ماشین های القایی سه فاز مقدمه موتورهای القایی سه فاز پرکاربردترین موتورهایی هستند

3 ماشين هاى القايى سه فاز ١٠١

ماشين های القايی سه فاز هدف های رفتاری: مفاهيم آسنکرون و سنکرون را تعريف کند. ماشين آسنکرون را در دو حالت موتوری و مولدی تعريف کند. ساختمان ظاهری و داخلی ماشين آسنکرون را از روی شکل توضيح دهد. اساس کار موتورهای آسنکرون را توضيح دهد. چگونگی توليد ميدان دوار در يک استاتور سه فاز دوقطبی را توضيح دهد. تا ثير فرکانس و تعداد قطب برسرعت ميدان دوار را توضيح دهد. مثال مربوط به سرعت ميدان دوار را تشريح کند. تمرين مربوط به سرعت ميدان دوار را حل کند. لغزش را تعريف کند. علت ايجاد لغزش در موتورهای آسنکرون را توضيح دهد. مثال مربوط به محاسبه لغزش را تشريح کند. تمرين مربوط به محاسبه لغزش را حل کند. لغزش در حالت های مختلف موتور آسنکرون را توضيح دهد. اثر تغييرات لغزش بر مدار رتور را توضيح دهد. مشخصه های f(s) T = f(n), T = را رسم کند. با استفاده از مشخصه های f(s) T = f(n), T = گشتاورهای راه اندازی و بحرانی را نشان دهد. ساختمان داخلی روتور موتورهای قفسی را در کلاس های مختلف توضيح دهد. روش های راه اندازی موتورهای روتور قفسی را بيان کند. کاربرد موتورهای روتور قفسی را بيان کند. ساختمان داخلی موتورهای روتور سيم پيچی را توضيح دهد. اثر تغيير مقاومت مدار روتور سيم پيچی را در دو حالت راه اندازی و زيربار توضيح دهد. کاربرد موتورهای روتور سيم پيچی را بيان کند. انواع تلفات در موتورهای آسنکرون را تعريف کند. دياگرام توازن قدرت در موتورهای آسنکرون را رسم کند. روابط توان تلفات و بازده را توضيح دهد. مثال مربوط به توان و بازده را تشريح کند. تمرين مربوط به توان و بازده را حل کند. روش های کنترل سرعت در موتورهای القايی را شرح دهد. ٣ ١٠٢

روش های ترمز در موتورهای القايی را شرح دهد. اطلاعات لازم را از پلاک موتورهای القايی استخراج کند. حالت مولدی ماشين های آسنکرون را توضيح دهد. تمرين های پايان فصل را حل کند. ١٠٣

ماشین های القایی سه فاز مقدمه موتورهای القایی سه فاز پرکاربردترین موتورهایی هستند که برای به حرکت درآوردن چرخ های صنعت از آنها استفاده می شود. طراحی ساده و مستحکم قیمت ارزان هزینه نگهداری پایین و اتصال آسان به منبع سه فاز امتیازات اصلی موتورهای القایی هستند. با اینکه ساختمان موتورهای القایی سه فاز به مراتب ساده تر از موتورهای DC است. ولی مکانیزم عملکرد کنترل سرعت و گشتاور در این نوع موتورها نیازمند درک عمیق تری از مفاهیم الکتریسیته و مغناطیس می باشد. این نوع موتور در قدرت های متنوع )کسری از کیلو وات تا چند ده مگا وات( ساخته و بهره برداری می شوند. 3 شکل 1 انواع موتورهای الکتریکی وکاربردآن در صنعت 104

١ ٣ ساختمان ماشينهای القايی بهطور کلی هر ماشين القايی (موتور يا مولد القايی) از دو بخش استاتور و رتور تشکيل شده است. استاتور بخش ثابت و رتوربخشمتحرکماشينمیباشد. در شکل( ۲ ) ساختمان ماشين القايی نشان داده شده است. ۱ ۱ ۳ استاتور:استاتورماشينالقايی شاملبدنه ۱ هستهمغناطيسی سيمپيچهاوياتاقانهامیباشد. هسته استاتور مجموعهای از ورقهای فولادی است که دارای شيار در سطح داخلی آن مطابق شکل ( ۳ الف) میباشد که پس از قرار گرفتن در کنار هم تشکيل يک حجم استوانهای توخالی را مطابق شکل ( ۳ ب) میدهد. سيمپيچهای سه فاز ماشين القايی در داخل همين شيارها قرار میگيرند. در فصل ۱ با پديده هيسترزيس و فوکو آشنا شديد. در ماشين های القايی نيز به دليل تلفات هيسترزيس جنس هسته بايد از فولاد الکتريکی با پسماند کم ۲ انتخاب شود تا تلفات هيسترزيس ماشين به حداقل ممکن برسد. همچنين برای کاهش تلفات فوکو نيز از روش ورق ورق کردن هسته بهره می گيرند. ابعاد هسته استاتور به گونه ای است که به راحتی در بدن ه فولادی چدنی يا آلومينيومی استاتور محکم می شود اين بدنه به صورت پره دار ساخته می شود تا برای تهويه بهتر سطح تماس بيشتری با هوای محيط (سطح بيرونی) خود داشته باشد. وظيفه بدنه پوشش نهايی ماشين القايی می باشد که هسته و سيم پيچ ها را در خود جای داده است و ضمن محافظت ماشين در برابر ورود اجسام خارجی امکان نصب ماشين را فراهم می کند. ۳ همچنين برای اتصال سيم پيچ ها روی بدنه ماشين جعبه ترمينال قرار می گيرد. شکل ۲ اجزای تشکيل دهنده يک موتور القايی ۱ درصورت نياز ممکن است به منظور خنک سازی ماشين القايی و يا حفاظت آن از لوازم بيشتری نظير فن هيتر يا گرم کن سنسور لرزش مقاومتهای متغير با دما و در آن استفاده شود. ۲ فولاد سيليسدار ۳ Terminl Box ١٠٥

ماشین های القایی سه فاز به عالوه دو درپوش و یاتاقان های طرفین ماشین به گونه ای طراحی می شوند که قسمت متحرک ماشین )رتور( به راحتی در داخل استاتور بچرخد و تکیه گاه مکانیکی مناسبی برای رتور فراهم شود. این بخش در ساختار الکتریکی ماشین نقشی ندارد و جزو تجهیزات مکانیکی ماشین به حساب می آید. در موتورهای سنگین که جابه جایی آن برای افراد میسر نیست یک قالب در باالی بدنه ماشین پیش بینی می شود که بتوان با جرثقیل آن را جا به جا نمود. 2 1 3 سیم پیچ: استاتو ر ماشین القایی سه فاز با توجه به محیط 360 دایره ای شکل خود باید حداقل دارای سه سیم پیچ با اختالف زاویه 120 مکانی از هم مطابق شکل )4( باشد. 120 3 رتور L 1 L 2 L 3 به اختالف مکانی 120 درجه سیم پیچ توجه کنید. شکل 4 استقرار سیم پیچ های ماشین القایی ومدار الکتریکی آن )الف( )ب( )ج( در عمل سیمپیچهای سه فاز استاتور ماشین القایی احتیاج به حداقل 6 شیار مطابق شکل )5( دارند. سیمپیچها بهگونهای جاسازی میشوند که هر سیمپیچ با دیگری 120 درجه اختالف فاز مکانی داشته باشد. در این شکل سه دسته سیمپیچ با حروف ),, ( مشخص شدهاند. در ماشینهای القایی صنعتی شیارهای استاتور بیشتر از این تعداد میباشند. ʹ ʹ º º 120 120 ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ º 120 شکل 3 هسته استاتور بدنه و سیم پیچ استاتور شکل 5 استاتورماشین الکتریکی سه فاز دو قطب شامل سه کالف تک حلقه 106

U1 L1 L1 U1 U2 V1 V2 W1 W2 L3 W1 U2 W2 V2 V1 L2 W2 W1 L3 V2 U1 U2 L2 V1 L1 L2 L3 L1 L2 L3 U1 V1 W1 U1 V1 W1 W2 U2 V2 W2 U2 V2 شکل ۶ نحوه اتصال سر سيم ها در ترمينال ماشين القايی سه فاز در ماشين های القايی سر و ته سيم پيچ ها (,, )را به داخل جعبه ترمينال می آورند تا به ترمينال های خروجی متصل شوند. بدين ترتيب تغيير اتصال ستاره و يا مثلث در جعبه ترمينال بسيار ساده مانند شکل (۶) می باشد. ۳ ۱ ۳ رتور: رتور ماشين های القايی بر دو نوع است: رتور قفسی رتور سيم پيچی شده هسته هر دو نوع رتور از ورقه های مغناطيسی دايره ای شکلی تشکيل شده اند که از مرکز آن محور فولادی رتور عبورکرده است. محور فولادی رتور بايستی از نظر مکانيکی از استحکام کافی برخوردار بوده ولی از نظر خاصيت مغناطيسی ضعيف باشد. ۴ ۱ ۳ رتور قفسی: اين نوع رتور از تعدادی ميله های مسی يا آلومينيومی مطابق شکل (۲۱) تشکيل شده است که آنها را در داخل شيارهای ورقه مغناطيسی رتور تعبيه کرده اند. سپس اين ميله ها از هر دو طرف توسط دو حلقه هم جنس با ميله ها ) آلومينيوم يا مس) به هم متصل شده اند. شکل( ۷ ) ابعاد چند نوع رتور قفسی را نشان می دهد. شکل ۷ رتور قفسی در ابعاد مختلف ١٠٧

ماشين های القايی سه فاز ۵ ۱ ۳ رتور سيم پيچی شده rotor) :(Wound بر روی اين نوع رتور سه دسته سيم پيچ با اختلاف مکانی ۱۲۰ درجه مانند استاتور ماشين القايی سه فاز با همان تعداد قطب پيچيده می شوند. اين سيم پيچ ها نسبت به بدنه رتور عايق شده است. نمايی از اين نوع رتور در شکل (۸) ديده می شود. سيم پيچ های رتور اغلب با اتصال ستاره ۱ به هم وصل می شوند و سه سر ديگر سيم پيچ ها توسط حلقه های لغزان ۲ و جاروبک به بيرون رتور جهت اتصال به مقاومت راه انداز انتقال داده می شوند. بدين ترتيب در ماشين های القايی رتور سيم پيچی امکان دسترسی به مدار داخلی رتور وجود دارد. مدار الکتريکی و اتصال سيم پيچ های رتور به حلقه های لغزان در شکل (۹) نشان داده شده است. ٣ K L M شکل ۹ مدار الکتريکی رتور سيم پيچی خود را بيازماييد شکل ۸ رتور سيم پيچی شده در ابعاد مختلف نکات قابل توجه در رابطه با ماشين های القايی رتور سيم پيچی عبارتست از: الف) تعداد شيارهای رتور همواره کمتر از تعداد شيارهای استاتور است. ب) تعداد قطب های سيم پيچی رتور بايد برابر با تعداد قطب های سيم پيچی استاتور باشد. ۱ مزيت های ماشين القايی جريان متناوب نسبت به ماشين های جريان مستقيم را بيان کنيد. ۲ به قسمت ثابت ماشين القايی و به قسمت متحرک آن می گويند. ۳ قسمت های اصلی استاتور ماشين القايی را نام ببريد. ۴ چرا هسته استاتور ماشين های القايی را به صورت ورقه ورقه و با پسماند کم می سازند ۵ اجزای تشکيل دهنده رتور قفسی را نام ببريد. lip ring ۲ ۱ گاهی در صنعت می توان موتورهای القايی رتور سيم پيچی شده ای يافت که سيم پيچ های رتور آن با اتصال مثلث به هم وصل شده باشند. ١٠٨

2 3 اساس کار موتورهای القایی مطابق شکل )10( مدار الکتریکی موتور القایی سه فاز رتور سیم پیچی شده مانند یک ترانسفورماتور سه فاز است. در واقع هر دو از اثر القای نیروی محرکه در سیم پیچ طرف دیگر استفاده می کنند لذا به این موتورها موتورهای القایی گفته می شود. البته در ساختار موتور القایی بین سیم استاتور )اولیه( و رتور )ثانویه( عالوه بر هسته مغناطیسی فاصله هوایی نیز وجود دارد و از آنجا که در قدرت های یکسان نیروی محرکه مغناطیسی بیشتری جهت غلبه بر تلفات مکانیکی رتور و مقاومت مغناطیسی ناشی از فاصله هوایی بین استاتور و رتور مورد نیاز است بنابراین در قدرت یکسان جریان بی باری موتورهای القایی نسبت به ترانسفورماتورها بیشتر می باشد. L1 L2 K L فاصله هوايي L3 M رتور استاتور شکل 10 مدار الکتریکی)پایین( و جعبه ترمینال)باال( موتور القایی با رتور سیم پیچی شده 3 3 پدیده میدان دوار در ماشین های القایی در این بخش پس از معرفی ساختار ماشین القایی سه فاز ثابت می شود که چگونه با عبور جریان سه فاز از سه سیم پیچ استاتور ماشین القایی می توان میدان دوار ایجاد کرد به طوری که این میدان پیرامون هسته استاتور گردش نموده و بدین ترتی ب شرایط الزم برای چرخش رتور را فراهم کند. البته برای اثبات موضوع فوق از معادالت ریاضی بهره می گیرند ولی از آنجا که می توان این موضوع را با دالیل فیزیکی نیز شرح داد لذا برای اثبات میدان دوار از تشریح فیزیکی میدان استفاده می گردد. در آغاز انواع میدان های ایجاد شده توسط جریان های مستقیم و متناوب یادآوری می شود. مطابق شکل )11( با عبور جریان DC از یک سیم پیچ می توان میدان ثابت ایجاد کرد. زیرا اندازه و جهت این میدان همواره ثابت است. همچنین با عبور 109

ماشين های القايی سه فاز جريان متناوب تک فاز ميدانی متغير ايجاد می شود که به صورت ضربانی جهت آن در هر نيم سيکل مرتب تغيير می کند که به آن ميدان ضربانی می گويند. جهت ميدان های مغناطيسی اطراف سيم پيچ در جريان متناوب تکفاز مطابق شکل (۱۲) می باشد. N ٣ شکل ۱۱ ميدان مغناطيسی حاصل از منبع جريان مستقيم N N 1 2 3 4 N 5 9 N 6 7 8 N N شکل ۱۲ جهت ميدان مغناطيسی سيم پيچ در جريان متناوب ١١٠

پیکان نشان داده شده در شکل 12 جهت جریان فرضی وارد و خارج شده از سیم پیچ را نشان میدهد. در ادامه نشان داده میشود که با عبور جریان های متناوب سه فاز در سه سیم پیچ مطابق شکل )13( میدان های گردشی یا دوار ایجاد خواهد شد. شکل ) 13 الف( سیم بندی سه فازه ماشین القایی دوقطبی ساده را نشان می دهد. با توجه به شکل ) 13 ب ج( سیم پیچ های سه فاز,, در بدنه استاتور با اختالف 120 درجه مکانی نسبت به یکدیگر جاسازی شده اند در این ماشین بازوی برگشت سیم پیچ های هر فاز استاتور ماشین A A BC ʹ ʹ Bʹ 120º 120º Cʹ ʹ ʹ C 120º B Aʹ الف(شمای واقعی با ماشین القایی با سیم پیچ ب( نمایش کالفها بر اساس موقعیت مکانی متمرکز ج( شمای تک حلقه سیم بندی ماشین القایی با سیم پیچ گسترده بر اساس موقعیت مکانی د( شکل واقعی ماشین القایی سیم پیچ متمرکز مدل آزمایشگاهی شکل 13 ماشین القایی سه فاز 111 را به دو نیم تبدیل نموده است یعنی بازوی رفت سیم پیچ مثال با بازوی برگشت آن یعنی 180 درجه اختالف مکانی دارد بنابراین در این ماشین القایی میدان دو قطبی ایجاد میشود. برای شروع انتهای سیم پیچ های سه فاز استاتور یعنی ),, ( را با اتصال ستاره به هم متصل کرده و ابتدای آنها یعنی ),,( را به منبع برق سه فاز با ولتاژ مناسب وصل می کنند. بالفاصله پس از اتصال برق سه فاز به سیم پیچ های استاتور جریان الکتریکی در آن جاری میشود و سپس در هادی های هر سیم پیچ متناسب با جهت جریان عبوری از آن میدان مغناطیسی ایجاد میشود. برای تحلیل آسان تر میدان دوار اندازه و جهت جریان های سه فازه شکل )14( در زمان های t 1 تا t 6 در نظر گرفته میشود. در نتیجه فاصله هر یک از نمونه های زمانی 60 درجه از یکدیگر میباشد. بنابراین با تحلیل این 6 نقطه میتوان گردش کامل میدان دوار را در مسیر دایره ای )یعنی 360 درجه( بررسی نمود.

