تحقیق بررسی انواع موتورهای برق در 42 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست مطالب

عنوان صفحه

انواع موتورهای متناوب 1

میدان گردان 2

موتور سنکرون 5

موتور القایی 8

موتورهای القایی دو فازه 11

موتور یک فاز 14

موتورهای القایی با قطب های شکاف دار 18

موتور سنکرون 21

موتورهای القایی 23

دستگاههای الکترومکانیکی 25

مدارهای ریله 26

کلیدهای قدرت 29

ترانسفورماتور 31

پست های فشار قوی 31

انواع پست ها 32

اجزاء تشکیل دهنده پستها 36

ترانسفورماتورهای قدرت 37

دستگاههای حفاظت کنترل ترانسفورماتورها 38

رله بوخهلتس 39



انواع موتورهای متناوب :

چون مقدار زیادی از قدرت الکتریکی تولید شده بصورت متناوب میباشد ، بیشتر موتورها طوری طرح شده اند که با جریان متناوب کار کنند . این موتورها در بیشتر موارد میتوانند دو برابر موتورهای جریان مستقیم کارکنن و زحمت آنها در موقع کارکردن کمتر است ، چون در موتورهای جریان مستقیم همیشه اشکالاتی در کموتاسیون آنها ایجاد میشود که مستلزم عوض کردن ذغالها یا زغال گیرها و یا تراشیدن کلکتور است . بعضی موتورهای جریان متناوب با موتورهای جریان مستقیم کاملا فرق دارند ، بطوریکه حتی در آنها از رینگ های لغزنده هم استفاده نمیشود و برای مدت طولانی بدون ایجاد درد سر کار میکنند .

موتورهای جریان متناوب ، عملا برای کارهایی که احتیاج به سرعت ثابت دارند ، مناسب هستند . چون سرعت آنها به فرکانس جریان متناوب اعمال شده به سر های موتور ، بستگی دارد . اما بعضی از آنها طوری طرح شده اند که در حدود معین ، دارای سرعت متغیر باشد .

موتورهای جریان متناوب میتوانند طوری طرح شوند که با منبع جریان متناوب یک فاز یا چند فاز کار کنند . ولی چه موتور یک فاز باشد و یا چند فاز ، روی اصول یکسانی کار میکنند ، اصول مزبور عبارتست از این که جریان متناوب اعمال شده به موتور یک میدان مغناطیسی گردانی تولید میکند و این میدان باعث میشود که روتور بگردد .

موتورهای جریان متناوب عموما به دو نوع تقسیم بندی می شوند :

1-موتورهای سنگرون

2- موتورهای القایی .

موتور سنکرون در واقع یک آلترناتور است که بعنوان موتور کار میکند و در آن جریان متناوب به استاتور و جریان مستقیم به روتور اعمال میشود موتورهایی القایی شبیه به موتورهای سنگرون هستند با این تفاوت که در آنها روتور به و منبع قدرت وصل می شود .

از دو نوع موتورهای جریان متناوب ذکر شده ، موتورهای القائی به مراتب خیلی بیشتر از موتورهای سنکرون مورد استفاده قرار میگیرند .



میدان گردان :

همانطور که گفته شد میدان گردانی که از اعمال جریان متناوب به موتور ، تولید میگردد باعث گردش روتور میشود . اما قبل از اینکه یاد بگیرید چگونه یک میدان گردان باعث حرکت روتور میشود ، باید اول درک کنید که چگونه یک میدان گردان باعث حرکت روتور میشود ، باید اول درک کنید که چگونه میتوان میدان مغناطیسی گردان تولید کرد . دیاگرام زیر، یک استارتور سه فازه را نشان میدهد که جریان متناوب سه فاز آن اعمال شده است ، همانطور که نشان داده است ، سهم پیچها بصورت دلتا به یکدیگر اتصال دارند و کلاف هر یک از سیم پیچها بصورت دلتا به یکدیگر اتصال دارند و دو کلاف هر یک از سیم پیچها در یک جهت سیم پیچی شده است .

در هر لحظه ، میدان مغناطیسی تولید شده بوسیله هر یک از سیم پیچها بستگی دارد به جریانی که از آن میگذرد . اگر جریان صفر باشد ،میدان مغناطیسی هم صفر خواهد بود اگر جریان ماکزیمم باشد ، میدان مغناطیسی هم ماکزیمم خواهدبود و چون جریان فازها 120 درجه با هم اختلاف فاز دارند ، میدان های مغناطیسی تولید شده هم 120 درجه با هم اختلاف فاز خواهند داشت . حال سه میدان مغناطیسی مزبور که در هر لحظه وجود دارند ، با هم ترکیب میشوند و یک میدان منتجه تولید میکنند که روی روتور عمل میکند . در آینده خواهید دید که هر لحظه میدان های مغناطیسی ترکیب میشوند ، میدان مغناطیسی منتجه پیوسته در حال حرکت است و بعد از هر سیکل کامل جریان متناوب ، میدان مغناطیسی مزبور هم با اندازه 360 درجه یا یک دور دوران میکنند.

