وسایل تبدیل انرژی الكترومكانیكی گردان را ماشینهای الكتریكی می گویند.

طبقه بندی ماشینهای الكتریكی

ماشینهای الكتریكی به دو طریق دسته بندی می شوند:
از نظر نوع جریان الكتریكی
الف- ماشینهای الكتریكی جریان مستقیم.
ب- ماشینهای الكتریكی جریان متناوب.

از نظر نوع تبدیل انرژی
الف- مولدهای الكتریكی كه انرژی مكانیكی را به انرژی الكتریكی تبدیل می كنند.
ب- موتورهای الكتریكی كه انرژی الكتریكی را به انرژی مكانیكی تبدیل می كنند.

به طور كلی ماشینهای الكتریكی جزء وسایل تبدیل انرژی غیر خطی هستند یعنی هر تغییر در ورودی همیشه به یك نسبت در خروجی ظاهر نمی شود.

مولد ساده جریان مستقیم

یك مولد ساده جریان مستقیم از چهار قسمت اصلی زیر تشكیل شده است

1- قطبهای مغناطیسی: كه وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی مولد را بعهده دارد و می تواند بصورت آهنربای دائم و یا آهنربای الكتریكی باشد

2- هادیها: برای ایجاد ولتاژ القایی به كار گرفته میشود

3- كموتاتور: در ساده ترین حالت از دو نیم استوانه مسی كه توسط میكا نسبت به یكدیگر عایق شده اند تشكیل می گردد، وظیفه یك طرفه كردن ولتاژ و جریان القایی را در خارج از مولد بعهده دارد.

4- جاروبك: جهت انتقال جریان الكتریكی از هادیها به مصرف كننده استفاده میشود شكل زیر مولد ساده جریان مستقیم را نشان میدهد.

طرز كار مولد ساده جریان مستقیم: با حركت هادیها در فضای ما بین قطبها باعث میشود میدان مغناطیسی توسط هادیها قطع میشود بدین ترتیب مطابق پدیده القاء در هادیها ولتاژ القاء میشود.ابتدا و انتهای هر كلاف به یك نیم استوانه مسی یا یك تیغه كوموتاتور وصل میشود روی تیغه های كوموتاتور دو عدد جاروبك بطور ثابت قرار داشته و با حركت هادیها تیغه های كموتاتور زیر جاروبك می لغزند، بدین ترتیب در ژنراتورهای جریان مستقیم از طریق كوموتاتور ولتاژ القاء شده طوری به جاروبكها منتقل می شود كه همیشه یكی از جاروبكها دارای پلاریته مثبت و دیگری دارای پلاریته منفی است. شكل موج ولتاژ القاء شده در این مولد ساده بصورت زیر می باشد.

برای افزایش سطح ولتاژ القاء شده و بهبود یكسوسازی بمنظور داشتن ولتاژ با دامنه ثابت باید تعداد كلافها را افزایش داد و كلافها را به كمك تیغه های كوموتاتور سری كنیم.

چگونگی تغییر پلاریته ولتاژ القایی در مولد ساده

در مولد جریان مستقیم تغییر پلاریته ولتاژ خروجی عملاٌ در صورت ایجاد یكی از دو حالت زیر ممكن می شود:

1- جهت چرخش آرمیچر عوض شود

2- جهت جریان در سیم پیچ قطبها تغییر كند در صورتیكه قطبها از نوع مغناطیس دائم نباشد

چگونگی تغییر دامنه ولتاژ القایی در مولد ساده

برای افزایش دامنه ولتاژ القا شده دو روش ممكن است:

1- افزایش سرعت چرخش آرمیچر كه باعث افزایش ولتاژ بصورت خطی می شود

2- افزایش جریان تحریك كه باعث افزایش ولتاژ مولد بصورت غیر خطی می شود.

موتور ساده جریان مستقیم

موتور ساده از نظر ساختمانی مانند مولد ساده جریان مستقیم می باشد فقط نحوه كار آن با مولد ساده جریان مستقیم تفاوت دارد. در موتور ساده هادیها از طریق كوموتاتور و جاروبكها به یك منبع جریان مستقیم متصل می شود در اینصورت جریانی از هادیها عبور كرده و در نتیجه مطابق نیروی لورنس به هادیها نیروی وارد میشود و آنها به حركت در می آید.

نحوه ایجاد نیرو و گشتاور در موتور ساده: در صورتیكه از یك كلاف تك حلقه كه بین قطبهای یك مغناطیس قرار دارد جریان الكتریكی عبور كند مطابق شكل به بازوی سمت راست نیروی به سمت بالا و به بازوی سمت چپ نیروی بسمت پایین وارد می شود با وارد شدن دو نیروی مختلف الجهت به دو طرف كلاف طبیعی است كه كلاف حول محورش شروع به دوران خواهد نمود یعنی وارد آمدن زوج نیرو موجب ایجاد گشتاور لازم شده است.

در این موتور ساده اگر صفحه كلاف عمود بر خطوط میدان مغناطیسی قرار گیرد به آن گشتاوری وارد نمیشود در ضمن كه گشتاور وارد شده نیز دامنه یكنواخت ندارد برای رفع شدن این معایب می بایست تعداد كلافها و تیغه های كوموتاتور را افزایش داد كلافها در زاویه های مختلف قرار می گیرد و با هم توسط تیغه های كوموتاتور سری می شود.

