مقاله کامل در مورد ماشين هاي الكتريكي

تاريخچه پيدايش ماشين هاي الكتريكي
ماشين هاي الكتريكي با جريان دائم نخستين ماشين هايي است كه پس از پيل ولتا استفاده علمي از برق را توسعه داد .كشف اين ماشين ها نتيجه كار و كوشش اشخاصي مانند پيكسي ،پاچي نتي ، زيمنس و بويژه گرام بوده است .
گرام ماشين القايي ابداع كرد كه براي نخستين بار در صنعت بكار افتاد . اين ماشين بطور متقابل كار مي كرد و به اراده انسان محرك يا مولد نيرو مي گرديد . همين ماشين را اديسن و تامسن و دپره تكميل كردند و هنوز هم مورد استفاده و عمل مي باشد .
هر چند پاچي نتي در كار پيشقدم بود اما گرام با شكلي كه كلكتور ابتكاري خود داد اصلاح و بهبود علمي بسيار مهمي را پديد آورده است . گرام كاشف اصل تازه اي نبود بلكه بوجه الهام در ضمن كار و بي توجه به روشهاي علمي تحقيق و تدقيق و توفيق يافت نخستين موتور قابل استفاده واقعي را بسازد ؛ از اين رو گرام را بايد از جمله مخترعان زبر دست و زرنگ و خوش بخت بشمار آورد .
گرام همراه با هيپوليت فنتن « شركت ماشين هاي مانيتو الكتريك گرام » را بوجود آورد و موفق گرديد اختراع خود را يك راست وارد بازار و عمل كند
ساختار ماشينهاي الكتريكي:

ماشينهاي الكتريكي از دو بخش اساسي تشكيل شده اند:
الف)قسمت متحرك ودوار به نام رتور
ب) قسمت ساكن به نام استاتور
بين اين دو قسمت ،شكاف هوايي وجود دارد .
استاتو و رتور از مواد فرومغناطيسي ساخته مي‌شوند تا چگالي شار بيشتر گردد و در نتيجه اندازه و حجم ماشين كمتر شود.
نكته: اگر شار در رتور و استاتور متغير با زمان باشد ،هسته اهني لايه‌به‌لايه ساخته مي‌شود تا جريان گردابي كاهش يابد.
در بسياري از ماشينها محيط داخلي استاتور و محيط بيروني رتور حاوي شيارهاي متعددي است كه داخل آنها هادي‌ها جاسازي ميشوند، اين هاديها بهم وصل مي شوند و سيم پيچي حاصل مي شود.به سيم پيچي هايي كه در آنها ولتاژ القا مي شود ،سيم پيچي آرميچر اطلاق مي گردد. به سيم پيچ هايسي كه ار آنها جريان ميگذرد تا ميدان مغناطيسي و شار اصلي را پديد آورند، سيم پيچ تحريك يا سيم پيچ ميدان گفته مي شود.
سيم پيچ آرميچر تامين كننده تمام قدرتي است كه تبديل شده و يا انتقال مي يابد. قدرت نامي سيم پيچ آرميچر،‌هم در ماشين هاي DC و هم در ماشين هاي AC فقط با جريان متناوب كارمي كند.
انواع ماشين‌هاي الكتريكي:
1- ماشين جريان مستقیم
2- ماشين القايي
3- ماشين سنكرون
ماشين جريان مستقيم :(DC)
در ماشينهاي DCسيم پيچ تحريك بر روي استاتور قرار دارد و رتور حاوي سيم پيچ آرميچير است. از سيم پيچي تحريك جريان DC مي گذرد تا شار درون ماشين شكل گيرد.
ولتاژ القا شده در سيم پيچي آرميچر يك ولتلژ متناوب است براي يكسو كردن ولتاژ متناوب در پايانه رتور از كموتاتور و جاروبك استفاده مي شود. استاتور مي تواند بگونه اي باشد كه سيم پيچ تحريك بيش از دو قطب ايجاد نمايد.
نكته: مي توان يك ماشين DC را معادل يك ماشين AC دانست كه يكسو كننده مكانيكي به آن اضافه شده است.سيم پسچ تحريك فقط يك ميدان مغناطيسي براي ما ايجاد ميكند.
آشنايي با ماشينهاي الكتريكي DC :
ماشين DC داراي قابليت انعطاف زيادي است و ميتوان با اتصالات مختلف مدتر تحريك آن به مشخصه هاي گوناگون گشتاور و سرعت و ولتاژ جريان دست يافت.
از ماشينهاي dc مي توانيم به صورت موتور يا ژنراتور بهره برداري كرد. اما امروزه براي ايجاد برق dc از سيستمهاي يكسو ساز الكترونيك قدرت استفاده مي شود لذا ژنراتورهاي dc رفته رفته جاي خود را در صنعت از دست مي دهند. در حاليكه موتورهاي dc به خاطر امكان كنترل سرعت خوب كاربرد فراواني دارند
امروزه همچنان موتورهاي dc بزرگ در صنايع نورد، نساجي،چاپ، جرثقيل سازي كاربرد فراوان دارند موتورهاي dc كوچك هم در سيستمهاي كنترل به وفور يافت مي شوند. كه مي توان از تاكومتر(سرعت سنج) نام برد.
موتورهاي DC : يکي از اولين موتورهاي دوار، اگر نگوييم اولين، توسط ميشل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه ور بود، مي شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي آمد و نشان مي داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايرهاي اطراف سيم مي شود. اين موتور اغلب در کلاس هاي فيزيک مدارس نشان داده مي شود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه، از آب نمک استفاده مي شود.
موتور کلاسيک DC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند.
سرعت موتور DC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي، بستگي دارد. سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپ ها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير، کنترل مي شود. بدليل اينکه اين نوع از موتور مي تواند در سرعتهاي پايين گشتاوري زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهاي ترکشن (کششي) نظير لکوموتيوها استفاده مي کنند.
اما به هرحال در طراحي کلاسيک محدوديتهاي متعددي وجود دارد که بسياري از اين محدوديت ها ناشي از نياز به جاروبک هايي براي اتصال به کموتاتور است. سايش جاروبک ها و کموتاتور، ايجاد اصطکاک مي کند و هرچه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک ها مي بايست محکم تر فشار داده شوند تا اتصال خوبي را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صداي موتور مي شود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتري را روي سرعت ايجاد مي کند و به اين معني است که جاروبک ها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا مي کنند. اتصال ناقص الکتريکي نيز توليد نويز الکتريکي در مدار متصل مي کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين مي روند، با قرار دادن آهنرباهاي دائم در داخل و سيم پيچ ها در بيرون به يک طراحي بدون جاروبک مي رسيم.
موتورهاي ميدان سيم پيچي شده
آهنرباهاي دائم در (استاتور) بيروني يک موتور DC را ميتوان با آهنرباهاي الکتريکي تعويض کرد. با تغيير جريان ميدان (سيم پيچي روي آهنرباي الکتريکي) مي توانيم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغيير دهيم. اگر سيم پيچي ميدان به صورت سري با سيم پيچي آرميچر قرار داده شود، يک موتور گشتاور بالاي کم سرعت و اگر به صورت موازي قرار داده شود، يک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهيم داشت. مي توانيم براي بدست آوردن حتي سرعت بيشتر اما با گشتاور به همان ميزان کمتر، جريان ميدان را کمتر هم کنيم. اين تکنيک براي ترکشن الکتريکي و بسياري از کاربردهاي
مشابه آن ايده آل است و کاربرد اين تکنيک مي تواند منجر به حذف تجهيزات يک جعبه دنده متغير مکانيکي شود.
موتورهاي يونيورسال
يکي از انواع موتورهاي DC ميدان سيم پيچي شده موتور ينيورسال است. اسم اين موتورها از اين واقعيت گرفته شده است که اين موتورها را مي توان هم با جريان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً اين موتورها با تغذيه AC کار مي کنند. اصول کار اين موتورها بر اين اساس است که وقتي يک موتور DC ميدان سيم پيچي شده به جريان متناوب وصل مي شود، جريان هم در سيم پيچي ميدان و هم در سيم پيچي آرميچر (و در ميدانهاي مغناطيسي منتجه) همزمان تغيير مي کند و بنابراين نيروي مکانيکي ايجاد شده همواره بدون تغيير خواهد بود. در عمل موتور بايستي به صورت خاصي طراحي شود تا با جريان AC سازگاري داشته باشد (امپدانس/رلوکتانس بايستي مدنظر قرار گيرند)، و موتور نهايي عموماً داراي کارايي کمتري نسبت به يک موتور معادل DC خالص خواهد بود. مزيت اين موتورها اين است که ميتوان تغذيه ي AC را روي موتورهايي که داراي مشخصه هاي نوعي موتورهاي DC هستند بکار برد، خصوصاً اينکه اين موتورها داراي گشتاور راه اندازي بسيار بالا و طراحي بسيار جمع و جور در سرعتهاي بالا هستند. جنبه منفي اين موتورها تعمير و نگهداري و مشکل قابليت اطمينان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ايجاد مي شود و در
نتيجه اين موتورها به ندرت در صنايع مشاهده مي شوند اما عمومي ترين موتورهاي AC در دستگاه هايي نظير مخلوط کن و ابزارهاي برقي اي که گاهاً استفاده مي شوند، هستند.

