه بندي ماشينهاي الكتريكي

ماشينهاي الكتريكي به دو طريق دسته بندي مي شوند:

1- از نظر نوع جريان الكتريكي

الف- ماشينهاي الكتريكي جريان مستقيم

ب- ماشينهاي الكتريكي جريان متناوب

2- از نظر نوع تبديل انرژي

الف- مولدهاي الكتريكي كه انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند

ب- موتورهاي الكتريكي كه انرژي الكتريكي را به انرژي مكانيكي تبديل مي كنند

مباني ماشينهاي الكتريكي جريان مستقيم

به طور كلي ماشينهاي الكتريكي جزء وسايل تبديل انرژي غير خطي هستند يعني هر تغيير در ورودي هميشه به يك نسبت در خروجي ظاهر نمي شود.

مولد ساده جريان مستقيم

يك مولد ساده جريان مستقيم از چهار قسمت اصلي زير تشكيل شده است

1- قطبهاي مغناطيسي: كه وظيفه ايجاد ميدان مغناطيسي مولد را بعهده دارد و مي تواند بصورت آهنرباي دائم و يا آهنرباي الكتريكي باشد

2- هاديها: براي ايجاد ولتاژ القايي به كار گرفته ميشود

3- كموتاتور: در ساده ترين حالت از دو نيم استوانه مسي كه توسط ميكا نسبت به يكديگر عايق شده اند تشكيل مي گردد، وظيفه يك طرفه كردن ولتاژ و جريان القايي را در خارج از مولد بعهده دارد.

4- جاروبك: جهت انتقال جريان الكتريكي از هاديها به مصرف كننده استفاده ميشود شكل زير مولد ساده جريان مستقيم را نشان ميدهد.

طرز كار مولد ساده جريان مستقيم: با حركت هاديها در فضاي ما بين قطبها باعث ميشود ميدان مغناطيسي توسط هاديها قطع ميشود بدين ترتيب مطابق پديده القاء در هاديها ولتاژ القاء ميشود.ابتدا و انتهاي هر كلاف به يك نيم استوانه مسي يا يك تيغه كوموتاتور وصل ميشود روي تيغه هاي كوموتاتور دو عدد جاروبك بطور ثابت قرار داشته و با حركت هاديها تيغه هاي كموتاتور زير جاروبك مي لغزند، بدين ترتيب در ژنراتورهاي جريان مستقيم از طريق كوموتاتور ولتاژ القاء شده طوري به جاروبكها منتقل مي شود كه هميشه يكي از جاروبكها داراي پلاريته مثبت و ديگري داراي پلاريته منفي است. شكل موج ولتاژ القاء شده در اين مولد ساده بصورت زير مي باشد.

براي افزايش سطح ولتاژ القاء شده و بهبود يكسوسازي بمنظور داشتن ولتاژ با دامنه ثابت بايد تعداد كلافها را افزايش داد و كلافها را به كمك تيغه هاي كوموتاتور سري كنيم.

چگونگي تغيير پلاريته ولتاژ القايي در مولد ساده

در مولد جريان مستقيم تغيير پلاريته ولتاژ خروجي عملاٌ در صورت ايجاد يكي از دو حالت زير ممكن مي شود:

1- جهت چرخش آرميچر عوض شود

2- جهت جريان در سيم پيچ قطبها تغيير كند در صورتيكه قطبها از نوع مغناطيس دائم نباشد

چگونگي تغيير دامنه ولتاژ القايي در مولد ساده

براي افزايش دامنه ولتاژ القا شده دو روش ممكن است:

1- افزايش سرعت چرخش آرميچر كه باعث افزايش ولتاژ بصورت خطي مي شود

2- افزايش جريان تحريك كه باعث افزايش ولتاژ مولد بصورت غير خطي مي شود

موتور ساده جريان مستقيم

موتور ساده از نظر ساختماني مانند مولد ساده جريان مستقيم مي باشد فقط نحوه كار آن با مولد ساده جريان مستقيم تفاوت دارد. در موتور ساده هاديها از طريق كوموتاتور و جاروبكها به يك منبع جريان مستقيم متصل مي شود در اينصورت جرياني از هاديها عبور كرده و در نتيجه مطابق نيروي لورنس به هاديها نيروي وارد ميشود و آنها به حركت در مي آيد.

نحوه ايجاد نيرو و گشتاور در موتور ساده: در صورتيكه از يك كلاف تك حلقه كه بين قطبهاي يك مغناطيس قرار دارد جريان الكتريكي عبور كند مطابق شكل به بازوي سمت راست نيروي به سمت بالا و به بازوي سمت چپ نيروي بسمت پايين وارد مي شود با وارد شدن دو نيروي مختلف الجهت به دو طرف كلاف طبيعي است كه كلاف حول محورش شروع به دوران خواهد نمود يعني وارد آمدن زوج نيرو موجب ايجاد گشتاور لازم شده است.

در اين موتور ساده اگر صفحه كلاف عمود بر خطوط ميدان مغناطيسي قرار گيرد به آن گشتاوري وارد نميشود در ضمن كه گشتاور وارد شده نيز دامنه يكنواخت ندارد براي رفع شدن اين معايب مي بايست تعداد كلافها و تيغه هاي كوموتاتور را افزايش داد كلافها در زاويه هاي مختلف قرار مي گيرد و با هم توسط تيغه هاي كوموتاتور سري مي شود.

تغيير جهت گردش در موتور ساده DC: تغيير جهت گردش موتور ساده به دو روش زير ممكن است:

1- تغيير جهت جريان در كلاف كه با تغيير پلاريته ولتاژ منبع از خارج موتور ميسر است

2- تغيير قطبهاي مغناطيسي كه با تغيير جهت جريان در سيم پيچي تحريك ممكن است

ساختمان ماشينهاي جريان مستقيم

اجزاء تشكيل دهنده ماشينهاي جريان مستقيم را ميتوان به صورت زير دسته بندي كرد:

1- قسمت ساكن شامل قطبها و بدنه

2- قسمت گردان (آرميچر)

3- مجموعه جاروبك و جاروبك نگهدارها

هر كدام از قسمتهاي فوق بطور خلاصه توضيح داده مي شود

1- اجزاء ساكن ماشينهاي جريان مستقيم: قسمتهاي ساكن جريان مستقيم شامل اجزاء زير هستند:

الف- قطبهاي اصلي

ب- قطبهاي كمكي

ج- بدنه

- قطبهاي اصلي: وظيفه اين قسمت تامين ميدان مغناطيسي مورد نياز ماشين است. قطبهاي اصلي خود شامل قسمتهاي زير مي باشد:

- هسته قطب: از ورقهاي فولاد الكتريكي به ضخامت حدود 5/0 تا 65/0 ميلي متر با خاصيت مغناطيسي قابل قبول تشكيل مي شود.

