مقدمه:

از آنجایی که امروزه راه اندازی موتورهای الکتریکی یکی از مسائل و دغدغه های بزرگ کارخانه های صنعتی و شرکت های تولیدی و نیز تولید کنندگان نیروی برق و شرکت های وابسته میباشد در این پروژه به بررسی برخی از این راه اندازها می پردازیم و محاسن و معایب آنها را مورد بررسی علمی قرار میدهیم.

از دلایل اهمیت موضوع شوک های الکتریکی و مکانیکی شدیدی می باشد که در زمان راه اندازی به شبکه برق رسانی و موتور وارد و سبب استهلاک شدید دستگاه های موجود و بالا بردن هزینه های اقتصادی می شود . بنابراین استفاده از راه انداز های مناسب بخصوص در مورد موتورها با توان های بیش از چندین اسب بخار در کاهش هزینه های برق مصرفی و نیز هزینه های نگهداری و تعمیر تاثیر بسزایی دارد.

فهرست:

1 ) کلیات موتور آسنکرون سه فاز : ...................................................................1

1 - 1 ) ساختمان موتورهای القایی سه فاز :...................................................................2

1-1 - 1 ) استاتور : .................................................................................................2

1-1 - 2 ) رتور : .......................................................................................................3

1-1 -3 ) حلقه های لغزان : .....................................................................................4

1 - 1 -4 ) جاروبک ها : ...........................................................................................4

1 - 1- 5 ) یاتاقان و بدنه : ......................................................................................4

1 – 2 ) عملکرد موترهای القایی سه فاز : .......................................................................5

1 – 2 – 1 ) موتور ساکن .........................................................................................5

1 – 2 -2 ) مکانیزم تولید گشتاور در موتور القایی ( آسنکرون ) : ................9

1 – 2 – 3 ) موتور گردان : ....................................................................................14

1 – 2 – 4 ) موتور در شرایط ماندگار : .............................................................22

1 - 3 ) موتور فقس سنجابی : .......................................................................................25

2 ) انواع روشهای راه اندازی موتور القایی سه فاز: .....................................28

2 – 1 ) روش راه اندای مستقیم : ..................................................................................30

2 – 2 ) روش راه اندازی توسط افزایش مقاومت رتور : ..........................................31

2 – 2 – 1 ) موتورهای رتور سیم پیچی شده : ................................................31

2 – 2 – 2 ) Liquide starter : .........................................................................37

فهرست:

2 – 2 – 3 ) درایور راه اندای کرامی : .................................................................38

2 – 2 – 4 ) راه اندازی موتورهای قفس سنجابی با توجه

به جریان و مقاومت رتور : .............................................................40

الف – کلاس A : ................................................................................................40

ب – کلاس D : ...................................................................................................41

ج – کلاسهای C , B : .......................................................................................41

د – رتورهایی با میله های عمیق : .................................................................41

ه – موتورهای قفس سنجابی دوبل : ..............................................................42

2-3) انتخاب ولتاژ موتور :.............................................................................................43

2-3-1) راه اندازی موتور قفسه ای با کاهش ولتاژ استاتور :........................43

2-4 ) راه اندازی با استفاده از کلید ستاره مثلث : ....................................................46

2-5) روش کلاج گریز از مرکز :.....................................................................................49

2-6) پیک جریان حین راه اندازی :................................................................................50

2-7) دینامیک راه اندازی :..............................................................................................51

موتور با بار خالص : ...........................................................................................53

گرم شدن رتور : .....................................................................................................53

2-8) راه اندازی موتورهای بزرگ به کمک خازن :......................................................54

2-8-1) مشکل راه اندازی موتورهای القایی بزرگ : ........................................55

فهرست:

2-8-2) عملکرد یک سیستم راه اندازی خازنی :................................................56

3) راه اندازی تریستوری موتورهای القایی :..................................................57

مقدمه:...............................................................................................................................58

3-2 ( مدهای کنترل:.........................................................................................................62

3-2-1( کنترل راه اندازی:.....................................................................................63

3-2-2( کنترل شتاب راه اندازی:..........................................................................63

3-3) مشخصات راه اندازهای تریستوری:...................................................................67

3 -4( شرح مدارهای متداول راه اندازهای تریستوری:.............................................68

3- 5) مدار قدرت:...............................................................................................................68

3-5-1( معرفی تریستور:......................................................................................69

3-5-1-1) مدل دو ترانزیستوری تریستور:...............................................70

3-5-1-2) روش های روشن شدن تریستور:.............................................71

3-6) مدار فرمان:...............................................................................................................72

3-6-1) مدار آتش کننده:........................................................................................74

3-6-2 ) مدار تقویت کننده: ..................................................................................75

3-6-3) مزیت عمده راه اندازی موتور به شیوه تریستوری و

انتقال زاویه آتش:....................................................................................76

3-6-4 ) مدار خطای جریان:...................................................................................77

فهرست:

3-7) طراحی و بررسی مدارعملی و ساده راه انداز نرم موتور

آسنکرون (القایی):.................................................................................................77

3-7-1) کنترل:..........................................................................................................79

3-7-2) نوسانساز موج دندانه اره ای:................................................................84

3-7-3 ) کنترل زاویه آتش :..................................................................................86

3-7-4 ) مقایسه کننده:...........................................................................................88

3-7-5) ایزوله کننده مدار قدرت و مدار فرمان:................................................89

3-7-6) رلة اضافه ولتاژ و افت ولتاژ:.................................................................90

3-7-7) رلة اضافه جریان (Over Current) :.................................................92

3-8) نظام هماهنگ و :.....................................................................................93

3-8-1) لزوم استفاده از نظام ثابت:.............................................................95

3-8-2) توضیح دربارة PWM :.........................................................................97

3-8-3) مدارات اینورتر:......................................................................................100

3-8-4) رکتیفایرها:..............................................................................................102

3-9 ) مقایسه قیمت تمام شده انواع راه اندازها : .....................................................111

3-10) نتیجه : .................................................................................................................113

« بسم الله الرحمن الرحیم »

فصل اول :

« کلیات موتور آسنکرون سه فاز »

1 - 1 ) ساختمان موتورهای القایی سه فاز :

شکل ( 1-1 ) تصویر یک موتور القایی سه فاز و قطعات آن را نشان میدهد .

شکل ( 1-1)

1-1 - 1 ) استاتور :

هستۀ استاتور به صورت ورقه ورقه ( لایه لایه ) از جنس فولاد مرغوب ساخته می شوند و علت مورق بودن استاتور جلوگیری از جریان فوکو و تلفات ناشی از آن می باشد .

سطح داخلی استاتور حاوی شیارهای متعددی جهت سیم پیچ های سه فاز است .

شکل ( 2-1)

هر کلاف در دو شیار می نشیند و طول استوانه ها مقداری بیشتر از طول کلاف ها خواهند بود . سیم بندی استاتور به صورت مثلث و یا ستاره قابل تنظیم می باشد .

شکل ( 3-1)

1-1 - 2 ) رتور : هستۀ روتور نیز مورق ساخته شده ( لایه لایه ) و از جنس مواد فرو مغناطیسی مرغوب ساخته می شود سطح خارجی رتور همانند استاتور دارای شیارها یی است و هادی های رتور در آن جاسازی می شوند . رتور از نظر ساختمانی به دو نوع تقسیم می شوند :

1 – موتور سیم پیچی شده که درون شیارهای رتور میله های مسی یا آلومینیومی قرار میگیرد .

2 – موتور قفس سنجابی که درون شیارهای رتور میله های مسی یا آلومینیومی قرار می گیرد .

شکل ( 4-1)

باید دانست در رتور قفس سنجابی میله ها از دو سمت توسط حلقه های انتهایی به هم متصل یا به عبارت بهتر اتصال کوتاه شده اند . در رتور سیم پیچی شده در حقیقت یک اتصال کوتاه شده داریم .

