تحقیق بررسی انواع موتورهاي برق

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
تحقيق بررسي انواع موتورهاي برق در 42 صفحه ورد قابل ويرايش

فهرست مطالب

عنوان صفحه

انواع موتورهاي متناوب 1

ميدان گردان 2

موتور سنكرون 5

موتور القايي 8

موتورهاي القايي دو فازه 11

موتور يك فاز 14

موتورهاي القايي با قطب هاي شكاف دار 18

موتور سنكرون 21

موتورهاي القايي 23

دستگاههاي الكترومكانيكي 25

مدارهاي ريله 26

كليدهاي قدرت 29

ترانسفورماتور 31

پست هاي فشار قوي 31

انواع پست ها 32

اجزاء تشكيل دهنده پستها 36

ترانسفورماتورهاي قدرت 37

دستگاههاي حفاظت كنترل ترانسفورماتورها 38

رله بوخهلتس 39



انواع موتورهاي متناوب :

چون مقدار زيادي از قدرت الكتريكي توليد شده بصورت متناوب ميباشد ، بيشتر موتورها طوري طرح شده اند كه با جريان متناوب كار كنند . اين موتورها در بيشتر موارد ميتوانند دو برابر موتورهاي جريان مستقيم كاركنن و زحمت آنها در موقع كاركردن كمتر است ، چون در موتورهاي جريان مستقيم هميشه اشكالاتي در كموتاسيون آنها ايجاد ميشود كه مستلزم عوض كردن ذغالها يا زغال گيرها و يا تراشيدن كلكتور است . بعضي موتورهاي جريان متناوب با موتورهاي جريان مستقيم كاملا فرق دارند ، بطوريكه حتي در آنها از رينگ هاي لغزنده هم استفاده نميشود و براي مدت طولاني بدون ايجاد درد سر كار ميكنند .

موتورهاي جريان متناوب ، عملا براي كارهايي كه احتياج به سرعت ثابت دارند ، مناسب هستند . چون سرعت آنها به فركانس جريان متناوب اعمال شده به سر هاي موتور ، بستگي دارد . اما بعضي از آنها طوري طرح شده اند كه در حدود معين ، داراي سرعت متغير باشد .

موتورهاي جريان متناوب ميتوانند طوري طرح شوند كه با منبع جريان متناوب يك فاز يا چند فاز كار كنند . ولي چه موتور يك فاز باشد و يا چند فاز ، روي اصول يكساني كار ميكنند ، اصول مزبور عبارتست از اين كه جريان متناوب اعمال شده به موتور يك ميدان مغناطيسي گرداني توليد ميكند و اين ميدان باعث ميشود كه روتور بگردد .

موتورهاي جريان متناوب عموما به دو نوع تقسيم بندي مي شوند :

1-موتورهاي سنگرون

2- موتورهاي القايي .

موتور سنكرون در واقع يك آلترناتور است كه بعنوان موتور كار ميكند و در آن جريان متناوب به استاتور و جريان مستقيم به روتور اعمال ميشود موتورهايي القايي شبيه به موتورهاي سنگرون هستند با اين تفاوت كه در آنها روتور به و منبع قدرت وصل مي شود .

از دو نوع موتورهاي جريان متناوب ذكر شده ، موتورهاي القائي به مراتب خيلي بيشتر از موتورهاي سنكرون مورد استفاده قرار ميگيرند .



ميدان گردان :

همانطور كه گفته شد ميدان گرداني كه از اعمال جريان متناوب به موتور ، توليد ميگردد باعث گردش روتور ميشود . اما قبل از اينكه ياد بگيريد چگونه يك ميدان گردان باعث حركت روتور ميشود ، بايد اول درك كنيد كه چگونه يك ميدان گردان باعث حركت روتور ميشود ، بايد اول درك كنيد كه چگونه ميتوان ميدان مغناطيسي گردان توليد كرد . دياگرام زير، يك استارتور سه فازه را نشان ميدهد كه جريان متناوب سه فاز آن اعمال شده است ، همانطور كه نشان داده است ، سهم پيچها بصورت دلتا به يكديگر اتصال دارند و كلاف هر يك از سيم پيچها بصورت دلتا به يكديگر اتصال دارند و دو كلاف هر يك از سيم پيچها در يك جهت سيم پيچي شده است .