ماشين های القايی سه فاز N N N ٣ t 2 t 4 t 6 L1 L2 L3 60 60 60 60 60 60 N N N t 1 t 3 t 5 شکل ۱۴ ميدان دوار استاتور در يک دوره تناوب جدول (۱) تحليل جهت جريان هر يک از سيم پيچ ها را در يک دوره تناوب شکل موج سه فاز نشان می دهد. جهت جريان هادی های هر شيار و وضعيت ميدان های مغناطيسی استاتور در هر يک از زمان های t ۱ تا t ۶ به کمک جدول (۱) به دست می آيد. از آنجا که شيارهای استاتور هادی های هر فاز را در خود جای داده اند و جهت جريان هادی های هر شيار در هر لحظه با توجه به فرض فوق قابل علامت گذاری هستند. لذا می توان جدول( ۱ ) را کامل نمود. بنابراين با توجه به ميدان مغناطيسی اطراف هادی های هم جوار جهت ميدان مغناطيسی ايجاد شده در هر لحظه به دست می آيد. شکل ۱۵ ميدان مغناطيسی اطراف سيم حامل جريان و دو سيم مجاور يا جريان هم جهت ١١٢

به عنوان نمونه با توجه به شکل موج جريانهای سينوسی سه t ۱ فاز مثبت فاز منفی و فاز مثبت است. فاز در لحظه پس علامت جهت جريان در ابتدای سيمپيچ و در انتهای آن يعنی درج میشود. اين علامتها برای فازهای ديگر نيز به همين ترتيب در سطر مربوط به هر زمان قرار داده می شود. با در نظر گرفتن جهت ميدان مغناطيسی ايجاد شده از زمان t ۱ تا t ۶ می توان نتيجه گرفت که ميدان مغناطيسی در هسته استاتور می چرخد. اين ميدان در حال گردش را ميدان دوار می گويند. جدول ۱ جهت جريان سيم پيچ های استاتور جهت جريان در مقاطع سيم پيچ علامت جريان هر فاز I I I t ١ + + N t ٢ + N t ٣ + + N t ٤ + N t ٥ + + N t ٦ + N ١١٣ جهت گردش ميدان

ماشین های القایی سه فاز 4 3 تغییر جهت چرخشی میدان دوار در صورتی که جای دو فاز از سه فاز متصل شده به ماشین القایی به اختیار عوض شود میدان دوار ماشین القایی سه فاز تغییر جهت میدهد. این تغییر در جدول )2( بر اساس جدول 2 اثر تغییر جای دو فاز بر جهت میدان دوار شکل )16( انجام شده است. شکل )16( جهت چرخش میدان مغناطیسی دوار را با تعویض جای فاز و نمایش می دهد. از این روش برای تغییر جهت گردش موتور القایی استفاده میشود. 3 جهت جریان در مقاطع سیم پیچ عالمت جریان هر فاز زمان I I I t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 + + + + + + + + + ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ N ʹ ʹ N ʹ N ʹ ʹ N ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ N ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ N ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ N ʹ ʹ N N ʹ N ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ N ʹ N ʹ ʹ N ʹ ʹ N ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ N ʹ ʹ N ʹ N ʹ ʹ N ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ Nʹ ʹ Nʹ N N ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ ʹ جهت گردش میدان 114

N N N t 2 t 4 t 6 L2 L1 L3 60 60 60 60 60 60 N N N t 1 t 3 t 5 شکل ۱۶ جهت جريان سيم پيچ های استاتور و تغيير جهت ميدان دوار در يک دوره تناوب خود را بيازماييد ۱ چرا جريان بی باری موتورهای القايی بيشتر از ترانسفورماتورها می باشد ۲ آيا می توان با جريان مستقيم ميدان دوار ايجاد کرد ۳ با توجه به علامت جريان های داده شده در جدول زير جهت جريان در سيم پيچ های ماشين القايی و جهت ميدان دوار را تعيين کنيد. جهت جريان در مقاطع سيم پيچ علامت جريان هر فاز زمان I I I t ١ + + + t ٢ + + t ٣ + t ٤ + t ٥ + t ٦ + ١١٥

ماشین های القایی سه فاز 5 3 عوامل مؤثر در سرعت میدان دوار همانطور که مالحظه کردید برای ترسیم میدان دوار از شکل موج جریان های سه فاز در فواصل منظم و در یک دوره تناوب استفاده می شود. حاال تصور کنید هر چه دوره تناوب در زمان کوتاه تری تکرار گردد مسلما سرعت چرخشی میدان دوار نیز بیشتر خواهد شد و بالعکس با افزایش زمان دوره تناوب سرعت میدان دوار کندتر میشود. یکی از کمیت های شبکه برق متناوب فرکانس f است که با دوره تناوب T نسبت عکس دارد. پس می توان نتیجه گرفت یکی از عوامل مؤثر بر سرعت میدان دوار فرکانس شبکه برق میباشد ولی از آنجا که فرکانس متناسب با عکس زمان تناوب است بنابراین با کاهش فرکانس سرعت چرخش میدان دوار کم می شود و با افزایش فرکانس سرعت چرخش میدان دوار زیاد می شود. سرعت میدان دوار ماشین القایی را با n s نمایش میدهند و آن را سرعت سنکرون مینامند. سرعت میدان دوار متناسب با فرکانس است بنابراین می نویسیم: n s f از آنجا که جریان عبوری از سیم پیچ ها در یک دوره تناوب فقط یکبار تغییر جهت میدهند میتوان نتیجه گرفت که قطبهای N و میدان دوار در این مدت فقط یکبار عوض میشود. بنابراین در یک ماشین دو قطبی که قطبها )360 درجه( محیط استاتور را اشغال کردهاند در یک دوره تناوب میدان دوار یک دور محیط استاتور را طی میکند در حالی که در یک ماشین چهار قطبی که هر دو قطب آن )180 درجه( محیط استاتور را اشغال کرده است در یک دوره تناوب میدان دوار تنها نیم دور )180 درجه(محیط استاتور را طی میکند. پس میتوان نتیجه گرفت افزایش تعداد قطبهای استاتور باعث کمشدن سرعت میدان دوار میشود. بنابراین عامل دیگر تعیین کننده سرعت میدان دوار تعداد قطبهای سیم بندی ماشین القایی میباشد. با مراجعه به جدول) 3 ( دیده میشود که میدان دوار ماشین 4 قطبی در مقایسه با ماشین 2 قطبی در یک دوره تناوب نیم دور محیط استاتور را طی میکند. با توجه به جدول )3( سرعت میدان دوار با رابطه 2 P متناسب است. p تعداد قطب ها n s سرعت میدان دوار n s P 2 3 چرخش میدان در یک دوره تناوب جدول 3 اثر افزایش تعداد قطب ماشین القایی بر سرعت رتور محیط اشغال شده توسط یک جفت قطب تعداد قطب ها 2 360 2 = 360 =360 1 2 = 2 2 یک دورکامل 4 360 = 360 4 =180 2 2 = 2 4 نیم دور 6 360 = 360 =180 6 3 2 = 2 6 ثلث دور......... p 360 P 2 دور P 2 116

رابطه سرعت ميدان دوار با در نظر گرفتن هر دو عامل فرکانس و تعداد قطب های سيم پيچی به صورت زير نوشته می شود: ( ۱ ۳ ) n s بر حسب دور در ثانيه) ) n s = 2 f P سرعت ميدان دوار در رابطه ( ۱ ۳ ) بر حسب دور بر ثانيه می باشد ولی از آنجا که سرعت ماشين های دوار را معمولا بر حسب دور بر دقيقه (RPM) ۱ نمايش می دهند لذا رابطه سرعت ميدان دوار به صورت رابطه ( ۲ ۳ ) خواهد شد. در رابطه ( ۲ ۳ ): ( ۲ ۳ ) n s = 120 f P RPM سرعت ميدان دوار بر حسب n s Hz فرکانس شبکه برق بر حسب f P تعداد قطب های سيم بندی ماشين القايی به ياد داشته باشيد که فرکانس در شبکه های برق ثابت است در نتيجه حداکثر سرعت ميدان دوار در ماشين القايی دو قطبی ايجاد می شود. : سرعت ميدان دوار يک ماشين ۲ قطبی در شبکه برق خود را بيازماييد ۱ در ماشين القايی هر چقدر دوره تناوب بزرگ تر باشد سرعت ميدان دوار است. ۲) چرا در ماشين های القايی هر چقدر تعداد قطب ها بيشتر باشد سرعت ميدان دوار کمتر می شود ۳) سرعت ميدان دوار ماشين القايی ۱۰۰۰ RPM و فرکانس شبکه ۵۰ Hz می باشد. تعداد قطب های ماشين را به دست آوريد. ٦ ٣ نحوه ايجاد چرخش رتور در موتورهای القايی تغييرات فوران عامل ايجاد نيروی محرکه القايی در سيم پيچ است. از آنجاکه جريان DC فوران با مقدار ثابت توليد می کند لذا سيم پيچ حامل جريان DC در سيم پيچ مجاور خود نيروی محرکه القا نمی کند. 0 Voltmeter 0 Voltmeter ايران با فرکانس (۵۰Hz) چقدر است n s = 120f 120 50 = P 2 = ۳۰۰۰RPM اين سرعت بيشترين مقداری است که ميدان دوار ماشين القايی در اتصال به شبکه برق کشور ايران می تواند داشته باشد. شکل ۱۷ ايجاد ولتاژ القايی باولتاژ متناوب (سمت راست) عدم ايجاد ولتاژ القايی با ولتاژ جريان مستقيم(سمت چپ) ١١٧ Revolution Per Minute ١

ماشین های القایی سه فاز با اتصال سیم پیچ استاتور ماشین القایی رتور سیم پیچی شده به منبع ولتاژ متناوب و ایجاد میدان دوار در استاتور طبق قانون القای فارادی نیروی محرکه ای متناسب با آهنگ تغییرات فوران در سیم پیچ های رتور القاء خواهد شد. اما با باز بودن مدار خروجی M,L,K رتور شکل) 18 ( رتور حرکت نمی کند و با قرار دادن یک ولت متر مطابق شکل )18( در دو سر سیم پیچی رتور میتوان مقدار نیروی محرکه القایی سیم پیچی رتور را اندازه گرفت. از آنجا که رتور در این حالت سا کن ا ست و چرخش ندارد این نیروی محرکه القایی را ولتاژ حالت سکون E 2 نمایش میدهند. رتور مینامند و آن را با که سیم پیچ استاتور به برق اتصال داشته باشد رتور به حرکت خود ادامه خواهد داد. آمپرمتر ا مپرمتر 0 Ameter رتور فاصله هوايي استاتور L1 L2 L3 E r K L M شکل 19 مدار الکتریکی ماشین القایی رتور سیم پیچی شده در حالی که استاتور آن توسط منبع سه فاز برقدار و مدار رتورآن اتصال کوتاه است 3 ولتمتر 0 Voltmeter رتور فاصله هوايي استاتور ولتاژ القاء شده در مدار بسته رتور باعث جاری شدن جریان در سیم پیچ های آن میشود. آمپرمتر شکل )19( جریان یکی از فازهای سیم پیچ رتور را I r نشان می دهد. این جریان را جریان رتور مینامند و آن را با نمایش میدهند. خود را بیازمایید L1 L2 L3 E 2 K L M شکل 18 مدار الکتریکی ماشین القایی رتور سیم پیچی شده در حالی که استاتور آن توسط منبع سه فاز برقدار گردیده و مدار رتور آن باز است در واقع با ایجاد میدان دوار استاتور نیروی محرکه E 2 در سیم پیچی رتور القاء میشود ولی از آنجا که جریانی از مدار رتور عبور نمیکند در نتیجه نیروی لورنس هم به سیم پیچی رتور وارد نمیشود. در صورتی که بخواهیم به رتور نیروی لورنس وارد شود باید در سیم پیچی رتور جریان جاری شود. بنابراین اگر حلقه های خروجی مدار رتور مطابق شکل )19( به یکدیگر اتصال داده شوند و آمپرمتر در مسیر M و L قرار گیرد مدار رتور بسته میشود و در سیم پیچی رتور جریان جاری می شود و نیروی لورنس پدید می آید لذا رتور حول محورش می گردد و تا زمانی 1 چرا برای به چرخش در آمدن رتور ماشین القایی عالوه بر میدان دوار سیم پیچی رتور نیز باید حامل جریان باشد 2 منظور از ولتاژ حالت سکون در ماشین القایی با رتور سیم پیچی شده چیست 3 هرچقدر اختالف سرعت رتور ومیدان دوار کمتر باشد ولتاژ القایی در رتور است. 118

٧ ٣ موتورهای القايی رتور قفس سنجابی شکل (۲۰) چگونگی چرخش رتور قفسی در موتورهای القايی را به سادگی نمايش داده است. شما می توانيد با تهيه وسايل نشان داده شده اين آزمايش را انجام دهيد. در اين آزمايش با چرخاندن دسته متحرک آهنربای داي م می چرخد و در پی آن ديسک آلومينيومی نيز که اندکی از آهنربا فاصله دارد به حرکت در می آيد. آيا با توجه به چرخش ميدان و تغيير ميدان مغناطيسی در ديسک آلومينيومی مطابق آنچه در شکل (۲۰) می بينيد می توان نتيجه گرفت که عامل چرخش ديسک القای نيروی محرکه و ايجاد جريان القايی در آن است در شکل (۲۱) ابتدا و انتهای مفتول ها به يکديگر متصل و در نتيجه مدار اتصال کوتاه شده ای در هادی های رتور ايجاد شده است و از آنجا که شکل ايجاد شده شبيه يک قفس است به همين دليل به رتور شکل (۲۱) رتور قفسی می گويند. برای ساختن اين نوع رتور ابتدا ورقه های هسته رتور را کنار يکديگر قرار می دهند تا هسته يکپارچه رتور تشکيل شود سپس شکل ۲۰ يک وسيله ساده برای فهم بهتر اثر ميدان دوار در چرخش ديسک شکل ۲۱ ساختمان رتور قفسی(سمت راست) رتور کامل با معرفی اجزای آن(سمت چپ) ١١٩

ماشین های القایی سه فاز آلومینیوم و یا گاهی مس ذوب شده را به داخل هسته رتور تزریق مینمایند. ماده مذاب تزریق شده در هسته پس از سرد شدن به شکل مفتول هایی درمی آیند که در داخل هسته قالب گیری شده است. لذا این هادی ها نسبت به هسته عایق نیستند. ماشینهای القایی قفس سنجابی از نظر ساختمان ساده تر و از نظر اقتصادی به صرفه تر از ماشینهای رتور سیم پیچی شده هستند و کمتر به تعمیر و نگهداری احتیاج دارند. خود را بیازمایید 3 شيار رتور شيار استاتور هسته استاتور وظیفه دو حلقه ای که در طرفین میله های رتور قفسی به مفتول ها متصل می شوند چیست تحقیق کنید هسته رتور چرا جریان القا شده در هادیهای رتور قفسی با اینکه رتور عایق نشده است به بدنه ماشین حلقه اتصال كوتاه ميله هاي قفسه حلقه اتصال كوتاه منتقل نمیشود 120 بلبرينگ عقب راستاي شيارهاي رتور حلقه اتصال كوتاه ميلههاي قفسه حلقه اتصال كوتاه از آنجا که شکل )21( شبیه قفس سنجاب به نظر می رسد ماشینهای القایی که ساختمان رتور آنها این گونه است را قفس سنجابی نیز می گویند. مطابق شکل )22( در اغلب ماشینهای القایی شیارهای رتور با محور ماشین موازی نیستند یعنی شیارها نسبت به محور ماشین مورب است. این عمل باعث کاهش سر و صدای رتور در زمان چرخش آن میشود. معموال انحراف شیارهای رتور به اندازه پهنای یک شیار استاتور در نظر گرفته میشود. در ماشینهای القایی با شیارهای مورب راهاندازی سریعتر بوده و قابلیت تحمل اضافه بار در چنین ماشین هایی بیشتر است. 8 3 لغزش در ماشینهای القایی در ماشین القایی به اختالف سرعت رتور ( r n( با سرعت میدان دوار ( s n( سرعت لغزش می گویند. و آن را با رابطه ) 3 3 ( نشان می دهند. ( 3 3 ) n=n s -n r از آنجا که سرعت رتور متغیر است لذا سرعت لغزش هم به تناسب آن تغییر میکند. نسبت سرعت لغزش به سرعت میدان دوار را لغزش میگویند و آن را با نمایش میدهند. n ns ns n n ( 4 3 ) = r ( 5 3 ) = s معموال لغزش را در ماشینهای القایی به صورت درصد نمایش میدهند و آن را از رابطه زیر محاسبه می کنند. n n = * 100 s r % ns ته سر محور بلبرينگ جلو شکل 22 نمایش انحراف شیارهای رتور نسبت به امتداد شیارهای استاتور