- كفشك قطب: شكل قطب به نحوي است كه سطح مقطع كوچكتر براي سيم پيچ اختصاص داده مي شود و قسمت بزرگتر كه كفشك قطبي نام دارد سبب شكل دادن ميدان مغناطيسي و سهولت هدايت فوران مغناطيسي به فاصله هوايي مي شود.

- سيم پيچ تحريك: يا سيم پيچ قطب اصلي كه دور هسته قطب پيچيده مي شود، براي جريانهاي كم بايد تعداد دور سيم پيچ تحريك زياد باشد و سطح مقطع آن كم و برا ي جريانهاي زياد تعداد دور كم براي سيم پيچ لازم است و با سطح مقطع زياد

- قطبهاي كمكي: قطبهاي كمكي در ماشينهاي جريان مستقيم از هسته و سيم پيچ تشكيل مي شوند، هسته قطبهاي كمكي را معمولاٌ از فولاد يكپارچه مي سازند. سيم پيچي قطبهاي كمكي نيز با تعداد دور كم و سطح مقطع زياد پيچيده مي شوند.

- بدنه: قطبهاي اصلي، كمكي، جاروبك نگهدارها روي بدنه ماشين محكم مي شوند و بوسيله ماشين روي پايه اش نصب مي گردد. قسمتي از بدنه را هسته آهني تشكيل مي دهد كه براي هدايت فوران مغناطيسي قطبهاي اصلي و كمكي بكار مي رود اين قسمت طوق بكار مي رود.

2- قسمت گردان يا آرميچر: در ماشينهاي جريان مستقيم قسمت گردنده را القاء شوند يا آرميچر مي نامند كه از اجزاء زير تشكيل شده است:

الف- هسته آرميچر

ب- سيم پيچي آرميچر

ج- كلكتور يا يكسوكننده مكانيكي

د- محور

ﻫ- پروانه خنك كننده

- سيم پيچي آرميچر: از كلافهاي مشابهي تشكيل مي شود كه با الگوي مناسب تهيه و در شيارها قرار مي گيرد سيم پيچي آرميچر مبتني بر اصول فني بوده و از طراحي ماشينهاي جريان مستقيم تبعيت مي كند.

- كلكتور: از تيغه هاي مسي سخت كه توسط ميكا نسبت به يكديگر و محور ماشين عايق شده اند تشكيل مي شود.

- محور: محور آرميچر ماشينهاي جريان مستقيم بايد از فولادي تهيه گردد كه خاصيت مغناطيسي آن كم اما استحكام مكانيكي كافي در مقابل تنشهاي برشي، كششي، و پيچشي را دارا باشد انتخاب كردن محور ضعيف خطر آفرين بوده و ممكن بوده در مواقع بروز خطا سبب انهدام كلي ماشين گردد.

- پروانه خنك كننده: پروانه خنك كننده سبب تهويه و ازدياد عمر مفيد ماشين ميشود شكل زير آرميچر ماشين DC با پروانه خنك كننده را نشان ميدهد.

3- جاروبك و جاروبك نگهدارها: وظيفه جاروبك نگهدار قرار دادن صحيح جاروبك روي تيغه هاي كلكتور است جاروبكها قطعاتي از جنس زغال يا گرافيت مي باشند كه براي گرفتن جريان از كلكتور يا دادن جريان به آن استفاده مي شود.

سيم پيچي آرميچر ماشينهاي جريان مستقيم

همانطور كه قبلا اشاره شد سيم پيچي آرميچر مبتني بر اصول فني خاص مي باشد كه در طراحي آن به نكات مهمي از قبيل استحكام مكانيكي، الكتريكي و حرارتي با عمر مفيد و عادي حدود 20 سال حداكثر گشتاور و جريان و ولتاژ با حداقل نوسانة جرقه كم بين زغال و كلكتور و صرفه جويي در مواد اوليه بايد توجه كرد.

بسته به نياز كلافها مي توانند بطور سري يا موازي يا تركيبي از اين دو به همديگر وصل مي شوند.

در صورتيكه كلافها با هم سري شوند نيرومحركه كلافها با هم جمع مي شوند و ولتاژ دهي آرميچر افزايش مي يابد. (سيم پيچي موجي)

در صورتيكه كلافها موازي شوند تعداد مسيرهاي جريان موجود در آرميچر افزايش يافته و قابليت ولتاژ دهي آرميچر افزايش مي يابد. (سيم پيچي حلقوي)

توضيح كامل روشهاي سيم پيچي آرميچر در كتابهاي سيم پيچي DC مطرح شده است و ما در اين جزوه به مصرفي آن كفايت مي كنيم.

الف- سيم پيچي حلقوب شامل حلقوي ساده و حلقوي مركب

ب- سيم پيچي موجي شامل موجي ساده و موجي مركب

ج- سيم پيچي پاي قورباغه اي

لازم است در اينجا تعداد مسيرهاي جريان كه در هر نوع ايجاد مي شود نيز معرفي شود. تعداد مسيرهاي جريان را با 2a نشان ميدهند كه بشرح زير است:

2a = 2P حلقوي ساده

2a = 2P.m حلقوي مركب

2a = 2 موجي ساده

2a = 2m موجي مركب

2P : تعداد قطبهاي آرميچر ، m : درجه مركب بودن آرميچر

[samyar 3407]

عكس العمل مغناطيسي آرميچر:

چنانچه ماشينهاي جريان مستقيم زير بار قرار گيرند يعني از سيم پيچي آرميچر جريان عبور كند يك ميدان عكس العمل (عرضي) توسط آرميچر ايجاد مي گردد. اين ميدان باعث مي شود منطقه خنثي در مولدها در جهت چرخش و در موتورها در خلاف جهت چرخش تغيير مكان دهد. عكس العمل آرميچر علاوه بر انحراف محور خنثي سبب تضعيف ميدان مغناطيسي اصلي مي شود در نتيجه نيرو محركه القاء شده در سيم پيچ كم شده، تلفات انرژي در ماشين و جرقه در زير جاروبكها بوجود مي آيد براي از بين بردن و يا كم كردن اثر عكس العمل در ماشينهاي جريان مستقيم مي توان از قطبهاي كمكي و يا در ماشينهاي بزرگتر از سيم پيچي جبرانگر هم استفاده كرد.