1-1 -3 ) حلقه های لغزان :

کارخانه های سازنده سه پایۀ رتور را از درون به یکدیگر وصل کرده وهر سه پایانۀ دیگر را از ماشین خارج و به حلقه های لغزان بر روی محور رتور متصل می سازند .

شکل ( 5-1)

1 - 1 -4 ) جاروبک ها :

بر روی حلقه های لغزان جاروبک نصب شده که ساکن است و می توان از این طریق مقاومت رتور را تغییر داد .

1 - 1- 5 ) یاتاقان و بدنه :

شکل (6-1)

1 – 2 ) عملکرد موترهای القایی سه فاز :

شکل ( 7 – 1 ) یک موتور دو قطبی را نشان میدهد . در این دیاگرام فقط یک دسته هادی برای هر فاز نشان داده شده است . البته هر یک از اینها نشان دهنده یک سری سیم بندی در شیارهای مختلف است به طوریکه یک توزیع سینوسی از نیروی محرکه القایی در فاصله هوایی ایجاد شود می توان یک مدل الکتریکی برای موتورهای القایی ارائه داد .

شکل ( 7-1)

1 – 2 – 1 ) موتور ساکن :

اگر استاتور موتر شکل ( 7 – 1 ) بوسیلۀ یک منتبع سه فاز متقارن تحریک شود آنگاه یک میدان گردان در فاصلۀ هوایی ایجاد خواهد شد . این میدان گردان از هادی های رتور عبور کرده و در آنها ولتاژ القا می کند این ولتاژها سینوسی هستند و با هم اختلاف فاز دارند . بنابراین اگر موتور ساکن باشد به سادگی یک ترانسفورماتور عمل می کند . ممکن است فرض شود سیم بندی استاتور و رتور هر دو ستاره باشند بدون اینکه توجه به واقعیت آنها بشود . چون موتور شبیه به ترانسفور ماتور سه فاز عمل می کند می توانیم مدار معادل یک فاز آن را بکشیم .

شکل ( 8 – 1 ) مدار معادل تک فاز را نشان می دهد .

شکل (8-1)

فرض کنید سیم پیچ رتور مدار باز باشد و یک شبکه سه فاز متقارن استاتور را با فرکانس w_s تغذیه کند . ولتاژ فاز آن برابر V_a باشد . جریان متنجه I_a و دیگر جریان های منتجه در فازهای دیگر یک میدان گردان در فاصلۀ هوایی ایجاد می کنند که باعث ایجاد ولتاژ القایی E_ma در فاز a می شود . مقداری فلوی پراکنده نیز هست که آن را به صورت _lsدر مدار نشان می دهند که یک افت ولتاژ القایی در مدار ایجاد می کند . بعلاوه به دلیل وجود مقاومت سیم پیچ یک افت ولتاژ اهی نیز خواهیم داشت که در مدار به صورت مقاومت R_s نشان داده شده است .

هنگامی که رتور مدار باز باشد در ترانسفور ماتور ایده ال جریان نداریم بنابر این I_a همان جریان مغناطیس کنندگی I_ma می باشد . میدان گردان ولتاژ القایی E_ma را در فاز a ایجاد می کند ضمناً در اثر همین میدان گردان ولتاژ E_ma نیز در رتور القا خواهد شد .

بنابر این :

(1-1)
اما به دلیل وجود زاویۀ بین استاتورور تور مطابق شکل بین ولتاژها اختلاف فاز به وجود خواهد آمد ولتاژهای القایی استاتورور تور در یک زمان به مقدار پیک نمی رسند بلکه زمانی به اندازۀ طول می کشد . بنابر این نسبت ولتاژهای استاتور ورتور مطابق رابطۀ زیر می باشد .

(2-1)
اگر با متعادل به رتور و صل شود و استاتور با شبکه سه فاز متعادل تغذیه شود آنگاه جریان های متعادل با فرکانس W_r = Ws در رتور خواهیم داشت و معادلات آنها به صورت زیر می باشد .

(3-1)

این جریان ها باعث ایجاد یک میدان گردان می شوند .

(4-1)

اما چون W_r = W_s می باشد .

(5-1)

(6-1)
در یک ترانسفور ماتور تک فاز نیروی محرکۀ مغناطیسی تولید شده توسط ثانویه با نیروی محرکۀ مغناطییبی مؤلفۀ بار اولیه I₂ مساوی و مخالف می باشد .

(7-1)

در یک موتور سه فاز ساکن مانند یک ترانسفورماتور سه فاز عمل می شود . نیروی محرکۀ مغناطیسی که توسط جریان های فاز I_c , I_b , I_a جریان های استاتور از زابطۀ زیر محاسبه می شوند .

(8-1)

و همچنین :

(9-1)

میدان گردانی با معادلۀ زیر در فاصلۀ هوایی ایجاد می شود .

(10-1)

(11-1)

اگر میدانهای گردان در رابطۀ ( 10-1 ) و ( 5-1 ) با هم برابر باشند .

(12-1)
(13-1)

این حالت در شکل ( 9 - 1 ) نشان داده شده است . جهت جریان ها در سیم پیچ ها ، در یک لحظۀ بخصوص مشخص شده است .

شکل (9-1)

ولتاژ القایی هادی های استاتورو رتور در یک جهت می باشند این مسئله قابل پیش بینی بود . چون آنها توسط یک میدان گردان ایجاد شده اند اما همانطور که در شکل ( 9 - 1 )

مشخص است جریانهای استاتور ورتور مخالف هم می باشند .

برای راحتی جریانهای فاز i_A , i_a در معادلات ( 3-1 ) و ( 9-1 ) نسبت به فاز تعریف می شود .

(14-1)

(15-1)
بنابراین :

(16-1)
با استفاده از معادلات ( 12-1 ) و ( 13-1 ) و ( 16-1 ) داریم:

(17-1)
معادلۀ ( 17-1 ) نسبت جریان ترانسفور ماتور ایده آل شکل ( 8-1 ) را نشان می دهد . نسبت امپدانس ترانسفورماتور ایده آل با استفاده از رابطه ( 17-1 ) و ( 2-1 ) بدست می آید .

(18-1)

قدرت ورودی به یک فاز ترانسفورماتور ایده آل در اولیه با قدرت خروجی آن فاز در ثانویه برابر خواهد بود .

(19-1)

1 – 2 -2 ) مکانیزم تولید گشتاور در موتور القایی ( آسنکرون ) :

محاسبات قبل توانایی آن را می د هد که عملکرد موتر آسنکرون را پیشگویی کنیم . با یک دید فیزیکی به مسئله یادگیری ما افزایش می یابد . شباهتها و تفاوت ها را با ماشین های الکتریکی دیگر بهت ر تشخیص می دهیم . یک مدل ساده که در آن مقاومت و راکتانس پراکندگی استاتور صرف نظر شده است . در شکل ( 10-1 ) نشان داده شد ه است .

شکل نشان دهندۀ حالت یک فاز می باشد .

شکل (10-1)

دو فاز دیگر به صورتی که t متغییرها اختلاف فاز دارند و سیفت پیدا می کنند قابل کشیدن هستند ( نسبت به a در استاتور و A در رتور ) . جریانهای I_A , I_B , I_C در رتور تولید یک میدان گردان می کنند که درفاصلۀ هوایی می چرخد .

جریان نیز تولید میدان گردان می کنند که مطابق با قانون آمپر این دو میدان باید برابر و مخالف یکدیگر باشند . در یک ماشین ایده آل نیروی محرکۀ منتجه صفر است .

(20-1)

ولی در یک ماشین واقعی دو میدان یکدیگر را خنثی نمی کنند . منتجۀ دو میدان در واقع میدانی است که توسط جریانهای مغناطیس کنندۀ سه فاز تولید شده اند جریان استاتور در فاز a از رابطۀ زیر بدست می آید .

