X
تبلیغات
NMZ--POWER ENGINEERING - ماشینهای برقی جریان ثابت

 ماشینهای برقی جریان ثابت

  وسایل که انرژی را از یک نوع به نوع دیگر تبدیل میکند ماشینهای برقی گفته میشود.


طبقه بندی ماشینهای برقی
ماشینهای برقی به دو طریق دسته بندی می شوند:

.
1- از نظر نوع جریان برقی
الف- ماشینهای برقی جریان ثابت
ب- ماشینهای برقی جریان متناوب

.
2- از نظر نوع تبدیل انرژی
الف- جنراتورهای برقی که انرژی میخانیکی را به انرژی برقی تبدیل می کنند
ب- موتورهای برقی که انرژی برقی را به انرژی میخانیکی تبدیل می کنند
به طور کلی ماشینهای برقی جزء وسایل تبدیل انرژی غیر خطی هستند یعنی هر تغییر در ورودی همیشه به یک نسبت در خروجی ظاهر نمی شود.

جنراتور ساده جریان ثابت
یک جنراتور ساده جریان ثابت از چهار قسمت اصلی ذیل تشکیل شده است:


1- قطبهای مقناطیسی: که وظیفه ایجاد ساحه مقناطیسی جنراتور را بعهده دارد و می تواند بصورت آهنربای دائم و یا آهنربای برقی باشد.
2- هادیها: برای ایجاد ولتاژ القایی به کار گرفته میشود.
3- کموتاتور: در ساده ترین حالت از دو نیم استوانه مسی که توسط میکا نسبت به یکدیگر عایق شده اند تشکیل می گردد، وظیفه یک سو کردن ولتاژ و جریان القایی را در خارج از جنراتور بعهده دارد.
4- بورش: جهت انتقال جریان برقی از هادیها به مصرف کننده استفاده میشود.

 شکل ذیل یک جنراتور ساده جریان ثابت را نشان میدهد.

 

ü   طرز کار جنراتور ساده جریان ثابت: با حرکت هادیها در فضای ما بین قطبها باعث میشود ساحه مقناطیسی توسط هادیها قطع میشود بدین ترتیب مطابق پدیده القاء در هادیها ولتاژ القاء میشود.ابتدا و انتهای هر سکشن به یک نیم استوانه مسی یا یک صفحه کلکتور وصل میشود روی صفحه های کلکتور دو عدد بورش بطور ثابت قرار داشته و با حرکت هادیها صفحه های کموتاتور ذیل بورش می لغزند، بدین ترتیب در جنراتورهای جریان ثابت از طریق کلکتور ولتاژ القاء شده طوری به بورشها منتقل می شود که همیشه یکی از بورشها دارای پلاریته مثبت و دیگری دارای پلاریته منفی است.

برای افزایش سطح ولتاژ القاء شده و بهبود یکسوسازی بمنظور داشتن ولتاژ با دامنه ثابت باید تعداد سکشنها را افزایش داد و سکشنها را به کمک صفحه های کلکتور سری کنیم.


چگونگی تغییر پلاریته ولتاژ القایی در جنراتور ساده
در جنراتور جریان ثابت تغییر پلاریته ولتاژ خروجی عملاٌ در صورت ایجاد یکی از دو حالت ذیل ممکن می شود:
1- جهت چرخش آرمیچر عوض شود
2- جهت جریان در سیم پیچ قطبها تغییر کند در صورتیکه قطبها از نوع مقناطیس دائم نباشد.

چگونگی تغییر دامنه ولتاژ القایی در جنراتور ساده

برای افزایش دامنه ولتاژ القا شده دو روش ممکن است:
1- افزایش سرعت چرخش آرمیچر که باعث افزایش ولتاژ بصورت خطی می شود.
2- افزایش جریان تحریک که باعث افزایش ولتاژ جنراتور بصورت غیر خطی می شود.

موتور ساده جریان ثابت
موتور ساده از نظر ساختمانی مانند جنراتور ساده جریان ثابت می باشد فقط نحوه کار آن با جنراتور ساده جریان ثابت تفاوت دارد. در موتور ساده هادیها از طریق کلکتور و بورشها به یک منبع جریان ثابت متصل می شود در اینصورت جریانی از هادیها عبور کرده و در نتیجه مطابق قوهی لورنس به هادیها قوه وارد میشود و آنها به حرکت در می آید.


