اصول کار ماشین های جریان متناوب

ماشين هاي جريان متناوب

ماشين هاي جريان متناوب ماشين هاي دوار الكتريكي هستند كه با جريان متناوب و ولتا‍‍‍ز متناوب كار مي كنند .اين ماشينها مانند ماشين هاي جريان دائم به 2 قسمت تقسيم ميشوند.
مولدهاي جريان متناوب كه به آنها آلترناتور نيز ميگويند انرزي مكانيكي راگرفته و به انرزي الكتريكي متناوب AC تبديل مي كند.
موتورهاي جريان متناوب كه انرزي الكتريكي متناوب را به انرزي مكانيكي تبديل مي كند.

اصول كار
اصول كار مولدهاي جريان متناوب بر اساس القاء الكترو مغناطيسي ميباشد بدين ترتيب كه هرگاه يك سيم هادي را به شكل قاب در آوريم و در ميدان مغناطيسي s و n قرار دهيم و آنگاه اين قاب را حول محور خود به حركت در آوريم ملاحضه ميشود كه در اين هادي نيروي محركه اي القاء شده .اگر دو سر اين هادي راكه به صورت قاب مي باشد به دوحلقه برنجي كه نسبت به هم محور عايق هستند متصل نماييم و دو حلقه را توسط 2 جاور يك سر سيمهاي رابط به باري متصل نماييم حال چون مدار بسته شده و به واسطه نيروي محركه القايي در داخل قاب و در خارج بار جريان برقرار مي شود .اين جريان متناوب مي باشد.

موتورهاي جريان متناوب
موتورهاي جريان متناوب كه جريان الكتريكي را گرفته و به انرژي مكانيكي تبديل مي نمايند به دو دسته تقسيم ميشوند:
1.موتورهاي سنكرون
2.موتورهاي آسنكرون

موتورهاي آسنكرون
موتورهاي آسنكرون را به علت نداشتن كلكتور و سادگي ساختمان آن بيشتر از موتور سنكرون رايج است كه به صورت يك فاز و سه فاز در صنعت هستند.
در موتورهاي آسنكرون فقط از يك منبع جريان متناوب استفاده ميشود كه دو سر سيم پيچ استاتور به آن متصل شده و درنتيجه يك
ميدان مغناطيسي دوار توليد ميكند درنتيجه موتور حامل جريان در داخل اين ميدان شروع به گردش ميكند .جريان موتور بر اثرالقاء الكترو مغناطيسي از طرف استاتور بدست مي آيد به صورت است كه موتورهاي آسنكرون را موتورهاي القايي نيز مي گويند.
ولي در موتورهاي سنكرون از 2 منبع جريان استفاده ميشود يكي منبع جريان مناوب ويكي منبع جريان دايم كه سيم پيچي قطب هايي كه روي بدنه موتور قرار دارد توسط جريان دايم و سيم پيچي استاتور توسط جريان متناوب تغذيه ميشود.بدين صورت موارد استفاده موتورهاي آسنكرون خيلي بيشتر از موتور سنكرون است.

موتورهاي سنكرون
ساختمان موتور سنكرون باشد ساختمان آلترناتور مي باشد درنتيجه ميتوان يك آلتر ناتور را به صورت موتور سنكرون بكار برد.
با اين تفاوت كه در آلترناتور ها جرييان متناوب از استاتور گرفته ميشود ولي اگر بخواهيم آلترناتور بصورت موتور سنكرون كار كند بايد جريان متناوب به كلاف هاي استاتور آن توسط يك منبع خارجي داده شده و جريان موتور آن خود به خود راه نميافتد
به روتورآلتر ناتور درروتور موتور آسنكرون شكايت دارد .پس با توجه به توضيحات بالا ساختمان موتور سنكرون از دو قسمت استاتور وموتور تشكيل شده است كه استاتور به جريان متناوب و موتور قطب اي مغناطيسي به جريانpcوصل ميشود .در موقع راه اندازي موتور سنكرون هيچ جرياني از سيم تحريك قطبها عبور نميدهد.بنابراين مانند يك موتور القايي بار موتوربا روتور قفسي شروع به كار ميكند.