۵۰ HZ رتور موتور القايی چهار قطب در فرکانس با سرعت ۱۴۵۰ RPM می چرخد مطلوب است. سرعت لغزش و لغزش اين موتور القايی : n s 120f 120 50 = = = 1500 RPM P 4 n=n s -n r =۱۵۰۰-۱۴۵۰=۵۰RPM Δn 50 = = = 0/ 03 n 1500 s ۰/۰۳ * ۱۰۰ = ۳ با توجه به رابطه ( ۵ ۳ ) می توان نوشت: ns nr = sn = n n n = n sn n s n r =n s (۱- s) s s r r s s ( ۶ ۳ ) از رابطه ( ۶ ۳ ) برای محاسبه سرعت رتور می توان استفاده نمود. اگر لغزش يک موتور القايی چهار قطب در فرکانس ۵۰ HZ ده درصد باشد سرعت رتور را محاسبه نماييد. هنگام راه اندازی سرعت رتور صفر است ولی ميدان دوار با سرعت سنکرون می چرخد. بنابراين خواهيم داشت: n r ns 0 = 0 = = 1 n n=n s s ۲ ۹ ۳ لغزش در سرعت سنکرون: اگر رتور بتواند با سرعتی برابر سرعت سنکرون و يا با همان سرعت ميدان دوار گردش کند لغزش ماشين صفر می شود. ns ns nr = ns = =0 n s n=۰ اين کار زمانی امکان پذير است که رتور ماشين القايی به کمک يک نيروی محرکه خارجی به اندازه سرعت ميدان دوار در همان جهت چرخانده شود. n s 120f 120 50 = = = 1500 RPM P 4 ١٢١ 10 01 100 =۱۰ = = / n r =n s (۱-)=۱۵۰۰(۱-۰/۱)=۱۳۵۰RPM ٩ ٣ رفتار ماشين های القايی در لغزش های مختلف در بخش قبل گفته شد که لغزش ماشين القايی با مقادير مختلف سرعت رتورتغيير می کند. در اين قسمت مقادير لغزش در سرعت های متفاوت رتور بررسی می گردد. ۱ ۹ ۳ لغزش در زمان راه اندازی: به محض اتصال سيم پيچ های استاتور ماشين القايی سه فاز به برق يعنی ۳ ۹ ۳ لغزش موتور در حين کار: رتور موتور القايی پس از راه اندازی دور می گيرد و سرعت آن به تدريج افزايش می يابد. با زياد شدن سرعت رتور اختلاف سرعت رتور با سرعت ميدان دوار کم می شود. اين افزايش سرعت تا جايی که نزديک به سرعت سنکرون است می تواند ادامه يابد. زيرا اگر سرعت رتور با ميدان دوار برابر شود ميدان استاتور هم نمی تواند هادی های رتور را قطع نمايد و در نتيجه نيرويی به رتور وارد نمی شود. با وجود وزن خود رتور و نيروی اصطکاک ياتاقان ها و هوا سرعت رتور هرگز به سرعت سنکرون نمی رسد بلکه در نزديک آن پايدار می شود. از آنجا که در موتورهای القايی بين

ماشین های القایی سه فاز سرعت میدان دوار و سرعت رتور همواره اختالف وجود دارد در نتیجه به آنها موتورهای آسنکرون 1 نیز گفته می شود. 3 0 1 nr= 0 > 0 0 11 راه اندازی nr=ns سرعت سنکرون 4 ــ 9 ــ 3 ــ لغزش منفی : اگر محور رتور ماشین القایی متصل شده به شبکه برق توسط وسیله ای با سرعتی بیش از سرعت سنکرون در جهت چرخش میدان دوار چرخانده شود بنابراین طبق رابطه ( 5 ــ )3 چون nr > ns می باشد مقدار لغزش منفی خواهد شد. این وضعیت را در ماشین های القایی حالت ژنراتوری می نامند. 5 ــ 9 ــ 3 ــ لغزش های بزرگ تر از واحد (بیش از :) %100 شکل ( )24 یک ماشین القایی را نشان می دهد که توسط کلید راستگرد چپگرد سه فاز به شبکه برق متصل است. اگر این ماشین به حالت موتوری در جهت راستگرد راه اندازی شود رتور آن وسیله کلید ابتدا از شبکه راستگرد می چرخد. حال چنانچه موتور به قطع شود و بالفاصله به طور لحظه ای چپگرد راه اندازی گردد میدان دوار آن چپگرد شده و سرعت رتور سریعا به صفر می رسد. در نتیجه با توجه به جهت گردش رتور در حالت راستگرد پیش از ایستادن رتور میدان دوار به حالت چپگرد در آمده و در نتیجه اختالف سرعت رتور با سرعت سنکرون افزایش می یابد و لذا مقدار لغزش بیش از واحد خواهد شد. به این وضعیت عملکرد حالت ترمزی ماشین القایی می گویند. L1 L2 L3 L 0R L1 L2 L3 U1 V1 W1 ﺟﻬﺖ ﭼﺮﺧﺶ ﺭﺗﻮﺭ U1 V1 W1 ﺟﻬﺖ ﭼﺮﺧﺶ ﺭﻭﺗﻮﺭ ﺟﻬﺖ ﭼﺮﺧﺶ ﻣﻴﺪﺍﻥ ﺩﻭﺍﺭ ﻣﺎﺷﻴﻦ ﺍﻟﻘﺎﻳﻲ ﺟﻬﺖ ﭼﺮﺧﺶ ﻣﻴﺪﺍﻥ ﺩﻭﺍﺭ ﭼﭙﮕﺮﺩ nr > ns شکل 24 ــ نمایش حالت ترمزی ماشین القایی ﻣﻮﺗﻮﺭ ﻣﺤﺮﻛﻪ شکل 23 ــ نمایش حالت مولدی ماشین القایی 122 1 ــ غیر هم زمان ﻣﺎﺷﻴﻦ ﺍﻟﻘﺎﻳﻲ ﺟﻬﺖ ﭼﺮﺧﺶ ﻣﻴﺪﺍﻥ ﺩﻭﺍﺭ ﺭﺍﺳﺘﮕﺮﺩ مطابق رابطه ( 5 ــ )3 داریم : ns n r n ( n r ) n s + n r = s = >1 ns ns ns =

خود را بیازمایید 1 با افزایش سرعت رتور مقدار سرعت لغزش می یابد. 2 رفتار ماشین القایی را در لحظه راه اندازی تشریح کنید. 3 آیا امکان دارد موتور القایی در سرعت سنکرون قرار گیرد چرا 4 در ماشین های القایی اگر رتور با سرعتی بیشتر ودر جهت میدان دوار بچرخد ماشین در ناحیه کار کرده و لغزش آن است. 5 سرعت چرخش رتور موتور القایی 4 قطب در شبکه 50 HZ برابر با 1425 RPM می باشد لغزش آن را به اعشار و درصد محاسبه کنید. 6 لغزش موتور القایی که محور آن با سرعت 2500 RPM می گردد برابر با 1/5- می باشد. سرعت میدان دوار آن چقدر است 10 3 کمیت های الکتریکی رتور برای استفاده از موتور القایی باید رفتار آن را در مواردی همچون راه اندازی ترمز و کنترل دور بتوان پیش بینی نمود. لذا ضروری است که کمیت های الکتریکی رتور مورد بررسی قرار گیرند. هر یک از کمیت های الکتریکی رتور متناسب با لغزش به گونه ای خاص تغییر می کنند. 1 10 3 فرکانس ولتاژ القایی مدار رتور: موتور القایی مانند ترانسفورماتوری است که سیم پیچ اولیه آن سیم پیچ استاتور و ثانویه آن هادی های رتور است. اما مهم ترین تفاوتی که بین آنها وجود دارد یکسانی فرکانس برق در دو سمت ترانسفورماتور و تفاوت فرکانس برق در استاتور و رتور موتورهای القایی است. زیرا با توجه به امکان گردش رتور موتورهای القایی فرکانس ولتاژ القایی مدار رتور یعنی ( r f( تغییر نموده و تابع سرعت رتور ماشین می باشد. در واقع تنها در صورت ساکن بودن رتور فرکانس ولتاژ استاتور و رتور برابر است و با افزایش سرعت رتور چون سرعت لغزش کاهش می یابد فرکانس ولتاژ القایی رتور نیز کم میشود. 1 سرعت میدان دوار و رتور در سرعت سنکرون برابر میباشند. بنابراین مقدار فرکانس ولتاژ مدار رتور در شرایطی که اختالف سرعت بین میدان دوار و رتور وجود ندارد صفر است. همچنین در حالت سکون ماشین القایی نیز سرعت لغزش به اندازه میدان دوار است در نتیجه فرکانس ولتاژ مدار رتور با فرکانس منبع برابر میباشد. بنابراین در لغزش واحد فرکانس ولتاژ مدار رتور با فرکانس میدان دوار برابر است. در سرعتهایی هم که بین نقطه سکون و سرعت سنکرون وجود دارد مقدار فرکانس ولتاژ مدار رتور متناسب با سرعت لغزش مطابق رابطه ) 7 3 ( بهصورت خطی تغییر میکند. ) 7 3 ( f r = f در رابطه ) 7 3 ( f r فرکانس ولتاژ مدار رتور لغزش f فرکانس ولتاژ استاتور سوال در سرعت سنکرون f r ماشین القایی چقدر می شود 1 به همین خاطر گاهی به ترانسفورماتورها ماشین های الکتریکی ساکن نیز می گویند. 123

ماشين های القايی سه فاز ۲ ۱۰ ۳ راکتانس رتور: با عبور جريان از مفتول و يا سيم پيچ های رتور در اطراف آن ميدان مغناطيسی ايجاد می شود و چون اطراف هادی ها را هسته آهنی رتور فرا گرفته است اثر القايی ناشی از جريان عبوری از آن افزايش می يابد. بدين سبب در مدار رتور اثر سلفی (راکتانس القايی) نيز وجود دارد که آن را با X r نمايش می دهند. اثر راکتانس سلفی با فرکانس جريان عبوری از آن رابطه مستقيم دارد. ۱ بنابراين هر چقدر فرکانس رتور کمتر شود (يعنی سرعت رتور به سرعت سنکرون نزديک تر شود) راکتانس آن نيز کاهش می يابد. با توجه به رابطه راکتانس سلفی و فرکانس رتور نتيجه می گيريم: X r = ۲ f r l r f r = f X r = ۲ f l r = 2πfl داريم: f r r با جايگزينی مقدار X r = X ۲ x2 X ۲ راکتانس رتور ماشين القايی در زمان راه اندازی را با نشان می دهند. ۳ ۱۰ ۳ مقاومت مدار رتور: از آنجا که هادی های رتور ماشين القايی دارای طول و سطح مقطع معينی هستند لذا مقدار مقاومت اهمی ثابتی دارند. مقدار مقاومت اهمی هر فاز R ۲ نشان می دهند. مدار رتور را با ۴ ۱۰ ۳ ولتاژ رتور: پيش از اين چگونگی ايجاد نيروی محرکه القايی در مدار رتور بيان گرديد ۲ و ملاحظه شد که با ايجاد ميدان دوار استاتور در مدار رتور نيروی محرکه القا می شود. البته بايد توجه داشت که در زمان راه اندازی موتور القايی بيشترين نيروی محرکه در مدار رتور القاء می گردد. زيرا لغزش ۱۰۰ است. اين ولتاژ را ولتاژ حالت سکون رتور می نامند و آن E ۲ نمايش می دهند. را با با افزايش سرعت رتور لغزش کم می شود و چون هادی های رتور با سرعت کمتری توسط ميدان قطع می شوند نيروی محرکه القايی رتور کاهش می يابد. نيروی محرکه القايی هر فاز مدار رتور را با E r نمايش می دهند. اين نيروی محرکه با افزايش يا کاهش لغزش به طور خطی اضافه و يا کم می شود و از رابطه ( ۹ ۳ ) پيروی می کند. ( ۹ ۳ ) E r = E ۲ ۱ رفتار موتور القايی در چه شرايطی شبيه ترانسفورماتور می باشد ۲ در ماشين القايی فرکانس رتور به چه عواملی بستگی دارد خود را بيازماييد ۳ ولتاژ القايی رتور در لحظه راه اندازی ودر سرعت سنکرون برابر با می باشد. ۴ راکتانس القايی مدار رتور از زمان راه اندازی تا سرعت سنکرون چگونه تغيير می کند ۵ يک موتور القاي ی ۵۰ HZ دارای راکتانس القايی ۱/۶ و مقاومت اهمی ۰/۵ و ولتاژ القايی ۳۰ V در لحظه راه اندازی می باشد کميت های فوق در لغزش ۰/۰۸ چقدر است ۵ ۱۰ ۳ امپدانس رتور: هادی های رتور ماشين القايی دارای مقاومت اهمی R ۲ و همچنين راکتانس القايی X r می باشند. بنابراين اثر با هم بودن آنها در مدار جريان متناوب می تواند معادل يک مدار سری L R درنظر گرفته شود. درنتيجه امپدانس اين مدار مفروض مربوط به رتور بوده و آن را با Zr نمايش می دهند. ٣ ۱ X r =۲ f r l r ٢ اساس کار ماشين های الکتريکی و پديده ميدان دوار ١٢٤

با جايگزينی رابطه ( ۱۰ ۳ ) راکتانس رتوردر رابطه امپدانس مدار R L سری داريم: ( ۱۰ ۳ ) ( ۱۱ ۳ ) r 2 2 2 r Z = R + X Z = R + (X ) r 2 2 2 2 می توان نمودار تغييرات امپدانس مدار رتور را بر اساس لغزش مطابق رابطه ( ۱۰ ۳ ) ترسيم نمود. البته لازم به يادآوری است تغييرات امپدانس بر حسب فرکانس مدار R-L سری را در درس مدارهای الکتريکی خوانده ايد. اين تغييرات با توجه به رابطه ) ۱۱ ۳ ) خطی نيست. نمودار شکل (۲۵) بر اساس تغيير لغزش و تا ثير آن بر امپدانس مدار رتور ترسيم شده است و نشان می دهد که اين امپدانس به صورت منحنی (غير خطی) تغيير می نمايد. بيشتر بدانيد اماازآنجايیکهباتغييرلغزشدرمدارشکل ( ۲۶ الف)هر دوکميت ) r (E r,x باهمتغييرمیکنند برایسهولتدرتحليلمدارمعادل الکتريکی رتور میتوان مقادير مربوط به کميتهای ) r E) r X, را در رابطه ( ۱۲ ۳ )قراردادهوبهرابطه ( ۱۳ ۳ )رسيد. I r E = = r r Z Ir r R 2 + (X ) 2 2 2 I = r E 2 E R2 ( ) + X 2 2 2 Zr Zr Z2 Z2 R2 0 2 0 40 60 80 100 nr % ns R2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 شکل ۲۵ منحنی تغيير امپدانس رتور بر حسب تغييرات لغزش و سرعت رتور ۶ ۱۰ ۳ جريان رتور: در صورت بسته بودن مسير سيم پيچ يا هادی های مدار رتور از آن جريان جاری می شود. ميزان جريان عبوری از مدار رتور به ولتاژ القاء شده و امپدانس مدار رتور وابسته است. رابطه ( ۱۲ ۳ ) با توجه به مدار معادل شکل( ۲۶ الف) به دست می آيد: ( ۱۳ ۳ ) I r = E 2 R2 ( ) + X 2 2 2 شکل ( ۲۶ ب) مدار معادل الکتريکی رتور را بر اساس رابطه ( ۱۳ ۳ ) نشان می دهد. در اين رابطه تنها کميت متغير لغزش است. نمودار اين رابطه در شکل (۲۷) نشان داده شده است. I 2 I r I r E = = E r r Z 2 2 r R2 + Xr ( ١٢ ٣ ) R 2 X r X 2 100 0 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 % lip n r % n s E r I r E 2 I r (ب) (الف) شکل ۲۷ منحنی تغييرجريان رتور بر حسب تغييرات لغزش و سرعت رتور شکل ۲۶ مدار معادل الکتريکی يک فاز رتور ١٢٥

ماشين های القايی سه فاز با توجه به نمودار شکل (۲۷) مشاهده میشود که جريان رتور در سرعت سنکرون به صفر میرسد. يعنی در اين سرعت هيچ جريانی از مدار رتور عبور نمیکند. بنابراين میتوان نتيجه گرفت در سرعت سنکرون به دليل عدم عبور جريان از رتور هيچ نيرويی به رتور وارد نمیشود. همچنين با افزايش لغزش جريان و به دنبال آن تلفات رتور افزايش می يابد. ۷ ۱۰ ۳ ضريب قدرت مدار رتور: ضريب قدرت مدار R-L سری شکل( ۲۶ الف) با رابطه ( ۱۴ ۳ ( تعريف میشود. R ) ۱۴ ۳ ) = 2 Cosϕ r Z r که با جايگذاری مقدار Zr در رابطه فوق می توان نوشت : Cosϕ = r R 2 2 2 2 2 R + (X ) ) ۱۵ ۳ ) در لحظه راهاندازی ضريب قدرت ماشين مقداری ثابت خواهد داشت ولی با افزايش پی در پی سرعت (کاهش لغزش) راکتانس سلفی مدار رتور ) r X) بهطور غير خطی کاهش می يابد به طوری که در سرعت سنکرون امپدانس مدار رتور برابر با مقدار R ۲ میشود و در نتيجه ضريب قدرت مدار رتور به مقدار واحد می رسد. ضريب قدرت مدار رتور در لحظه راهاندازی را با Cos ۲ نمايش میدهند. هر چه ضريب قدرت روتور موتور القايی در زمان راهاندازی بيشتر باشد گشتاور راهاندازی موتور به نسبت بيشتر است. ۱ جريان رتور در سرعت سنکرون چقدر است چرا ۲ مقدار ضريب قدرت مدار رتور در سرعت سنکرون چقدر است ۳ مقاومت های اهمی و راکتانس القايی رتور يک موتور القايی در راه اندازی به ترتيب ۰/۶ و ۲ اهم می باشد. اگر ولتاژ القايی رتور در زمان راه اندازی ۴۲ ولت باشد جريان رتور را در راه اندازی و در لغزش ۰/۱۵ به دست آوريد. ۴ با توجه به داده های سو ال ۳ ضريب قدرت رتور را در حالات زير به دست آوريد: ۰/۰۵ خود را بيازماييد الف) در لحظه راه اندازی ب) در لغزش ١١ ٣ گشتاور ماشينهای القايی به شکل( ۲۹ ) توجه کنيد. با کدام آچار باز کردن پيچ آسانتر است T=12 N-M 60 CM 20 N 20 N r 1 ٣ 30 CM T= 6 N-M 2 100 0 80 60 40 20 0 2 0 40 60 80 100 %lip n r = % ns ١٢٦ رتور شکل ۲۹ مقايسه گشتاور وارد شده به پيچ در واقع گشتاور وابسته به نيرويی است که در فاصله مشخص به جسم وارد می شود تا آن را حول يک محور بچرخاند. در شکل( ۲۹ ) با اعمال گشتاور به پيچ پيچ می چرخد. شکل ۲۸ منحنی تغييرات ضريب قدرت بر حسب تغييرات لغزش و سرعت

