موتور های dc
Download
Report
Transcript موتور های dc
به نام خدا
موتور های dc
استاد آقای مهندس طیبی
شهرام باقری
901157012
انواع ماشین هایDC
انواع مولد های dc
مولد های تحریک مستقل
مولد های شنت
مولد هلی سری
مولد های کمپوند
مولد های تحریک مستقل
در این نوع مولد هیچگونه ارتباط الکتریکی بین مدار تحریک و مدار آرمیچر
وجود ندارد و مدار تحریک از یک منبع تغذیه جریان مستقیم خارجی یا باطری
تغذیه می کند .منبعی که جریان تحریک این مولد ها را تامین می کند اکسایتر
می گویند.
این منبع می تواند یک ژنراتور DCدیگر یا باطری یا یکسوساز کنترل شده یا
یکسوساز دیود باشد.
در مولد تحریک مستقل جریان بار و آرمیچر همیشه برابر است.
در مدار تحریک این مولد از یک مقاومت متغییر استفاده می شود تا جریان
تحریک را کنترل نموده و فوران مغناطیس ی قطبها را تغییر دهد.
این مقاومت متغییر را رئوستا گویند و آن را با RFنشان می دهند.
مشخصه خارجی مولد تحریک مستقل
با افزایش جریان بار Itولتاژ پایانه Vtبه طور خطی کاهش می یابد مشروط
بر ان که Eaثابت باشد .علت سقوط ولتاژ همان افت ولتاژ Ra Ia
است .زیرا مقاومت آرمیچر یا Raکم است .با این ترتیب می توان این گونه
ژنراتور ها را اساسا ژنراتور با ولتاژ ثابت در نظر گرفت.
محل تالقی این مشخصه با مشخصه
خارجی یا مشخصه پایانه های ژنراتور
نقطه کار رامشخص می کند .این نقطه
پایانه ماشین Vtو جریان بار It
را مشخص می سازد.
مشخصه بی باری مولد تحریک مستقل
ابتدا در حالی که مدار خروجی مولد باز
است مدار تحریک را نیز باز نموده و
مقاومت میدان را روی حداکثر مقدار خود
قرار می دهیم و سپس مولد را توسط محرک
به دور نامی می رسانیم ودر تمام مدت
آزمایش سرعت را پابت نگه می داریم.
حال ولتاژترمینال را اندازه می گیریم چون
جریان تحریک صفر است ولتاژی را که
اندازه می گیریم ناش ی از پس ماند
مغناطیس ی در هسته است .مقدار این
ولتاژ حدود 2تا 3درصد ولتاژنامی مولد است .سپس مدار تحریک را می بندیم و با
کاهش تدریجی مقاومت رئوستای میدان جریان تحریک را افزایش می دهیم تا ولتاژ
خروجی مولد افزایش یابد .در این حالت به ازای جریان های تحریک مختلف ولتاژ
خروجی را می خوانیم واین کار را آنقدر ادامه می دهیم تا ولتاژ خروجی 1.1تا 1.25
مشخصه بی باری مولد تحریک مستقل
سپس روی یک دستگاه مختصات که محور افقی آن جریان Ifو محور عمودی
Eaآن است نقاط نشان دهنده مقدار هر ولتاژ به ازای جریان تحریک معینی
را مشخص کرده و این نقاط را به هم وصل می کنیم .منحنی به دست آمده به
منحنی رفت بی باری موسوم است .حال اگر مقاومت رئوستا را مجددا به
صورت تدریجی افزایش دهیم جریان تحریک کم شده و با کاهش Ifفوران
مغناطیس ی مولد هم کاهش یافته و نیروی محرکه کم می شود .در نهایت اگر
مدار تحریک را باز کنیم دوباره جریان تحریک صفر شده و ولتاژ پس ماند
برگشت به دست می آید به این
ترتیب در حالت برگشت هم یک منحنی
خواهیم داشت میانگین دو منحنی رفت
و برگشت را منحنی بی باری می نامند.
مشخصه بی باری با افزایش دور در مولد تحریک مستقل
در مولد تحریک مستقل به ازای هر دور یک منحنی بی باری به وجود می آید
یعنی با افزایش دور محور مولد نیروی محرکه القایی زیادتر می شود و برعکس
.
مشخصه تنظیم مولد تحریک مستقل
در مشخصه خارجی به ازای جریان تحریک ثابت ولتاژ مولد با افزایش جریان
بار کاهش و با کاهش جریان بار افزایش می یابد.