طرز كار موتورسنكرون سه فازه يا سيمپچ فرعي
در قطبهاي روتور اين موتور سيمپيچي القا كننده يا جريان مستقيم تحريك ميشود و در روي اين قطب همانطور كه هست شيارهايي وجود دارد كه در قفسه اي از يسم هاي هادي بصورت اتصال كوتاه در آن جاي گرفته است در موقع راه اندازي اين نوع موتور سنكرون اول جريان مستقيم را قطع ميكند فقط سيمپيچ استاتور را به شبكه متناوب سه فازه وصل ميكنيم درنتيجه حوزه دوار است نور سيمپيچي فرعي را قطع كرده است و در آن نيروي محركه اي را القاء ميكند بنابراين جريان توليدي در سيم پيچ فرعي تحت تاثير ميدان مغناطيسي قفرار گرفته و جريان گشتاور محرك بر آن وارد ميشود همين كه موتور شروع به گردش ميكند جريان مستقيم را وصل كرده و كم كم اين جريان را در سيم پيچي محرك قطبها افزايش ميدهيم درنتيجه ميدان مغناطيسي قطب ها با حوزه دوار استاتور درگير شده وسرعت گردش موتور را به سرعت سنكرون ميرسانيد درنتيجه چون ديگر سيم پيچ فرعي خط قواني را قطع نميكند به علت مساوي بودن دور موتوربا دور ميدان دوار استاتور نيروي محركه اي در آن القاء نمي شود بنابراين جريان سيمپيچي قفسه اي به صفر مي رسد. پس وقتي كه موتور با سرعت سنكرون ميگردد اين سيم پيچ نقشي در كار موتور ندارد حال اگر بر اثر تغيير بار در موتور سرعت موتور نسبت به سرعت سنكرون تغيير كند در اين موقع است كه مجددا جريانهاي در سيمپيچ فرعي القاء شده درنتيجه نيروهاي الكترومغناطيسيبر سيمپيچ فرعي وارد شده كه اين نيرو ثابت ميشود كه از تغييردور ناگهاني موتور جلوگيري كند بنابراين ميتوان گفت كه در سيمپيچ فرعي با عث ميشود كه تعادل روتور در حوزه دوار بر قرار شود در نتيجه اين سيمپيچ در تعدل گردش موتور نقش مهمي دارد.

مزاياي موتورهاي سنكرون
1.اين موتور داراي ضريب قدرت مناسب و قابل تنظيم است
2.ميتوان به آن در حد مجاز بار داد
3.بازده عالي دارد
4.در مقابل نوسان ولتاژ حساسيت ندارد

معايب موتورهاي سنكرون
1.سرعت آن ثابت است در نيمه قابل تنظيم نيست
2.يك وسيله راه اندازي اوليه كه موتور كمك و غيره ميباشد احتياج دارد
3.نداشتن تحمل اضافه بار

موتورهاي آسنكرون
موتور آسنكرون داراييك سيم پيچ ميباشد كه به جريان متناو بوصل ميشوداين سيمپيچ در قسمت ساكن ماشين قرار دارد و به سيمپيچ استاتور مرسوم است و جريان سيمپيچ روزر براثر القاء الكترومغناطيسي از سيمپيچ استاتور به جريان مي آيد.
بدين جهت به اين موتورها موتور القاء ميگويند.

ساختمان موتور آسنكرون
از دو قسمت اصل تشكيل شده است1. استاتور2.موتور محرك
استاتور تشكيل شده از يك استاتور استوانه كه اين استوانه از صفحات نازك فولاد سيليسيم دار به ضخامت 0.5 ميلي متر ساخته شده است و اين استوانه داخل يك چدني پيچ شده است در داخل شيارهاي استاتور كلاف هاي كه از سيمهاي عايق تشكيل شده است قرار ميگيرداين كلافها نسبت به بدنه استاتور عايق ميشود .سيمبندي موتورهاي آسنكرون ممكن است يك فاز .دو فاز يا سه فاز باشد البته سيمپيچي سه فاز را بصورت ستاره يا مثلث به يكديگر متصل ميكنند.