ميدانهای استاتور و رتور و اختلاف فاز بين آن دو میباشد. بيشتر بدانيد ۱ ( ۱۶ ۳ ) T B s B r Cos r تقابل دو ميدان استاتور( Bs )و رتور (Br) را برای ايجاد گشتاور الکترومغناطيسی میتوان بهصورت رابطه ( ۱۷ ۳ ) نوشت. ( ۱۷ ۳ ) T = K ۱ B s B r Co r Bs چگالی ميدان مغناطيسی استاتور Br چگالی ميدان مغناطيس رتور T گشتاور کار ماشين القايی علامت تناسب وابستگی ولتاژ القايی رتور به ميدان مغناطيسی استاتور را میتوان با رابطه ( ۱۸ ۳ ) نشان داد. E r B s E r = K ۰ B s B s 1 = Er K B s =K ۲ E r 0 برای چرخش رتور در ماشين های القايی نيز به گشتاور احتياج است. اين گشتاور بر اثر نيروی الکترومغناطيسی ايجاد می شود. همانطور که در شکل ( ۳۰ الف و ب) نشان داده شده است ميدان استاتور و يا رتور به تنهايی برای وارد شدن نيرو به رتور کافی نيست و لازم است برای ايجاد گشتاور الکترومغناطيسی دو ميدان مغناطيسی بر هم اثر نمايند. در شکل( ۳۰ ج و د) مشاهده می شود که گشتاور وارد شده به رتور و گردش آن با اثر متقابل دو ميدان ايجاد شده است. اين دو ميدان يکی توسط جريان استاتور و ديگری ناشی از جريان رتور می باشد. N ( ) ( ) ( ) N F ميدان های استاتور و رتور هر يک دارای اندازه و جهت مشخصی می باشند پس می توان آنها را با بردار نمايش داد از r اختلاف فاز دارند. طرفی اين دو بردار با هم به ميزان ( ۱۸ ۳ ) چگالی ميدان مغناطيس رتور نيز متناسب با جريان رتور میباشد بنابراين: ( ۱۹ ۳ ) B r I r B r = K ۳ I r از جايگزينی روابط ( ۱۸ ۳ ( و ( ۱۹ ۳ ( در رابطه ( ۱۷ ۳ ( خواهيم داشت: T= K ۱ B s B r Cos r T= T= KE r I r Cos r KKK 1 2 3 E r I r Cos r E2 R2 T = KE2 R + (X ) R + (X ) K 2 2 2 2 2 2 2 2 F F شکل ۳۰ نحوه توليد گشتاور در موتور القايی ١٢٧ ( ۲۰ ۳ ) بنابراين عوامل تعيين کننده گشتاور ماشين القايی انداز ه 2 R2 T = KE R + (X ) 2 2 2 2 2 K ۱ به تساوی تبديل نمود. ۱) رابطه تناسب گشتاور با اندازه ميدان های استاتور و رتور و اختلاف فاز بين آنها را می توان با ضرب يک مقدار ثابت نظير

فاز سه القایی های ماشین 1: نتیجه گشتاور که میدهد نشان ) 20 3 ( رابطه القایی محرکه نیروی مجذور با القایی ماشین مستقیم نسبت ) E 2 )2 سکون حالت در رتور وابسته رتور القایی محرکه نیروی طرفی از دارد. میباشد. استاتور( )ولتاژ ماشین ورودی ولتاژ به ولتاژ مجذور با القایی ماشین گشتاور بنابراین دارد. مستقیم نسبت استاتور تغییرات تصور القایی ماشین تحلیل در که آنجا از البته مشخصه بجای اوقات اغلب در لذا است تر راحت سرعت بر گشتاور مشخصه از ) )31 شکل لغزش حسب بر گشتاور میشود. استفاده ) )32 شکل دور حسب T 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80-100-120-140-160-180-200-100 -80-60 -40-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 % lip nr = % ns nr = ns(1-) 3 ولتاژ افزایش درصد 20 بگویید میتوانید سوال القایی ماشین گشتاور در افزایش میزان چه باعث ورودی میشود 2: نتیجه همواره X 2 و R 2 های کمیت که آنجا از ) 20 3 ( رابطه به توجه با دارند ثابت مقداری استفاده مشخص ولتاژ یک در القایی ماشین اگر ماشین گشتاور دهنده تغییر عامل تنها شود تغییرات تابع ترسیم با لذا میباشد. لغزش القایی صفحه روی در لغزش تغییرات اساس بر گشتاور که میآید دست به )31( شکل منحنی مختصات به نسبت گشتاور تابع تغییرات منحنی عنوان به. میشود شناخته T = f (( لغزش های منحنی کیفی شکل رود می انتظار آموزان دانش از توجه: بسپارند. خاطر به را زیر : 3 نتیجه مشخصی ولتاژ در 32( و )31 شکل منحنی القایی ماشین استاتور ولتاژ یعنی است. شده ترسیم رابطه به توجه با اما است. گردیده لحاظ ثابت ولتاژ مجذور با القایی ماشین گشتاور ) 20 3 ( تغییر با بنابراین دارد مستقیم نسبت نیز استاتور T = f (n r ) دور( )گشتاور منحنی استاتور ولتاژ مجذوری نسبت با T = f )) لغزش( )گشتاور یا شد. خواهند جابهجا 0 0.2 0.4 U 3 <U 2 <U 1 رتور سرعت و لغزش حسب بر القایی ماشین گشتاور تغییرات منحنی 32 شکل -1-0.8-0.6-0.4-0.2 T U 1 U 2 U 3 0.6 0.8 1 T -200-180-160-140-120-100 -80-60 -40-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 %s القایی ماشین لغزش گشتاور منحنی بر ولتاژ تغییرات اثر شکل 33 لغزش حسب بر القایی ماشین گشتاور تغییرات نمودار 31 شکل 128

با توجه به وابستگی گشتاور به مجذور ولتاژ ورودی می توان رابطه تناسبی ( ۲۱ ۳ ) را نوشت. در رابطه( ۲۱ ۳ ) ( ۲۱ ۳ ) گشتاور ماشين القايی در ولتاژ U ۱ T ۱ گشتاور ماشين القايی در ولتاژ U ۲ T ۲ 2 1 U1 = 2 2 U2 U ۱ ولتاژ استاتور ماشين القايی در حالت اول T T U ۲ ولتاژ استاتور ماشين القايی در حالت دوم آيا حالا می توانيد به سو ال مربوط به نتيجه ۱ به راحتی پاسخ دهيد ١٢ ٣ ناحيه بندی ماشين القايی بر اساس مشخصه گشتاور دور مطابق آنچه در توصيف رفتار ماشين های القايی با توجه به مقادير مختلف لغزش «بند ۱۰» بيان شد می توان نواحی عملکرد ماشين القايی را بر روی منحنی (گشتاور دور) و (گشتاور لغزش) ماشين القايی مشخص نمود. اين تقسيم بندی در شکل (۳۴) نشان داده شده است. خود را بيازماييد ۱ عوامل تعيين کننده گشتاور در ماشين های القايی کدامند ۲ تنها عامل تغييردهنده گشتاور ماشين القايی که با ولتاژ ثابت کار می کند چيست ۳ در يک ماشين القايی ولتاژ شبکه ۵ درصد کاهش می يابد. گشتاور ماشين چقدر تغيير می کند ۴ منحنی مشخصه گشتاور لغزش يک ماشين القايی را در فاصله ) ۰ ۱-) ترسيم نماييد. ١٣ ٣ مشخصهگشتاوردورموتور القايی باتوجهبهشکل (۳۵) ناحيهعملکردموتوریماشينالقايیدر سرعتns >0 nr و يا 0 < 1 میباشد. لذا در تحليل رفتار موتوری فقط همين ناحيه را ترسيم نموده و مورد بررسی قرار میدهند.شکل (۳۵) مشخصهگشتاوردورموتورالقايیرانشان میدهد. T T m T = 1 T s = 0 -ns 0 ns 2ns nr n = 0 m = n _ s n n s n n s nr 2 1 0-1 شکل ۳۴ نواحی مختلف ماشين القايی شکل ۳۵ منحنی گشتاور دور موتور القايی از مشخصه شکل (۳۵) نکات زير به دست می آيد. ١٢٩

ماشین های القایی سه فاز T T m T s T n n r نکته 1: در لحظه راهاندازی )0 = و یا = 1 ( گشتاور برابر مقدار «s T«است که به عنوان گشتاور راهاندازی شناخته میشود. نقطه كار نامى گشتاور ماكزيمم گشتاور راه اندازي گشتاور نامي 3 T L n s سرعت سنكرون سرعت نامي گشتاور بار n n r نکته 2: با کمک روابط ریاضی ثابت میشود بیشترین مقدار گشتاور «m T«در لغزشی معادل با نسبت مقاومت اهمی مدار رتور به ) اتفاق راکتانس القایی حالت سکون آن ( R X2 2 میافتد که آن را لغزش بحرانی مینامند. سرعت لغزش شکل 36 تقابل نمودار گشتاور دور بار مکانیکی و گشتاور دور موتور القایی و تشکیل نقطه کار در شکل )36( مشخصه گشتاور دور موتور القایی و یک نوع بار مکانیکی 1 ترسیم شده است. 2 نکته 3: از آنجا که در فاصله نقطه T s تا T m روی مشخصه گشتاور دور موتور افزایش گشتاور و سرعت با هم رخ میدهند بنابراین در این فاصله امکان تثبیت سرعت وجود ندارد. یا به عبارتی موتور در حال افزایش سرعت است. نکته 4: هر موتور القایی مقدار مشخصی گشتاور راهاندازی «s T«دارد که به طراحی آن وابسته است. برای چرخاندن هر بار مکانیکی باید به این مقدار گشتاور دقت ویژه داشت. زیرا گشتاور راهاندازی موتور القایی باید بیش از گشتاور راهاندازی بار مکانیکی باشد تا موتور بتواند آن را به حرکت درآورد. نکته 5: در فاصله T s تا T m همراه با افزایش سرعت موتور مقدار گشتاور نیز مرتبا زیاد میشود. ولی با عبور از نقطه T m )گشتاور ماکزیمم( این وضعیت تغییر نموده و گشتاور شروع به کاهش مینماید. بنابراین با رسیدن گشتاور موتور )گشتاور محرک( بهمقدار گشتاور بار )گشتاور مقاوم( یعنی نقطه تالقی مشخصه گشتاور دور موتور القایی با مشخصه گشتاور دور بار مکانیکی )نیروی مقاوم( مطابق شکل )36( سرعت موتور تثبیت میگردد. این نقطه را نقطه کار موتور میگویند. درواقع برابری گشتاور موتور و بار مکانیکی سبب تثبیت سرعت موتور در نقطه کار میشود. 1 مشخصه گشتاور دور پمپ 2 چگونگی مشخصههای گشتاور دور بارهای مقاوم وابسته به عملکرد مکانیکی آن می باشد و توصیف آن از حوصله کتاب خارج است. 130

T n T n نکته ۶: گشتاور مورد نظر سازنده موتور القايی در نقطه کار را گشتاور نامی موتور می نامند و آن را با» n T» نمايش می دهند. مسلما اين گشتاور در يک لغزش و سرعت مشخص اتفاق می افتد. که بر روی پلاک موتور نيز يادداشت می شود. نکته ۷: برای تحليل رفتار موتور القايی و به حرکت در آوردن بار مکانيکی مقادير T n T m و T s از اهميت بالايی برخوردار است T n و که سازندگان موتورهای القايی مقدار Tm نسبتهای Ts و را در برگه مشخصات فنی ۱ در اختيار بهره بردار قرار می دهند. نکته ۸: در موتورهای القايی رتور قفسی به جای سيم پيچ از هادی های مفتولی شکل در هسته رتور استفاده می شود. شکل شيار رتورهای قفسی که مفتول ها در آن جا دارند تا ثير بسزايی در نحوه عملکرد موتور و مشخصه گشتاور دور آن دارد. ميدان هادی هايی که در شيارهای عميق جای دارند توسط آهن رتور احاطه می شوند. در نتيجه مطابق شکل ( ۳۷ ب) موجب می شود که ميدان اطراف آن پراکندگی کمتری داشته باشد لذا در مغناطيس نمودن هسته نقش بيشتری دارد که معادل خاصيت راکتانس سلفی بيشتر در رتور است. چنين موتورهايی در نقطه کار دارای لغزش کمتری هستند و خاصيت کار بهتری دارند. از آنجا که سطح مقطع نسبی مفتول های نزديک تر به سطح رتور کوچکتر از مفتول های عميق است در نتيجه مقاومت به دليل نزديک بودن شيار به سطح ميدان به راحتی به دور آن گردش نمی کند. اين نوع شيار ها اثر القايی کم دارند و چون سطح مقطع نسبی آن ها کمتر است خاصيت اهمی بيشتری دارند. شکل ۳۷ انواع قفس رتور ماشين های القايی از لحاظ شکل و چگونگی استقرار ١٣١ Dt heet ۱

ماشين های القايی سه فاز اهمی بيشتری نسبت به مفتول های درون شيار عميق دارند. گشتاور موتورهايی که رتور آنها چنين خصوصيتی دارد در زمان راه اندازی بيشتر است ولی در نقطه کار با لغزش زياد کار می کنند شکل ( ۳۷ الف). يکی از انواع موتورهای رتور قفسی که رتور آن دارای هر دو نوع شيار می باشد در شکل ( ۳۷ ج) نشان داده شده است. اين نوع رتورها را رتور دو قفسی می نامند. موتورهای دو قفسی به دليل داشتن هر دو خاصيت دارای گشتاور راه اندازی بالا و همچنين لغزش کم در نقطه کار می باشند. به طور کلی استاندارد NEMA ۱ مشخصه کارکرد انواع موتورهای رتور قفسی را به چهار دسته( A,B,C,D ) تقسيم نموده که در جدول (۴) آمده است. ٣ مقادير بيشتر مربوط به موتورهايی با توان کمتر است. جدول ۴ مشخصات انواع رتورهای قفسی طبقه بندی شده بر اساس استاندارد NEMA نوع طراحی گشتاور راه اندازی (درصد نسبت به جريان نامی) گشتاور ماکزيمم (درصد نسبت به جريان نامی) جريان راه اندازی (درصد نسبت به جريان نامی) لغزش کاربرد عمومی ۰/۵ ۵ ۱۷۵ ۳۰۰ طراحیA گشتاور راهاندازی معمولی جريان راهاندازی زياد ۷۰ ۲۷۵ مشخص نشده فن دمنده های هوا پمپ های سانتروفيوژ کمپرسورها و هرجايی که گشتاور راه اندازی مورد نياز باربه نسبت کم باشد. ۰/۵ ۵ ۶۰۰۸۰۰ ۱۷۵ ۳۰۰ طراحیB گشتاور راهاندازی معمولی جريان راهاندازی معمولی ۷۰ ۲۷۵ فن دمنده های هوا پمپ های سانتروفيوژ کمپرسورها و هرجايی که گشتاور راه اندازی مورد نياز باربه نسبت کم باشد. ۱ ۵ ۶۰۰ ۸۰۰ ۱۹۰ ۲۲۵ طراحیC گشتاور راهاندازی زياد جريان راهاندازی معمولی ۲۰۰ ۲۸۵ تسمه نقاله ها سنگ شکن ها ماشين های همزن و هرجايی که راه اندازی زير بار مورد نياز باشد. >= ۵ ۶۰۰ ۸۰۰ ۲۷۵ طراحیD گشتاور راهاندازی زياد لغزش زياد ۲۷۵ ماشين پانچ بالابرها پمپ های چاه نفت و هرجايی که مقدار بار مکانيکی همراه يا بدون چرخ طيار زياد باشد. T % Tn 300 D 200 100 0 C BA 20 40 60 80 100 nr %ns شکل ۳۸ منحنی مشخصه گشتاور دور انواع موتورهای قفسی براساس استاندارد NEMA Ntionl Eletril Mnufturer Assoition ۱ ١٣٢