نحوه ایجاد قوه و گشتاور در موتور ساده: در صورتیکه از یک سکشن یک حلقه که بین قطبهای یک مقناطیس قرار دارد جریان برقی عبور کند مطابق شکل به بازوی سمت راست قوه به سمت بالا و به بازوی سمت چپ قوه بسمت پایین وارد می شود با وارد شدن دو قوه مختلف الجهت به دو طرف سکشن طبیعی است که سکشن به امتداد محورش شروع به دوران خواهد نمود یعنی وارد آمدن زوج قوه موجب ایجاد گشتاور لازم شده است.
در این موتور ساده اگر صفحه سکشن عمود بر خطوط ساحه مقناطیسی قرار گیرد به آن گشتاوری وارد نمیشود در ضمن که گشتاور وارد شده نیز دامنه یکنواخت ندارد برای رفع شدن این معایب باید  تعداد سکشنها و صفحه های کلکتور را افزایش داد سکشنها در زاویه های مختلف قرار می گیرد و با هم توسط صفحه های کلکتور سری می شود.

:DC تغییر جهت گردش در موتور ساده  

تغییر جهت گردش موتور ساده به دو روش ذیل ممکن است:
1- تغییر جهت جریان در سکشن که با تغییر پلاریته ولتاژ منبع از خارج موتور میسر است.
2- تغییر قطبهای مقناطیسی که با تغییر جهت جریان در سیم پیچی تحریک ممکن است.

ساختمان ماشینهای جریان ثابت
اجزاء تشکیل دهنده ماشینهای جریان ثابت را میتوان به صورت ذیل دسته بندی کرد:
1- قسمت ساکن شامل قطبها و بدنه (ستاتور)
2- قسمت متحرک (آرمیچر)
3- مجموعه بورش و بورش نگهدارها


هر کدام از قسمتهای فوق بطور خلاصه توضیح داده می شود
1- اجزاء ساکن ماشینهای جریان ثابت: قسمتهای ساکن جریان ثابت شامل اجزاء ذیل هستند:
قطبهای اصلی-
قطبهای کمکی-
بدنه
-


 قطبهای اصلی: وظیفه این قسمت تامین ساحه مقناطیسی مورد نیاز ماشین است. قطبهای اصلی خود شامل قسمتهای ذیل می باشد:
- هسته قطب: از ورقهای فولاد برقی به ضخامت حدود 5/0 تا 65/0 میلی متر با خاصیت مقناطیسی قابل قبول تشکیل می شود.
- کفشک قطب: شکل قطب به نحوی است که سطح مقطع کوچکتر برای سیم پیچ اختصاص داده می شود و قسمت بزرگتر که کفشک قطبی نام دارد سبب شکل دادن ساحه مقناطیسی و سهولت هدایت سیلان مقناطیسی به فاصله هوایی می شود.
- سیم پیچ تحریکی: یا سیم پیچ قطب اصلی که دور هسته قطب پیچیده می شود، برای جریانهای کم باید تعداد دور سیم پیچ تحریک زیاد باشد و سطح مقطع آن کم و برا ی جریانهای زیاد تعداد دور کم برای سیم پیچ لازم است و با سطح مقطع زیاد.


 قطبهای کمکی: قطبهای کمکی در ماشینهای جریان ثابت از هسته و سیم پیچ تشکیل می شوند، هسته قطبهای کمکی را معمولاٌ از فولاد یکپارچه می سازند. سیم پیچی قطبهای کمکی نیز با تعداد دور کم و سطح مقطع زیاد پیچیده می شوند.

 


 بدنه: قطبهای اصلی، کمکی، بورش نگهدارها روی بدنه ماشین محکم می شوند و بوسیله ماشین روی پایه اش نصب می گردد. قسمتی از بدنه را هسته آهنی تشکیل می دهد که برای هدایت سیلان مقناطیسی قطبهای اصلی و کمکی بکار می رود این قسمت طوق بکار می رود. شکلهای ذیل قطب اصلی و کمکی ماشین جریان ثابت را نشان میدهد.