در هر لحظه ، ميدان مغناطيسي توليد شده بوسيله هر يك از سيم پيچها بستگي دارد به جرياني كه از آن ميگذرد . اگر جريان صفر باشد ،ميدان مغناطيسي هم صفر خواهد بود اگر جريان ماكزيمم باشد ، ميدان مغناطيسي هم ماكزيمم خواهدبود و چون جريان فازها 120 درجه با هم اختلاف فاز دارند ، ميدان هاي مغناطيسي توليد شده هم 120 درجه با هم اختلاف فاز خواهند داشت . حال سه ميدان مغناطيسي مزبور كه در هر لحظه وجود دارند ، با هم تركيب ميشوند و يك ميدان منتجه توليد ميكنند كه روي روتور عمل ميكند . در آينده خواهيد ديد كه هر لحظه ميدان هاي مغناطيسي تركيب ميشوند ، ميدان مغناطيسي منتجه پيوسته در حال حركت است و بعد از هر سيكل كامل جريان متناوب ، ميدان مغناطيسي مزبور هم با اندازه 360 درجه يا يك دور دوران ميكنند.

دياگرام زير ، شكل موج جريانهاي اعمال شده به استاتور سه فازه مزبور را نشان ميدهد . اين شكل موج ها 120 درجه با هم اختلاف فاز دارند . شكل موجهاي مزبور ميتوانند نشان دهنده سه ميدان مغناطيسي باشد كه بوسيله هر يك از سيم پيچ توليد ميشود . به شكل موجها وابسته شده است كه مشابه فاز مربوطه ميباشد با استفاده از شكل موجها ، ميتوانيم در هر 6/1 دور ( معادل 60 درجه ) ميدانهاي مغناطيسي توليد شده را با هم تركيب كنيم تا جهت ميدان مغناطيسي منتجه پيدا شود. در نقطه 1 ( شكل موج C مثبت وشكل B منفي است .به عبارت ديگر جريانهاي گذرنده از سيم پيچ هاي فاز C,B غير هم جهت هستند و بنابراين جهت ميدانهاي مغناطيسي ناشي از C,B هم غير هم جهت هستند . در بالاي نقطه 1 جهت ميدان بطرز ساده اي نشان داده شده است . توجه داشته باشيد كه B1 قطب شمال و B قطب جنوب است همين ترتيب C قطب شمال و C1 قطب جنوب است . چون درنقطه1 هيچ جرياني از سيم پيچ فاز نميگذرد ، ميدان مغناطيسي آن صفر است .

نقطه 2يعني 60 درجه بعد ، شكل موج جريانهاي فازهاي B,A مساوي و مخالف يكديگر و شكل موج C صفر است و بنابراين ميدان مغناطيسي منتجه باندازه60 درجه ديگر گرديده است . درنقطه 3 ، شكل موج B صفر است و ميدان مغناطيسي منتجه با اندازه 60 درجه ديگر ميگرد و به همين ترتيب از نقطه 1تا نقطه 7 ( مشابه يك جريان متناوب 9 ميدان مغناطيسي منتجه باندازه يك دور كامل ميگردد .

در نتيجه اعمال جريان متناوب سه فاز سه سيم پيچي كه بطور قرينه در اطراف اسناتور جاي گرفته باشند باعث ايجاد يك ميدان مغناطيسي گردان ميشود كه اين ميدان باعث دوران روتور ميشود .



موتور سنكرون :

علت اينكه به اين نوع موتورهاي سنكرون ميگويند اين است كه روتور آن با ميدان مغناطيسي گردان توليد شده در استاتور همگام است . ساختمان اين موتورها اساس شبيه به آلترناتور قطب برجسته است . ميدانيد كه اعمال جريان سه فاز به استاتور يك ميدان مغناطيسي گردان در اطراف روتور توليد ميكند . اما چون روتوربه يك منبع جريان مستقيم وصل است مانند يك آهنرباي ميله اي عمل خواهد كرد . از قبل ميدانيد كه اگر يك آهنرباي ميله اي بطور معلق در يك ميدان مغناطيسي قرار بگيرد، آنقدر دوران خواهد كرد تا در امتداد آن قرار بگيرد . به همين ترتيب روتور سنكرون مانند يك آهنرباي ميله اي عمل كرده و در امتداد ميدان مغناطيسي توليد شده در استاتور قرار خواهد گرفت . در اين حالت اگر ميدان مغناطيسي دوران كند ، روتور هم همراه آن دوران خواهد كرد . اگر ميدان مغناطيسي گردان قوي باشد ، يك نيروي گردنده قوي بر روتور وارد شده و در نتيجه روتور قادر خواهد بود كه موقع گرديدن يك باري را بگرداند

سرعت گردش ميدان مغناطيسي به فركانس جريان سه فاز اعمال شده به استاتور ، بستگي دارد و چون فركانس جريان ثابت است ، موتورهاي سنكرون، عملاً موتورهايي با يك سرعت معني هستند. در نتيجه براي مواردي مورد استفاده قرار ميگيرند كه از حالت بي باري تا حالتي كه بار موتور ماكزيمم است سرعت ثابتي مورد نياز باشد .

يكي از عيب هاي موتور سنكرون اين است كه نميتواند از حالت سكون (ايست) خود با اعمال جريان متناوب سه فاز شروع بكار كند چون متناوب اعمال شده به استاتور ، يك ميدان گرداني با سرعت زياد توليد ميكند.