خود را بيازماييد ۱ منحنی گشتاور دور موتور القايی را ترسيم نموده و بر روی آن نقطه گشتاور ماکزيمم را مشخص کنيد. اين گشتاور در چه لغزشی اتفاق افتاده و مقدار لغزش چگونه محاسبه می شود ۲ نقطه کار در منحنی گشتاور دور نشان دهنده چيست ۳ چه عاملی سبب تثبيت سرعت موتور در زير بار می گردد ۴ در رتورهای قفسی هر چقدر عمق شيارها بيشتر باشد مقاومت القايی رتور (بيشتر/ کمتر) است چرا ۵ ساختمان رتور دو قفسی را توضيح دهيد. ١٤ ٣ مشخصه ضريب قدرت سرعت موتور القايی يکی از مهمترين پارامترهای شبکه های برق ضريب قدرت مصرف کننده می باشد. در واقع ضريب قدرت ۱ ( PF )يا Cos ناشی از اختلاف فاز بين ولتاژ و جريان است. از آنجا که تغيير سرعت رتور باعث تغيير امپدانس مدار رتور می شود و همچنين به دليل القای متقابل مدار رتور و تا ثير آن بر ميدان استاتور امپدانس کلی موتور نيز تغيير می کند. بنابراين تغيير سرعت رتور بر ضريب قدرت موتور نيز اثر گذار است. در شکل (۳۹) منحنی تغييرات ضريب قدرت بر حسب دور موتور القايی نمايش داده شده است. البته لازم به ذکر است که ضريب قدرت در لحظه راه اندازی هر موتور به دليل اهميت ويژه ای که دارد در برگه مشخصات سازنده اراي ه می شود. 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 80 100 nr %ns شکل ۳۹ منحنی تغييرات ضريب قدرت يک نوع موتور القايی برحسب سرعت رتور با توجه به شکل (۳۹) ملاحظه می شود که در زمان راه اندازی ضريب قدرت موتور بسيار کم است ولی با افزايش سرعت مقدار آن افزايش يافته و پس از عبور از لغزش بحرانی مقدار آن رو به کاهش می گذارد و در سرعت سنکرون صفر می شود. بنابراين در انتخاب موتور القايی برای چرخش بار مکانيکی مشخص نبايد توان موتور را خيلی بالاتر از آن اختيار نمود زيرا باعث هرزگردی (بی باری) وکاهش ضريب قدرت و در نتيجه دريافت توان راکتيو بيشتر موتور از شبکه برق می شود و اتلاف انرژی را در پی خواهد داشت و مقرون به صرفه نيست. در استانداردهای مختلف ميزان متفاوتی برای بيشتر بودن توان موتور الکتريکی از توان مکانيکی بار مشخص شده است. Power Ftor ١ ١٣٣

ماشين های القايی سه فاز در جدول (۵) توان موتور پمپ به نسبت بار مکانيکی آن بر اساس استاندارد API۶۱۰ ۱ اراي ه شده است. جدول ۵ انتخاب توان موتور بر حسب توان مورد نياز پمپ بر انتخاب توان نامی موتور ( ) اساس استاندارد API توان مکانيکی kw <۲۲ hp <۳۰ ۱۲۵ ۱۱۵ ۷۵ ۳۰ ۵۵ ۲۲ >۵۵ >۷۵ ۱۱۰ ١٥ ٣ تا ثير فاصله هوايی ميان رتور و استاتور بر مقدار ضريب قدرت موتور در موتورهای القايی با ثابت بودن ولتاژ و فرکانس شار مغناطيسی عبوری از فاصله هوايی نيز ثابت خواهد ماند. اما اگر دو موتور با مشخصات کاملا يکسان و با فاصله هوايی متفاوت بين استاتور و رتور هر دو به يک شبکه برق يعنی به ولتاژ و فرکانس يکسان متصل شوند موتوری که دارای فاصله هوايی بيشتر است برای عبور شار يکسان از فاصله هوايی خود به جريان مغناطيس کننده بيشتری احتياج دارد. جريان مغناطيس کننده بيشتر به معنای دريافت توان راکتيو بيشتر از شبکه برق می باشد که باعث کاهش ضريب قدرت موتور می گردد. ۱ با افزايش فاصله هوايی رتور و استاتور موتور القايی هر يک از کميت های زير چه تغييری می کند الف) جريان مغناطيس کننده ب) ضريب قدرت ج) انرژی دريافتی از شبکه ۲ در موتورهای القايی جريان راه اندازی حدودا چند برابر جريان نامی می باشد ۳ در هر يک از حالات زير عملکرد موتور القايی بر روی بار مکانيکی چگونه خواهد بود الف) بار مکانيکی بيشتر از توان موتور باشد. ب) بار مکانيکی بسيار کمتر از توان موتور باشد. ٤ منظور از جريان رتور قفل شده در موتور القايی چيست ٥ در يک موتور القايی جريان راه اندازی ۲۴ آمپر و جريان نامی ۴/۸ آمپر است. جريان رتور قفل شده چقدر است ٦ کاربرد منحنی زمان تحمل سيم پيچ استاتور را شرح دهيد. خود را بيازماييد ٣ Amerin Petroleum Institute ١ ١٣٤

١٦ ٣ روشهای راهاندازی موتورهای القايی با توجه به تنوع بار (پمپها کمپرسورها بالابرها نوارهای نقاله همزنها و ) موتورهای القايی و ميزان بار آنها در شروع راهاندازی و همچنين نوع و يا شکل قفس رتور جريان راهاندازی در اين نوع موتورها نسبتا زياد و حدود ۵ تا ۸ برابر جريان نامی آنها است. بنابراين بررسی روشهای راهاندازی از اهميت ويژه برخوردار میباشد. در زمان راهاندازی موتور دو موضوع بايد ملاحظه شود: Ts الف ( نسبت گشتاور راهاندازی به گشتاور نامی ) ( T n اين نسبت نشان میدهد که موتور القايی برای رسيدن به نقطه کار به چه مدت زمانی احتياج دارد هر چه مقدار اين نسبت بيشتر باشد موتور شتاب بيشتری گرفته و زودتر به نقطه کار میرسد. Is ب ( نسبت جريان راهاندازی به جريان نامی ) ( In مقدار اين نسبت هر چه بيشتر باشد يعنی جريان راهاندازی بيشتر است. در طی زمان راهاندازی به دليل ازدياد جريان شبکه برق کابل و منبع تغذيه تحت فشار قرار میگيرند و لذا دچار افت ولتاژ میشوند. Is بنابراين هرچه نسبت کمتر باشد شرايط راهاندازی In بهتر است. با در نظر گرفتن اين دو موضوع میتوان راهاندازی موتور القايی را به طور کلی با دو روش انجام داد: روش راه اندازی استاتوری (قابل کاربرد در کليه موتورهای القايی) روش راه اندازی رتوری (قابل کاربرد در موتورهای القايی رتور سيم پيچی) انواع روش های راه اندازی استاتوری عبارت نداز: راه اندازی مستقيم ) DOL Diret On Line( راه اندازی ستاره مثلث ) 0YD tr Delt( راه اندازی با اتو ترانسفورماتور راه اندازی نرم (با تجهيزات الکترونيک قدرت) oft trter ۱ ۱۶ ۳ راه اندازی مستقيم :DOL در اين روش تنها (از يک کليد قطع و وصل (کنتاکتور) مطابق شکل (۴۰) استفاده می شود. اين روش ساده ترين راه برای راه اندازی موتور القايی و در عين حال به دليل مقرون به صرفه بودن رايج ترين روش می باشد. با اتصال مستقيم موتور به شبکه هيچ تغييری در منحنی مشخص گشتاور دور شکل( ۴۰ ) ايجاد نمی شود. بنابراين از معايب اين روش جريان بالای راه اندازی پس از وصل کليد است. هر چند وقتی از اين روش استفاده می شود کابل شبکه برق (ترانسفورماتور يا ژنراتور و ديگر تجهيزات متصل به شبکه) KM 1 T T m T s I I s FR 1 M 3~ T L n r n s I n o nr شکل ۴۰ مدار قدرت و نمودار های مربوط به راه اندازی مستقيم DOL ١٣٥

ماشین های القایی سه فاز باید تحمل عبور جریان باالی راهاندازی )5 1 تا 8 برابر جریان نامی( و افت ولتاژ حاصل از این جریان را تا چند ثانیه داشته باشند. به عالوه در این روش گشتاور راهاندازی موتور بسیار زیاد است که در صورت اختالف خیلی زیاد با گشتاور بار در زمان راهاندازی نیروی بیشتری به اتصاالت مکانیکی موتور و تجهیزات متصل به آن وارد میشود که با گذشت زمان باعث کاهش عمر مکانیکی تجهیزات میگردد. جریان راهاندازی موتور القایی در روش اتصال مستقیم )DOL( زیاد است. سادهترین راه برای کاهش جریان راهاندازی کم کردن ولتاژ ورودی در زمان راهاندازی میباشد. در بخش های قبل تأثیر تغییر ولتاژ برگشتاور موتور القایی بحث گردید. با توجه به شکل )33( باید توجه داشت که کاهش ولتاژ استاتور در زمان راهاندازی عالوه بر کاهش جریان راهاندازی موتور باعث کاهش گشتاور راهاندازی نیز میشود. بنابراین نمیتوان بدون مطالعه بار متصل به موتور ولتاژ ورودی موتور را کاهش داد. برای کاهش ولتاژ استاتور شیوههای مختلفی وجود دارد که هریک دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند که در ذیل معرفی شده است. قرار دادن مقاومت پر قدرت در مسیر جریان موتور )این روش به دلیل کاهش راندمان موتور و اتالف انرژی منسوخ شده است(. روش ستاره مثلث استفاده از اتوترانسفورماتور استفاده از راهانداز نرم 2 16 3 راهاندازی ستاره مثلث: مهمترین مشکل راهاندازی مستقیم ( DOL ( عبور جریان زیاد در زمان راهاندازی است. الزم به توضیح است که فقط موتورهایی را میتوان با روش ستاره مثلث راهاندازی نمود که بدون بار باشند و سیمپیچ هر فاز آنها تحمل اتصال به ولتاژ خط ( L U( را داشته باشد. یعنی در شبکه فشار ضعیف برق ایران بتواند 380 V ولتاژ خط را تحمل نماید زیرا در اتصال مثلث سیمپیچ های هر فاز به ولتاژ خط متصل میشوند. در راهاندازی به صورت ستاره مثلث ابتدا برای کاهش جریان راهاندازی موتور را با اتصال ستاره به برق متصل می کنند سپس بعد از عبور جریان اولیه راهاندازی که در اتصال ستاره 1 3 جریان راهاندازی با اتصال مثلث است اتصال سیمپیچ ها را به مثلث تبدیل مینمایند. زمان راهاندازی در این روش گاهی به 15 ثانیه میرسد. در صورتی که عمل تغییر اتصال به موقع انجام نشود ممکن است موتور در زیر بار بماند زیرا توان حالت مثلث 3 برابر توان در حالت ستاره است و موتور برای غلبه بر نیروی مقاوم بار به توان حالت مثلث احتیاج دارد. به همین خاطر برای تغییر اتصال این روش راهاندازی در مدار فرمان از تایمر استفاده میشود. با این روش راهاندازی جریان و گشتاور راهاندازی به حدود %30 جریان راهاندازی حالت مستقیم ( )DOL میرسد. شکل) 41 ( مدار قدرت و نمودارهای مربوط به راهاندازی ستاره مثلث را نشان میدهد. از معایب )راهاندازی ستاره مثلث( میتوان به موارد زیر اشاره کرد: استفاده از سه کلید قطع و وصل )کنتاکتور( به جای یک کلید در راهاندازی مستقیم DOL باالرفتن هزینه کابل و کابل کشی )زیرا باید سر و ته کالف های سه فاز موتور به تابلو منتقل شوند(. کاهش گشتاور راهاندازی که باید پیش از انتخاب این روش از باالتر بودن آن نسبت به گشتاور راهاندازی بار اطمینان حاصل کرد. مدار کنترل پیچیدهتر نسبت به راهاندازی مستقیم DOL 3 1 نسبت جریان راهاندازی به جریان نامی موتورهای کوچک تر بیشتر از موتورهای با قدرت باال میباشد. 136

توجه: به دلیل ایجاد تلفات هارمونیکی 1 در اتصال مثلث توصیه میشود موتورهای با توان باال را با اتصال مثلث به برق متصل نکنند. KM 1 KM 2 KM 3 كنتاكتور شبكه كنتاكتور ستاره كنتاكتور مثلث رله اضافه بار KM 1 KM 2 KM 3 FR 1 T T m I تبديل وضعيت اتصال ستاره به مثلث نقطه كار n r جريان نقطه كار جريان راه اندازي در حالت ستاره تبديل وضعيت اتصال ستاره به مثلث گشتاور كار گشتاور راه اندازي موتور در حالت ستاره گشتاور راه اندازي بار n n r شکل 41 مدار قدرت و نمودارهای مربوط به راهاندازی ستاره مثلث 3 16 3 راهاندازی با اتو ترانسفورماتور: در شکل )42( راهاندازی موتور سه فاز القایی به کمک اتو ترانسفورماتور سه فاز نشان داده شده است. در این روش برای کم کردن جریان راهاندازی از کاهش ولتاژ به کمک اتو ترانسفورماتور استفاده میشود. اتو ترانسفورماتور های راهانداز موتور القایی مطابق شکل )42( دارای دو سر خروجی هستند که در این نمونه ولتاژ برای راهاندازی در %80 ولتاژ نامی تأمین شده است. در شروع راهاندازی سر وسط اتو ترانسفورماتور ولتاژی متناسب با راهاندازی موتور را در اختیار موتور قرار میدهد. لذا جریان راهاندازی کنترل شده و در ادامه با عبور از مرحله راهاندازی مدار کنترل عمل تغییر اتصال را انجام میدهد و ولتاژ شبکه به طور کامل به موتور می رسد. این روش به سه کلید قطع و وصل )کنتاکتور( و یک اتو ترانسفورماتور متناسب با توان راه اندازی موتور احتیاج دارد. در راهاندازی موتورهای توان زیاد که امکان راهاندازی آنها به صورت ستاره مثلث وجود ندارد از این روش میتوان استفاده نمود. 137 1 تلفات هارمونیکی از گردش یک جریان در داخل حلقه اتصال مثلث ایجاد می شود.این تلفات در اتصال ستاره وجود ندارد.

ماشين های القايی سه فاز L 1 L 2 L3 L 1 L 2 L3 T T n 2.5 2.25 2.0 1.75 6.0 5.4 4.8 4.2 ٣ KM 1 KM 3 KM 1 KM 3 1.5 1.25 3.6 3.0 I I n 1.0 2.4 0.75 1.8 0.5 0.25 1.2 0.6 KM 2 U 1 V 1 W 1 KM 2 U 1 V 1 W 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 شکل ۴۲ مدار قدرت راهاندازی موتور القايی توسط اتو ترانسفورماتور و اثر کاهش جريان راهاندازی با استفاده از اتوترانسفورماتور در منحنی گشتاور دور الف) حالت راهاندازی ب) حالت کار ۴ ۱۶ ۳ راه اندازی با تجهيزات الکترونيک قدرت را ه اندازی نرم: يکی ديگر از روش های مفيد راه اندازی استفاده از تجهيزات الکترونيک قدرت موسوم به راه اندازی نرم ۱ می باشد که در حال حاضر بسيار پر کاربرد است. اين تجهيز ساختار متفاوتی نسبت به ديگر روش های راه اندازی دارد. يک نمونه راه انداز نرم در شکل (۴۳) نشان داده شده است. در راه انداز نرم از تجهيزات الکترونيک قدرت نظير تريستور و مدارهای کنترل استفاده شده است. وظيفه المان های الکترونيک قدرت و مدارات کنترلی تنظيم ولتاژ مناسب جهت راه اندازی موتور می باشد به طوری که در زمان راه اندازی جريان راه اندازی کاهش يابد. در اين روش ابتدا موتور با ولتاژ کم راه اندازی می شود سپس به طور هم زمان جريان موتور نيز توسط المان های الکترونيک قدرت کنترل می شود و افزايش ولتاژ به گونه ای است که جريان راه اندازی به آرامی به جريان نامی برسد. افزايش ولتاژ ورودی موتور به صورت تدريجی تا ولتاژ نامی ادامه می يابد. در نتيجه گشتاور خروجی موتور نيز به تدريج اضافه می شود. بدين ترتيب از ايجاد ضربه (شوک) های مکانيکی در زمان راه اندازی جلوگيری می گردد. يعنی در زمان راه اندازی مقدار گشتاور به اندازه ای است که تنها بر نيروی اصطکاک و ايستايی موتور غلبه می کند. به همين خاطر به اين روش راه اندازی راه اندازی نرم می گويند. در اين روش جريان راه اندازی حدودا بين ۲ تا ۵ برابر جريان نامی می باشد. يکی از مزايای اين روش امکان تنظيم دقيق گشتاور موردنياز در هرلحظه است که هزينه های تعمير و نگهداری تجهيزات مکانيکی را کاهش می دهد. کليه دستگاه های راه انداز نرم trter) (oft دارای سيستم توقف نرم ( ofttop ) نيز می باشند. از آنجا که اينرسی يا لختی يک جسم متحرک پس از فرمان خاموشی موتور می تواند باعث ادامه حرکت شود لذا ممکن است باعث ايجاد آسيب در تجهيزات مکانيکی متصل شده گردد. به همين خاطر کارشناسان مکانيک ترجيح می دهند که فرمان ايستادن موتور نيز به صورت نرم صورت گيرد تا در زمان ايستادن نيز تنش های مکانيکی به حداقل ممکن برسد. oft trter (١ ١٣٨