روتور
روتور يك موتور آسنكرون از يك استوانه آهني كه از ورهاي مخصوص فولاد كه نسبت به هم عايق هستند ساخته شده و روي محوري سوار ميشود.
در محيط اين استوانه شيارها يا سوراخهايي تهيه شده كه اين شيارها نيمه بسته يا تمام بسته هستند.

روتور قفسه اي سنجابي
اين روتور تشكيل شده از يك عده ميله هاي مسي يا آلومينيومي كه در شيارهاي محيطي استوانه آهني كار گذاشته شده است اين ميله هاي هادي از دو طرف توسط دو حلقه فلزي به هم مربوط ميشوند و اين مجموعه يك قفسه فلزي را تشكيل ميدهد كه به قفس سنجاب ها شباهت دارد وبدين جهت به اين روتور روتور قفسه اي سنجابي مي گويند.

روتورهاي قفسه اي بر 2 دو دسته مي باشد
1.نوع اول از ميله هاي گرد تشكيل شده و در داخل شيارهاي روتور جاي ميگيرند.
2.ميله هاي مستطيلي و يا به شكل دو دايره كه به هم متصل و يا جدا از هم هستند تشكيل مي شود .
روتورهاي قفسه اي يك طبقه گشتاور خوبي در شروع به كار ندارند ولي روتورهاي دو طبقه گشتاور خوبي در شروع به كار دارند عملا شيار روتورهامورب ميباشد تا از لرزش و صداهاي موتور و از تمايل روتور به ايستادن و هم از قفل شدن موتور در موقع راه اندازي كه در بعضي اوقات اتفاق مي افتد جلوگيري ميكند.

روتورهاي سيم پيچي شده
اين روتورهابه جا ي آنكه در داخل شيارها ميله قرار داده شود ميتوان مانند استاتور سيم پيچي سه فازكردو اين سيمپيچ بصورت ستاره وصل مي باشد در روي محور اين روتور سه حلقه كه نسبت به هم و نسبت به محور عايق هستند (رينگ)قرار دارد .سه سر سيم پيچ روتور به اين سه حلقه متصل ميشود و به وسيله جاروب هايي كه روي حلقه ها تكيه دارند به يك مقاومت سه فاز ستاره متصل مي شود.

طرز كار موتور آسنكرون سه فاز باروتور قفسه اي
وقتي كه استاتور موتور را به برق وصل ميكنيم بر اثر عبور جريان متناوب سه فاز از سيمپيچ استاتور يك ميدان گردنده در آن بوجود مي آيد.
خطوط قواي اين ميدان كه با سرعت سنكرون مي چرخد ميله هاي قفسه اي روتور را قطع كرده و در نتيجه در آن نيروي محركه اي القا بر ميكند و چون مدار الكتريكي اين ميله وسيله دو حلقه كه در طرفين روتور قراردارد بسته شده اند بنابراين جريان هاي در آن بر قرار ميشود.

حال چون ميله هاي روتور حامل جريان بوده ودر ميدان مغناطيسي قرار دارند در نتيجه نيروي به آنها وارد ميشود بر اثر گشتاور حاصل از اين نيرو روتور به چرخش در مي آيد.حال اگر روتور با سرعت ميدان دوار بگردد در اين صورت خطوط قواي ميدان ميله هاي روتور را قطع نمي كند و در نتيجه جريان در آن به وجود نمي آيد بنابراين بر ميله هاي روتور نيرويي وارد نمي شود در اين حالت موتور تمايل به ايستادن وپيدا ميكند و سرعتش كم ميشود در نتيجه چون سرعت گردش روتور از سرعت ميدان دوار كمتر شده باز مجددا خطوط قواي مغناطيسي توسط ميله هاي روتور قطع شده . قوه اي در آن ايجاد ميشود كه روتور قفسه اي را بدنبال ميدان گردنده ميكشاند بنابراين روتور هنگام دوران هميشه از ميدان دوار استاتور كمي عقب مي ماند.يعني سرعت آن با سرعت ميدان مغنايسي غير هم زمان با آسنكرون مي باشد.موتور آسنكرون را ميتوان به يك ترانسفورماتور شباهت داد در اينجا سيمپيچ استاتور مانند سيمپيچ اوليه ترانسفورماتور سيمپيچ روتور مانند سيمپيچ ثانويه ترانسفورماتور مي باشد
اختلافي كه بين ترانسفورماتور و موتور آسنكرون وجود دارد اين است كه ترانسفورماتر قسمت گردنده و فاصله هوايي ندارد.
وقتي كه موتور آسنكرون را به برق وصل ميكنيم در استاتور آن حوزه دواري بوجود ميآيد كه اين حوزه ميله هاي موتور را قطع كرده و در آن جريان القاء ميكنند همين عمل در ترانسفورماتور هم وجود دارد يعني وقتي كه سيم پيچ اوليه ترانسفورماتور را به برق وصل ميكنيم يك حوزه متغير در قاب آن توليد مي شودكه اين خطوطقوا سيمپيچ ثانويه را قطع كرده و در آن جريان القا ميكنند بر اين اساس كه موتور آسنكرون را ترانسفورماتور گردان ميگويند.