اين ميدان گردان قطب هاي روتور آنقدر سريع عقب ميزند كه موتور فرصت پيدا نخواهد كرد كه راه اندازي شود ابتدا در يك جهت دفع ميشود و لحظه اي بعد در جهت ديگر .

به عبارت ديگر ، موتور سنكرون ، درحالت اصلي خود ، درموقع شروع بكار بكردن هيچ كوپلي نخواهد داشت و بنابراين هميشه بوسيله يك موتور القايي كوچك و يا بوسيله سيم پيچ هائيكه معادل تركيب فوق باشد ، راه اندازي ميشود سپس وقتي سرعت موتور به سرعتي نزديك به سرعت سنكرون رسيد به يك منبع جريان مستقيم وصل ميشود . روتور با ميدان گردان به گردش ادامه ميدهد .
موتور يك فاز :

موتور فاز ، فقط داراي يك سيم پيچي است و با جريان متناوب يك فاز كار ميكنند. درتمام مواردي كه احتياج به موتورهايي با خروجي كم باشد اين موتور بطور وسيع مورد استفاده قرار ميگيرد . فايده بكار بردن موتور فازه اين است كه در اندازه هاي كوچك ارزان تر از ساير موتورها ساخته ميشود .

همچنين اين نوع موتور احتياج به جريان متناوب سه فاز را بر طرف ميكند .موتورهاي يك فاز در وسايل ارتباطي ، فنها ، يخچال ها، دريل هاي دستي قابل حمل و ماشينهاي سنگ زني و غيره. مورد استفاده قرار ميگيرند .اين موتورها به دونوع تقسيم ميشوند 1) موتورهاي القاي 2 ) موتورهاي سري . در موتورهاي القايي از روتور قفس ( شبيه به قفس سنجابها ) و يك وسيله مناسب راه اندازي استفاده ميشود .ولي موتورهاي سري مانند ماشين هاي جريان مستقيم داراي كلكتور وزغال هستند.



موتورهاي القايي يك فاز :

استاتور موتورهاي القايي يك فازه فقط داراي يك سيم پيچي است . اين سيم پيچي ميداني توليد ميكند كه بايد گفت در امتداد محور سيم پيچي مذكور تناوب ميكند تا اينكه بگردد.

وقتي روتور ثابت است ، كم وزياد شدن ( تناوب ) ميدان استاتور ، جريانهايي در روتور القا ميكند كه اين جريانها باعث بوجود آمدن ميدان روتور ميشوند . درنتيجه اثر متقابل دو ميدان بر يكديگر نيروي بروتو وارد ميشود كه ميخواهد روتور را باندازه 180 درجه بگرداند ولي چون اين نيرو بر مركز روتور وارد ميشود ، روتور نخواهد گرديد .

اما اگر بوسيله اي روتور را در ابتدا بگردانيم ، نيروي گردنده ، بوسيله گشتاوري كه از طرف ميدان برروتور وارد ميشود ، تقويت خواهد شدو سرعت روتور زياد خواهد شد تا وقتي كه روتور بازا هر تناوب ميدان استاتور ، تقريبا باندازه 180 درجه بگردد . براي ياد آوري گفته ميشود كه چون براي ايجاد جريان هاي القايي در روتور لنگي لازم است ، در سرعت ماكزيمم هر زمان كه ميدان استاتور جهتش برعكس شود ، بايد كمتر از 180 درجه بگردد .

چون ميدان مربوط به ولتاژ متناوب يك فاز اعمال شده به سيم پيچي استاتور طبيعت پالسي دارد ، موتور هاي يك القايي يك گشتاور پالسي به بار وارد ميكنند . بنابراين بهره موتورهاي القايي يك فاز مقابل موتورهاي فاز و سه فاز كه گشتاور آنها يكنواخت تر است ، كمتر است .

دوفاز :

موتورهاي القايي براي كاركردن بطور سه فاز يك فاز طرح ميشوند . استاتور سه فاز درست شبيه استاتور سه فاز موتور سنكرون ميباشد . استاتور و فاز بوسيله دوسيم پيچي كه نسبت بهم به زوايه 90 درجه قرار گرفته اند يك ميدان مغناطيسي گردان توليد ميكند .



موتور القايي يك فاز :

موتور القايي يك فاز فقط داراي يك سيم پيچي استاتور است .بنابراين ميدان مغناطيسي توليد شده در استاتور آن گردان نيست .موتور القايي يك فاز، نميتواند با يك سيم پيچي بوسيله خودش شروع بكار كند اما اگر بوسيله اي در ابتدا روتور را بگردانيم، روتور به گردش خود ادامه خواهد داد و بسرعت اسمي خود ، خواهد رسيد براي راه اندازي اين موتور ميداني در روتور آن القا ميكنند كه با ميدان اصلي 90 درجه اختلاف فاز دارد و سپس دو ميدان باهم ميدان گرداني توليد ميكنند كه روتور را در حالت حركت نگه ميدارد .