(21-1)
مؤلفه های مغناطیس کنندۀ جریان های استاتور تولید میدان گردان در فاصله هوایی می کنند . این میدان ولتاژهای القایی E_ma , E_mb , E_mc را در استاتور ایجاد می کند . در مدار شکل ( 10-1 ) مقدار ولتاژ القایی در فاز a

(22-1)

اگر رتور هم جهت و هم سرعت با میدان گردان حرکت کند لغزش صفر می شود (S=0) و ولتاژ القایی در فاز A رتور

(23-1)

می باشد . در این شرایط هر دو صفر می باشند . جریان فاز a استاتور هان جریان مغناطیس کنندگی I_ma می باشد این جریان نسبت به ولتاژ V_a مقدار 90 درجه اختلاف فاز دارد و پس فاز می باشد .

حالا شرایطی را در نظرمی گیریم که رتور با سرعت کمتر از سرعت سنکرون دوران کند. بنابر این می باشد و ولتاژ القایی E_ma در رتور ایجاد می شود که جریانی در رتور با فرکانس W_r = SW_s ایجاد می کند . مقدار جریان برابر مقدار زیر

(24-1)

می باشد . مؤلفۀ جریان قدرت در مدار استاتور

(25-1)

جریان نسبت به ولتاژ القایی پس فاز است همانقدر که نسبت به پس فاز می باشد . مقدار زاویه برابر

(26-1)

دیاگرام فازی معادلۀ ( 21-1 ) در شکل ( 10-1 ) b نشان داده شده است . یک میدان گردان متناظر با این دیاگرام در شکل ( 10-1 ) c نشان داده شده است .

در لحظه ای که I_ma مقدار ماکزیمم خود را دارد به صورت عمود رو به پایین می باشد . بردارها در شکل ( 10-1 ) d نشان داده شده است .

میدان گردان استاتور منتاسب با جریان می باشند و وقفۀ هم نام نسبت به دارد که اندازۀ آن همان زاویه بین می باشد . میدان گردان مؤلفه جریان های قدرت را میتوان از دیاگرام فازی بدست آورد . اما میدان گردان ناشی از جریان های رتور I_A , I_B , I_C به صورت در شکل نمایش داده شده است . از شکل d(10-1)

(27-1)

گشتاور تولیدی در اثر میدان گردان مطابق رابطۀ زیر می باشد .

(28-1)

زاویه ای است که از محور استاتور به محور رتور اندازه گیری می شود . شکل ( 10-1 ) d حالت موتوری را نشان می دهد .

با افزایش لغزش s ولتاژ القایی E_ma افزایش می یابد . جریان رتور I_A و میدان گردان نیز افزایش پیدا می کند . جریان استاتور زیاد می شود تا میدان گردان زیاد شده و در نتیجه برآیند دو میدان ومیدان گردان با مقدار ثابتی باشد F_mg . با افزایش لغزش و افزایش می یابند و افزایش آنها طوری است که sin کاهش می یابد . تغییرات گشتاور سرعت را با استفاده از دیاگرام ( 11-1 ) بهتر می توان مشخص کرد .

شکل (11-1)

(29-1)

با جایگزینی در رابطۀ زیر داریم:

(30-1)

معادلۀ ( 22-1 ) نشان می دهد . E_ma ثابت است . بنابر این نیز ثابت خواهد بود . در لغزش کم از معادلۀ ( 26 - 1 ) نتیجه می شود است . در شکل

( 10-1 ) d تقریباً عمود بر می باشد . با افزایش لغزش با نسبت کمتری افزایش می یابد . زیرا راکتانس اثر القایی از خود نشان میدهد . زاویه نیز افزایش می یابد . بنابر این افزایش گشتاور منتاسب با افزایش لغزش نیست . در لغزش زیاد از معادلات ( 23-1 ) و ( 24-1 ) داریم :

(31-1)

با افزایش لغزش ، به سمت یک مقدار ثابت میل می کند . ولی بسمت صفر میل می کند . کل تغییرات با استفاده از معادله ( 30 -1 ) قابل بیان می باشد . در لغزش زیاد با هم زاویۀ حدود درجه می سازد .

با افزایش لغزش ابتدا گشتاور زیاد می شود اما بعد از رسیدن به یک مقدار ماکزیمم شروع به کاهش می کند .

با استفاده از شکل ( 10-1 ) دیده می شود قدرت ورودی به هر فاز برابر مقدار زیر

(32-1)

می باشد . با جایگزیین در معادلۀ ( 30-1 ) گشتاور توسعه یافته در ماشین P = 2 قطبی بدست می آید .

(33-1)

این معادله را می توان با معادلۀ ( 30-1 ) مقایسه کرد . متناسب با می باشد و متناسب با می باشد .

بحثهای بالا بطریق مشابه می توانند در مورد ژنراتور آسنکرون ربع دوم شکل ( 17-1 ) تکرار شود .

1 – 2 – 3 ) موتور گردان :

در موتور گردان اندکتانس و مقاومت عوض نمی شود . اما رابطه ولتاژ القایی اولیه و ثاونویه ( استاتور و رتور ) تغییر خواهد کرد . فرکانس نیروی محرکه القایی رتور از رابطه زیر تعیین می شود .

(34-1)
این سرعت ها اگر بر حسب زاویۀ الکتریکی باشند برای موتورهای چند قطبی صادق هستند در غیر این صورت معادله زیر نوشته می شود که معادله بر حسب سرعت زاویه ای مکانیکی می باشد .

(35-1)

مدار معادل موتور گردان در شکل ( 12-1 ) نشان داده شده است . رتور ممکن است اتصال کوتاه در نظر گرفته شود و امپدانس Z_A فقط شامل مقاومت رتور و امپدانس پراکندگی باشد . شرط انیکه ماشین اندوکسیدنی در حالت موتر کار کند .

(36-1)

بنابراین رتور باید از میدان گردان آهسته تر دوران کند . تعریف لغزش از رابطه زیر مشخص می شود .

(37-1)

این عامل در نیروی محرکه القایی ، امپدانس ، نسبت توان موتور القایی مؤثر واقع می شود .

رابطۀ ولتاژ القایی رتور و استاتور مطابق رابطۀ زیر می باشد .

(38-1)

شکل (12-1)

(39-1)

نسبت جریان دقیقاً همانند حالت قبل است .

(40-1)

اما نسبت امپدانس مطابق رابطۀ زیر می باشد .

(41-1)

از معادلۀ ( 16- 1 ) و نسبت فرکانس بین دو قسمت مدار معادل مشخص می شود که ترانسفورماتور ایده آل در مدار معادل موتور ساکن با وسیلۀ دیگری عوض شده است که خصوصیات بیشتری از القای ولتاژ و تبدیل ولتاژ جریان می باشد . به طور مشخص یک تبدیل فرکانس صورت گرفته است .

(42-1)

به این فرکانس معمولاً فرکانس لغزش می گویند .

با صرف نظر از اینکه تلقات هستۀ استاتور توان جذب شده توسط فاز a مقدار زیر

(43-1)

می باشد وتوان جذب شده سه فاز مطابق رابطۀ زیر می باشد .

(44-1)
به این توان معمولاً توان فاصلۀ هوایی می گویند . توان تلف شده در رتور

(45-1)

با استفاده از رابطۀ ( 39-1 ) و ( 40-1 ) رابطه زیر بدست می آید .

(46-1)
(47-1)

از توان توسعه یافته در فاصلۀ هوایی نقطه به نسبت S تبدیل به تلفات در رتور می شود . بنابراین بقیه در فاصلۀ هوایی تبدیل به توان مکانیکی می شود .

(48-1)

با استفاده از معادلۀ ( 37-1 ) داریم :

(49-1)

با جایگزینی در معادلۀ ( 48-1 ) داریم :

(50-1)

ماشین سه فاز ایده آل در شکل ( 12-1 ) قدرت مکانیکی ار به صورت گشتاور سرعت بار مکانیکی تحویل می دهد .