مزاياي موتور آسنكرون با روتور قفسه اي
راه اندازي موتور آسنكرون با روتور قفسه اي بر خلاف موتور سنكرون خيلي ساده است
.ساختمان اين موتور ساده است
.امكان افزايش بار در آنها زياد است
.سرعت آن در بارهاي مختلف تقريبا ثابت است
معايب موتور آسنكرون با روتور قفسه اي
1.تنظيم تعداد دور در آنها مشكل مي باشد
2.در مقابل تغيير فشار الكتريكي حساسيت دارد
3.گشتاور شروع بكار آن كم است
4.در موقع شروع بكار جريان زيادي از شبكه ميگيرد

موتور آسنكرون با موتور سيم پيچي شده
موتورهاي آسنكرون با موتور قفسه اي در شروع به كار جريان زيادي از شبكه ميگيرد و هم چنين گشتاور آن در شروع به كا ر ضعيف است حال براي اينكه در شروع بكار جريان گشتاور قوياي داشته باشيم به جاي موتور قفسه اي از موتور سيمپيچي شده استفاده ميشود به اين جهت موتور را سيمپيچي سه فاز كرده و آن را بصورت ستاره ميبنديم كه سيمپيچي سه فاز موتور توسط حلقه هاي كه روي محور قرار داردوجاروبكهايي كه با فشار با حلقه ها در تماس است به يك رئوستاي سه فازه مربوط ميشود.
وجود مقاومت رئوستا در مدار گشتاور شروع بكار موتور را زياد كرده و همچنين باعث ميشود كه موتور جريان كمي از شبكه دريافت نمايد.

بايد توجه داشت كه راه اندازي روتور نقطعه قطه نداشته باشد زيرا از اين راه ميتوان موتور را ار كار انداخت بدون اينكه استاتور موتور از شبكه برق قطع شده باشد چون در موتور ساكن وجود ندارد پس از مدتي استاتور در نتيجه گرماي زيادي خواهد داشت به منظور جلوگيري از فرسودگي جاروبكهايي و حلقه ها در موتورهايي كه سرعت آن در حين كار تنظيم نميشود پس از عمل راه اندازي اول حلقه ها را به توسط وسيله مخصوص به هم مربوط ميكند يعني روتور را از اين راه اتصال كوتاه مي نماييم و سپس جارو يكي را از روي حلقه ها بلند ميكند

مزاياي موتورآ سنكرون با موتور سيم پيچي شده
در موقع شروع به كار گشتاور قوي دارد
ميتوان تا حدي بار آن را زياد كرد
تعداد دور آن قابل تظيم است
سرعت آن در بارهاي مختلف تقريبا ثابت است

معايب موتور آسنكرون با موتور سيم پيچي شده
1.در مقابل تغيير ولتاژحسسيت دارد
2.ضريب قدرت آن در موقي كه بار به حد نرمال نيست كم مي باشد
3.ضريب قدرت آنها نسبت به ضريب قدرت موتور آسنكرون با موتور قفسهاي كمتر است