پديده كموتاسيون:

تغيير تماس جاروبك از يك تيغه كموتاتور به تيغه ديگر كموتاسيون نام دارد در اين جابجايي كلافي كه تحت كموتاسيون قرار مي گيرد چون توسط جاروبك اتصال شده بايد در صفحه خنثي قرار گيرددر عين حال چون جريان در اين كلاف در زمان كموتاسيون تغيير مقدار و جهت ميدهد سبب بوجود آمدن ولتاژ خود القايي در اين كلاف شده و از آنجا كه اين كلاف توسط جاربك و تيغه هاي كموتاتور اتصال كوتاه شده است جرقه نسبتاٌ شديد بين زغالها و كموتاتور بوجود مي آيد. قطبهاي كمكي براي رفع اين عيب موثر خواهد بود. اما در ماشينهاي كه قطب كمكي ندارند بهبود عمل كموتاسيون با تغيير محل جاروبكها (در جهت گردش در مولدها و در خلاف جهت گردش در موتورها) انجام گيرد. اين جابجايي درست كاملا امكان پذير و قابل مشاهده مي باشد.

رابطه نيرومحركه القاي در ماشينهاي DC واقعي

ولتاژ القاء شده در هر ماشين به سه عامل بستگي دارد:

1- فوران مغناطيسي (Ф)

2- سرعت زاويه اي رتور ماشين (ω)

3- ضريب ثابت كه به ساختمان ماشين بستگي دارد (K)

اين ولتاژ از رابطه رو به رو بدست مي آيد.

مقدار K و ω را ميتوان از رابطه هاي زير بدست آورد

P : تعداد جفت قطبهاي ماشين

a : تعداد جفت مسيرهاي جريان

Z : تعداد هادي هاي آرميچر

n : سرعت آرميچر برحسب دور بر دقيقه

رابطه گشتاور توليد شده در آرميچر ماشينهاي جريان مستقيم واقعي

گشتاور توليد شده در ماشينهاي جريان مستقيم نيز به سه عامل بستگي دارد

1- فوران مغناطيسي (Ф)

2- جريان آرميچر (IA)

3- يك ضريب ثابت (K)

اين گشتاور از رابطه رو به رو بدست مي آيد.

توان و راندمان در ماشينهاي DC

در صورتيكه توان ورودي يك ماشين P1 و توان خروجي آن را P2 بناميم تفاوت اين دو تلفات ماشين نام دارد.

ضريب بهره (راندمان): نسبت توان خروجي به توان ورودي ماشين را ضريب بهره مي گويند.

 

تلفات در ماشينهاي DC: تلفات در ماشينهاي جريان مستقيم بصورت زير تقسيم بندي مي شوند.

1- تلفات مكانيكي يا اصطكاكي (Pmec)

2- تلفات آهني يا تلفات هسته (PFe)

3- تلفات مسي (Pcu)

- تلفات مكانيكي بعلت اصطكاك محور ماشين در ياتاقانها و اصطكاك جاروبكها با كلكتور و مقاومت هوا بوجود مي آيد.

- تلفات هسته از تلفات هيسترزيس و تلفات ناشي از جريانهاي گردابي در هسته آرميچر تشكيل مي شود.

- تلفات مسي يا ژولي در اثر عبور جريان از سيم پيچ هاي تحريك و آرميچر بوجود مي آيد.

مولد تحريك شنت و كاربرد آن

در این مولد مدار تحریك با آرمیچر به صورت موازی وصل می شود. جریان تحریك تابع ولتاژ خروجی و مقاومت مدار تحریك است و قسمتی (حدود 2 تا 3 درصد) از جریان آرمیچر را تشكیل میدهد. برای اینكه با جریان تحریك كم بتوان آمپر دور زیاد برای مولد تامین نمود باید تعداد دور سیم پیچ تحریك زیاد باشد و در نتیجه سطح مقطع آن باید كاهش یابد. ولتاژ خروجی مولد توسط یك مقاومت متغییر كه با سیم پیچ تحریك سری می شود تنظیم می گردد. مدار معادل الكتریكی مولد شنت بصورت زیر است:

 

روابط زیر نیز برای جریان آرمیچر، ولتاژ خروجی و جریان تحریك مولد شنت برقرار است

راه اندازی مولد شنت و تعیین نقطه كار: شروع كار مولد شنت بر اثر وجود پسماند مغناطیسی قطبها می باشد. یعنی ژنراتور بوسیله محرك با دور نامی به گردش در می آوریم به علت قطع خطوط قوای پس ماند توسط هادیهای آرمیچر، ولتاژی در آن القاء می شود. این ولتاژ به دو سر مدار تحریك اعمال می گردد. جریان كمی از سیم پیچ قطبها عبور می كند و درنتیجه فوران قطبها زیاد شده (در صورتیكه فوران هم جهت پسماند باشد) و نیرومحركه الكتریكی بیشتری در آرمیچر القاء میشود و ولتاژ دو سر مدار تحریك بالا می رود و مجدداٌ جریان تحریك افزایش یافته و ولتاژ القائی بزرگتر میشود. افزایش ولتاژ القائی تا جایی ادامه می یابد كه به VT = Rf.If برسد در این مقدار نیرومحركه القایی ثابت می ماند. اگر مشخصه Rf.If را رسم كنیم خطی بدست می آید كه در نقطه ای مانند B منحنی بی باری را قطع می كند به خط Rf.If خط القاء گفته میشود نقطه تقاطع این خط با منحنی نقطه كار مولد شنت می باشد.

 

مقاومت بحرانی و دور بحرانی: در صورتیكه مقاومت مدار تحریك آنقدر زیاد شود كه خط القاء بر منحنی بی باری مماس شود مولد حالت ناپایدار خواهد داشت و نیرومحركه نمی تواند مقدار معینی داشته باشد در این حالت می گویند مقاومت مدار تحریك بحرانی است. اگر مدار تحریك مقاومت بیش از این داشته باشد دیگر مولد تحریك نخواهد شد در صورتیكه سرعت مولد آنقدر كم باشد كه مشخصه بی باری بر خط القاء مماس شود نیز مولد به حالت ناپایدار خواهد رسید این دور نیز به دور بحرانی معروف است.

عوامل زیر سبب عدم تحریك یا عدم راه اندازی مولد شنت می شود

1- پس ماند مغناطیسی ناچیز یا صفر باشد

2- جهت جریان تحریك طوری باشد كه فوران ناشی از فوران پسماند را خنثی كند

3- مقاومت مدار تحریك از حد معینی بیشتر باشد

4- جهت گردش آرمیچر برعكس باشد كه سبب عكس شدن جریان تحریك می شود

5- دور محور از حد معین كمتر باشد

مشخصه مغناطیسی یا بی باری مولد شنت: همانطور كه در مورد مولد تحریك مستقل گفته شد مشخصه بی باری تغییرات نیرومحركه القاء شده آرمیچر نسبت به تغییرات جریان تحریك در شرایط بدون بار و دور ثابت است. مشخصه بی باری مولد شنت با مولد تحریك مستقل تفاوتی ندارد .