دیاگرام زیر ، شکل موج جریانهای اعمال شده به استاتور سه فازه مزبور را نشان میدهد . این شکل موج ها 120 درجه با هم اختلاف فاز دارند . شکل موجهای مزبور میتوانند نشان دهنده سه میدان مغناطیسی باشد که بوسیله هر یک از سیم پیچ تولید میشود . به شکل موجها وابسته شده است که مشابه فاز مربوطه میباشد با استفاده از شکل موجها ، میتوانیم در هر 6/1 دور ( معادل 60 درجه ) میدانهای مغناطیسی تولید شده را با هم ترکیب کنیم تا جهت میدان مغناطیسی منتجه پیدا شود. در نقطه 1 ( شکل موج C مثبت وشکل B منفی است .به عبارت دیگر جریانهای گذرنده از سیم پیچ های فاز C,B غیر هم جهت هستند و بنابراین جهت میدانهای مغناطیسی ناشی از C,B هم غیر هم جهت هستند . در بالای نقطه 1 جهت میدان بطرز ساده ای نشان داده شده است . توجه داشته باشید که B1 قطب شمال و B قطب جنوب است همین ترتیب C قطب شمال و C1 قطب جنوب است . چون درنقطه1 هیچ جریانی از سیم پیچ فاز نمیگذرد ، میدان مغناطیسی آن صفر است .

نقطه 2یعنی 60 درجه بعد ، شکل موج جریانهای فازهای B,A مساوی و مخالف یکدیگر و شکل موج C صفر است و بنابراین میدان مغناطیسی منتجه باندازه60 درجه دیگر گردیده است . درنقطه 3 ، شکل موج B صفر است و میدان مغناطیسی منتجه با اندازه 60 درجه دیگر میگرد و به همین ترتیب از نقطه 1تا نقطه 7 ( مشابه یک جریان متناوب 9 میدان مغناطیسی منتجه باندازه یک دور کامل میگردد .

در نتیجه اعمال جریان متناوب سه فاز سه سیم پیچی که بطور قرینه در اطراف اسناتور جای گرفته باشند باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی گردان میشود که این میدان باعث دوران روتور میشود .



موتور سنکرون :

علت اینکه به این نوع موتورهای سنکرون میگویند این است که روتور آن با میدان مغناطیسی گردان تولید شده در استاتور همگام است . ساختمان این موتورها اساس شبیه به آلترناتور قطب برجسته است . میدانید که اعمال جریان سه فاز به استاتور یک میدان مغناطیسی گردان در اطراف روتور تولید میکند . اما چون روتوربه یک منبع جریان مستقیم وصل است مانند یک آهنربای میله ای عمل خواهد کرد . از قبل میدانید که اگر یک آهنربای میله ای بطور معلق در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرد، آنقدر دوران خواهد کرد تا در امتداد آن قرار بگیرد . به همین ترتیب روتور سنکرون مانند یک آهنربای میله ای عمل کرده و در امتداد میدان مغناطیسی تولید شده در استاتور قرار خواهد گرفت . در این حالت اگر میدان مغناطیسی دوران کند ، روتور هم همراه آن دوران خواهد کرد . اگر میدان مغناطیسی گردان قوی باشد ، یک نیروی گردنده قوی بر روتور وارد شده و در نتیجه روتور قادر خواهد بود که موقع گردیدن یک باری را بگرداند

سرعت گردش میدان مغناطیسی به فرکانس جریان سه فاز اعمال شده به استاتور ، بستگی دارد و چون فرکانس جریان ثابت است ، موتورهای سنکرون، عملاً موتورهایی با یک سرعت معنی هستند. در نتیجه برای مواردی مورد استفاده قرار میگیرند که از حالت بی باری تا حالتی که بار موتور ماکزیمم است سرعت ثابتی مورد نیاز باشد .

یکی از عیب های موتور سنکرون این است که نمیتواند از حالت سکون (ایست) خود با اعمال جریان متناوب سه فاز شروع بکار کند چون متناوب اعمال شده به استاتور ، یک میدان گردانی با سرعت زیاد تولید میکند.