استفاده از راه انداز نرم باعث افزایش طول عمر موتور می شود. شاید تنها عیب آن گران تر بودن آن نسبت به دیگر روش های راه اندازی است. البته با افزایش تولید و فراگیر شدن تجهیزات الکترونیک قدرت به نظر می رسد در آینده نزدیک قیمت آن به طور قابل توجهی کاهش یابد. T I جريان نقطه كار گشتاور نقطه كار گشتاور راه اندازي n r I s جريان راه اندازي n r شکل 43 مدار راه اندازی نرم موتورهای القایی)باال( نمودارجریان راه اندازی نرم )سمت راست( و گشتاور دور موتور القایی با راه انداز نرم )سمت چپ( 5 16 3 روش راه اندازی رتوری: با توجه به آنکه تنها در موتور رتور سیم پیچی امکان دسترسی به مدار رتور وجود دارد این روش راه انداز ی فقط در این موتورها قابل استفاده است. برای کاهش جریان راه اندازی موتور در این روش با استفاده از یک مقاومت اهمی متغیر سه فاز و اتصال آن از طریق رینگ ها به مدار رتور مقاومت اهمی مدار رتور را افزایش می دهند. درواقع افزایش مقاومت اهمی مدار رتور باعث افزایش امپدانس مدار رتور و به دنبال آن کاهش جریان و افزایش ضریب قدرت مدار رتور می شود. از طرفی با کاهش جریان مدار رتور میدان مغناطیسی حاصل از آن ضعیف تر می گردد. یکی از مزیت های این روش راه اندازی افزایش گشتاور راه اندازی همراه با کاهش جریان راه اندازی است. اندازه گشتاور راه اندازی به مقدار مقاومت اضافه شده به مدار رتور ( x R( وابسته است. بیشتر بدانیم برای یافتن گشتاور ماکزیمم کافیست در رابطه گشتاور ) 20 3 (: 2 R2 T = KE R + (X ) 2 2 2 R m = 2 X رابطه 2 خواهیم داشت: ) 22 3 ( 2 2 جایگزین شود در این صورت R2 R2 2 X2 Tm = KE2 2 R2 2 R 2+ ( X) 2 X2 2 2 R2 Tm = KE 2 RX 2 2 2 2 1 2 Tm = KE2 2 X 2 139

ماشين های القايی سه فاز گشتاور ماکزيمم موتور القايی از رابطه ( ۲۲ ۳ ) بهدست میآيد. در رابطه ( ۲۲ ۳ ) پيداست که گشتاور ماکزيمم موتور القايی به مقاومت اهمی مدار رتور وابسته نيست ولی با توجه R m مقدار مقاومت اهمی مدار رتور میتواند به رابطه = 2 X2 مقدار لغزش مربوط به گشتاور ماکزيمم را تغيير دهد. از رابطه R m میتوان نتيجه گرفت که افزايش مقاومت مدار = 2 X2 رتور باعث جابهجاشدن مختصات گشتاور ماکزيمم در نمودار گشتاور لغزش میشود و آن را به مختصات لحظه راهاندازی میتواند نزديکتر کند اين موضوع در شکل (۴۴) نشان داده شده است. موتور القايی رتور سيم پيچی به صورت راه انداز چهار مرحله ای را نشان می دهد. مهمترين کاربرد موتور القايی رتور سيم پيچی در مواردی است که بار مکانيکی به گشتاور راه اندازی زياد و قطع و وصل پی درپی موتور احتياج داشته باشد. البته قيمت اين موتورها و I ٣ L 1 L 2 L 3 R 2X =R 2 + R X + R X KM 1 KM 1 R 1X =R 2 +R X R 0 =R 2 KM 1 KM 2 KM 1 KM 2 KM 3 n r K L M R X R X R X R X R X R X T KM 3 KM 2 Ts2 Ts1 Ts0 T L n r 100 0 80 20 60 40 40 60 20 80 0 100 % n r % ns شکل ۴۴ مدار راه اندازی موتور القايی به روش تغيير مقاومت رتور (شکل بالا) و اثر تغيير مقاومت مدار رتور برمنحنی گشتاور دور (شکل پايين) شکل ۴۵ راه انداز چهار پله ای موتور القايی رتور سيم پيچی و نمايش چگونگی مهار جريان راه اندازی البته بايد توجه داشت که بخشی از انرژی الکتريکی در مقاومت اضافه شده به مدار رتور به حرارت تبديل و تلف می شود. شکل( ۴۵ ) منحنی گشتاور لغزش و جريان سرعت هزينه تعمير و نگهداری آن در مقايسه با موتور القايی رتور قفسی زياد است همچنين به دليل اتصال جاروبک و احتمال ايجاد جرقه نمی توان از آن در مکان هايی نظير پالايشگاه استفاده نمود. ١٤٠

خود را بیازمایید 1 روشهای راهاندازی موتورهای القایی را نام ببرید. 2 برداشت شما از نسبت گشتاور راهاندازی به گشتاور نامی چیست 3 معایب استفاده از روش راهاندازی مستقیم چیست 4 در روشهای راهاندازی استاتوری ساده ترین راه کاهش جریان راهاندازی چیست 5 روش راهاندازی ستاره مثلث برای کدام یک از موتورهای القایی قابل اجرا میباشد 6 اگر در روش راهاندازی ستاره مثلث فاصله زمانی بین اتصال ستاره و مثلث بیش از حد باشد چه اتفاقی می افتد چرا 7 کاربرد روش راهاندازی با اتوترانسفور ماتور در کجاست 8 روش راهاندازی نرم چه مزیتهایی نسبت به دیگر روشهای استاتوری دارد 9 روش راهاندازی رتوری فقط در موتورهای القایی قابل اجرا میباشد. 10 افزایش مقاومت رتور چه اثری بر گشتاور ماکزیمم و لغزش نظیر گشتاور ماکزیمم دارد 11 مهمترین کاربرد موتور القایی با رتور سیمپیچی شده در چه نوع بارهایی میباشد 17 3 تغییر سرعت موتورهای القایی گاهی در صنایع الزم است سرعت موتور قابل کنترل باشد. در گذشته یکی از ضعف های موتور القایی را دشواری تنظیم سرعت آن و تنها برتری موتورهای DC را کنترل پذیری آسان سرعت آن میدانستند. در حال حاضر با رشد صنعت الکترونیک و توسعه تجهیزات الکترونیک قدرت کنترل سرعت موتورهای القایی به سهولت امکان پذیر شده است. به طور کلی برای تغییر سرعت موتورهای القایی روش های زیر به کار گرفته میشود. تغییر سرعت میدان دوار) n( s با: روش کنترل همزمان فرکانس و ولتاژ تغییر قطب های سیمبندی تغییر مقدار لغزش )( با : تغییر ولتاژ تغییر مقاومت مدار رتور)مخصوص موتورهای رتور سیمپیچی( 1 17 3 کنترل هم زمان فرکانس و ولتاژ: با توجه به رابطه ) 2 3 ( می توان با تغییر فرکانس سرعت میدان دوار را تغییر داد. اما الزمه استفاده از این روش داشتن یک مبدل فرکانس است. شکل )46( نمای ظاهری یک نمونه از مبدل های فرکانسی را نشان میدهد. مبدل فرکانسی را VD 1 یا VFD نیز میگویند. شکل 46 نمای ظاهری یک نمونه از مبدل فرکانسی کنترل کننده سرعت موتور القایی 141 Drive) (Vrile peed Drive Or Vrile Frequeny 1

ماشین های القایی سه فاز هر مبدل فرکانسی دارای دو بخش می باشد. ابتدا ولتاژ AC )50 یا 60 هرتز( در این دستگاه به ولتاژ DC تبدیل می شود سپس ولتاژ DC را به ولتاژ AC با فرکانس قابل کنترل معموال بین 0~250Hz تبدیل می کند. نکته قابل توجه اینکه تغییر فرکانس عالوه بر تغییر سرعت سنکرون بر روی نیروی محرکه القاء شده رتور و همچنین سایر کمیت های مغناطیسی موتور و گشتاور نیز اثر می گذارد. مشخصه گشتاور دور موتور القایی در فرکانس های مختلف در شکل )47( نشان داده شده است. با توجه به شکل )47( مالحظه میشود که با افزایش فرکانس گشتاور موتور مرتب کاهش یافته و با کاهش فرکانس گشتاور موتور افزایش مییابد. این موضوع بسیار با اهمیت است. زیرا با افزایش بیش از حد فرکانس ممکن است گشتاور موتور از گشتاور بار کمتر شود و موتور زیر بار بماند. از طرفی با کاهش فرکانس موتور هسته ماشین به ناحیه اشباع مغناطیسی وارد میشود لذا برای جلوگیری از سوختن سیمپیچ ماشین در هر دو حالت باید بهطور همزمان ولتاژ و فرکانس تغییر نماید بهطوری که نسبت E ثابت F بماند. 3 ولتاژ شبكه با فركانس 50Hz گشتاور AC مبدل فركانسي DC DC Q 1 f 1 f 1 < < < f 2 f 3 f 4 AC f 2 f 3 f 4 KM 1 سرعت كليد اصلي ولتاژ موتور با فركانس دلخواه شکل 47 شمای تک خطی اتصال مبدل فرکانسی به موتور القایی )شکل سمت چپ( اثر تغییر فرکانس بر گشتاور و سرعت )شکل سمت راست( در فصل اول بیان گردید که ولتاژ القایی در یک سیم پیچ از رابطه ) 23 3 ( به دست می آید. ) 23 3 ( به عبارتی یابد. و از آنجا که تقابل دو میدان باعث ایجاد گشتاور در موتور القایی میشود لذا تغییرات شار مغناطیسی به تغییر گشتاور مفید موتور میانجامد. رابطه ) 24 3 ( را میتوان بهصورت رابطه ) 25 3 ( نوشت بنابراین برای تثبیت مقدار شار مغناطیسی مطابق رابطه ) 25 3 ( الزم است مقدار ولتاژ و فرکانس با یک نسبت تغییر کنند. E = 4/44NBAf E = 4/44Nϕf ) 24 3 ( در صورتی که فرکانس به تنهایی افزایش یا کاهش یابد برای برقراری رابطه ) 24 3 ( باید شار فاصله هوایی کاهش یا افزایش E f = 4/44Nϕ ) 25 3 ( 142

در شکل (۴۸) شمای تک خطی راه اندازی و کنترل دور موتور القايی به وسيله يک مبدل ولتاژ فرکانس نشان داده شده است. Hz E F DC AC AC DC KM 1 Q 1 E 1 E 2 E 3 E 4 f 1 < < < f 2 f 3 f 4 E 1 E 2 E 3 E 4 f 1 f 2 f 3 f 4 E 400V f 50Hz E f 8 E F شکل ۴۸ شمای تک خطی اتصال مبدل فرکانسی / ولتاژ به موتور القايی (شکل سمت چپ) اثر تغيير فرکانس و ولتاژهمزمان بر منحنی گشتاور دور (شکل سمت راست) خود را بيازماييد ۱ روشهای کنترل سرعت موتورهای القايی را نام ببريد. ۲ عملکرد مبدل فرکانس در کنترل سرعت موتور القايی چگونه است ۳ افزايش بيش از حد فرکانس شبکه چه اثری بر گشتاور موتور القايی دارد چرا ۴ رابطهای براساس محاسبه شار مغناطيسی بنويسيد که نشان دهد برای ثابت ماندن آن بايستی ولتاژ و فرکانس همزمان تغيير کنند. ۲ ۱۷ ۳ تغيير قطب های سيم بندی: يکی ديگر از راه های تغيير سرعت ميدان دوار با توجه به رابطه( ۲ ۳ ) تغيير تعداد قطب های سيم بندی موتور القايی است. ولی تعداد قطب های موتور القايی: اولا به نوع سيم پيچی استاتور موتور وابسته است. ثانيا از لحاظ فيزيکی تعداد قطب ها مضرب زوج می باشند. (۲,۴,۶ ) بنابراين تغيير تعداد قطب ها باعث تغيير پيوسته سرعت نمی شود بلکه سرعت به طور ناپيوسته و پله ای تغيير می کند. تغيير تعداد قطب های موتور القايی به روش های زير امکان پذير است. الف) استفاده از سيم پيچی دالاندر ب) قراردادن دو سيم بندی مجزا در داخل استاتور ١٤٣

ماشین های القایی سه فاز 3 17 3 موتور داالندر: در موتورهای القایی روشی برای سیم پیچی وجود دارد که به اتصال داالندر معروف است. در اتصال داالندر میتوان تعداد قطب ها را با تغییر اتصال کالف های موتور نصف و یا دو برابر نمود. بنابراین سرعت موتورهای داالندر به نسبت 1 به 2 میباشد. انتخاب نوع اتصاالت داخلی موتور داالندر باعث تغییر توان و گشتاور موتور در سرعت تند و یا کند میشود. به همین خاطر توان و گشتاور موتورهای داالندر در اتصاالت مختلف در برگه مشخصات فنی موتور توسط سازنده ارائه میگردد. شکل )49( چگونگی اتصال دو نوع از متداول ترین موتورهای داالندر را به شبکه برق سه فاز نشان میدهد. 3 1U 1W 2V 2U 2W 1V 2U 2V 2W 1U 1V 1W L1 L2 L3 2W 2U 1U 1V 1W دورتند دور كند 2V L1 L2 L3 2U 2V 2W 1U 1V 1W 1U 2U 2V 2W 2U L1 L2 L3 2W 2V 1U 1V 1W 1W 1V 2U 2V 2W 1W 2U 1V L1 L2 L3 دور كند 2W 1U 2V دورتند 1U 1V 1W شکل 49 جعبه ترمینال و نحوه اتصال دو نوع موتور داالندر L 3 L 1 1U P 1 1V 1W L 2 L 2W 3 L 1 2U P 2 2V 4 17 3 قراردادن دو سیمبندی مجزا در داخل استاتور: اگر در استاتور موتور القایی دو گروه سیمپیچ کامال مستقل از هم قرار گیرند به طوری که هیچ ارتباط الکتریکی بین آنها وجود نداشته باشد در این صورت آن را موتور القایی با سیمپیچ جداگانه یا مستقل مینامند. در این موتور هر یک از سیمپیچ ها میتوانند با تعداد قطب مشخصی طراحی و در استاتور موتور قرار داده شوند. که البته در یک زمان فقط یکی از آنها باید در مدار باشد. مثال با داشتن موتوری که دارای دو سیمپیچ 4 و 6 قطبی در فرکانس 50HZ است میتوان به هر دو سرعتRPM 1500 و 1000RPM دسترسی داشت. سرعت كم L1 L2 L3 1U 2U 1V 2V 1W 2W 1U 2U 1V 2V 1W 2W L1 L2 L3 L 2 سرعت زياد شکل 50 جعبه ترمینال و نحوه اتصال یک نوع موتور با سیم پیچ جداگانه 144