برای ثابت نگه داشتن ولتاژ Vtدر ترمینال مولد باید هنگام زیاد کردن جریان
ILجریان تحریک Ifرا نیز افزایش داد و هنگام کم کردن جریان بار جریان
تحریک Ifرا کاهش داد.
مولد خود تحریک
مولد های خود تحریک به مولد های گفته می شود که جریان تحریک آنها از
ولتاژ تولیدی خود مولد تامین می گردد.
مولد های خود تحریک نیز بر حسب نوع اتصال سیم پیچی تحریک آنها به
سیم پیچ آرمیچر به سه دسته تقسیم می شوند:
-1مولدهای شنت
-2مولد های سری
-3مولد های کمپوند
نحوه ی ایجاد ولتاژ در مولد خود تحریک
گیریم در ابتدای امر مدار تحریک به دو سر آرمیچر وصل نباشد و ژنراتور تحت
سرعتی ثابتی چرخانده شود.بخاطر پس ماند مغناطیس ی در دو سر آرمیچر ولتاژ
کمی بنابه Earشکل می گیرد.در صورتی که در سیم پیچ تحریک جریان برقرار
شود اگر mmfحاصله توسط مدار تحریک پس ماند را تقویت می کند .
بالخره If1جریان از مدار تحریک خواهد گذشت.
جرین If1ولتاژ Ea1را در ژنراتور
شنت پدید می آورد Ea1 .باعث
می گردد که جریان مدار تحریک بالخره
به If2برسد If2.باعث می گردد
ولتاژ Ea2در ماشین پدید آید.و
این فرایند ادامه می یابد تا ماشین
به نقطه Pبرسد.
اثر مقاومت مدار تحریک مولد خود تحریک
در صورتی که مقاومت مدار تحریک مقاومت خاص ی Rf3باشد منحنی
مغناطیس شوندگی مماس بر خط می گردد .این شرایط از نظر ولتاژ شرایط
ناپایدار محسوب می شود.به مقاومت Rf3مقاومت بحرانی نیز گفته می
شود .اگر مقاومت مدار تحریک از Rf3بیشتر شود ولتاژ حاصله بسیار ناچیز
خواهد بود .و اگر مقاومت مدار تحریک از Rf3کوچکتر باشدولتاز حاصله
معادل Vt1
و Vt2خواهد بود.
مولد شنت
در این مولد مدار تحریک با آرمیچر به صورت موازی وصل می شود.
و ولتاژ آرمیچر مدار تحریک را تغذیه می نماید.
جریان تحریک تابع ولتاژ خروجی و مقاومت مدار تحریک مولد است و قسمتی از جریان
آرمیچر را تشکیل می دهد.
قسمت اعظم جریان آرمیچر برای
مصرف کننده مورد بهر ه برداری قرار
می گیرد و حدود 2تا 3درصدد کل
جریان آرمیچر به مدار تحریک اعمال
می شود.
اگر بخواهیم این ژنراتور به مشابه یک ژنراتور خود تحریک عمل کند باید
پس ماند مغناطیس ی در ماشین وجود داشته باشد.
برای اینکه با جریان تحریک کم بتوان آمپر دور زیاد و قابل قبول برای مولد
تامین نمود بایستی تعداد دور سیم پیچی تحریک زیاد باشد .در نتیجه به علت
افزایش تعداد دور و کاهش سطح مقطع سیم پیچ تحریک زیاد باشد .در نتیجه
به علت افزایش تعداد دور و کاهش سطع مقطع سیم پیچ تحریک مقاومت
الکتریکی مدار زیاد می شود.
مشخصه بی باری مولد شنت
مشخصه بی باری مولد شنت همانند مولد تحریک مستقل است.
مشخصه خارجی مولد شنت
در منحنی 2کاهش ولتاژدر مولذ تحریک مستقل و در منحنی 1کاهش ولتاژ در
مولد شنت را مشاهده می کنید.
در مولد تحریک مستقل اگر مقاومت بار را بتدریج کم کنیم جریان مولد دائما رو
به افزایش است و وقتی مقاومت بار صفر شود یعنی اتصال کوتاه جریان مولد به
حداکثر می رسد.
اما در مولد شنت جریان ILفقط تا مقدار معینی که معموال از 2تا 2.5برابر
جریان نامی تجاوز نخواهد کرد افزایش می یابد
و سپس رو به کاهش می رود.
حالتیکه Iscمربوط به اتصال کوتاه دو سر
خروجی است ولتاژخروجی صفر است
لذا جریان تحریک نیز صفر می شود
پس جریان اتصال کوتاه فقط ناش ی
از ولتاژ القایی در اثر پس ماند
مغناطیس ی می باشد.