این میدان گردان قطب های روتور آنقدر سریع عقب میزند که موتور فرصت پیدا نخواهد کرد که راه اندازی شود ابتدا در یک جهت دفع میشود و لحظه ای بعد در جهت دیگر .

به عبارت دیگر ، موتور سنکرون ، درحالت اصلی خود ، درموقع شروع بکار بکردن هیچ کوپلی نخواهد داشت و بنابراین همیشه بوسیله یک موتور القایی کوچک و یا بوسیله سیم پیچ هائیکه معادل ترکیب فوق باشد ، راه اندازی میشود سپس وقتی سرعت موتور به سرعتی نزدیک به سرعت سنکرون رسید به یک منبع جریان مستقیم وصل میشود . روتور با میدان گردان به گردش ادامه میدهد .
موتور یک فاز :

موتور فاز ، فقط دارای یک سیم پیچی است و با جریان متناوب یک فاز کار میکنند. درتمام مواردی که احتیاج به موتورهایی با خروجی کم باشد این موتور بطور وسیع مورد استفاده قرار میگیرد . فایده بکار بردن موتور فازه این است که در اندازه های کوچک ارزان تر از سایر موتورها ساخته میشود .

همچنین این نوع موتور احتیاج به جریان متناوب سه فاز را بر طرف میکند .موتورهای یک فاز در وسایل ارتباطی ، فنها ، یخچال ها، دریل های دستی قابل حمل و ماشینهای سنگ زنی و غیره. مورد استفاده قرار میگیرند .این موتورها به دونوع تقسیم میشوند 1) موتورهای القای 2 ) موتورهای سری . در موتورهای القایی از روتور قفس ( شبیه به قفس سنجابها ) و یک وسیله مناسب راه اندازی استفاده میشود .ولی موتورهای سری مانند ماشین های جریان مستقیم دارای کلکتور وزغال هستند.



موتورهای القایی یک فاز :

استاتور موتورهای القایی یک فازه فقط دارای یک سیم پیچی است . این سیم پیچی میدانی تولید میکند که باید گفت در امتداد محور سیم پیچی مذکور تناوب میکند تا اینکه بگردد.

وقتی روتور ثابت است ، کم وزیاد شدن ( تناوب ) میدان استاتور ، جریانهایی در روتور القا میکند که این جریانها باعث بوجود آمدن میدان روتور میشوند . درنتیجه اثر متقابل دو میدان بر یکدیگر نیروی بروتو وارد میشود که میخواهد روتور را باندازه 180 درجه بگرداند ولی چون این نیرو بر مرکز روتور وارد میشود ، روتور نخواهد گردید .

اما اگر بوسیله ای روتور را در ابتدا بگردانیم ، نیروی گردنده ، بوسیله گشتاوری که از طرف میدان برروتور وارد میشود ، تقویت خواهد شدو سرعت روتور زیاد خواهد شد تا وقتی که روتور بازا هر تناوب میدان استاتور ، تقریبا باندازه 180 درجه بگردد . برای یاد آوری گفته میشود که چون برای ایجاد جریان های القایی در روتور لنگی لازم است ، در سرعت ماکزیمم هر زمان که میدان استاتور جهتش برعکس شود ، باید کمتر از 180 درجه بگردد .

چون میدان مربوط به ولتاژ متناوب یک فاز اعمال شده به سیم پیچی استاتور طبیعت پالسی دارد ، موتور های یک القایی یک گشتاور پالسی به بار وارد میکنند . بنابراین بهره موتورهای القایی یک فاز مقابل موتورهای فاز و سه فاز که گشتاور آنها یکنواخت تر است ، کمتر است .

دوفاز :

موتورهای القایی برای کارکردن بطور سه فاز یک فاز طرح میشوند . استاتور سه فاز درست شبیه استاتور سه فاز موتور سنکرون میباشد . استاتور و فاز بوسیله دوسیم پیچی که نسبت بهم به زوایه 90 درجه قرار گرفته اند یک میدان مغناطیسی گردان تولید میکند .



موتور القایی یک فاز :

موتور القایی یک فاز فقط دارای یک سیم پیچی استاتور است .بنابراین میدان مغناطیسی تولید شده در استاتور آن گردان نیست .موتور القایی یک فاز، نمیتواند با یک سیم پیچی بوسیله خودش شروع بکار کند اما اگر بوسیله ای در ابتدا روتور را بگردانیم، روتور به گردش خود ادامه خواهد داد و بسرعت اسمی خود ، خواهد رسید برای راه اندازی این موتور میدانی در روتور آن القا میکنند که با میدان اصلی 90 درجه اختلاف فاز دارد و سپس دو میدان باهم میدان گردانی تولید میکنند که روتور را در حالت حرکت نگه میدارد .