موارد استعمال موتورهاي آسنكرون
موتورهاي آسنكرون با قدرت هاي مختلف بصورت يك فاز وسه فاز ساخته ميشود
1.موتورهاي آسنكرون با موتور سنجابي كه موتور آن داراي يك قفسه هادي ميباشد براي قدرتهاي كم مورد استفاده قرار ميگيرد و اين موتور ها بيشتر بصورت يك فاز ساخته ميشود
موارد استفاده اين موتورها در نمايش هاي لباسشويي-يخچال است
2.موتور آسنكرون با موتور سنجابي كه موتور آن داراي 2 قفسه هادي مي باشد داراي گشتاور شروع بكار خوب –جريان راه اندازي آنها نيز نسبتا كم است بنابر اين ميتوان از اين موتورها در جاهايي كه قدرت زياد احتياج است استفاده كرد
3.ازموتور آسنكرون با موتور سيمپيچي شده براي قدرتهاي خيلي زياد مخصوصا اگر با فشار قوي باشد استفاده ميشود وبااين كه در موقع شرع به كار موتور موتور احتياج به گشتاور زياد داشته باشد .مانند :راه انداختن ترن وجرثقيلها وغيره...

راه انداختن موتورها ي آسنكرون
موتورهاي آسنكرون با توجه به قدرت و ولتاژآنها به راههاي مختلف راه اندازي ميشود وبا توجه به اينكه موتور در لحظه شروع بكار جريان زادي ميكشد و اين جريان زياد علاوهبر اين كه به خود موتور صدمه ميزندبه مصرف كننده هاي ديگري كه از اين خط تغذيه ميكنند لطمه ميزند
1.بطور مستقيم
2.توسط كليد ستاره –مثلث
3. توسط كمپانساتور
تنظيم سرعت گردش موتورهاي آسنكرون
1.تغيير قطبها
2.داخل كردن مقاومت در مدار موتور
3.تغيير ولتاژموتور
تغيير جهت گردش موتورها ي آسنكرون سه فاز
بررسي تغيير دادن جهت گردش روتور موتورها ي سه فاز كافي است جهت گردش ميدان گردان استاتور را تغيير داد. بايد دوتا از سه سيم اتصال آن را جا به جا كرد

موتورهاي آسنكرون يك فاز
اين نوع موتورها در صنعت موارد استعمال فراواني دارند.موتورهاي يك فاز بيشتر با قدرت خيلي كمي ساخته شده اند مگر در مواردي استثنايي كه قدرت آنها زياد ميشود

راه اندازي موتورهاي يك فاز
راه اندازي به وسيله يك مقاومت اهمي يا سلفي
راه اندازي به وسيله خازن موقت
راه اندازي به وسيله خازن موقت و خازن دائمي
راه اندازي به وسيله خازن دايمي
راه اندازي به وسيله يك مقاومت اهمي يا سلفي
در اين حالت با سيم پيچ فرعي يك مقاومت اهمي و يا سلفي سري شده و در مجموع با سيمپيچ اصلي موازي ميشوند وقتي موتور به جريان متناوب وصل ميشود دو ميدان يكي ميدان اصلي و يكي ميدان فرعي توليد ميشود كه توسط سلف يا مقاومت اهمي بين اين دو ميدان اختلاف فاز به وجود مي آيد با اين ترتيب به علت توليد ميدان گردان به راه ميافتدووقتي كه دور موتور به مقدار نامي رسيد سيمپيچ فرعي كه توسط يك كليد گريز از مركز روي محور قرار دارد از مدار خارج ميشود

راه اندازي به وسيله خازن موقت
خازن با سيمپيچ فرعي سري شده در نتيجه اين خازن اختلاف فاز بين دو ميدان فرعي واصلي را به وجود آورده و موتور به محض اتصال به شبكه شروع به گردش كرده و پس از اين كه دورموتور به مقدار دور اهمي خود رسيد خازن به وسيله كليد گريزاز مركز از مدار خارج ميشود

راه اندازي به وسيله خازن موقت ودائمي
دو خازن به طور موازي در مدار سيمپيچ فرعيقرار دارد وقتي كه اين موتور به شبكه وصل مشود موتور شروع به كار ميكند و وقتي كه سرعت گردش موتور به 75%سرعت سنكرون رسيد كليد گريز از مركز خازنC1را از مدار خارج كرده و خازن C2 را در مدار باقي ميماند در نتيجه سيمپيچ فرعي در تمام كارموتور به شبكه وصل ميشود .موتوري كه درهنگام كا رهميشه يك خازن همراه دارد داراي مزيت قدرت خوبي مي باشد