مولد سری
در این مولد آرمیچر با سیم پیچ تحریک به صورت سری قرار می گیرد چون
جریان آرمیچر تماما از مدار تحریک عبور می کند و مقدار آن زیاد است لذا
بایستی سطع مقطع هادی های سیم پیچ تحریک زیاد باشد و چون جریان
تحریک این مولد زیاد است پس برای ایجاد آمپر دور مورد نیاز احتیاج به
تعداد دور زیاد برای سیم پیچ تحریک نیست بنابراین مقاومت سیم پیچ
تحریک سری کم بوده و افت ولتاژ در این سیم پیچی ناچیز است.
مشخصه بی باری مولد سری
با مولد سری نمی توان آزمایش بی باری را انجام داد زیرا در حالت بی باری دو
سر خروجی باز است .بنابراین جریان تحریک و فوران ایجاد شده توسط آن
صفر است .در نتیجه نیروی محرکه ای در آرمیچر القاء نمی شود .
در چنین حالتی برای رسم منحنی بی باری بایستی مولد را به صورت تحریک
مستقل راه اندازی نمود تا بتوان منحنی مغناطیس ی ماشین را به دست آورد.
مشخصه خارجی مولد سری
ابتدا مولد را توسط یک موتور محرک به گردش در می آوریم و وقتی که مولد به
دور نامی رسید دور آن را ثابت نگه می داریم و سپس برای به دست آوردن
مشخصه با باری اول حداکثر مقاومت با را در مدار قرار می دهیم در چنین حالتی
جریان کمی از آرمیچر و در نتیجه از سیم پیچی تحریک عبور کرده و فوران پس ماند
را تقویت می کند و زمانی که فوران زیاد شد نیروی محرکه القایی زیاد شده و بر اثر
زیاد شدن نیروی محرکه القایی ولتاژ خروجی افزایش می یابد .با کاهش مقاومت
بار جریان تحریک که برابر جریان بار و آرمیچر است زیاد شده و قطبها اشباع می
نماید ودر نتیجه فوران ثابت می ماند و چون دور هم ثابت است نیروی محرکه
ثابت می شود .اما با افزایش بار در حالی که نیروی محرکه تقریبا ثابت است به
دالیل زیر ولتاژ خروجی
کاهش می یابد.
-1افت ولتاژ در هادیهای آرمیچر
-2افت ولتاژ در سیم پیچی تحریک
-3افت ولتاژ بر اثر عکس العمل
مغناطیس ی القاء شونده
مولد کمپوند
مدار تحریک این مولد از دو سیم پیچی تشکیل شده که یکی به طور سری و
دیگری به طور موازی با آرمیچر قرار می گیرد بنابراین خواص دو مولد موازی و
سری را با هم دارد.
سیم پیچهای مولد کمپوند که در آن سیم پیچ تحریک شنت مستقیما به دو
سر آرمیچر وصل می شود و آن را کمپوند با انشعاب کوتاه گویند و یا تحریک
سری با آرمیچر به صورت سری قرار گرفته و مجموع آنها با مدار سیم پیچ
تحریک شنت موازی می گردد وآن کمپوند با انشعاب بلند می گویند.
مولد کمپوند اضافی
در مولد کمپوند اضافی فوران ناش ی از سیم پیچ تحریک سری فوران سیمپیچ
تحریک شنت را تقویت می نماید.
در این مولد سیم پیچ تحریک شنت نقش اصلی را به عهده دارد.
مولد کمپوند نقصانی
در این نوع مولد فوران ناش ی از سیم پیچ تحریک سری با فوران ناش ی از سیم
پیچ شنت مخالفت می کند.
در حالت فوق کمپوند ولتاژ پایانه با افزایش جریان آرمیچر افزایش می یابد.
در حالت زیر کمپوند با افزایش ولتاژ پایانه جریان آرمیچر کاهش می یابد.
در حالت کمپوند تخت با افزایش وتاژ پایانه جریان آرمیچر تغییر نمی کند.
درجه کمپوندی یک ماشین همان تعداد حلقه ها یا دور های سیم پیچ سری
است.
در حالت کمپوند نقصانی ولتاژ پایانه ماشین در اثر افزایش ولتاژ پایانه جریان
آرمیچر سریعا سقوط می کند.
انواع موتور هایDC
موتور
موتور
موتور
موتور
DCتحریک مستقل
DCشنت (موازی)
DCسری
DCکمپوند
موتور DCتحریک مستقل
در موتور تحریک مستقل سیم پیچی تحریک و سیم پیچی آرمیچر جداگانه به
دو منبع جدا وصل می شوند در حالی که در موتور شنت هر دو سیم پیچ
(تحریک و آرمیچر) مشترکا به یک منبع وصل می گردد .در این نوع ماشین
برای کنترل جریان تحریک یک مقاومت متغییر در مدار تحریک قرار می گیرد .