 

مشخصه بارداری یا خارجی مولد شنت: این مشخصه تغییرات ولتاژ ترمینال به ازاء تغییرات جریان بار را در شرایط دور ثابت و ثابت RF = نشان میدهد.در مولد شنت سه عامل باعث افت ولتاژ خروجی خواهد شد:

1- افت ولتاژ اهمی آرمیچر

2- افت ولتاژ ناشی از عكس العمل

3- افت ولتاژ خروجی بدلیل كاهش جریان تحریك بعلت كاهش ولتاژ خروجی ناشی از دو عامل بالا

نكته مهم دیگر در این مولد با كاهش مقاومت بار جریان IL (بار) تا مقدار معینی Icr كه معمولاٌ 2 تا 5/2 برابر جریان نامی است افزایش می یابد و سپس رو به كاهش می رود. توجیه این مسئله (یعنی كاهش جریان بار با توجه به كم شدن مقاومت بار) به این صورت است كه در نقطه برگشت منحنی اثر كاهش ولتاژ خروجی آنقدر زیاد است كه نمی تواند جریان خروجی بار زیاد شود.

[Mehdi.Aref 26780]

امروزه در صنعت، ماشينهاي متفاوت و با سرعت هاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد كه موارد قابل ذكر عبارتند از : ماشين برش فلزات ، چرثقيل الكتريكي ، ماشينهاي مربوط به حمل ونقل وانواع مختلف وسايل چاپ ، معدن ذغال سنگ و صنايع ديگر .براي مثال چرخاننده الكتريكي در ماشين برش فلزات ، سرعت سيستم مي بايد مطابق با نوع كار ، فلز و كيفيت نوع برش واندازه قطعه مورد نظر ، قابل تنظيم باشد . در كليه ماشين آلات ذكر شده ، چرخاننده بايد مجهز به كنترل سرعت باشد تا بتواند كميت توليد زياد ، شرايط كار مطلوب و كيفيت محصول خوب باشد . توسط كنترل سرعت مي توان سرعت چرخاننده را به ميزان مورد نياز جهت انجام مراحل كار تغيير داد . مفهوم كنترل سرعت يا تنظيم نبا يد شامل تغيير طبيعي در هنگام اخذ بار شود . تغيير سرعت مورد نياز در روي موتور چرخاننده و يا عنصر مرتبط به موتور چرخاننده انجام مي گيرد ، كه ممكن است اين عمل با دست توسط اپراتور و يا به طور اتوماتيك توسط وسايل كنترل انجام گيرد . امروزه تنظيم سرعت توسط مدار الكتريكي توسعه يافته و از نظر اقتصادي و نتايج حاصله بر كنترل مكانيكي ارجحيت دارد .موتورهاي آسنكرون سه فاز به خاطر امتيازات چشمگيرشان در صنايع كاربرد متنوعي دارند . از آن جمله در سيستمهاي محركه اي كه نياز به تغيير وتنظيم دور دارند بيشتر وبيشتر بكار گرفته مي شوند .

 

كنترل سرعت موتورآسنكرون با اعمال مقاومت در مدار رتور (تغييرات لغزش)

سرعت موتور اندوكسيوني را مي توان با قرار دادن مقاومت در مدار رتور كنترل نمود نرمي كنترل سرعت بستگي به تعداد مراحل مقاومت مورد استفاده دارد كنترل در جهت كاهشي از مقدار مبنا مي باشد .

 

به عنوان مقاومت متغيير مي توان از رئوستاي معمولي پتانسيومتر يا مقسم ولتاژ استفاده نمود اما امروزه ترجيحاً از مقاومت هاي الكترونيكي استفاده مي شود . با گذاشتن يك مقاومت اضافي در مدار رتور ماشين ، شكل منحني گشتاور- سرعت آن را تغيير داد . منحني هاي مشخصه گشتاور – سرعت حاصل شكل زير نشان داده شده است.

 

اگر منحني گشتاور- سرعت بار به صورت نشان داده شده باشد تغيير مقاومت رتور باعث تغيير سرعت كار موتور مي شود . ولي گذاشتن مقاومت اضافي در مدار رتور يك موتور القايي بازده ماشين را به شدت كم مي كند . به خاطر مساله كاهش بازده اين روش كنترل سرعت تنها براي فواصل زماني كوتاه به كار مي رود . جهت استفاده كامل از موتور ، تغيير سرعت مي بايددر كوپل ثابت انجام گيرد رنج كنترل ثابت ثابت نبوده و بستگي به مقدار بار دارد . با كاهش سرعت به طور قابل ملاحظه اي مشخصه ،سختي خود را از دست مي دهد حد كنترل سرعت 2:1 تا 3:1 مي باشد . مي بايد متذكر شد كه كنترل سرعت در اين روش مستلزم افت انرژي است افت ها در مدار رتور مستقيماً متناسب با لغزش است يعني : P1s=2.

 

كنترل سرعت موتور القايي با تغيير قطب :

 

اين روش برا ي موتورهاي رتور قفسي مناسب است ، زيرا در ماشين هاي رتور سيم پيچي كه براي تعداد قطب معيني سيم پيچي شده اند ، مشكلات اضافي پديد خواهد آورد.

 

سرعت سنكرون (سرعت زاويه اي ) يك موتور اندوكسيوني تابعي از فركانس منبع f و تعداد جفت قطب ها p سيم پيچي استاتور مي باشد .

 

 

مشاهده مي گردد كه سرعت ممكن است با تغيير جفت قطب هاي سيم پيچي استاتور تغيير كند . در تغيير قطب هاي موتور سيم پيچي هر فاز متناوباً به دو قسمت مساوي تقسيم مي گردد و با كليدي مي توان سيم پيچ ها را سري يا موازي كرد كه تعداد جفت قطب ها نصف شده و در نتيجه سرعت 2 برابر سرعت سنكرون مي شود . اما در اين حالت نمي توان تغييرات پيوسته در سرعت ايجاد كرد .

 

با به كار گيري تنها يك سيم پيچ مي توان تعداد زوج قطب مختلف را تحقق بخشيد . اين روش اقتصادي تر بوده ، اما قسمتي از سيم پيچ زير فشار حرارتي بيشتري قرار مي گيرد ( زيرا دائم زير ولتاژ خواهد بود ) .