2- قسمت متحرک یا آرمیچر: در ماشینهای جریان ثابت قسمت گردنده را القاء شوند یا آرمیچر می نامند که از اجزاء ذیل تشکیل شده است:
الف- هسته آرمیچر
ب- سیم پیچی آرمیچر
ج- کلکتور یا یکسوکننده میخانیکی
د- محور
ﻫ- پروانه سرد کننده

- سیم پیچی آرمیچر: از سکشنهای مشابهی تشکیل می شود که با الگوی مناسب تهیه و در شیارها قرار می گیرد سیم پیچی آرمیچر مبتنی بر اصول فنی بوده و از طراحی ماشینهای جریان ثابت تبعیت می کند.


- کلکتور: از صفحه های مسی سخت که توسط میکا نسبت به یکدیگر و محور ماشین عایق شده اند تشکیل می شود.


- محور: محور آرمیچر ماشینهای جریان ثابت باید از فولادی تهیه گردد که خاصیت مقناطیسی آن کم اما استحکام میخانیکی کافی در مقابل تنشهای برشی، کششی، و پیچشی را دارا باشد انتخاب کردن محور ضعیف خطر آفرین بوده و ممکن است در مواقع بروز خطا سبب انهدام کلی ماشین گردد.


- پروانه سرد کننده: پروانه سرد کننده سبب تهویه و ازدیاد عمر مفید ماشین میشود .


3- بورش و بورش نگهدارها: وظیفه بورش نگهدار قرار دادن صحیح بورش روی صفحه های کلکتور است بورشها قطعاتی از جنس زغال یا گرافیت می باشند که برای گرفتن جریان از کلکتور یا دادن جریان به آن استفاده می شود.

   سیم پیچی آرمیچر ماشینهای جریان ثابت
همانطور که قبلا اشاره شد سیم پیچی آرمیچر مبتنی بر اصول فنی خاص می باشد که در طراحی آن به نکات مهمی از قبیل استحکام میخانیکی، برقی و حرارتی با عمر مفید و عادی حدود 20 سال حداکثر گشتاور و جریان و ولتاژ با حداقل نوسانة جرقه کم بین زغال و کلکتور و صرفه جویی در مواد اولیه باید توجه کرد.
بسته به نیاز سکشنها می توانند بطور مسلسل یا موازی یا ترکیبی از این دو به همدیگر وصل می شوند.


-در صورتیکه سکشنها با هم سری شوند قوه محرکه سکشنها با هم جمع می شوند و ولتاژ دهی آرمیچر افزایش می یابد.     (سیم پیچی موجی)


در صورتیکه سکشنها موازی شوند تعداد مسیرهای جریان موجود در آرمیچر افزایش یافته و قابلیت ولتاژ دهی آرمیچر افزایش می یابد. (سیم پیچی حلقوی)


توضیح کامل روشهای سیم پیچی آرمیچر در کتابهای سیم پیچی مطرح شده است و ما در این جزوه به مصرفیDC آن کفایت می کنیم


الف- سیم پیچی حلقوی شامل حلقوی ساده و حلقوی مرکب
ب- سیم پیچی موجی شامل موجی ساده و موجی مرکب
ج- سیم پیچی پای قورباغه ای
لازم است در اینجا تعداد مسیرهای جریان که در هر نوع ایجاد می شود نیز معرفی شود. تعداد مسیرهای جریان را با 2a نشان میدهند که بشرح ذیل است:
                                                                     2a = 2P          حلقوی ساده
                                                                     2a = 2P.m      حلقوی مرکب
                                                                     2a = 2            موجی ساده
                                                                     2a = 2m         موجی مرکب
2P : تعداد قطبهای آرمیچر ، m : درجه مرکب بودن آرمیچر

عکس العمل مقناطیسی آرمیچر:
چنانچه ماشینهای جریان ثابت زیر بار قرار گیرند یعنی از سیم پیچی آرمیچر جریان عبور کند یک ساحه عکس العمل (عرضی) توسط آرمیچر ایجاد می گردد. این ساحه باعث می شود منطقه خنثی در جنراتورها در جهت چرخش و در موتورها در خلاف جهت چرخش تغییر مکان دهد. عکس العمل آرمیچر علاوه بر انحراف محور خنثی سبب تضعیف ساحه مقناطیسی اصلی می شود در نتیجه قوه محرکه القاء شده در سیم پیچ کم شده، ضایعات انرژی در ماشین و جرقه در زیر بورشها بوجود می آید برای از بین بردن و یا کم کردن اثر عکس العمل در ماشینهای جریان ثابت می توان از قطبهای کمکی و یا در ماشینهای بزرگتر از سیم پیچی جبرانگر هم استفاده کرد.