(51-1)

(52-1)

بنابراین گشتاور از تقسیم قدرت توسعه یافته در فاصلۀ هوایی بر سرعت دوران زاویه ای بدست می آید در شرایط ماندگار قدرت جذب شده توسط استاتور ثابت می باشد . تلفات در رتور ماشین هم ثابت می باشد . بنابراین قدرت مکانیکی توسعه یافته روی رتور نیز ثابت می باشد . در هنگام بی باری موتور آسنکرون با لغزش ناچیز دوران می کند . هنگامی که بار مکانیکی به موتور تحمیل می شود سرعت دوران کم می شود بنابر این لغزش و فرکانس رتور ، جریان رتور ، وگشتاور توسعه یافته افزایش می یابد تا زمانی که گشتاور توسعه یافته و گشتاور خارجی با هم برابر می شوند .

اگر رتور با سرعت بیشتر ا سرعت سنگرون دوران کند لغزش منفی می شود. جهت ولتاژ القایی در رتور معکوس می شود . جریان رتور نیز معکوس می شود . گشتاور داخلی با گردش محور موتور مخالفت می کند . بنابراین در سرعت های بالاتر از سرعت سنکرون شبیه به ژنراتور عمل می کند و اگر به شبکۀ AC در موتور اندکسیدنی با رتور اتصال کوتاه شده مقدار کمی نیروی محرکۀ القایی لازم است تا جریان نامی رتور و گشتاور نامی را ایجاد کند . بنابر این لغزش کمی مورد نیاز است . سرعت تقریباً ثابت است و با افزایش بار خیلی کم افت می کند . قابلیت راه اندازی موتور القایی نیز خوب می باشد . این خصوصیات باعث شده است . تا درجاهایی که کنترل سرعت مطرح نباشد کاربرد خوبی داشته باشد .

این موتور ساده و ارزان است و به همین دلیل کاربرد وسیعی دارد . رتور و استاتور آن برای کاهش تلفات فوکو ورقه ورقه شده است . برای کاهش جریان مغناطیس کنندگی فاصلۀ هوایی را تاحد امکان کاهش می دهند .

رتور در دو نوع سیم بندی شده و قفس سنجابی ساخته می شود . سیم پیچیی هم به صورت مثلث و هم ستاره است هر چند معمولاً یکی از استاتور یا رتور را به صورت مثلث می بندند .

اگر ترمینال های مدار معادل ( 12-1 ) را اتصال کوتاه کنند پارامترهای رتور را به طرف استاتور انتقال دهند مدار معادل ( 13-1 ) بدست می آید . امپدانس رتور بوسیلۀ معادلۀ

( 27-1 ) بدست می آید .

(53-1)

(54-1)

(55-1)

(56-1)

اختلاف پتانسیل اعمال شده به رتور E_ma می باشد و جریان مطابق رابطه ( 40-1 ) بر حسب جریان I_A بدست می آید با این مراحل انجام شده قسمت ایده آل ماشین حذف می شود و این مسئله دو نتیجه دارد . تمامی مدار با فرکانس w_s کار میکند و خروجی Pamech حذف شده است . ولی P_ma توان ورودی به فاصلۀ هوایی تغییر نکرده است . این توان به دو قسمت Pamech توان مکانیکی و P_mA تلفات رتور تقسیم می شود که اکنون در به مصرف می رسد .

(57-1)

از معادلات ( 53-1 ) و ( 38-1 ) داریم :

(58-1)

بنابراین اولین عبارت سمت راست معادلۀ ( 57-1 ) نشان دهندۀ تلفات مسی در رتور می باشد . با استفاده از قانون بقا انرژی قسمت دوم باید توان مکانیکی توسعه یافته یک فاز باشد .

(59-1)

بنابراین مقاومت به دو مقاومت سری تقسیم می شود که اولی تبدیل به توان مکانیکی یک فاز و دومی نشان دهندۀ مقاومت روتور می باشد .

شکل ( 13-1)

مدار دو حلقه ای شکل ( 13-1 ) برای بیان کردن گشتاور داخلی بر حسب متغیرهای ما مشکل است هر چند با انجام تقریباتی می توان دقت را در حد خوبی حفظ کرد بنابر این راکتانس مغناطیس کننده W_sL_ms به طرف ترمینال منتقل می شود و باقی پارامترها در

معادلۀ ( 60-1 ) بیان شده است .

(60-1)

شکل ( 14-1)

شکل ( 14-1 ) مدار معادل تقریبی بود .

باید توجه داشته باشیم که این مدار معادل با صرفه نظر کردن ازچند پارامتر بدست آمده ودقیق نیست. البته برای هماهنگ شدن محاسبات استاندارد IEEE ( انجمن مهندسین برق و الکترونیک آمریکا ) نی زمدار معادل هایی پیشنهاد نموده اند که در شکل ( 15-1 ) می بینیم .

شکل ( 15-1)

برای سهولت در انجام محاسبات در مدار IEEE بهتر است از روش تونن استفاده گردد به عبارت دیگر بجای استفاده از پارامترهای مختلف می توان از X_th , R_th , V_th استفاده نمود .

شکل (16-1)

1 – 2 – 4 ) موتور در شرایط ماندگار :

در مدار معادل جدید روابط به صورت زیر نوشته می شوند .

(61-1)

(62-1)

رابطه بین گشتاور داخلی و سرعت مکانیکی با استفاده از شکل ( 13-1 ) بدست می آید . از معادلۀ ( 61-1 ) داریم:

(63-1)

و از معادلۀ ( 52-1 ) نیز داریم:

(64-1)

از شکل ( 14-1 ) داریم :

(65-1)

با جایگزینی معادلات ( 63-1 ) و (65-1 ) در معادلۀ ( 64-1 ) داریم :

(66-1)

رابطۀ بین لغزش و گشتاور و یا سرعت – گشتاور از معادلۀ ( 66-1 ) قابل محاسبه می باشد در سرعت حدود سرعت سنکرون ، لغزش به سمت صفر میل می کند . بنابراین رابطه به صورت زیر نوشته می شود .

(67-1)

(68-1)
بنابراین در نزدیکی سرعت سنکرون گشتاور و جریان نسبت خطی با لغزش دارد . در شکل( 17-1 ) با خط چین نشان داده شده است . در ولتاژ ثابت در رابطه گشتاور فقط تابعی از لغزش می باشد می توان لغزشی را که در آن گشتاورماکزیمم می شود با مشتق گرفتن از رابطه و برابر صفر قرار دادن آن محاسبه کرد .

(69-1)

با جایگزین کردن در رابطه مقدار گشتاور ماکزیمم

(70-1)

این به گشتاوور شکست نیز نامیده می شود . اگر مقدار لغزش منفی در رابطه قرار داده شود ماکزیمم گشتاور منفی یا ژنراتوری بدست می آید .

(71-1)

بنابراین اما در ماشین های بزرگ

(72-1)

معادله نشان میدهد گشتاور ماکزیمم به وسیلۀ راکتانس X_L محدود می شود و ازمقاومت رتور مستقل می باشد .

شکل ( 17-1)

در لغزش زیاد و معادلۀ ( 66-1) با تقریب به معادلۀ زیر تبدیل می شود

(73-1)

گشتاور با معکوس لغزش متناسب است . منحنی به وسیلۀ خط چین در شکل نشان داده شده است . با قرار دادن S = 1 در معادله گشتاور راه اندازی بدست می آید .

(74-1)

در موتورهای القایی با ربور سیم پیچی شدۀ استاندارد :

(75-1)

(76-1)

T_FL گشتاور نامی در بار نامی موتور می باشد .

1 - 3 ) موتور فقس سنجابی:

در مواردی که راه اندازی زیاد انجام می شود و گشتاور راه اندازی لازمه زیاد باشد از موتور با رتور سیم بندی شده با مقاومت خارجی استفاده می شود . اگر به کنترل سرعت و کار در سرعت پایین نیاز نباشد در این صورت ازموتور فقس سنجابی استفاده می شود .