 

اتصال دالاندر :

 

اتصال دالاندر يا سيم پيچ توزيع شده در استاتور ، حالت خاصي از كنترل دور موتور القايي با تغيير تعداد قطب هاي سيم بندي است كه در آن سيم پيچي هر فاز استاتور به دو نيم سيم پيچ تقسيم مي شود . در اثر تغيير اتصال نيم سيم پيچ هاي هر فاز از اتصال سري به موازي تعداد قطب ها نصف و سرعت دو برابر مي شود . به اين ترتيب فقط به كمك يك سيم پيچي مي توان دو سرعت مختلف را بدست آورد و در هر دو حالت تمام سيم پيچ ها وتمام شيارها فعال بوده و نسبت به موتور با سيم پيچ هاي مجزا از ظرفيت بيشتري برخوردار است . دو حالت اتصال موتور القايي نشان داده شده در شكل مثلث – ستاره دوبل ناميده مي شوند .

 

 

 

 

 

 

 

در اتصال سري دو نيم سيم پيچ ، اتصال موتور به صورت مثلث و در اتصال موازي دو نيم سيم پيچ ها ، اتصال موتور به صورت ستاره است كه باعث مي شود با دو برابر شدن سرعت ، قدرت موتور نيز تقريباً 1/5 برابر شود و گشتاور تقريباً ثابت باقي بماند . بنابراين از اتصال دالاندر براي محركهاي با گشتاور ثابت استفاده مي كنند .

 

تغيير سرعت از طريق تغيير قطبها به سه صورت زير انجام مي گيرد :

 

1- تغيير سرعت تحت گشتاور ثابت

 

براي سرعت پايين اتصال مثلث بوده و براي سرعت بالا اتصال بصورت ستاره دوبل است . قدرت تحت سرعت بالا نسبت به قدرت تحت سرعت پايين افزايش يافته است ، افزايش سرعت با افزايش قدرت همراه بوده پس گشتاور ثابت است.

 

 

 

2- تغيير سرعت تحت قدرت ثابت

 

در هر دو اتصال سرعت زياد وسرعت كم توان خروجي موتور تقريباً ثابت است.

 

 

3- تغيير سرعت تحت گشتاور و قدرت متغيير

 

گشتاور موتور مانند بارهاي پنكه اي با تغيير سرعت تغيير مي كند .

 

 

 

 

 

 

[Mehdi.Aref 26780]

كنترل سرعت با تغيير قطب بر حسب فركانس منبع و تعداد جفت قطب ها سرعت ثابتي مي دهد . براي مثال براي موتور هاي 4 سرعته و با فركانس 50 هرتز سرعت هاي زير وجود دارد .

 

(1500/100/750/500 ) (3000/1500/750/500 )

 

( 3000/1500/1000/500 ) ( 1000/750/500/375 )

 

از سرعت هائي كه در بالا ذكر شد ديده مي شود رنج كنترل سرعت از 6:1 تا 8:1 است و افزايش اين رنج نيز غير عملي است . براي سرعت 375 r.p.m لازم است موتوري با اندازه خيلي بزرگ طراحي شود .

 

كنترل سرعت با تغيير فركانس خط

 

اگر فركانس الكتريكي ولتاژ اعمال شده به استاتور يك موتور القايي تغيير كند ، آهنگ چرخش ميدانهاي مغناطيسي آن nsync نيز متناسب با فركانس مي كند ، و نقطه بي باري منحني مشخصه گشتاور – سرعت نيز به همراه آن تغيير مي كند . سرعت سنكرون موتور در شرايط نامي را سرعت پايه مي نامند . با استفاده از فركانس متغيير مي توان سرعت موتور را در بالاتر يا پايين تر از سرعت پايه كنترل كرد . با اين كنترل مي توان سرعت موتور را در گستره اي از حدود 5 درصد سرعت پايه تا دو برابر سرعت پايه كنترل كرد. ولي اين نكته مهم است كه محدوديت هاي ولتاژ و گشتاور خاصي با فركانس در نظر گرفته شود ، تا عملكردي مطمئن به دست آيد . وقتي موتور با سرعتي پايين تر از سرعت پايه كار مي كند ، بايد ولتاژ پايانه اي اعمال شده به استاتور براي داشتن عملكرد مناسب كاهش يابد ولتاژ پايا نه اي اعمال شده به استاتور بايد با كاهش فركانس استاتور به طور خطي كم شود . اين فرايند را تنزل مي نامند اگر اين كار انجام نشود فولاد هسته موتور القايي اشباع شده ، جريانهاي مغناطيس شديدي در ماشين جريان مي يابد .

 

براي اينكه اين جريانهاي مغناطيس شديد به وجود نيايد، در مواردي كه فركانس از فركانس نامي موتور كمتر مي شود معمولاً ولتاژ استاتور را متناسب با فركانس كم مي كنند. هر گاه ولتاژ اعمال شده به يك موتور القايي در فركانسهاي زير سرعت پايه به طور خطي تغيير يابد ، شار موتور تقريبا ثابت مي ماند . بناباين گشتاور ماكزيممي كه موتور مي تواند تأمين كند نسبتاً بالا مي ماند . ولي ماكزيمم توان مجاز موتور بايد با كاهش فركانس به طور خطي كم شود تا از گرم شدن مدار استاتور جلوگيري شود . توان داده شده به موتور القايي سه فاز عبارت است از :

 

 

اگر ولتاژ VL كم شود ، توان ماكزيمم نيز بايد كم شود ، و گر نه جريان زيادي از موتور مي گذرد كه ميتواند باعث افزايش شديد گرماي موتور شود .

 

منحني مشخصه گشتاور –سرعت براي تمام فركانسها

 

كنترل سرعت با تغيير ولتاژ خط

 

گشتاوري كه يك موتور القايي توليد مي كند با مربع ولتاژ اعمال شده به آن متناسب است. اگر مشخصات گشتاور- سرعت مطابق شكل زير باشد ، با تغيير ولتاژ خط مي توان سرعت موتور را در گستره محدودي كنترل كرد . اين روش كنترل سرعت گاهي اوقات در موتورهاي كوچك كرداننده پنكه ها به كار مي رود . اين تغيير ولتاژ پايانه استاتور مي تواند توسط اتو ترانسفورماتور با خروجي متغيير انجام گيرد . يكي ديگر از روشهاي تغيير ولتاژ استفاده از كنترل كننده هاي حالت جامد يا الكترونيكي است . اتو ترانسفورماتور به ماشين ولتاژ سينوسي اعمال مي كند ، اما كنترل كننده هاي حالت جامد ولتاژ غير سينوسي براي موتور فراهم مي نمايند .