این نوع موتورها نباید در زیر بار سنگین راه اندازی شوند چون جریان آرمیچر
آن بیش از حد زیاد شده و به آن صدمه می زند ،بیشترین کاربرد این موتور در
بازهای ثابت مانند هواکش های صنعتی ،دمنده ها و ...است.
مشخصه گشتاور – دور موتور تحریک مستقل
ارتباط بین سرعت زاویه ای و گشتاور که در شکل میبینید نمودار آن خطی یا
شیب منفی خواهد بود
موتور تحریک مستقل در بارهای مختلف سرعتی تقریبا ثابت دارند
موتور شنت
در موتور شنت هر دو سیم پیچ مشترکا به یک منبع متصل می شوند .
در موتور شنت سیم پیچ تحریک و سیم پیچ آرمیچر به صورت موازی با
یکدیگر قرار میگیرند به به یک منبع متصل میشوند.
در ماشین برای کنترل جریان تحریک یک مقاومت متغییر در مدار تحریک قرار
می گیرد .
موتور dcشنت عملکرد
مدار تحریک مستقل از عملکرد
مدار آرمیچر می باشد.
مشخصه گشتاور – دور موتور شنت
درصد تنظیم ولتاژ مولد شنت نیز کوچک است اگر چه از مولد تحریک
مستقل بیشتر است .از این مولد به علت درصد تنظیم ولتاژ کوچک در شارژ
باتری ها و تأمین روشنایی (اضطراری) و تغذیه سیم پیچ تحریک مولدهای
نیروگاهی استفاده می شود.
ارتباط بین سرعت زاویه ای و گشتاور که در شکل میبینید نمودار آن خطی یا
شیب منفی خواهد بود.
در موتور شنت که جریان تحریک جدا از جریان آرمیچر بود تغییرات بار در
درجه اول روی جریان آرمیچر تاثیر می گذاشت .یعنی در حالت کار عادی و
بدون تغییر رئوستای مدار تحریک هر تغییری در بار توسط تغییرات جریان
آرمیچر جبران می شد.
و اگر الزم بود با تغییر جریان تحریک گشتاور تولیدی موتور افزایش یابد نیاز
به اعمال کنترل مناسب از بیرون ماشین بود.
موتور شنت تحمل بی باری را داشته و تغییرات دور آن محدود تر است.
کنترل دور و ترمز موتور شنت نیز وسیعتر است.
موتور سری
در موتور سری سیم پیچی تحریک با آرمیچر سری می شود .
(بدیهی است که این سیم پیچی جدا از سیم پیچی تحریک شنت است هر چند
هر دو سیم پیچی روی قطب اصلی قرار می گیرد).
در موتور سری عمال یک جریان از آرمیچر و یک جریان از تحریک عبور می کند
.
یعنی جریان بوجود آورنده ISهمان جریان آرمیچر IAو همان جریانی است
که توسط موتور از شبکه دریافت میکند. IL
در موتور شنت که جریان تحریک جدا از جریان آرمیچر بود تغییرات بار در
درجه اول روی جریان آرمیچر تاثیر می گذاشت .یعنی در حالت کار عادی و
بدون تغییر رئوستای مدار تحریک هر تغییری در بار توسط تغییرات جریان
آرمیچر جبران می شد.
و اگر الزم بود با تغییر جریان تحریک گشتاور تولیدی موتور افزایش یابد نیاز
به اعمال کنترل مناسب از بیرون ماشین بود.
اما در موتور سری که فوران میدان را هم جریان IAتولید می کند .اگر فرض
کنیم هسته وارد ناحیه اشباع نشده باشد با تقریب خوب می توان نوشت.
φ = K1 IA = K1 IL
=Kضریب ثابت ماشین برحسب وبر بر آمپر
موتور های سری گشتاور راه اندازی بسیار زیادی در زمان راه اندازی دارند.
در موتور سری گشتاور متناسب مجذور جریان است و این خاصیت می تواند
گشتاور راه اندازی بسیار زیادی را در زمان راه اندازی موتور موجب گردد.
اگر در موتور سری جریان دو برابر شود گشتاور چهار برابر می گردد.
موتور dcدر شکل نشان داده شده که در آن رئوستای Raeبا آرمیچر سری
شده است .از Raeبرای کنترل سرعت موتور سری dcاستفاده می شود.