١٤٥ از اين نمونه موتور در قدرت های کمتر از ۲۰KW در صنعت استفاده می شود. البته مدل تک فاز اين نوع موتور در کولرهای آبی استفاده می شود. ۵ ۱۷ ۳ تغيير مقدار لغزش : در صورتی که در نظر باشد با تغيير مقدار لغزش بدون تغيير سرعت ميدان دوار سرعت چرخشی بار مکانيکی تغيير کند بايد مطابق شکل (۵۱ الف) از تغيير ولتاژ و يا شکل (۵۱ ب) از تغيير مقاومت مدار رتور استفاده شود. در هر دو نمودار شکل( ۵۱ ) ملاحظه می شود تغيير مقادير ولتاژ و يا مقاومت رتور باعث تغيير دور و جابه جايی نقطه کار می گردد يعنی نسبت به حالت اول سرعت لغزش تغيير می کند. T n 2 >n 1 >n 0 n 0 >n 1 >n 2 V 2 >V 1 >V 0 R 2 >R 1 >R 0 V 0 V 1 T V 2 R 2 R 1 R 0 n r n 0 n 1 n 2 n 2 n 1 n 0 n r شکل ۵۱ اثر تغيير ولتاژ(سمت چپ) وتغيير مقاومت رتور(سمت راست) بر سرعت موتور القايی تغيير سرعت به کمک تغيير ولتاژ: با توجه به رابطه ( ۲۰ ۳ ) گشتاور موتور القايی با مجذور ولتاژ متناسب است. يعنی می توان با تغيير ولتاژ موتور القايی مطابق شکل ( ۵۱ الف) نقطه کار را جابه جا نمود و در نتيجه سرعت گردش رتور را تغيير داد. البته بايد توجه داشت که : اولا : نمی توان ولتاژ را بيش از حد ولتاژ نامی افزايش داد. زيرا باعث اشباع مغناطيسی هسته موتور می شود و در ضمن ممکن است عايق سيم پيچ ها تحمل اين ولتاژ را نداشته باشند. ثانيا : کاهش ولتاژ علاوه بر کم کردن سرعت باعث کم شدن گشتاور و توان موتور نيز می شود در اين حالت امکان کم شدن گشتاور و موتور از گشتاور بار و زير بار ماندن آن وجود دارد. تغيير سرعت به کمک تغ يير مقاومت مدار رتور: پيش از اين گفته شد که افزايش در مقاومت مدار رتور باعث کاهش جريان راه اندازی می شود. ضمن اينکه منحنی گشتاور موتور به صورت شکل (۵۱ ب) تغيير می کند. با توجه به شکل (۵۱ ب) تغيير مقاومت مدار رتور باعث جابه جايی نقطه کار موتور می شود. از معايب اين روش کنترل سرعت می توان به موارد زير اشاره نمود: افزايش مقاومت مدار رتور برای کاهش سرعت باعث افزايش تلفات و کاهش راندمان در موتور می شود. خود را بيازماييد اين روش فقط در موتورهای القايی رتور سيم پيچی از توان استفاده کرد. می ۱ در موتور های القايی هر چقدر تعداد قطب بيشتر شود سرعت موتور می شود. ۲ موتوری دالاندر دارای ۶ قطب در يکی از سرعت های (کند يا تند) مفروض است اگر فرکانس شبکه ۵۰HZ باشد به نظر شما سرعت ميدان دوار آن در دور کند و تند چقدر است ۳ مهمترين عيب موتور چند سرعته با سيم پيچ مجزا را بنويسيد. ۴ آيا می توان بدون تغيير سرعت ميدان دوار سرعت موتور القايی را تغيير داد با استفاده از کدام روش ۵ آيا می توان برای کاهش سرعت موتور القايی از طريق کنترل ولتاژ مقدار ولتاژ ورودی را تا هر سطح دلخواه کاهش داد چرا ۶ کنترل سرعت موتور القايی از روش تغيير مقاومت رتور با چه عيب هايی همراه است

ماشين های القايی سه فاز ١٨ ٣ ترمز موتورهای القايی رتور موتور الکتريکی در حال گردش به دليل سرعتی که دارد دارای انرژی جنبشی (اينرسی حرکتی) است و پس از خاموش شدن تمايل به ادامه چرخش دارد. مقدار اين انرژی به وزن و ابعاد رتور بستگی دارد. بنابراين پس از فرمان خاموشی موتور تا مدتی رتور به چرخش خود ادامه می دهد. در بعضی از بارهای مکانيکی (مانند پمپ و فن) اصراری برای توقف سريع رتور وجود ندارد. چرا که بار متصل به آن نياز به ايست فوری ندارد. اما در بارهايی نظير بالابرها ماشين های نساجی و زمان و محل ايستادن ماشين اهميت دارد. در نتيجه لازم است به محض خاموش شدن موتور رتور کاملا متوقف شود. عمل توقف سريع رتور را در موتورهای الکتريکی ترمز گويند. در شکل (۵۲) چهار ناحيه عملکردی موتور بر اساس محورهای گشتاور و دور مشخص شده است. با توجه به علامت سرعت و گشتاور در ناحيه دوم و چهارم شکل (۵۲) که خلاف يکديگر می باشند حالت ترمزی رخ می دهد. برای توقف رتور بايد انرژی جنبشی محور دوار سريعا مستهلک شود. برای رسيدن به اين هدف لازم است انرژی جنبشی موتور به انرژی حرارتی تبديل شود و يا آنکه با تبديل انرژی جنبشی به انرژی الکتريکی بتوان آن را به شبکه برق برگرداند. اکثر روش های ترمزی انرژی جنبشی رتور را به حرارت تبديل می کنند اما در روش برگرداندن انرژی به شبکه برق حرارت داخلی موتور افزايش نمی يابد و در نتيجه عمر کاری موتور طولانی تر می شود. به طور کلی برای ترمز موتورهای القايی روش های زير وجود دارد: ترمز جريان مخالف ترمز با جريان مستقيم ترمز ژنراتوری ترمزالکترومکانيکی ٣ T n شکل ۵۲ چهار ناحيه عملکردی موتور الکتريکی با توجه به جهت سرعت رتور و گشتاور ١٤٦

۱ ۱۸ ۳ ترمز جريان مخالف: می توان با تغيير جای دو فاز جهت چرخش ميدان دوار در استاتور را تغيير داد. حالا فرض کنيد موتوری با سرعت n r در يک جهت در حال چرخش است. اگر به محض خاموش کردن موتور جای دوفاز ورودی آن عوض شود ميدان دوار سريعا تغيير جهت می دهد ولی رتور به دليل انرژی ذخيره شده در آن می خواهد همچنان در جهت قبلی به چرخش ادامه دهد. اما تقابل ميدان رتور با ميدان دوار استاتور منجر به توقف آنی حرکت رتور می شود. نکته ۱: به دليل اينکه لغزش در اين روش بزرگتر از واحد است لذا جريان ترمزی از جريان راهاندازی بيشتر میشود. پس در انتخاب موتور و تجهيزات قطع و وصل کننده آن بايد توجه ويژه داشت. نکته ۲: تمهيدات لازم برای معکوس نشدن جهت گردش رتور پس از انجام ترمز بايد پيش بينی شود. n s n r n r n s شکل ۵۳ جهت سرعت ميدان دوار و سرعت رتور در حالت موتوری و ترمزی با توجه به تعريف لغزش مطابق شکل( ۵۳ ) و به دليل آنکه n s و n r خلاف جهت يکديگر هستند. ۱ می توان نوشت: نکته ۳: انتخاب اين روش برای ترمز موتورهای کوچک به دليل اينرسی بسيار کمی که دارند توصيه نمیشود زيرا پس از ترمز جهت چرخش در آن سريعا عکس گرديده و پس از گردش در جهت مخالف متوقف میشود. n s ( n) r = >1 n s به ياد داريد که در ماشين های القايی هرگاه لغزش بزرگتر از واحد (۱<) شود ماشين در ناحيه عملکرد ترمزی قرار می گيرد. البته در استفاده از اين روش ترمزی نکات زير بايد مد نظر قرار گيرند: ۲ ۱۸ ۳ ترمز با جريان مستقيم: در اين روش ابتدا سيم پيچ های استاتور موتور از شبکه برق جدا می شوند و بلافاصله به يک منبع ولتاژ مستقيم (DC) وصل می گردند. اين روش را ترمز با جريان مستقيم موتور القايی می گويند. n r را منفی درنظر گرفت و يا بالعکس مهم اين است که اين دو در خلاف جهت يکديگر می باشند زيرا حالت ترمزی به اين مفهوم است: n s را مثبت و ۱ اهميتی ندارد ١٤٧ ns nr = > 1 n s

ماشين های القايی سه فاز نکته ۱: ولتاژ منبع DC به مراتب بايد کمتر از ولتاژ شبکه باشد. معمولا برای تا مين اين ولتاژ مطابق شکل (۵۴) از يک ترانسفورماتور کاهنده به همراه يکسوساز استفاده می شود. F 1 KM 3 L 1 L 2 L 3 KM 2 ٣ نکته ۲: برای انجام ترمز آرام جريان DC اعمال شده به سيم پيچ بايد تقريبا ۱/۳ برابر جريان نامی موتور باشد بدين لحاظ نسبت به ترمز جريان مخالف برتری دارد. (جريان ترمزی آن کمتر است) KM 1 T U V W F 5 شکل ۵۴ ترمز با جريان مستقيم موتور القايی شکل (۵۴) مدار قدرت ترمز با جريان مستقيم را نشان می دهد. همان طور که در شکل( ۵۴ ) ملاحظه می گردد کليد KM۲ اتصال مدار يکسوساز را بر عهده دارد. در اين روش پس از قطع ولتاژ AC ورودی توسط کليد KM۳ کليد KM۱ وصل گرديده و برق يکسو شده را به کلاف های موتور می رساند. با اتصال ولتاژ مستقيم به کلاف های موتور ميدان ساکن در استاتور توليد می شود که در نتيجه القای اين ميدان ساکن رتور سريعا متوقف می گردد. نکات قابل توجه در اين روش عبارتند از : نکته ۳: جريان DC اعمال شده به سيم پيچ ها با توقف موتور بايد قطع شود. چون در اين روش تغيير جهت چرخش رخ نمی دهد می توان از آن در موتورهای کوچک القايی نيز استفاده کرد. نکته ۴: برای افزايش گشتاور ترمزی در موتورهای القايی رتور سيم پيچی علاوه بر اتصال جريان DC می توان از اضافه کردن مقاومت الکتريکی به مدار سيم پيچی رتور نيز استفاده نمود. ١٤٨

3 18 3 ترمز ژنراتوری: شکل )55( نمودار گشتاور دور موتورالقایی داالندر را نشان می دهد. در موتورهای داالندر سرعت میدان دوار در حالت دور کند نصف حالت دور تند می باشد. لذا نمودار )1( مربوط به دور تند و نمودار) 2 ( مربوط به دور کند موتور داالندر است. فرض کنید موتور با سرعت n r1 در حال چرخش است برای انجام عمل ترمز می توان اتصال موتور را از دور تند به دور کند تغییر داد. این موضوع سبب می شود که سرعت میدان دوار بالفاصله از n s1 به n s2 کاهش یابد. به این ترتیب در مشخصه گشتاور دور وضعیت موتور از نقطه A روی نمودار )1( به نقطه B روی نمودار )2( شکل )58( جا به جا می شود. ولی به دلیل اینرسی بار و رتور سرعت رتور هنوز به این حد کاهش نیافته است. در این حالت تا زمان رسیدن سرعت رتور به نقطه کار جدید مقدار گشتاور موتور مسیر نشان داده شده در نمودار )2( را طی می نماید تا سرعت آن در نقطه کار جدید تثبیت شود. فاصله بین نقطه B تا نقطه کار )2( ناحیه ژنراتوری ماشین در دور کند می باشد ولی چون تداوم نیروی مکانیکی مانند مولدها روی محور ماشین وجود ندارد سرعت محور سریعا رو به کاهش می گذارد. تا سرعت آن روی نقطه کار )2( تثبیت شود. بنابراین با این روش ترمزی توقف کامل حاصل نمی شود بلکه کاهش سریع سرعت تا زمان وارد شدن ماشین به ناحیه موتوری و رسیدن موتور به نقطه کار جدید ادامه می یابد که روی نمودار )2( شکل )55( نشان داده شده است. آیا چنین کاهش سرعتی را در هنگام اتومبیل سواری و استفاده راننده از دنده معکوس در سرعت باال دیده اید این روش ترمزی برای موتور باالبرها و جرثقیل ها کاربرد دارد. باید توجه داشت که در کنار این روش ترمزی الزم است از سایر روش های ترمزی نیز استفاده شود. دور دور دور نمودار 1 نمودار 2 نقطه كار 1 گشتاور گشتاور A n s2 n r1 n s1 n s2 n r2 n s2 n s1 n s1 T L T L T L نمودار 1 B كاهش سرعت نمودار 1 نقطه كار 2 گشتاور نمودار 2 نمودار 2 شکل 55 تشریح عملکرد ترمز مولدی در موتور داالندر 149

ماشين های القايی سه فاز ۴ ۱۸ ۳ ترمز الکترومکانيکی: در اين شيوه به کمک اصطکاک ميان قسمت ثابت با يک ديسک عمل ترمز انجام می شود. رتور الکتروموتورهايی که از اين روش ترمز استفاده می کنند به همراه ديسک به صورت يکپارچه ساخته می شوند. اين روش ترمزی به دو صورت انجام می شود: الف) ترمز الکترومکانيکی که در زمان نبود جريان برق عمل می کند. در شکل( ۵۷ ) مشاهده می شود که در هنگام قطع برق موتور فنر به صفحه مغناطيسی يا همان ديسک فشار آورده و آن را محکم به محور می چسباند ولی به محض برقدار شدن موتور بوبين الکترومغناطيسی ديسک را از روی محور جدا می نمايد. ب) ترمز الکترومکانيکی که با عبور جريان عمل می کند. شکل( ۵۸ ) نمونه ای از يک موتور الکتريکی با اين نوع ترمز را نشان می دهد. در اين روش برای برقدار نمودن بوبين الکترومغناطيسی بايد از مدار فرمان استفاده شود. زيرا قفل شدن محور موتور با اعمال جريان الکتريکی به بوبين الکترومغناطيسی مربوط به ديسک صورت می گيرد. U V W Z X Y U V W 3 ~ ٣ نکته ۱: برخی سازندگان موتور ولتاژ تغذيه ترمز را متفاوت با ولتاژ اصلی موتور در نظر می گيرند که بايد مورد توجه بهره بردار قرار گيرد. A 1 U Z U V W A 1 A 2 V X نکته ۲: ترمز الکترومکانيکی گزينه خوبی جهت ترمز مکمل بارهای ثقلی نظير آسانسورها و جرثقيل محسوب می شود. A 2 W Y 3 ~ شکل ۵۶ انواع موتورهای القايی با ترمز الکترومکانيکی ١٥٠

K1M K1M OC OC 3 ~ 3 ~ شکل ۵۷ با خاموش شدن موتور ديسک به محور می چسبد K1M K1M OC OC 3 ~ 3 ~ شکل ۵۸ با فرمان ترمز الکترومکانيکی موتور خاموش و ديسک به محور می چسبد ١٥١ خود را بيازماييد ۱ انواع روش های ترمز در موتورهای القايی را نام ببريد. ۲ به نظر شما چرا در روش ترمز جريان مخالف جريان ترمزی بيشتر از جريان راه اندازی است ۳ چگونگی عملکرد ترمز ديناميکی را توضيح دهيد. ۴ دو مزيت روش ترمز ديناميکی نسبت به ترمز جريان مخالف چيست ۵ توضيح دهيد هنگامی که يک موتور دالاندر از سرعت تند به کند تغيير حالت می دهد چه اتفاقی می افتد ۶ کاربرد مهم روش ترمز ژنراتوری در کجاست چرا ١٩ ٣ رفتار ژنراتوری ماشين القايی ماشين الکتريکی به عنوان موتور انرژی الکتريکی را از طريق ميدان مغناطيسی به انرژی مکانيکی تبديل می کند. همچنين به ماشينی که انرژی مکانيکی را با کمک ميدان مغناطيسی به انرژی الکتريکی تبديل می کند ژنراتور می گويند. بنابراين عملکرد ژنراتور دقيقا عکس حالت موتور الکتريکی تعريف می شود. تعاريف ژنراتور و موتور به صورت طرح واره در شکل( ۵۹ ) نشان داده شده است. شکل ۵۹ نمايش ژنراتور و موتور الکتريکی از نقطه نظر انرژی

ماشین های القایی سه فاز ماشین القایی میتواند هم به صورت ژنراتور و یا به عنوان موتور استفاده شود. ماشین القایی در حالت موتوری از شبکه برق توان اکتیو ( P ) و توان راکتیو ( Q ) جذب میکند. که توان اکتیو )P( را به مصرف خروجی جهت غلبه بر بار مکانیکی می رساند و البته بخشی از آن نیز تلف میشود. توان راکتیو را موتور القایی برای ایجاد میدان دوار مغناطیسی نیاز دارد. شکل )60( این واقعیت را نمایش میدهد. البته سمت انتقال توان اکتیو و راکتیو )P,Q( در موتورها از شبکه برق به طرف موتور میباشد. اما در حالتی که ماشین القایی به عنوان ژنراتور استفاده شود قدرت مکانیکی)ورودی( به محور ماشین القایی مطابق شکل )60( به صورت توان اکتیو) P ( به شبکه برق تحویل می شود البته به شرطی که توان راکتیو) Q ( مورد نیاز ماشین تأمین شود. 1 19 3 اتصال ژنراتور القایی به شبکه برق: در این حالت ژنراتور القایی توان راکتیو )Q ) را از شبکه برق سه فاز دریافت نموده و در نتیجه توان اکتیو )P( را به شبکه برق تحویل میدهد. البته نباید فراموش کرد که باید سرعت رتور از سرعت میدان ( < 0 ( در این صورت لغزش منفی است n( r > n s دوار بیشتر باشد ( تا ماشین القایی در ناحیه ژنراتوری قرار گیرد. با اتصال ژنراتور القایی به شبکه برق سرعت میدان دوار همواره ثابت و از رابطه ) 2 3 ( تبعیت میکند و چون سرعت رتور به سرعت محرک مکانیکی وابسته میباشد تأثیری بر فرکانس ندارد. اما از آنجا که ژنراتور با فرکانس ثابت شبکه کار میکند توان اکتیو تحویلی به شبکه فقط به سرعت رتوربستگی دارد. ناحيه مولدي گشتاور T ناحيه موتوري ناحيه ترمزي 3 -ns 0 ns 2ns سرعت روتور nr L 1 L 2 L 3 L 1 L 2 L 3 0-1 لغزش شکل 61 یادآوری نواحی مختلف ماشین القایی 2 1 P K1M Q OC K1M Q OC 152 ميدان مغناطيسي كار مكانيكي ميدان مغناطيسي n r n s 1 > > 0 > P G n r > n s < 0 شکل 60 موتور و ژنراتور القایی متصل به شبکه برق برای تأمین توان راکتیو) Q ( دو راه وجود دارد: الف( اتصال ژنراتور القایی به شبکه برق ب( استفاده از خازن كار مكانيكي نکته: هر چه سرعت رتور ژنراتور سریعتر باشد توان اکتیو تولید شده بیشتر است و بالعکس با کاهش سرعت توان اکتیو کمتری به شبکه تحویل میشود. بنابراین ژنراتور القایی ژنراتوری است که میتواند با دور متغیر کار کند بدون آنکه تأثیری روی فرکانس شبکه ایجاد نماید کاربرد این نوع ژنراتورها در نیروگاههای بادی است. زیرا سرعت باد را نمیتوان کنترل نمود.