 

كنترل سرعت توسط تغيير فركانس لغزش

 

در اين روش سرعت يك موتور القايي با تزريق كردن ولتاژي به مدار رتور تحت كنترل در مي آيد البته لازم است فركانس ولتاژ اعمال شده با فركانس لغزش يكسان باشد . وقتي ولتاژي اعمال مي كنيم كه در فاز مخالف نسبت به نيروي محركه الكتريكي رتور القا شده قرار دارد ، مقاومت رتور را افزايش مي دهد ، در صورتي كه وقتي ولتاژي اعمال مي كنيم كه هم فاز با نيروي محركه الكتريكي رتور القا شده مي باشد مقاومت آنرا كاهش مي دهد ( بطور متعادل ) لذا به وسيله تغيير دادن مقاومت رتور ، مي توان سرعت را كنترل كرد . چنين روشي از نوع كنترل سرعت را سيستم كرامر (Kramer) مي نامند . كه در مورد موتورهاي بزرگ 5000 قوه اسبي يا بالاتر ار آن بكار مي رود.

 

مبدل فركانسي وارد – لئونارد (ward – Leonard )

 

شكل زير نشان دهنده مبدل فركانس وارد – لئونارد است مبدل فركانسي واقعي در قسمت سمت راست شكل ملاحظه مي شود ( رتور سيم پيچي ) . دو ماشين آسنكرون رتور قفسي ساير اجزاء تشكيل دهنده اين مدارند . بدين وسيله موازنه مطلوبي براي انرژي ماشين ها و شبكه موجود خواهد بود. امتياز اين مدار تغيير دوري پيوسته در محدوده وسيعي است .

 

 

ماشيني كه خود مبدل فركانسي است ( موتور شراگ - ريشتر (Schrage - richter)يا شربيوس (scherbius ) )

 

اين موتور در سال1912 توسط شراگ و ريشتر توسعه يافته و نام آنان را به خود گرفته است .اين موتور با تغذيه رتوري و نوع شنت است كه جاروبك متغيير كموتاتور سه فاز القايي است كه براي كنترل سرعت و هم بهبود ضريب قدرت قابليت تنظيم دارد .

 

در حقيقت اين موتور القايي حلقه هاي لغزان قابل تنظيم دارد . در اين موتور سه سيم پيچي وجود دارد دو تا از سيم پيچها در روتور و سومي در استاتور قرار گرفته اند مانند شكل زير

 

وضعيت سه سيم پيچي به شرح زير است :

 

1- سيم پيچ تحريك : اين سيم پيچ در قسمت پايين شيارهاي رتور قرار گرفته است و از طريق حلقه هاي لغزان و جاروبك ها با فركانس شبكه تغذيه مي شود اين سيم پيچ ها شار كاري در ماشين توليد مي كند .

 

2- سيم پيچي هدايت : اين سيم پيچ غالباً بنام سيم پيچ جبرانگر يا سيم پيچ سوم خوانده مي شود اين سيم پيچ نيز در بالاي روتور جا داده مي شود و مشابه سيم بندي آرميچرهاي ماشين هاي dc به كموتاتور متصل مي شود .

 

3- سيم پيچي استاتور : اين سيم پيچي در شيارهاي استاتور قرار مي گيرد ولي انتهاي سيم پيچي هر فاز به يك جفت زغال وصل مي شود كه بر روي كموتاتور قرار داده مي شوند اين ذغالها بر روي دو قطعه مجزاي نگهدارنده جاروبك قرار گرفته اند كه براي چرخش در دو جهت مخالف هم طراحي شده اند .

 

 

مدار كاسكاد :

 

شكل زير مدار كاسكاد يك موتور آسنكرون روتور سيم پيچي و يك موتور جريان دائم تحريك مستقل را نشان مي دهد . موتور جريان داتم توسط مبدل استاتيكي ( يكسو ساز ) از طريق شبكه تحريك مي گردد . اما تغذيه مدار آرميچر از طريق رتور موتور آسنكرون رتور سيم پيچي عملي مي شود . براي اين منظور جريان متناوب توسط يكسو سازي به جريان مستقيم تبديل گرديده و توسط مقاومتي به مدار آرميچر منتهي مي شود . در اينجا مقاومت جهت كوپلاژ دو ماشين بوده و ضمن كار اتصال كوتاه مي گردد . بدين ترتيب از رتور موتور آسنكرون رتور سيم پيچي شده استفاده مي شود . ماشين جريان داتو در مقايسه با ماشين آسنكرون كوچك مي باشد ، زيرا UA=UR است . دو ماشين مضافاً كوپلاژ مكانيكي هستند .خوبي مدار كاسكاد در آنست كه از قابليت تنظيم دور نسبتاً آسان ماشين جريان دائم جهت تنظيم دور ماشين آسنكرون استفاده مي شود . علاوه بر آن توان الكتريكي رتور موتور آسنكرون به شكل انرژي مكانيكي روي محور مشترك بر گردانده مي شود .

 

محرك هاي تنظيم پذير سرعت (Adjustable Speed Drive)

 

در اين بخش كاربر نيمه هادي هاي قدرت در سيستمهاي كنترل سرعت از نوع ايستا يا استاتيكي هستند . بايد دانست كه تركيب سيستمهاي الكترونيك قدرت (مانند كنترل كننده هاي ولتاژ ) و متوتورهاي الكتريكي همراه با مكانيسم كنترل آنها را محركهاي تنظيم پذير سرعت مي نامند كه ما به اختصار آنرا ASD مي ناميم . در حقيقت اين محرك ها قابل تنظيم بوده و براي كنترل سرعت يا كنترل دور موتورهاي الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرند .

[Mehdi.Aref 26780]

محركهاي تنظيم پذير سرعت (ASD) براي كنترل سرعت موتورهاي القائي از نقطه نظر كاربرد به سه دسته تقسيم مي شوند:

 

1- ASD از نوع ولتاژ متغيير و فركانس ثابت

 

در اينگونه سيستمها دامنه ولتاژ اعمالي به استاتور كنترل مي شود . براي اين مقصود از كنترل كننده ولتاژ در سر راه موتور استفاده شده است . اين نوع محرك ها در سطوح قدرت متوسط و پايين مورد استفاده قرار مي گيرند . براي مثال مي توان از بادبزن هاي نسبتاً بزرگ يا پمپ ها نام برد . در اين روش ولتاژ استاتور را مي توان بين صفر و ولتاژ اسمي در محدوده زاويه آتش بين صفر تا 120 درجه تنظيم و كنترل نمود . اين سيستم بسيار ساده بوده و براي موتورهاي القائي قفس سنجابي كلاس D با لغزش نسبتاً بالا( 10 تا 15 درصد ) مقرون به صرفه است . عملكرد اين محركها زياد جالب توجه نيست .