راه اندازي موتور به وسيله خازن دايمي
در ومواردي كه موتور يكفاز بي بار يا با باركم كار ميكند ميتوان يك خازن با سيمپيچ فرعي سري نمود واز كليد گريز از مركز صرف نظر كرد در نتجه اي خازن به طور دائم در تمام مدت كار موتور در مدا رقراردارد و بررسي تغيير جهت گردش روتور موتورهاي يك فاز كافي است كه دوسرر اتصال سيم هاي فاز فرعي را با هم عوض كرد

موتورهاي اونيورسال (موتور كلكتوردار )
هرگاه جهت جريان را در يك موتور سري تغير دهيم ملاحضه ميشود كه جهت روتور آن تغيير نخواهد كرد پس نتيجه ميگيريم كه ميتوان يك موتور سري را با جريان متناوب نيز به راه انداخت حال اگر يك موتور سري را به شبكه جريان متناوب متصل نماييم شروع به گردش كرده ولي جرقه هاي شديدي بين جاروبكها وكلكتور آن بوجود مي آيد و خيلي زود بدنه آن داغ ميشود علت داغ شدن توليد جريان فوكودر هسته موتور مي باشد بنابراين براي جلوگيرياز جريان فوكو بايد هسته مغناطيسي ماشين رااز ورقه اهي نازك عايق از هم انتخاب كرده و براي از بين بردن جرقه بايد قطب هاي كمكي به موتور اضافه كرد تا از عكس العمل آرمپيچ جلوگيري شود .موارد استفاده در وسايل خانگي مانند:چرخ خياطي-جاروبرقي-ابزار برقي دستي ميباشد.

موتور با قطب چاكدار
اين موتور كه موتور القايي يا موتور قفسه اي مي باشد در نتيجه داراي يك سيم پيچ مي باشد كه روي قبهاي ماشين پيچيده شده است.استاتور اين موتور با قطب آشكا ر ميسازند روي قسمتي از هر قطب يك حلقه اتصال كوتاه قرار دارد كه با اين حلقه ها مارپيچ شده نيز ميگويند

حال اگر جريان متناوبي از سيمپيچها ي استاتور عبور نمايد فشار مغناطيسي متغير در هسته بوجود ميآيد.در نتيجه اين فلوي مغناطيسي متغير حلقه هاي پوشيده را قطع كرده يك جريان القايي در آنها بوجود مي آورد كه اين جريان القايي در حلقه ايجاد
فلوي مغناطيسي مينمايد جهت اي ن فلو با جهت فلوي اصلي مخالف ميباشد در نتيجه بر اثرافزايش فشار در قسمت قطب پوشيده چگالي فشار كم واز قسمت آزاد قطب چگالي فشار زيادميباشد و در موقع تنزل فشار اين عمل برعكس خواهد بود
بنابراين ميتوان اين تغيير فشار را به منزله يك ميدان نيمه دوار در نظر گرفت كه براي ايجاد يك كوپل راه اندازي كوچك كافي مي باشد
از اين موتور در جاهايي استفاده ميشود كه در شروع بكار باري روي آن قرار نگيرد.

راه انداختن موتور سه فازه در جريان يك فاز
هرگاه يكي از فازهاي موتور سه فازه كه به شبكه متصل نموده ايم قطع شو دموتور به گردش خود ادامه ميدهد ولي قدرتش كمتر از حالت سه فازه خواهد بود واگر اين موتور بايستد نميتواند دوباره به وسيله همان دو فازه كه تشكيل يك فازه را ميدهد كار كند
حال براي اينكه بتوان يك موتور سه فازه را با جريان يك فاز بكار انداخت از يك خازن استفاده كرده البته بايد در نظر داشت كه فشار الكتريكي شبكه يك فاز با ولتاژي كه روي پلاك موتور نوشته شده است برابر باشد در چنين حالتي توان موتور 70%توان نامي آن ميباشد و اما يك روش تجربي وجود دارد كه بررسي هراسب بخار موتور سه فاز 50 ميكروفارادهوبررسي هر كيلووات موتور سه فاز 70ميكرو فاراد خازن روغني در مدار قرارداد.