موتور فقس سنجابی به گروه های مختلفی تقسیم می شوند که این تقسیم بندی بیشتر به نوع ساختار رتور مربوط می باشد . مشخصۀ گشتاور سرعت در شکل ( 18-1 ) و جدول ( 1-1 ) آمده است . مشخصات در جدول برای موتور 110 اسب ، 230 ولت می باشد . و این اعداد با عوض شدن مقادیر نامی تغییر می کنند . گشتاور ماکزیمم برای موتور با رتور سیم پیچی شده 2.25 برابر گشتاور بار نامی می باشد .

معمولاً موتورهای قفسه ای برای راه اندازی مستقیم به شبکه وصل می شوند و در این حالت تغذیه باید مداری باشد که در جریان راه اندازی ولتاژ ترمینالهای موتور خیلی افت نکند .

فهرست مطالب

عنوان صفحه

بخش اول : نحوه تأمین انرژی و عملکرد خودروی برقی

مقدمه............................................ 2

فصل اول: خصوصیات خودرو برقی

1-1 تعریف خودرو برقی............................. 3

1-2 تاریخچه تولید خودرو برقی..................... 4

1-3 انواع موتورهای الکتریکی و مقایسه آن.......... 6

1-3-1 موتورهای الکتریکی جریان مستقیم............. 7

1-3-2 موتورهای الکتریکی جریان متناوب............. 8

1-4 باتری های قابل استفاده در خودروی برقی........ 10

1-5 سیستم های تولید و انتقال نیروبرای خودرو های الکتریکی تولید انبوه................................................. 15

1-5-1 خودرو برقی با موتورجریان مستقیم dc ........ 17

1-5-2 خودروی برقی با موتورجریان متناوب ac ....... 19

1-5-3 خودروهای دو منظوره......................... 21

1-6 مشکلات تحقیقاتی و نتیجه گیری.................. 24

فصل دوم: سیستم انتقال قدرت و محاسبه توان مورد نیاز

2-1 تأثیر وزن در خودروی برقی..................... 25

2-1-1 تأثیر وزن بر شتاب.......................... 26

2-1-2 تأثیر وزن در شیب ها........................ 26

2-1-3 تأثیر وزن بر سرعت.......................... 27

2-1-4 تأثیر وزن بر مسافت طی شده.................. 27

2-1-5 توزیع وزن.................................. 27

2-2 نیروی مقاومت هوا............................. 28

2-3رانندگی در جاده............................... 31

2-3-1 توجه به تایر های خودرو..................... 32

2-3-2 محاسبه نیروی مقاومت غلتشی یک خودرو......... 34

2-4 تجهیزات انتقال قدرت.......................... 34

2-4-1 سیستم های انتقال قدرت...................... 35

2-4-2 تفاوت مشخصات موتور الکتریکی وموتور احتراقی 36

2-4-3 بررسی دنده ها.............................. 39

2-4-4 جعبه دنده اتوماتیک و دستی.................. 40

2-4-5 سیستم های انتقال قدرت و سیال های سبک یا سنگین برای روان کاری................................................. 40