 

2- ASD از نوع ولتاژ و فركانس متغيير

 

اگر منبع تغذيه استاتور از نوع فركانس متغيير انتخاب شود ، عملكرد محرك هاي تنظيم پذير سرعت (ASD) بهبود مي يابد . بايد دانست كه شار در فاصله هوايي متورهاي القائي با ولتاژ اعمالي به استاتور متناسب بوده وبا فركانس منبع تغذيه نسبت عكس دارد . بنابراين اگر فركانس را كم كنيم تا كنترل سرعت در زير سرعت سنكرون امكان پذير گردد و ولتاژ را معادل ولتاژ اسمي ثابت نگه داريم ، در اين صورت شار فاصله هوايي زياد مي شود . براي جلوگيري از بوقوع پيوستن اشباع بخاطر افزايش شار ، ASD از نوع فركانس متغيير بايد از نوع ولتاژ متغيير نيز باشد تا بتوان شار فاصله هوايي را در حد قابل قبولي نگه داشت ، معمولا به اين سيستم كنترل ، سيستم كنترل V/F ثابت نيز گفته مي شود . يعني اگر فركانس را كم كرديم بايد ولتاژ را طوري كم كنيم كه شار در فاصله هوايي در حد اسمي خود باقي بماند . از اين سيستم براي كنترل سرعت موتورهاي قفس سنجابي كلاسهاي A، B ،C، D استفاده مي شود .

 

3-ASD كه بر اساس بازيافت توان لغزشي كار مي كند

 

در اين سيستمها با استفاده از مدارهاي نيمه هادي قدرت كه به پايانه رتور وصل مي شوند ، بازيافت توان( يا توان برگشتي) در فركانس لغزشي به خط تغذيه موتور منتقل مي گردد . بايد دانست فركانس لغزشي از حاصلضرب فركانس منبع و لغزش موتور بدست مي آيد. بطور كلي در اين طرح بر روي مدار رتور كنترل خواهيم داشت . در اينجا متذكر مي شويم كه ASD از نوع فركانس متغيير بر دو نوع است :

 

الف : طرح هاي حاوي ارتباط DC (جريان مستقيم)

 

ب : سيكلو كنورتورها

 

در طرح هاي حاوي ارتباط DC منبع تغذيه AC توسط يكسوساز ، يكسو شده و سپس توسط اينورتر مجدداً به منبع AC دست مي يابيم . اينورتر ها بر دو نوع اند :

 

1= اينورترهاي تغذيه ولتاژ (اينورترهاي ولتاژ )

 

2= اينورترهاي تغذيه جريان ( اينورترهاي جريان )

 

در اينورترهاي ولتاژ ، متغيير تحت كنترل همان ولتاژ و فركانس اعمالي به استاتور است . در اينورترهاي جريان بر دامنه جريان وفركانس استاتور كنترل داريم . اينورترهاي ولتاژ بر دو نوع اند :

 

1=اينورترهاي با موج مربعي

 

2= اينورترهاي با مدولاسيون عرض يا پهناي پالس (PWM) .

 

كنترل دور موتور القائي سه فاز توسط اينورتر منبع جريان

 

1- تركيب اساسي مبدلها

 

سرعت يك موتور القائي توسط سرعت سنكرون ولغزش رتور تعيين مي گردد . سرعت سنكرون بستگي به فركانس تغذيه دارد و لغزش را مي توان با تنظيم ولتاژ و جريان اعمالي به موتور تغيير داد . به طور كلي روشهاي كنترل دور موتورهاي القائي را مي توان بصورت زير تقسيم بندي نمود :

 

1- ولتاژ متغيير ، فركانس ثابت 2- ولتاژ وفركانس متغيير

 

3- جريان و فركانس متغيير 4- تنظيم قدرت لغزشي

 

به منظور ايجاد ولتاژ و فركانس متغيير مطابق شكل (1-a) از مبدلهاي ولتاژ استفاده مي گردد كه توسط يك منبع ولتاژ dc توليد شكل موج مستطيلي ولتاژ در سمت ac مي نمايند كه دامنه آن مستقل از بار بوده و به همين دليل اينورتر هاي منبع ولتاژ نام دارند . براي ايجاد جريان وفركانس متغيير مطابق شكل (1-b) از مبدلهاي جريان استفاده مي گردد كه توسط يك منبع جريان dc توليد شكل موج مستطيلي جريان در سمت ac مي نمايند ، كه دامنه آن مستقل از بار بوده و بنابراين اينورترهاي منبع جريان نام دارند . منبع جريان كنترل شده در ورودي اينورتر توسط يكسو ساز تريستوري ايجاد مي گردد كه با كنترل جريان توسط حلقه فيدبك جريان وسلف بزرگ صافي در خروجي آن ويژگيهاي يك منبع جريان را پيدا مي كند . مبدل موجود در سمت موتور جريان مستقيم را تبديل به جريان سه فاز با فركانس قابل تنظيم مي نمايد . سلف بزرگ موجود در حلقه dc سبب صاف نمودن جريان مي گردد . سيستم رانش اينورتر منبع جريان مناسب براي عملكرد در حالت تك موتوره مي باشد و داراي قابليت بازگشت انرژي به شبكه ac ميباشد . جريان اينورتر توسط حلقه فيدبك جريان كنترل شده و اضافه جريانهاي گذرا توسط تنظيم كننده جريان و سلف صافي حذف مي گردند و بدين وسيله مجموعه داراي قابليت استحكام و اطمينان مناسب براي كاربردهاي صنعتي مي گردد سلف بزرگ سري صافي نرخ افزايش جريان خطا را در هنگام كموتاسيون نا موفق در اينورتر و يا اتصال كوتاه در ترمينالهاي خروجي محدود مي نمايد با حذف سيگنالهاي فرمان گيت تريستورهاي يكسو ساز مي توان بدون از بين رفتن فيوزها و آسيب رسيدن به اينورتر ، تنها با از دست دادن لحظه اي گشتاور خطا را از بين برد .

 

2- مدار قدرت اينورتر منبع جريان

 