انواع ماشينهاي جريان مستقيم:
1- ژنراتورهاي ( مولد ) DC
2- موتورهاي DC
انواع ژنراتورهاي DC :
1-مولد DC با تحريك جداگانه :
سيم پيچ ميدان اين ژنراتور به وسيله يك منبع ولتاژ مستقل تحريك ميشود.
اين ژنراتور هنگاميكه يك حوزه وسيعي از تغييرات ولتاژ خروجي مورد نياز باشد استفاده ميشود.
كاربرد : بدليل قابليت تنظيم ولتاژ در محدوده وسيع در تنظيم دور موتورها وتحريك مولدهاي بزرگ در نيروگاهها مورد استفاده قرار ميگيرد.
2-مولد شنت :
سيم پيچ ميدان با سيم پيچ آرميچر موازي بسته ميشودو به همين دليل به آن سيم پيچ شنت يا موازي ميگويند. تعداد حلقه هاي سيم پيچ شنت بسيار زياد است و جريان اين سيم پيچ كم حدود 5 درصد جريان اسمي آرميچر ميباشد. ( جريان بايد كم باشد تا در جريان اصلي اثر كمي بگذارد.)
كاربرد: از اين مولد در شارژ باطري ها و تامين برق روشنايي اضطراري و تغذيه سيم پيچ مولد هاي نيروگاهي استفاده مي شود.
۳- مولد سري: كه سيم پيچ ميدان (سيم پيچ سري تحريك) با سيم پيچ آرميچر سري بسته مي شود. سيم پيچ سري داراي تعداد حلقه هاي كمتر بوده ولي جريان عبوري آن نسبتاُ زياد است.(زيرا جريان آن همان جريان اصلي است) تا معادل mmf سيم پيچ شنت توليد شود.
كاربرد مولد سري :
بدليل داشتن گشتاور راه اندازي زياد در وسايل حمل و نقل مانند مترو و جرثتقيلهاي برقي استفاده ميشود.
4-مولد كمپوند :
اگر از هر دو سيم پيچ شنت وسري جهت تحديك مولد استفاده شود، مولد DC يا كمپوند ميگويند ، كه داراي دو نوع كمپوند اضافي و نقصاني ميباشند.
كمپوند اضافي :
اگر نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ سري ، نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ شنت را تحريك كند، مولد كمپوند اضافي گويند. كه داراي دو نوع شنت بلند و شنت كوتاه ميباشد
مولد كمپوند اضافي بسته به تعداد دورهاي سيم پيچ سري ميتواند يكي از سه حالت زير باشد :
الف) فوق كمپوند : (تعداد دهر سيم پيچ سري زياد است) در مواردي استفاده ميشود كه بايستي ولتاژ بار ثابت باشد. ولي به علت وجود فاصله بين مولد و مصرف كننده در سيمها افت ولتاژ به وجود مي آيد. در اين حالت افزايش ولتاژ خروجي مولد، افت ولتاژ خط را جبران ميكند و به مصرف كننده ولتاژ ثابت ميرسد.
ب)تخت : نيروي محركه مغناطيسي سيم پيچ سري و موازي با هم برابر بوده و جايي استفاده ميشود كه نياز به ولتاژ ثابتي باشدو فاصله بين مولد و مصرف كننده كم باشد
ج)زير كمپوند : اثر آمپر دور سيم پيچ سري ناچيز مي باشد(ـبه علت تعداد دور كم سيم پيچ سري) و در تحريك مولد هاي نيروگاهي نقش موثري دراد
كمپوند نقصاني :

فایل : 25 صفحه

فرمت : Word