2-5 مشخصات خودروهای برقی......................... 42

2-5-1 توان و گشتاور.............................. 43

2-5-2 محاسبه گشتاور لازم خودرو.................... 46

2-5-3 محاسبه گشتاور خروجی موتور.................. 46

2-5-4 مقایسه منحنی های گشتاور لازم وگشتاورخروجی موتور 47

فصل سوم: طراحی سیستم انتقال قدرت پیکان برقی تبدیلی

3-1مشخصات کلی خودروی درون شهری پیکان برقی........ 49

3-1-1 شتابگیری مناسب............................. 49

3-1-2 سرعت میانگین پیشینه........................ 49

3-1-3 تأثیر شیب.................................. 50

3-1-4 برد........................................ 50

3-2 محاسبه توان مورد نیاز خودرو.................. 50

3-2-1 محاسبه نیروی شتابگیری...................... 51

3-2-2 نیروی حرکت در شیب.......................... 53

3-2-3 نیروی مقاومت غلتشی......................... 53

3-2-4 نیروی مقاومت هوا........................... 53

3-2-5 نیروی مقاومت وزش باد....................... 54

3-2-6 رسم منحنی گشتاور و توان.................... 54

3-3 طراحی قطعات مورد نیاز سیستم انتقال قدرت...... 58

3-3-1 فلایول...................................... 58

3-3-2 بوش نگهدارنده فلایول........................ 61

3-3-3 محاسبه فلنج پوسته.......................... 63

3-3-4 طراحی شاسی زیر موتور....................... 64

بخش دوم: نحوه تأمین انرژی و عملکرد خودروی خورشیدی

مقدمه............................................ 68

فصل اول : سلولهای خورشیدی

1-1 توضیحات کلی.................................. 72

2-1 بازدهی سلول.................................. 73

3-1 انواع سلولهای سیلیکونی....................... 73

4-1 فناوریهای تولید.............................. 74

1-4-1 Screen printed................................ 74

5-1 مکانیزم کارکرد سلولهای خورشیدی............... 74

1-5-1 نحوه کارکردن سلولهای خورشیدی(فتوولتاییکpv). 74

2-5-1 سیلیکون در سلولهای خورشیدی................. 76

3-5-1هنگامی که نور به سلولهای خورشیدی برخورد می کند 80

فصل دوم: طراحی بدنه و شاسی

1-2 مقدمه........................................ 81

2-2 بارهای وارده به شاسی......................... 83

1-2-2 بارهای استاتیکی............................ 83

2-2-2 بارهای دینامیکی(مربوط به سیستم تعلیق)...... 83

3-2-2 نیاز مندیها................................ 83

4-2-2 انواع شاسیها............................... 84

5-2-2 فرم فضایی.................................. 84

6-2-2 مواد به کار رفته در شاسیها................. 85

7-2-2 مونوکوکهای کامپوزیتی....................... 86

8-2-2 جای راننده................................. 86

فصل سوم: ناحیه خورشیدی

1-3 مقدمه........................................ 87

2-3 بررسی عوامل گوناگون.......................... 87

1-2-3 خنک نگهداشتن ناحیه......................... 87

2-2-3 چیدن سلولها................................ 87

3-2-3 اتصال داخلی سلولها......................... 88

4-2-3 پوششها..................................... 88

3-3 حفاظ سلولها.................................. 88

1-3-3 فناوریها................................... 89

4-3 تکسچرد کردن و ضد انعکاس کردن پوشش AR ....... 89

5-3 طراحی ناحیه سلولهای خورشیدی و زیر ساخت آن برای یک مدل کوچکتر 90

1-5-3 وضعیت الکتریکی ناحیه پانل خورشیدی.......... 93

2-5-3 نکات استنتاجی.............................. 96

6-3 نتایج بدست آمده برای یک نمونه ناحیه خورشیدی.. 96

1-6-3 مشخصات ناحیه............................... 96

فصل چهارم: تحلیل آیرودینامیکی

1-4 مقدمه........................................ 97

2-4 طراحی پیکره اصلی............................. 97

1-2-4 قوانین مسابقه.............................. 97

3-4 نحوه طراحی با توجه به قوانین مسابقه.......... 97

4-4 نحوه طراحی برای دراگ پایین................... 99

5-4 نحوه طراحی برای یک پایداری مناسب........... 101

6-4 نیازهای اضافی توان خورشیدی................. 102

7-4 نحوه طراحی ناحیه خورشیدی................... 103

8-4 ساختن شکل اصلی به صورت تجربی............... 106

9-4 تحلیل طراحی................................ 106

10-4 خواندن نقشه ها برای CFD................... 107

11-4 نتایج CFD................................. 108

12-4 طراحی دوباره براساس CFD................... 110

13-4 نتایج CFD از تحلیل دوم.................... 110

14-4 نتایج بدست آمده در مورد شکل و ترکیب بدنه.. 110

فصل پنجم : سیستم های مکانیکی

1-5 مقدمه...................................... 112

2-5 سیستم رانش ................................ 114

1-2-5 بررسی عملکرد سیستم رانش.................. 115

2-2-5 انواع مکانیزمها.......................... 115

3-2-5 انواع سیستمهای انتقال قدرت............... 117

3-5 سیستم تعلیق ............................... 118

1-3-5 معایب.................................... 118

2-3-5 مزایا.................................... 118

3-3-5 رفتارهای دلخواه از تعلیق................. 119

4-3-5 اجزا..................................... 119

5-3-5 انواع سیستم تعلیق........................ 119

4-5 ترمزها..................................... 121

1-4-5 انواع ترمزها............................. 121

2-4-5 مشکلات.................................... 122

3-4-5 توضیح.................................... 122

5-5 چرخ ها و تایرها ........................... 122

1-5-5 انواع چرخها.............................. 122

2-5-5 تایرها................................... 124

3-5-5 تأثیر عوامل مختلف بر مقاومت غلتش تایرها.. 124

فصل ششم : موتور

1-6 انواع موتور ............................... 126

1-1-6 القاییAC................................. 126

2-1-6 مقاومت متغیر............................. 126

3-1-6 DC جارو بک شده........................... 126

4-1-6 DC بدون جاروبک........................... 127

5-1-6 موتورهای چرخ............................. 127

غزال ایرانی ................................... 128

چکیده غیر فارسی ............................... 139

منابع ......................................... 140

چکیده :

این پروژه بر اساس تحقیق و طراحی یکی از برنامه های اصلی صنعت در چند ساله اخیر در مورد خودروهای برقی تهیه و تدوین شده است واین پروژه به بررسی سیستم انتقال قدرت در خودروهای برقی و مقایسه آن با سیستم انتقال قدرت در خودروهای احتراق داخلی می پردازد .

سالهای ابتدایی ساخت خودروهای برقی به سال 1900 میلادی بر می گردد که در آن زمان از یک طرف به علت مشکلاتی که موتورهای الکتریکی دارا بودند و از طرف دیگر اکتشاف جدید نفت و تولید فراوان آن در پیشرفت چشمگیر موتورهای احتراق داخلی ساخت این خودروها مورد توجه قرار نمی گرفت . ولی با به وجود آمدن جنگهای جهانی و کشمکش های بر سرنفت باعث شد این ماده ارزش بیشتری پیدا کند و توجه ها بیشتر به خودروهای برقی جذب شود و این بود که از سال 1990 میلادی تولید خودروهای برقی به طور جدی تری مورد توجه قرار گرفت .

در خودروهای برقی سیستم تأمین قدرت شامل یک موتور الکتریکی ، کنترلر ، باتریها و شارژر آن می باشد مجموعه محرک برقی خودروی برقی وظیفه دارد جریان مستقیم تولید شده توسط باتری را به انرژی مکانیکی تبدیل نماید که منظور از مجموعه محرک کلیه قطعاتی است که جریان مستقیم باتری ها را به نیروی کششی و گشتاور لازم برای حرکت چرخها تبدیل می کنند از مهمترین ویژگیهای خودروی برقی برد و قدرت حرکت (‌شتاب ، سرعت ، شیب روی ، و بارگیری و انعطاف پذیری) و مدت شارژ و قیمت بالای باتریها در اغلب خودروهای برقی موجود مجموعه محرک است .

بخش اول:

نحوة تأمین انرژی و عملکرد خودروی برقی

مقدمه :

به علت پیشرفت روز افزون صنعت خودرو و تولید انبوه خودروهای احتراق داخلی که مشکلات گوناگونی از قبیل آلودگی هوا بوجود می آورد و نیز محدود بودن ذخایر سوخت فسیلی و گران بودن آن تحقیق و طراحی در مورد خودروهای برقی به یکی از برنامه های اصلی صنعت خودرو مخصوصاً در کشورهای پیشرفته اروپایی و آمریکایی بدل شده است ایران نیز در چند ساله اخیر تحقیقاتی در این زمینه انجام داده است شرکتهای ایران خودرو، سایپا و کیش خودرو تحقیقات در این زمینه را ادامه می دهند این تحقیقات به تولید نمونه هایی در شرکتهای ایران خودرو و سایپا منجر شده که در نمایشگاههای خودرو به معرض دید عموم قرار گرفته است شرکت کیش خودرو نیز در حال ساخت خودرو برقی نمونه می باشد.

این پروژه به بررسی سیستم انتقال قدرت در خودروهای برقی و مقایسه آن با سیستم انتقال قدرت در خودروهای احتراق داخلی می پردازد.

فصل اول : خصوصیات خودروی برقی

در این فصل پس ازمعرفی و تعریف خودروی برقی و شرح مختصری در مورد تاریخچه خودرو برقی به بررسی مزیتهای این نوع خودرو می پردازیم ابتدا مزیت خودروی برقی از نظر نوع انرژی و سپس مزیت تجهیزات الکتریکی مورد استفاده و مشکلات موجود در خودروی برقی می پردازیم .

1-1- تعریف خودروی برقی

در یک خودروی برقی مجموعه محرک برقی آن وظیفه دارد جریان مستقیم تولید شده توسط باتری را به انرژی مکانیکی تبدیل نماید منظور از مجموعه محرک کلیه قطعاتی است که جریان مستقیم باتریها را به نیروی کششی و گشتاور لازم برای حرکت چرخها تبدیل می کنند مهمترین ویژگی خودروهای برقی عبارتند از : برد و قدرت حرکت (شتاب ، سرعت ، شیب روی و بارگیری و انعطاف پذیری ) و مدت شارژ و قیمت بالای باتریها ، در اغلب خودروهای برقی موجود مجموعه محرک تشکیل شده است از کنترلر (عضو تنظیم کننده) ، موتور الکتریکی ، جعبه دنده با نسبت کاهنده روی اکسل ها و جعبه تقسیم برای دو یا چهارچرخ ، راه حل های دیگر نیز بکار رفته اند بطور مثال دو موتور همراه با جعبه دنده و یا بدون جعبه دنده . مجموعه محرک باید خواسته های متعدد و متنوعی را برآورده کند که از آنها بعنوان معیار برای ارزیابی و مقایسه راه حل های مختلف استفاده می شود بطور مثال برخی از مهمترین این معیارها عبارتنداز :

- کاربری ساده

- راندمان بالا

- هزینه پایین

- اطمینان بالا

- عدم نیاز به سرویس و نگهداری

- وزن کم

- حجم ساختمانی کم

باید توجه داشت که نمی توان همه این معیارها را به خوبی در یک مجموعه محرک جمع نمود بطوریکه عموماً راندمان بالا با هزینه پایین متضادند علاوه براین بایستی توجه داشت که انواع خودروهای مختلف مراکز خواسته ها را تعریف می کنند بطور مثال در خودروی باری برقی حجم ساختمانی نقش کم اهمیت تری پیدا می کند.