به منظور ايجاد منبع جريان متغيير dc سيگنال بيانگر جريان تنظيم شده با جريان واقعي مقايسه شده ، خطاي حاصل تقويت و برا ي كنترل زاويه آتش تريستورهاي يكسو ساز استفاده مي گردد تا جريان مورد نياز در خروجي ايجاد گردد . شكل (2-a) اينورتر پل سه فاز ASCI را نشان مي دهد كه يك موتور القائي با اتصال ستاره را تغذيه مي نمايد . تريستورهاي TH1 الي TH6 به ترتيب روشن شدن شماره گذاري شده اند و هر يك به اندازه يك سوم پريود خروجي هدايت ميكنند . روشن نمودن يك تريستور سبب قطع تريستور هادي فاز مجاور مي گردد . دو بانك خازي كه بصورت مثلث ، متصل مي باشند انرژي مورد نياز براي كموتاسيون ذخيره كرده و ديودهاي D1 الي D6 خازنها را از بار ايزوله مي نمايند . ترتيب هدايت تريستورهاي اينورتر به گونه اي است كه جريانهاي DC تنظيم شده از دو تريستور يكي متصل به خط مثبت وديگري متصل به خط منفي تغذيه عبور مي نمايد . در هر نيم سيكل به مدت 60o هر دو تريستور واقع بر يك بازو قطع بوده بنابراين جريان خط برابر صفر مي باشد . مزيت عمده اينورتر منبع جريان سادگي مدار لازم براي كموتاسيون تريستورها مي باشد . مدار كموتاسيون تنها شامل خازنها و ديودها بوده و به دليل حذف سلفهاي كموتاسيون ، فركانس عملكرد افزايش يافته نويز صوتي كاهش مي يابد . خازن كموتاسيون به گونه اي طراحي مي شود كه ولتاژ معكوس اعمالي بر تريستور ها محدود گردد تا باعث ايجاد زمان خاموشي لازم گردد. به همين دليل زمان خاموشي در دسترس به اندازه كافي زياد مي باشد تا بتوان از تريستور هاي غير سريع يكسوسازي استفاده نمود، كه اين امر اينورتر منبع جريان را در قدرت هاي متوسط به بالا بسيار اقتصادي مي سازد . سيكل كموتاسيون را مي توان به چهار پريود زماني تقسيم نمود:

 

شكل (2-a) شرايط اينورتر را قبل از آتش شدن TH1در فاصله زماني 1 نشان مي دهد .فرض براين است كه TH1 و TH2 هادي بوده و مطابق شكل جريان خروجي يكسوساز كنترل شده از طريق TH1،D1، فاز A موتور ، فازC موتور ، D2 ، TH2 ، جاري مي گردد . خازن هاي C1 ،C3 ،C5 به ترتيب به اندازه V0، 0 ، -V0شارژ شده اند در فاصله زماني2 با آتش شدن TH3 ، TH1 توسط C1 در باياس معكوس قرار گرفته و خاموش مي گردد .جريان مطابق شكل (2-b) در مسير TH3، بانك خازني متشكل از C1 موازي با تركيب سري C3 ،C5 و D1 جاري ميگردد و به صورت خطي بانك خازني راشارژ مي نمايد . TH1 تا زماني كه ولتاژ خازن C1تغيير پلاريته دهد در باياس معكوس قرار دارد. ديود D3نيز در باياس معكوس بوده و جريانهاي فاز موتور داراي مقادير مشابه حالت قبل مي باشد . در فاصله زماني 3 با هدايت ديود D3 مسير جريان مطابق شكل(2-c) مي باشد. جريان مدار LC منتجه ، جريان فاز A را به صفر كشانده و جريان فاز B را از صفر به Id افزايش مي دهد ، سپس D1 قطع شده و سيكل كموتاسيون تكميل مي گردد . در فاصله زماني 4 جريان منبع از طريق تريستور هاي TH2 و TH3 مطابق شكل (2-d) فازهاي B و C متور را تغذيه مي نمايد . اين شرايط تا لحظه فرمان TH4 به منظور انجام كموتاسيون بعدي حفظ مي گردد . به دليل اينكه D3 تنها ديد هادي در نيمه بالا مي باشد خازن هاي بالايي تاكموتاسيون بعدي ولتاژ خود را ثابت نگه مي دارند . شكل (3) شكل موج ولتاژ خازن كموتاسيون C1 را همزمان با ولتاژ دو سر تريستور نمايش مي دهد.

 

 

3- عملكرد موتو القائي تغذيه شده توسط منبع جريان

 

هنگامي كه اينورتر منبع جريان يك بار الكتريكي را تغذيه مي نمايد ، شكل موج ولتاژ توسط پاسخ بار به جريان اعمالي تعيين مي گردد . رابطه ولتاژ- جريان يك سلف به صورت V=L di / dt بوده كه در آن di/dt نرخ تغييرات جريان مي باشد . بنابراين شكل موجهاي ايده ال جريان در عمل انكار پذير نيستند زيرا تغيير پله اي لحظه اي جريان سبب ايجاد پرش ولتاژ با دامنه نا محدود خواهد گرديد . در مدارات عملي نرخ تغييرات جريان براي محدود نمودن حداكثر ولتاژ در حد تحمل تريستورها محدود مي گردد . مدت زمان كموتاسيون كه در طول آن جريان بار از يك فاز به فاز ديگر منتقل مي گردد بايستي به حد كافي طولاني باشد تا نرخ تغييرات جريان در حد قابل قبولي كاهش يابد اين محدوديت در مورد اينورترهاي منبع ولتاژ مطرح نمي گردد چرا كه در اين مورد ديودهاي فيدبك مسيري را براي جريان بار القائي ايجاد مي نمايند كه باعث شارژ خازن حلقه dc گشته ، از قطع ناگهاني جريان بار جلوگيري كرده و ولتاژ خروجي اينورتر را محدود مي نمايند . اما در مورد اينورتر منبع جريان به دليل عدم وجود ديودهاي فيدبك ، مسيري براي جريان معكوس وجود نداشته و مدت زمان كموتاسيون را مي توان به قيمت افزايش ضربه هاي ولتاژ اعمالي بر ادوات نيمه هادي قدرت اينورتر كاهش داد .

شكل (4) شكل موج جريان خط و شكل (5) شكل موج ولتاژ خط را براي مدار طراحي شده نشان مي دهد . در مورد موتورهاي القائي ، شكل موج ولتاژ توسط امپدانس معادل بازاء مؤلفه هاي اصلي و هارمونيهاي جريان خروجي اينورتر تعيين ميگردد مطابق شكل (6) ،جريان مستطيل شكل خط از امپدانس استاتور عبور كرده و بين شاخه مغناطيس كننده وشاخه رتور مدار معادل تقسيم مي گردد . امپدانس بالاي شاخه مغناطيس كننده از عبور مؤلفه هاي هارمونيكي جريان خط جلوگيري كرده در نتيجه جريان مغناطيس كننده داراي شكل موج سينوسي با فركانس اصلي خواهد بود . با صرفنظر از اعوجاج كم توليد شده توسط امپدانس Zs ولتاژ ترمينال موتور به صورت سينوسي بههمراه پرشهاي ولتاژي مي باشد كه در ابتدا و انتهاي شكل موج جريان بر روي آن سوار مي گردند . تريستورها و ديودهاي اينورتر بايستي در برابر اين پرش هاي ناگهاني ولتاژ حفاظت شوند . دامنه جريان توسط يكسوساز كنترل شده تعيين و ولتاژ متوسط ورودي اينورتر با ميزان توان مورد نياز موتور تغيير مي كند بگونه اي كه با صرفنظر از تلفات ،توان ورودي اينورتر با توان خروجي آن برابر است .