خازن راه انداز – موتورهاي القايي :

براي ساختن موتور يك فازي كه بوسيله خودش راه اندازي شود ، يك سيم پيچي راه انداز به استاتور اضافه ميشود . اگر اين سيم پيچي راه انداز را بطور سري با يك خازن وصل كرد و با سيم پيچي استاتور به منبع ولتاژي وصل شود ، جريان گذرنده از سيم پيچي راه اندازه و جريان گذرنده از استاتور 90 درجه با هم اختلاف فاز خواهند داشت. درنتيجه يك ميدان مغناطيسي گردان توليد خواهد شد . وقتي روتور سرعت گرفت . مدار سيم پيچي راه انداز مدار اصلي جداشده وموتور مانند يك موتور يك فاز به حركت خود ادامه خواهدداد .





موتور القايي با قطب هاي شكاف دار :

در اين موتور قسمتي از جلو هر قطب استاتور ، شكاف داده شده و بوسيله يك نوار مسي اتصال كوتاه شده است . اثر اين عمل انتقال ميدان در هر قطب ها ميباشد .ميدان مغناطيسي متحرك اثرش مانند ميدان گردان است و در نتيجه موتور بوسيله خودش راه اندازي خواهد شد .


دستگاههاي الكترومكانيكي

رله ها :

موقعي كه موتورهاي جريان مستقيم را مورد مطالعه قرار داده بوديم ياد گرفتيد كه مقاومت راه اندازي براي محدود كردن جريان راه اندازي يك موتور بكار ميرود .

مقاومتهاي راه اندازي معمولا در جعبه هايي بنام جعبه راه اندازي قرار داده ميشوند و ممكن است بوسيله دست كار كنند يا اتوماتيك باشند . اگر جعبه راه انداز اتوماتيك تكه اي وجود دارد كه با فشار دادن آنميشود موتور راه اندازي كرد يا آنرا متوقف و يا جهت گردش آنرا عوض كرد در مدار اين قبيل دستگاهها از وسيله اي بنام ريله ها استفاده ميشود .

دياگرام نشان داده شده در زير ، در سمت چپ يك رله ساده مغناطيسي را نشان ميدهد كه قسمتهاي اساسي آن عبارتند از : آهنرباي الكتريكي و يك بازوي قابل حركت بنام آرميچر وقتي جرياني از سيم پيچي آهنربا بگذرد ، يك ميدان مغناطيسي توليد مغناطيسي توليد خواهدشد كه با زوري آهني آرميچر را بطرف هسته آهنربا با جذب ميكند .در نتيجه يك سري كنتاكت روي آرميچر و ريله بسته شده مداري را كه به سرهاي B,A اتصال دارد . مي بندد. وقتي جريان قطع ميشود، فنر برگرداننده، آرميچر را بر ميگرداند و كنتاكت ها باز ميشوند و ديدار مزبور ، از نقاط A,B باز ميشود . دياگرام زير ، فقط يك سري از كنتاكت ها را نشان ميدهد اما بر حسب احتياج عده كتتاكتها ميتواند زياد باشد. ريله نشان داده شده در سمت چپ را بطور نرمال باز NORMALLYOPEN RELAY ميگويند . چون وقتي جرياني از ريله نميگذرد ، كنتاكت ها باز هستند . ريله نشان داده شده در سمت راست را بطور نرمال بسته NORMALLY CLOSED R. مي گويند .چون وقتي جرياني از ريله نميگذرد ، كنتاكت ها بسته هستند و وقتي ريله عمل كند ، آرميچر بطرف آهنربا كشيده ميشود و اتصال ها باز ميشوند و مدار در نقاط A,B قطع ميشود.

تعريف پست :

محل تجهيزات برقي غير مولد از قبيل ترانسفورماتور ها . كليد ها و غيره بمنظور تبديل يامبادله انرژي .

چون لازم است كه از يك طرف در نقاط مختلف ( توليد ، انتقال ، توزيع ) ولتاژهاي متفاوت داشته باشيم و از طرف ديگر شبكه ارتباطي بصورت داشته باشد بنابراين مراكزي كه اين عمليات ( قطع و وصل كردن وتبديل سطح ولتاژ در نقاط مختلف را انجام بدهند . ضرورت پيدا مي كند اين مراكز به پست هاي فشار قوي مواجه مي باشندكه بستگي به سطح ولتاژ آنها . طراحي و شامل تجهيزات آنها از قبيل و سايل قطع و وصل ترانسفورماتورها . و سايل ارتباط دهنده و سيستم هاي حفاظتي پيچيده تر وبا اهميت تر مي گردد .