1-2- تاریخچه تولید خودروی برقی و مزیت آن نسبت به خودرو احتراقی خودروی برقی از حدود سال 1900 میلادی تولید می شده است و تا سال 1915 روند تولید افزایش نسبتاً خوبی داشته است به دلیل مشکلاتی که موتورهای الکتریکی داشتند تولید خودرو برقی مورد استقبال قرار نگرفت اکتشافات جدید نفت و تولید فراوان آن همچنین پیشرفت چشمگیر موتورهای احتراق داخلی سالهای 1915 الی 1990 را در انحصار خودروهای با موتور احتراقی در آورد . بروز جنگهای جهانی ، جنگها و کشمکش هایی که نفت موضوع اصلی یا مورد استفاده آنها بود باعث شد که به ارزش واقعی این ماده پی برده شود و قیمت آن افزایش یابد اکنون که منابع جدید و قابل توجه نفت کشف نشده است و پیش بینی می شود ذخائر نفت به اتمام برسد، کشورهای صنعتی به استفاده از منابع دیگر انرژی ترغیب شده اند انرژی خورشیدی ، باد، سدهای آبی و انرژی هسته ای منابع جدید تأمین انرژی هستند و براحتی به انرژی الکتریکی تبدیل می شوند از سال 1990 تولید خودروی برقی مورد توجه قرار گرفت چون خودروها که یکی از منابع عمده مصرف انرژی هستند می توانند به مصرف انرژی هستند می توانند به مصرف کننده الکتریسیته تبدیل شوند با پیشرفت فن آوری ساخت موتورهای الکتریکی ، خودروهای برقی دارای مزیت نسبی نسبت به خودروهای معمولی شده اند در خودروهای برقی سیستم تأمین قدرت شامل یک موتور الکتریکی ، کنترلر ، باتریها و شارژر آن می باشد همه این تجهیزات پیشرفت چشمگیری داشته اند بطوریکه تعمیرات به حداقل می رسد خودرو معمولی شامل موتور احتراق داخلی با سیستم پیچیده ای است و تجهیزاتی به آن اضافه می شود. مانند :

1- تجهیزات خروج و تصفیه دود شامل انباره ، اگزوز و ...

2- سیستم سرمایش موتور شامل رادیاتور، پمپ آب ، محفظه سرمایش ، ترموستات و سنسورها

3- سیستم تولید جرقه شامل دلکو ، شمع ها و ...

4- سیستم سوخت رسانی شامل کاربراتور پمپ سوخت رسانی ، سیستم تزریق ، سوخت داخل سیلندر ، فیلترهای هوا و سوخت .

5- سیستم مکانیکی موتور شامل میل لنگ ، پیستونها ، رینگهای آب بندی ، پمپ روغن ، چرخ زنجیر، واشرهای آب بندی و استارتر. این تجهیزات احتیاج به سرویس و تعمیرات مداوم دارند در حالیکه در خودرو برقی تجهیزات پیچیده ای وجود ندارد.

1-3- انواع موتورهای الکتریکی و مقایسه آنها

موتورهای الکتریکی دارای استاتور یا قسمت ساکن و روتور یا قسمت متحرک هستند موتورهای الکتریکی فقط دارای یک قسمت متحرک هستند در حالیکه موتورهای احتراقی قطعات متحرک زیادی دارند راندمان این موتورها بالاست و اغلب بیش از 90% است انواع موتورهای الکتریکی را می توان در محدوده وسیع قدرت و در اندازه های مختلف و شکلهای مختلف از نوع dc یا ac طراحی کرد.

موتور الکتریکی وسیله مکانیکی است که انرژی مکانیکی را به حرکت تبدیل می نماید و این حرکت می تواند برای تولید کار ، کشیدن ، هل دادن ، بالا بردن ، تکان دادن یا ایجاد نوسان بکار رود.

موتور الکتریکی از قوانین کلاسیک و مغناطیس استفاده می نماید هر کدام از انواع موتورها دارای مشخصه های سرعت ، گشتاور و مشخصه برقی خاص هستند و برای استفاده در خودرو برقی دارای مزایا و معایبی می باشند انواع موتورهای برقی مناسب برای استفاده در خودرو برقی که به صورت انبوه تولید می شوند به طور اختصار معرفی می گردد.

1-3-1- موتورهای الکتریکی جریان مستقیم

در این نوع موتورها جریان اصلی از کویل های هسته عبور می نماید و باعث چرخش هسته و ایجاد گشتاور در آن می گردد استاتور شامل قطب های آهن ربایی است هسته شامل شافت اصلی موتور و چند کویل است هر یک از کویل ها به کویل بعدی متصل است و جریان در کل آنها وجود دارد البته نوع اتصال کویل ها به یکدیگر خواص مختلفی ایجاد می نماید که انواع مختلف موتورهای dc را به وجود می آورد.

1- سری

2- شانت : در این نوع موتور به علت وجود کوماتاتور متحرک جریان در آرمیچر مرتباً تغییر جهت می دهد.

3- ترکیبی : که ترکیب نوع 1 و 2 می باشد.

4- با مغناطیس دائم

5- بدون جاروبک

6- جامع

مدار جریان در کویل انواع مختلف موتور dc و مشخصه های هر کدام از این نوع موتورها در شکل 1-1 ترسیم شده است.

موتورهای جریان مستقیم عموماً دارای مدار اینورتر ساده و ارزان با قابلیت بسیار بالا می باشند و سرعت موتور به راحتی قابل کنترل است وزن و حجم زیاد ، قیمت بالا پیچیدگی ساخت ، هزینه تعمیر و نگهداری بالا ، راندمان پائین و وجود جاروبک از معایب این موتورها می باشد در موتورها بدون نگهداری بالا ، راندمان پایین و وجود جاروبک از معایب این موتورها می باشد در نوع موتور بدون جاروبک که جاروبک وجود ندارد ، کنترل سرعت براحتی انجام می شود و موتور دارای دانسیته قدرت بالا می باشد این نوع موتور در سرعتها بالا کاربرد دارد حجم موتور کم و نویز نسبت به موتورهای دیگر کمتر می باشد عیب این نوع پیچیده بودن ساخت موتور و قیمت بالای آن است.

1-3-2- موتورهای الکتریکی جریان متناوب

جریان ac خصوصیات خوبی دارد از جمله می تواند در ولتاژهای بالا به راحتی انتقال یابد و با وجود ترانسفورماتور تبدیل مقدار ولتاژ نیز به راحتی انجام می شود به علت در دسترس بودن این نوع موتور برای خودرو برقی نیز بیشتر استفاده می گردد.

مهمترین و پراستفاده ترین موتور ac ، موتور قفسه ای است در این نوع موتور که اساس آن مانند یک ترانسفورماتور متحرک است وجود جریان در سیم پیچ استاتور باعث القاء جریان در سیم پیچ هسته می شود بنابراین نیروهای حاصل از میدان جریان در هسته باعث چرخش آن و تولید گشتاور می شود.

مهمترین خصوصیات موتور القائی قفسه ای به شرح زیر است :

1- هیچگونه جاروبک یا کوماتاتوری نیاز نمی باشد.

2- دارای کمترین تعمیرات لازم است .

3- مناسب باری کار در محیط های کثیف است .

4- قابلیت اطمینان بالا دارد .

5- راندمان بالا دارد.

6- سختی و عمر بالا.

7- هزینه ، وزن ، حجم و ممان اینرسی کم .

ذیلاً در مورد سه نوع موتور جریان متناوب که برای استفاده در خودروی برقی در نظر گرفته شده توضیحات بیشتری داده می شود.

1- موتورهای سنکرون یا مغناطیس دائم

در این نوع موتور دانسیته قدرت بالا است به دلیل کنترل جریان و میدان استاتور، گشتاور بیشتری می توان تولید کرد جاروبک وجود ندارد و در سرعتهای بالا و محدوده وسیع سرعت قابل استفاده است .

2- موتورهای القائی سه فاز

ساخت موتور ساده است این موتور سبک، مقاوم ، کم حجم ، ارزان و دارای راندمان بالا می باشد و نیازی به جاروبک ندارد البته برای کنترل سرعت باید از سیستم کنترل پیچیده ای استفاده نمود و این سیستم قیمت بالایی خواهد داشت.

3- موتورهای شار محوری :

اخیراً موتورهای (Afm,Axial flux motor) یا موتورهای شار محوری نیز ساخته شده اند که دارای دو مدل استفاده از موتور در داخل چرخ خودرو (whell motor) و یا موتورهای با دو روتور و یک استاتور به صورتی که موتور به جای دیفرانسیل خودرو نصب می شود می باشند. البته دو موتور اخیر نیاز به فن آوری بالاتری برای ساخت و استفاده کردن داشته و قیمت بالاتری نیز دارند ولی بازده و عملکرد آنها بهتر از موتورهای القائی و PMSM معمولی می باشد دور موتور حداقل 3000 تا 3800 دور می باشد.