خازن راه انداز – موتورهای القایی :

برای ساختن موتور یک فازی که بوسیله خودش راه اندازی شود ، یک سیم پیچی راه انداز به استاتور اضافه میشود . اگر این سیم پیچی راه انداز را بطور سری با یک خازن وصل کرد و با سیم پیچی استاتور به منبع ولتاژی وصل شود ، جریان گذرنده از سیم پیچی راه اندازه و جریان گذرنده از استاتور 90 درجه با هم اختلاف فاز خواهند داشت. درنتیجه یک میدان مغناطیسی گردان تولید خواهد شد . وقتی روتور سرعت گرفت . مدار سیم پیچی راه انداز مدار اصلی جداشده وموتور مانند یک موتور یک فاز به حرکت خود ادامه خواهدداد .





موتور القایی با قطب های شکاف دار :

در این موتور قسمتی از جلو هر قطب استاتور ، شکاف داده شده و بوسیله یک نوار مسی اتصال کوتاه شده است . اثر این عمل انتقال میدان در هر قطب ها میباشد .میدان مغناطیسی متحرک اثرش مانند میدان گردان است و در نتیجه موتور بوسیله خودش راه اندازی خواهد شد .


دستگاههای الکترومکانیکی

رله ها :

موقعی که موتورهای جریان مستقیم را مورد مطالعه قرار داده بودیم یاد گرفتید که مقاومت راه اندازی برای محدود کردن جریان راه اندازی یک موتور بکار میرود .

مقاومتهای راه اندازی معمولا در جعبه هایی بنام جعبه راه اندازی قرار داده میشوند و ممکن است بوسیله دست کار کنند یا اتوماتیک باشند . اگر جعبه راه انداز اتوماتیک تکه ای وجود دارد که با فشار دادن آنمیشود موتور راه اندازی کرد یا آنرا متوقف و یا جهت گردش آنرا عوض کرد در مدار این قبیل دستگاهها از وسیله ای بنام ریله ها استفاده میشود .

دیاگرام نشان داده شده در زیر ، در سمت چپ یک رله ساده مغناطیسی را نشان میدهد که قسمتهای اساسی آن عبارتند از : آهنربای الکتریکی و یک بازوی قابل حرکت بنام آرمیچر وقتی جریانی از سیم پیچی آهنربا بگذرد ، یک میدان مغناطیسی تولید مغناطیسی تولید خواهدشد که با زوری آهنی آرمیچر را بطرف هسته آهنربا با جذب میکند .در نتیجه یک سری کنتاکت روی آرمیچر و ریله بسته شده مداری را که به سرهای B,A اتصال دارد . می بندد. وقتی جریان قطع میشود، فنر برگرداننده، آرمیچر را بر میگرداند و کنتاکت ها باز میشوند و دیدار مزبور ، از نقاط A,B باز میشود . دیاگرام زیر ، فقط یک سری از کنتاکت ها را نشان میدهد اما بر حسب احتیاج عده کتتاکتها میتواند زیاد باشد. ریله نشان داده شده در سمت چپ را بطور نرمال باز NORMALLYOPEN RELAY میگویند . چون وقتی جریانی از ریله نمیگذرد ، کنتاکت ها باز هستند . ریله نشان داده شده در سمت راست را بطور نرمال بسته NORMALLY CLOSED R. می گویند .چون وقتی جریانی از ریله نمیگذرد ، کنتاکت ها بسته هستند و وقتی ریله عمل کند ، آرمیچر بطرف آهنربا کشیده میشود و اتصال ها باز میشوند و مدار در نقاط A,B قطع میشود.

تعریف پست :

محل تجهیزات برقی غیر مولد از قبیل ترانسفورماتور ها . کلید ها و غیره بمنظور تبدیل یامبادله انرژی .

چون لازم است که از یک طرف در نقاط مختلف ( تولید ، انتقال ، توزیع ) ولتاژهای متفاوت داشته باشیم و از طرف دیگر شبکه ارتباطی بصورت داشته باشد بنابراین مراکزی که این عملیات ( قطع و وصل کردن وتبدیل سطح ولتاژ در نقاط مختلف را انجام بدهند . ضرورت پیدا می کند این مراکز به پست های فشار قوی مواجه می باشندکه بستگی به سطح ولتاژ آنها . طراحی و شامل تجهیزات آنها از قبیل و سایل قطع و وصل ترانسفورماتورها . و سایل ارتباط دهنده و سیستم های حفاظتی پیچیده تر وبا اهمیت تر می گردد .