پدیده کموتیشن:
تغییر تماس بورش از یک صفحه کموتاتور به صفحه دیگر کموتیشن نام دارد  در این جابجایی سکشنی که تحت کموتیشن قرار می گیرد چون توسط بورش اتصال شده  باید در صفحه خنثی قرار گیرددر عین حال چون جریان در این سکشن در زمان کموتیشن تغییر مقدار و جهت میدهد سبب بوجود آمدن ولتاژ خود القایی در این سکشن شده و از آنجا که این سکشن توسط جاربک و صفحه های کموتاتور اتصال کوتاه شده است جرقه نسبتاٌ شدید بین زغالها و کموتاتور بوجود می آید. قطبهای کمکی برای رفع این عیب موثر خواهد بود. اما در ماشینهای که قطب کمکی ندارند بهبود عمل کموتیشن با تغییر محل بورشها (در جهت گردش در جنراتورها و در خلاف جهت گردش در موتورها) انجام گیرد. این جابجایی درست کاملا امکان پذیر و قابل مشاهده می باشد.

رابطه قوه محرکه القای در ماشینهای DC واقعی
ولتاژ القاء شده در هر ماشین به سه عامل بستگی دارد:
1- سیلان مقناطیسی (Ф)
2- سرعت زاویه ای روتور ماشین (ω)
3- ضریب ثابت که به ساختمان ماشین بستگی دارد (K) این ولتاژ از رابطه رو به رو بدست میآید.                                             
مقدار K و ω را میتوان از رابطه های ذیل بدست آورد
P : تعداد جفت قطبهای ماشین
a : تعداد جفت مسیرهای جریان                                                                                                                                              
Z : تعداد هادی های آرمیچر
n : سرعت آرمیچر برحسب دور بر دقیقه 

رابطه گشتاور تولید شده در آرمیچر ماشینهای جریان ثابت واقعی
گشتاور تولید شده در ماشینهای جریان ثابت نیز به سه عامل بستگی دارد
1- سیلان مقناطیسی (Ф)
2- جریان آرمیچر (IA)
3- یک ضریب ثابت (K)
این گشتاور از رابطه رو به رو بدست می آید.


توان و راندمان در ماشینهای DC
در صورتیکه توان ورودی یک ماشین P1 و توان خروجی آن را P2 بنامیم تفاوت این دو ضایعات ماشین نام دارد.                                                                                              
ضریب بهره (راندمان): نسبت توان خروجی به توان ورودی ماشین را ضریب بهره می گویند.
                                                                                                      
ضایعات در ماشینهای DC: ضایعات در ماشینهای جریان ثابت بصورت ذیل تقسیم بندی می شوند.


1- ضایعات میخانیکی یا اصطکاکی (Pmec)
2- ضایعات آهنی یا ضایعات هسته (PFe)
3- ضایعات مسی (Pcu)


- ضایعات میخانیکی بعلت اصطکاک محور ماشین در یاتاقانها و اصطکاک بورشها با کلکتور و مقاومت هوا بوجود می آید.
- ضایعات هسته از ضایعات هیسترزیس و ضایعات ناشی از جریانهای فوکو در هسته آرمیچر تشکیل می شود.
- ضایعات مسی یا ژولی در اثر عبور جریان از سیم پیچ های تحریک و آرمیچر بوجود می آید.

 

 

 

ترتیب کننده : م نوید منصوری

محصل پوهنتون پولی تخنیک کابل

رشته تامین برق

کابل افغانستان

ایمیل: 

 naveedmansouri@yahoo.com

naveedmansouri@gmail.com

naveedmansouri@hotmail.com

naveedmansouri@live.com

 

+ نوشته شده در Sat 27 Sep 2008ساعت 4 PM توسط نوید |