1-4- باتریهای قابل استفاده در خودرو برقی

ظرفیت و مقدار جریان دو فاکتور مشخصه باتریها هستند ظرفیت مقدار انرژی ذخیره شده در باتری است و به فاکتورهای زیادی وابسته هستند که مهمترین آنها عبارتند از:

1- سطح یا اندازه فیزیکی صفحاتی که توسط اکترولیت پوشیده می شوند.

2- وزن و مقدار مواد در صفحات

3- تعداد صفحات و نوع جدا کننده بین آنها

4- مقدار الکترولیت و جرم مخصوص آن

5- سن باتری

6- شرایط سلول – مقدار رسوب در ته سلول

7- دما

8- حد ولتاژ پایینی

9- نرخ دشارژ

ظرفیت باتری برحسب آمپر- ساعت مشخص می شود جریان مشخصه دیگری باتری است و برحسب آمپر می باشد مقدار جریان تعیین کننده نرخ انرژی هنگام شارژ یا دشارژ می باشد بطور مثال برای یک باتری 100 آمپر ساعت با جریان یک آمپر زمان دشارژ 100 ساعت می شود و این باتری با جریان 100/C مشخص می گردد.

شاید تنها ضعف خودرو برقی باتریهای آن باشد به علت چگالی کم انرژی ذخیره شده در باتری باید از تعداد زیادی باتری استفاده نمود که وزن خود را افزایش داده انرژی اضافه ای برای حمل این وزن مصرف می شود و مسافت پیموده شده در مقایسه با خودروهای احتراقی کمتر است همچنین شارژر این باتریها زمان برخواهد بود هزینه بالایی نیز صرف خرید باتریها خواهد شد اگر باتری های مناسبی برای خودرو ساخته شود که مشکلات فعلی را نداشته باشد یقیناً خودروهای با موتور احتراق داخلی کنار گذاشته می شوند.

انواع باتریهای شیمیایی ساخته می شوند از جمله باتریهای سرب اسیدی، نیکل کادمیوم، نیکل آهن ، نیکل منگنز ، سدیم سولفور و روی برم ، باتریهای سدیم سولفور بیشترین دانسیته انرژی حدود Wh/kg 150 را دارا می باشد اما قابل انفجار هستند باتریهای سرب اسیدی کمترین چگالی انرژی در حدود Wh/kg35 را دارا می باشند اما به علت عمر عملکرد خوب در حدود 750 سیکل شارژ و قابلیت اطمینان بالا و قیمت مناسب بیشترین استفاده می شوند.

سیستم ذخیره انرژی الکتریکی :

در بلوک دیاگرام شکل زیر انواع مختلف سیستم های ذخیره انرژی الکتریکی نشان داده شده است در خودروهای برقی معمولاً از باتریهای شیمیایی استفاده می شود که در زیر پارامترها و مشخصات کلی مربوط به باتریهای مورد استفاده در خودرو برقی آورده شده است .

از آنجایی که امروزه راه اندازی موتورهای الکتریکی یکی از مسائل و دغدغه های بزرگ کارخانه های صنعتی و شرکت های تولیدی و نیز تولید کنندگان نیروی برق و شرکت های وابسته میباشد در این پروژه به بررسی برخی از این راه اندازها می پردازیم و محاسن و معایب آنها را مورد بررسی علمی قرار میدهیم.

از دلایل اهمیت موضوع شوک های الکتریکی و مکانیکی شدیدی می باشد که در زمان راه اندازی به شبکه برق رسانی و موتور وارد و سبب استهلاک شدید دستگاه های موجود و بالا بردن هزینه های اقتصادی می شود . بنابراین استفاده از راه انداز های مناسب بخصوص در مورد موتورها با توان های بیش از چندین اسب بخار در کاهش هزینه های برق مصرفی و نیز هزینه های نگهداری و تعمیر تاثیر بسزایی دارد.

فهرست مطالب

1 ) کلیات موتور آسنکرون سه فاز : 1

1 - 1 ) ساختمان موتورهای القایی سه فاز 2

1-1 - 1 ) استاتور : 2

1-1 - 2 ) رتور : 3

1-1 -3 ) حلقه های لغزان : 4

1 - 1 -4 ) جاروبک ها : 4

1 - 1- 5 ) یاتاقان و بدنه : 4

1 – 2 ) عملکرد موترهای القایی سه فاز: 5

1 – 2 – 1 ) موتور ساکن 5

1 – 2 -2 ) مکانیزم تولید گشتاور در موتور القایی ( آسنکرون ) : 9

1 – 2 – 3 ) موتور گردان : 14

1 – 2 – 4 ) موتور در شرایط ماندگار : 22

1 - 3 ) موتور فقس سنجابی : 25

2 ) انواع روشهای راه اندازی موتور القایی سه فاز: 28

2 – 1 ) روش راه اندای مستقیم : 30

2 – 2 ) روش راه اندازی توسط افزایش مقاومت رتور : 31

2 – 2 – 1 ) موتورهای رتور سیم پیچی شده : 31

2 – 2 – 2 ) Liquide starter : 37

2 – 2 – 3 ) درایور راه اندای کرامی : 38

2 – 2 – 4 ) راه اندازی موتورهای قفس سنجابی با توجه به جریان و مقاومت رتور : 40

الف – کلاس A : 40

ب – کلاس D : 41

ج – کلاسهای C , B : 41

د – رتورهایی با میله های عمیق : 41

ه – موتورهای قفس سنجابی دوبل : 42

2-3) انتخاب ولتاژ موتور 43

2-3-1) راه اندازی موتور قفسه ای با کاهش ولتاژ استاتور 43

2-4 ) راه اندازی با استفاده از کلید ستاره مثلث : 46

2-5) روش کلاج گریز از مرکز 49

2-6) پیک جریان حین راه اندازی 50

2-7) دینامیک راه اندازی 51

موتور با بار خالص : 53

گرم شدن رتور : 53

2-8) راه اندازی موتورهای بزرگ به کمک خازن 54

2-8-1) مشکل راه اندازی موتورهای القایی بزرگ : 55

2-8-2) عملکرد یک سیستم راه اندازی خازنی 56

3) راه اندازی تریستوری موتورهای القایی 57

مقدمه58

3-2 ( مدهای کنترل62

3-2-1( کنترل راه اندازی63

3-2-2( کنترل شتاب راه اندازی63

3-3) مشخصات راه اندازهای تریستوری67

3 -4( شرح مدارهای متداول راه اندازهای تریستوری68

3-5) مدار قدرت68

3-5-1( معرفی تریستور69

3-5-1-1) مدل دو ترانزیستوری تریستور70

3-5-1-2) روش های روشن شدن تریستور71

3-6) مدار فرمان72

3-6-1) مدار آتش کننده74

3-6-2 ) مدار تقویت کننده: 75

3-6-3) مزیت عمده راه اندازی موتور به شیوه تریستوری و انتقال زاویه آتش76

3-6-4 ) مدار خطای جریان77

3-7) طراحی و بررسی مدارعملی و ساده راه انداز نرم موتور آسنکرون (القایی77

3-7-1) کنترل79

3-7-2) نوسانساز موج دندانه اره ای84

3-7-3 ) کنترل زاویه آتش 86

3-7-4 ) مقایسه کننده88

3-7-5) ایزوله کننده مدار قدرت و مدار فرمان89

3-7-6) رلة اضافه ولتاژ و افت ولتاژ90

3-7-7) رلة اضافه جریان (Over Current) 92

3-8) نظام هماهنگ و 93

3-8-1) لزوم استفاده از نظام ثابت95

3-8-2) توضیح دربارة PWM 97

3-8-3) مدارات اینورتر100

3-8-4) رکتیفایرها102

3-9 ) مقایسه قیمت تمام شده انواع راه اندازها : 111

3-10) نتیجه : 113