مشخصه های گشتاور سرعت موتور های سری dcتحت مقاومت های
مختلف نشان داده شده.
از آنجایی که :
الف :گشتاور زیاد در سرعت کم حاصل می شود.
ب :گشتاور کم در سرعت زیاد به دست می آید.
هر گاه به گشتاور راه اندازی
زیاد نیاز داشته باشیم
می توان از موتور های
سری باال نیاز داشته باشیم
از موتور dcسری
استفاده
می کنیم.
مشخصه گشتاور – دور موتور سری
مشخصه گشتاور دور یک موتور سری و نقطه کار نامی موتور نشان داده شده
است.
این مشخصه نشان می دهد که گشتاور راه اندازی موتور سری بسیار بزرگ و
در عوض در بارهای کم و بی باری دور موتور بسیار زیاد می شود.
پس موتور سری برای بار های با گشتاور راه اندازی زیاد (مانند وسایل حمل و
نقل و باال بر های برقی ) بسیار مناسب است.
اما به هیچ وجه نباید موتور سری بی بار شود چرا که در این صورت دور آن
بسیار زیاد شده قسمتهای گردنده ماشین آسیب خواهند دید.
به علت باال بودن گشتاور راه اندازی این موتور در جایی که گشتاور راه
اندازی باال مورد نظر باشد استفاده می شود مانند پرس های ضربه ای،
جرثقیل ها ،باالبرها و آسانسورها .همچنین بهترین موتور برای وسایل نقلیه
مانند اتوبوس های برقی ،لوکومتیوها و ...می باشد و از این رو از نوع خاص ی
از موتور سری DCدر قطارهای برقی استفاده می شود که اصطالحا به آن
موتور کشش ی ( )Traction Motorگویند.
موتور کمپوند
در یک موتور DCهمزمان از سیم پیچهای تحریک سری وشنت به طور
مختلط استفاده نمود که منجر به ویژگی های بینابین ویژگی های موتور های
سری و شنت می گردد.
موتور های کمپوند بر دو نوع می باشند:
موتور کمپوند بلند
موتور کمپوند کوتاه
رفتار ماشین های کمپوند با شنت بلند و کوتاه تقریبا مشابه هستند.
رفتار موتور کمپوند باید توجه داشت که در بارهای کم و بی باری که
جریان زیادی از آرمیچر و سیم پیچی تحریک سری نمی گذرد.
اثر سیم پیچی تحریک سری در میدان مغناطیس ی ماشین کم است و
ایجاد میدان مغناطیس ی عمدتا توسط سیم پیچی تحریک شنت
انجام می پزیرد .پس در بار های کم رفتار موتور کمپوند شبیه موتور
شنت است.
اما با افزایش بار جریان موتور سیم پیچی شده قسمت بیشتری از
میدان مغناطیس ی توسط سیم پیچی سری ایجاد می گردد و بتدریج با
افزایش بار موتور کمپوند خواص ی شبیه به موتور سری پیدا می
کند.
پس موتور کمپوند مناسب برای کاربرد های است که نیاز به گشتاور
راه اندازی نسبتا زیاد بوده و در عین حال تغییرات گسترده بار از
حوالی بی باری تا بار کامل مورد نیاز باشد.
مشخصه گشتاور – دور موتور کمپوند
گشتاور راه اندازی موتور کمپوند بیشتر از موتور شنت و کمتر از موتور سری است و
تغییرات دور آن نیز در زیر بار حد وسطی بین موتور شنت و موتور سری می باشد.
همچنین موتور کمپوند مانند موتور شنت تحمل بی باری دارد .به این ترتیب مشخصه
گشتاور-دور موتور کمپوند بین مشخصه های سری و شنت قرار می گیرد.
الف) کمپوند اضافی
در مواردی به کار می رود که خصوصیات موتور سری الزم باشد ولی با
برداشتن بار ،موتور مهار گسسته نشود ،مانند دستگاههای تراش که در هر
پریود کاری بی بار شده و سپس در بار کامل قرار می گیرد.
ب) کمپوند نقصانی
در مواردی به کار می رود که به سرعت تقریبا ثابت نیاز باشد (در بارهای کمتر
از بار نامی) لذا معموال از این نوع موتور در آزمایشگاه ها برای تامین دور ثابت
استفاده می شود.
در صنایع مختلف معموال به جای استفاده از موتور سری از موتور کمپوند
اضافی ( که خیلی شبیه سری طراحی شده باشد) استفاده می شود.
مشخصه ی گشتاور سرعت انواع موتور های dc