2 19 3 استفاده از خازن )مولد القایی در حالت منفرد(: هرگاه از ژنراتور القایی به صورت منفرد استفاده شود باید توان راکتیو موردنیاز آن را مطابق شکل )62( توسط خازن تأمین نمود. K1M OC Q مصرف كننده ي الكتريكي خود را بیازمایید 1 نقش توان های اکتیو و راکتیو دریافتی از شبکه توسط موتورهای القایی را توضیح دهید. 2 اگر بخواهیم یک ماشین القایی به صورت مولد کار کند چه نوع توانی را از شبکه دریافت وچه نوعی از توان را به شبکه تحویل می دهد 3 یک ماشین القایی سه فاز به شبکه برق متصل است و در ناحیه ژنراتوری کار می کند: الف( سرعت رتور را با سرعت میدان دوار مقایسه کنید ب( اگر سرعت رتور در حال تغییر باشد چه اثری بر فرکانس شبکه دارد P خازن سه فاز شکل 62 مولد القایی در حالت منفرد G با توجه به وابستگی فرکانس به سرعت چرخش رتور و منفرد بودن ژنراتور فرکانس برق تولید شده در این حالت کامال به سرعت رتور وابسته است. الزم به ذکر است که شرط ایجاد ولتاژ وجود پسماند مغناطیسی در رتور این گونه ژنراتورها می باشد. کاربرد این ژنراتورها در مواردی است که بار مصرفی فقط از نوع اکتیو باشد.) مانند ژنراتورهای جوشکاری( 20 3 تلفات و راندمان از آنجا که ماشین های القایی بیشتر به عنوان موتور استفاده می شوند در این بخش تلفات و راندمان موتور القایی مورد بحث قرار می گیرد. موتور القایی توان الکتریکی از شبکه دریافت می نماید و توان مکانیکی را به خروجی تحویل می دهد. نمودار دریافت توان الکتریکی و تحویل توان مکانیکی در شکل )63( نشان داده شده است. M توان مكانيكي P out = Tω r P out توان تلفاتي گرمايي P in= 3U L I L Cosφ توان الكتريكي اكتيو توان الكتريكي راكتيو P in Q = 3U L I L inφ P شکل 63 دیاگرام توان در موتورهای القایی سه فاز تحقیق کنید: چرا باید مصرف کننده های ژنراتور القایی در حالت منفرد از نوع اکتیو باشد مالحظه می شود بخشی از توان دریافتی از شبکه برق مطابق شکل )63( توان راکتیو است این بخش از توان برای تولید میدان دوار وارد ماشین می شود و چون مجددا به شبکه 153

ماشین های القایی سه فاز برمیگردد در محاسبات تلفات و راندمان ماشین به حساب نمیآید. بخش دیگری از توان ورودی به موتور القایی توان اکتیو است. این توان در موتورهای سه فاز از رابطه ) 26 3 ( محاسبه میشود. Pin ) 26 3 ( = 3 ULILCOϕ در رابطه ) 26 3 ( V ولتاژ خط بر حسب U L V جریان خط بر حسب I L Cosϕ ضریب قدرت موتور حداکثر توانی را که موتور میتواند به بار تحویل دهد توان نامی موتور تعریف میکنند و بر روی پالک موتور درج میشود همچنین در برگه مشخصات فنی موتور نیز ارائه میگردد. توان نامی موتور القایی سه فاز از رابطه ) 27 3 ( قابل محاسبه است. P n =T n ω r ) 27 3 ( ) 28 3 ( در رابطه ) 28 3 ( P πn r n = Tn 2 60 N گشتاور نامی یا مفید بر حسب m T n RPM سرعت نامی رتور بر حسب n r W توان نامی رتور بر حسب P n اگر بار مکانیکی روی محور با توان نامی موتور برابر باشد در این صورت خواهیم داشت: P out =P n راندمان موتور القایی را مانند دیگر ماشین ها براساس نسبت توان خروجی به توان ورودی مطابق با رابطه ) 29 3 ( می توان محاسبه نمود. راندمان را می توان به صورت درصد یا نسبت به واحد هم محاسبه کرد. P ) 30 3 ( * 100 η= ) 31 3 ( out % Pin η= Pout 3U I Cosϕ L L مطابق دیاگرام شکل )63( میتوان راندمان را بهصورت رابطه ) 33 3 ( نیز نوشت: P in =P out + P ) 32 3 ( ) 33 3 ( ) 34 3 ( Pout η= P + P out P = P s + P r )W( تلفات استاتور موتور القایی بر حسب P s )W( تلفات رتور موتور القایی بر حسب P r P در رابطه ) 34 3 ( مجموعه تلفات موتور القایی است که شامل تلفات استاتور و رتور می باشد. P s شامل تلفات اهمی در سیم پیچ های تلفات استاتور P( Core می باشد. تلفات هسته P( us و تلفات هسته ( استاتور ( موتور القایی جزو تلفات ثابت موتور بوده که به دلیل حضور جریان های گردابی و تلفات هیسترزیس در هسته ایجاد می شوند. ) 35 3 ( P s =P Cus + P Core P r شامل تلفات اهمی سیم پیچ رتور در موتورهای القایی رتور سیم پیچی و یا تلفات اهمی حاصل از مفتول های به کار رفته در موتورهای رتور قفسی می باشد. لذا تلفات اهمی در رتور را تلفات مسی رتور 1 می نامند. و آن را با P Cur نمایش می دهند. P out ) 29 3 ( =η Pin 3 154 1 تلفات ایجاد کننده گرما

بخش دیگری از تلفات در رتور تلفات مکانیکی است که به علت وجود اصطکاک هوا و یاتاقان ها ایجاد می شود و چون سرعت موتور القایی ثابت است تلفات مکانیکی نیز ثابت می باشد این تلفات را با P mis نشان می دهند. از آنجا که فرکانس رتور در حال چرخش کم است لذا از تلفات آهنی رتور می توان چشم پوشی کرد زیرا تلفات آهنی با مجذور فرکانس نسبت مستقیم دارد. بنابراین تلفات رتور مطابق رابطه) 36 3 ( به دست می آید. ) 36 3 ( P =P Cur + P mis با جایگزینی مقدار P r و P s می توان تلفات کل ماشین را از رابطه ) 37 3 ( به دست آورد. ) 37 3 ( P =P Cus + P Core + P jr + P mis نمودار توازن توان در موتورهای القایی در شکل )64( نمایش داده شده است. P in= 3U L I L Cosφ P CUs P Core P e P out = Tω r P Cur = P e P mis توان الكترومغناطيسي شکل 64 نمودار توازن توان در موتورهای القایی توان الکترومغناطیسی ( e P( توانی است که از طریق میدان دوار استاتور در فاصله هوایی به رتور منتقل می شود. توان الکترومغناطیسی ( e P( را می توان به طور مستقیم از رابطه ) 38 3 ( نیز محاسبه نمود. در رابطه ) 39 3 (: ) 38 3 ( ) 39 3 ( N m گشتاور الکترو مغناطیسی بر حسب T e RPM سرعت سنکرون موتور القایی بر حسب n s W توان الکترو مغناطیسی بر حسب P e همچنین با توجه به دیاگرام توان شکل )64( داریم: ) 40 3 ( ) 41 3 ( P e =P 1 - )P Cus + P Fe ( P e =P out +P Cur + P mis تلفات ژولی رتور را می توان از حاصلضرب لغزش در توان الکترومغناطیسی به دست آورد. در رابطه ( 42 3 ( لغزش موتور ) 42 3 ( P Cur = P e W توان الکترو مغناطیس بر حسب P e W تلفات مسی رتور بر حسب P Cur رابطه ) 42 3 ( نشان می دهدکه با افزایش لغزش تلفات مسی در مدار رتور افزایش یافته و در نتیجه توان خروجی کاهش می یابد. هم چنان که در بخش تغییر سرعت موتورهای رتور سیم پیچی عنوان شد افزایش مقاومت مدار رتور به منظور کاهش سرعت و یا افزایش گشتاور راه اندازی باعث افزایش لغزش می گردد. بنابراین طبق رابطه ) 42 3 ( افزایش لغزش افزایش تلفات مسی در مدار رتور را در پی دارد و به دنبال آن راندمان موتور کاهش می یابد. با توجه به اینکه تلفات مسی در استاتور و تلفات مسی رتور به جریان سیم پیچ استاتور و رتور وابسته هستند و این جریان نیز با تغییرات بار تغییر می کند. لذا به مجموع تلفات مسی استاتور و تلفات مسی رتور تلفات متغیر موتور القایی می گویند. ) 43 3 ( P= Cus تلفات متغیر + P Cur تلفات مکانیکی رتور و تلفات هسته در استاتور تلفات ثابت P e = T e ω s P πn s e = Te 2 60 155

ماشین های القایی سه فاز هستند و به مجموع آنها تلفات ثابت موتور القایی می گویند. بنابراین داریم: ) 44 3 ( =P Core + P mis تلفات ثابت پس تلفات کل موتور القایی برابر مجموع تلفات ثابت و تلفات متغیر است. تلفات متغیر + تلفات ثابت = P ) 45 3 ( P =P Cus + P Cur + P Core + P mis روابط فوق در حل بسیاری از مسائل مربوط به محاسبه راندمان سودمند است. خود را بیازمایید 1 چرا در محاسبات توان تلفاتی و راندمان ماشین القایی از توان راکتیو استفاده نمی شود 2 منظور از توان نامی موتور القایی چیست رابطه آن را نوشته و کمیت های آن را معرفی کنید. 3 چرا در موتورهای القایی رتور سیم پیچی شده با افزایش مقاومت رتور راندمان کاهش می یابد 4 منظور از تلفات ثابت ومتغیر در ماشین القایی چیست 5 تلفات استاتور موتور القایی را تشریح کنید. 6 تلفات رتور موتور القایی را تشریح کنید. 7 به کمک نمودار توازن توان موتورهای القایی توان الکترومغناطیسی را محاسبه کنید. 21 3 مقایسه موتورهای رتور قفسی و رتور سیم پیچی از مزایای موتور القایی رتور قفسی به جای رتور سیم پیچی می توان به موارد زیر اشاره نمود: موتور رتور قفسی در یک توان مشخص مقاومت اهمی کمتری در رتور داشته و لذا تلفات مسی رتور در آن کمتر است. موتور رتور سیم پیچی نیاز به حلقه های لغزان جاروبک و سیم پیچی رتور دارد در نتیجه گرانتر از یک موتور رتور قفسی است. موتور رتور قفسی به دلیل نداشتن جاروبک و حلقه های لغزان هزینه تعمیر و نگهداری کمتری دارد. از معایب موتور رتور قفسی می توان به موارد زیر اشاره کرد: گشتاور راه اندازی کمتر نسبت به موتور رتور سیم پیچی ضریب قدرت کم در هنگام راه اندازی با این حال چون موتورهای رتور قفسی ساختمان ساده ای دارن د تعمیر و نگهداری آنها ساده است و در هر مکانی قابل استفاده هستند و از نظر قیمت نیز در قدرت یکسان ارزان تر از موتور رتور سیم پیچی می باشند بدین لحاظ امروزه جایگاه ویژه ای برای کاربرد در اکثر صنایع پیدا کرده اند. 3 156

٢٢ ٣ پلاک خوانی موتورهای القايی و استفاده از برگ مشخصات فنی در شکل (۶۵) يک نمونه پلاک موتور القايی با توضيحات مربوطه نشان داده شده است. لازم به توضيح است که برگه مشخصات فنی همان موتور نيز در ادامه آمده است. ER 4564875 Type Output Voltge Frequeny FL RPM FLA CONN PF 1 AMA 37 380 400 50 2960 61.7 Y 0.86 yer 2011 HP Phses 3 V IN F HZ RPM A COOLING ENCL CODE AMB TD شکل ۶۵ نمونه پلاک موتور ABB weight 266 Kg TIME 12s TEFC IP55 B5 50 C NEMA ١٥٧

ماشين های القايی سه فاز eril numer ۱ توضيحات شماره سريال کارخانه ۴۵۶۴۸۷۵ مشخصه ٣ Mnufturing yer ۲ سال توليد ۲۰۱۱ به ميلادی Mnufturer ۳ سازنده [ABB] [Kg] Mhine weight ۴ وزن ماشين به کيلوگرم (۲۶۶ کيلوگرم) Type designtion ۵ نوع موتور با توجه به کد کارخانه Insultion lss ۶ کلاس عايقی F با ۱۲ ثانيه تحمل در حالت قفل شدگی رتور ode] Type of ooling [IC ۷ lss] Degree of protetion [IP ۸ ode] Mounting rrngement [IM ۹ Amient Temprture ۱۰ tndrd ۱۱ [Hp] Output [Kw] or ۱۲ ttor voltge [V] & Numer Of Phse ۱۳ [Hz] Frequeny ۱۴ [Rotting speed [rpm ۱۵ [A] ttor urrent ۱۶ Type of onnetion ۱۷ [osfi] Power ftor ۱۸ Duty ۱۹ روش خنک سازی TEFC (تقسيم بندی با توجه به استاندارد (NEMA درجه حفاظتی IP۵۵ (تقسيم بندی با توجه به استاندارد ۵ ۶۰۰۳۴ ( چگونگی نصب B۵ (تقسيم بندی با توجه به استاندارد (NEMA دمای محيط ۵۰ درجه سانتیگراد استاندارد ساخت NEMA توان خروجی به کيلو وات يا اسب بخار ۳۷ کيلو وات ولتاژ استاتور به ولت و تعداد فاز ۳۸۰/۴۰۰ ولت سه فاز فرکانس منبع ۵۰ هرتز سرعت رتور ۲۹۶۰ دور در دقيقه جريان استاتور به ۶۱/۷ آمپر ستاره ضريب قدرت موتور ۰/۸۶ روش استفاده داي می (تقسيم بندی با توجه به استاندارد ۱ ۶۰۰۳۴ ) [۱] ١٥٨

١٥٩

ماشین های القایی سه فاز پرسش های پایان فصل) 3 ( 1 نحوه تولید میدان دوار در ماشین های القایی را توضیح دهید. 2 چگونه می توان جهت میدان را در ماشین القایی تغییر داد 3 در یک ماشین القایی با رتور سیم پیچی شده استاتور دارای 24 شیار و 6 قطب و بااتصال مثلث می باشد. در موردتعداد شیار تعداد قطب و نحوه اتصال سیم پیچی رتور توضیح دهید. 4 چرا جریان رتور موتور القایی بعد از راه اندازی کاهش می یابد 5 اجزای تشکیل دهنده رتور قفسی را نام برده و وظیفه هر یک را بیان کنید. 6 استاتور موتور القایی دارای 8 قطب می باشد در یک سیکل کامل جریان عبوری از آن رتور چند دور می زند 7 رفتار ماشین القایی را در لغزش 0 و 1 با یکدیگر مقایسه کنید. 8 مشخصه گشتاور دور ماشین القایی را ترسیم نموده و نواحی موتوری مولدی و ترمزی را در آن نشان دهید. 9 یک رتور قفسی شیارهای نزدیک به سطح با سطح مقطع کوچک دارد مقاومت القایی و اهمی آن چگونه است 10 چرا در رتور قفسی هر چه عمق شیار بیشتر باشد راکتانس القایی رتور بیشتر است 11 در روش راه اندازی مستقیم چه نکاتی را باید در نظر داشت 12 روش راه اندازی نرم را توضیح دهید. 13 در لحظه راه اندازی موتور القایی رتور سیم پیچی شده هر چقدر مقاومت اهمی رتور بیشتر باشد جریان راه اندازی وگشتاور راه اندازی خواهد بود. 14 مزایا و معایب موتورهای القایی رتور سیم پیچی را نسبت به موتورهای رتور قفسی بیان کنید. 15 مشخصه گشتاور دور موتور القایی جهت کنترل سرعت به روش همزمان ولتاژ و فرکانس را در 3 مرحله ترسیم نمایید. 16 تفاوت موتور داالندر و موتور چند سرعته با سیم پیچ مجزا را بیان کنید. 17 آیا می توان در موتورها از روش ترمز مولدی به تنهایی استفاده نمود چرا 18 چرا ماشین القایی که به صورت ژنراتور کار می کند به توان راکتیو احتیاج دارد 19 چرا در ماشین های القایی تلفات هسته و تلفات مکانیکی را در تمام مراحل کاری ثابت فرض می کنند 20 مشخصات فنی موتور HXR 400LD41 را از کاتالوگ صفحه بعد استخراج نمایید. 3 160

١٦١