تغییر جهت گردش در موتور ساده DC: تغییر جهت گردش موتور ساده به دو روش زیر ممكن است:

1- تغییر جهت جریان در كلاف كه با تغییر پلاریته ولتاژ منبع از خارج موتور میسر است

2- تغییر قطبهای مغناطیسی كه با تغییر جهت جریان در سیم پیچی تحریك ممكن است

ساختمان ماشینهای جریان مستقیم

اجزاء تشكیل دهنده ماشینهای جریان مستقیم را میتوان به صورت زیر دسته بندی كرد:

1- قسمت ساكن شامل قطبها و بدنه

2- قسمت گردان (آرمیچر)

3- مجموعه جاروبك و جاروبك نگهدارها

هر كدام از قسمتهای فوق بطور خلاصه توضیح داده می شود

1- اجزاء ساكن ماشینهای جریان مستقیم: قسمتهای ساكن جریان مستقیم شامل اجزاء زیر هستند:

الف- قطبهای اصلی

ب- قطبهای كمكی

ج- بدنه

- قطبهای اصلی: وظیفه این قسمت تامین میدان مغناطیسی مورد نیاز ماشین است. قطبهای اصلی خود شامل قسمتهای زیر می باشد:

- هسته قطب: از ورقهای فولاد الكتریكی به ضخامت حدود 5/0 تا 65/0 میلی متر با خاصیت مغناطیسی قابل قبول تشكیل می شود.

- كفشك قطب: شكل قطب به نحوی است كه سطح مقطع كوچكتر برای سیم پیچ اختصاص داده می شود و قسمت بزرگتر كه كفشك قطبی نام دارد سبب شكل دادن میدان مغناطیسی و سهولت هدایت فوران مغناطیسی به فاصله هوایی می شود.

- سیم پیچ تحریك: یا سیم پیچ قطب اصلی كه دور هسته قطب پیچیده می شود، برای جریانهای كم باید تعداد دور سیم پیچ تحریك زیاد باشد و سطح مقطع آن كم و برا ی جریانهای زیاد تعداد دور كم برای سیم پیچ لازم است و با سطح مقطع زیاد

- قطبهای كمكی: قطبهای كمكی در ماشینهای جریان مستقیم از هسته و سیم پیچ تشكیل می شوند، هسته قطبهای كمكی را معمولاٌ از فولاد یكپارچه می سازند. سیم پیچی قطبهای كمكی نیز با تعداد دور كم و سطح مقطع زیاد پیچیده می شوند.

- بدنه: قطبهای اصلی، كمكی، جاروبك نگهدارها روی بدنه ماشین محكم می شوند و بوسیله ماشین روی پایه اش نصب می گردد. قسمتی از بدنه را هسته آهنی تشكیل می دهد كه برای هدایت فوران مغناطیسی قطبهای اصلی و كمكی بكار می رود این قسمت طوق بكار می رود. شكلهای زیر قطب اصلی و كمكی ماشین جریان مستقیم را نشان میدهد.

2- قسمت گردان یا آرمیچر: در ماشینهای جریان مستقیم قسمت گردنده را القاء شوند یا آرمیچر می نامند كه از اجزاء زیر تشكیل شده است:

الف- هسته آرمیچر

ب- سیم پیچی آرمیچر

ج- كلكتور یا یكسوكننده مكانیكی

د- محور

ﻫ- پروانه خنك كننده

- سیم پیچی آرمیچر: از كلافهای مشابهی تشكیل می شود كه با الگوی مناسب تهیه و در شیارها قرار می گیرد سیم پیچی آرمیچر مبتنی بر اصول فنی بوده و از طراحی ماشینهای جریان مستقیم تبعیت می كند.

- كلكتور: از تیغه های مسی سخت كه توسط میكا نسبت به یكدیگر و محور ماشین عایق شده اند تشكیل می شود.

- محور: محور آرمیچر ماشینهای جریان مستقیم باید از فولادی تهیه گردد كه خاصیت مغناطیسی آن كم اما استحكام مكانیكی كافی در مقابل تنشهای برشی، كششی، و پیچشی را دارا باشد انتخاب كردن محور ضعیف خطر آفرین بوده و ممكن بوده در مواقع بروز خطا سبب انهدام كلی ماشین گردد.

- پروانه خنك كننده: پروانه خنك كننده سبب تهویه و ازدیاد عمر مفید ماشین میشود شكل زیر آرمیچر ماشین DC با پروانه خنك كننده را نشان میدهد.

3- جاروبك و جاروبك نگهدارها: وظیفه جاروبك نگهدار قرار دادن صحیح جاروبك روی تیغه های كلكتور است جاروبكها قطعاتی از جنس زغال یا گرافیت می باشند كه برای گرفتن جریان از كلكتور یا دادن جریان به آن استفاده می شود.

سیم پیچی آرمیچر ماشینهای جریان مستقیم

همانطور كه قبلا اشاره شد سیم پیچی آرمیچر مبتنی بر اصول فنی خاص می باشد كه در طراحی آن به نكات مهمی از قبیل استحكام مكانیكی، الكتریكی و حرارتی با عمر مفید و عادی حدود 20 سال حداكثر گشتاور و جریان و ولتاژ با حداقل نوسانة جرقه كم بین زغال و كلكتور و صرفه جویی در مواد اولیه باید توجه كرد.

بسته به نیاز كلافها می توانند بطور سری یا موازی یا تركیبی از این دو به همدیگر وصل می شوند.

در صورتیكه كلافها با هم سری شوند نیرومحركه كلافها با هم جمع می شوند و ولتاژ دهی آرمیچر افزایش می یابد. (سیم پیچی موجی)

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

توضیح كامل روشهای سیم پیچی آرمیچر در كتابهای سیم پیچی DC مطرح شده است و ما در این جزوه به مصرفی آن كفایت می كنیم.

الف- سیم پیچی حلقوب شامل حلقوی ساده و حلقوی مركب

ب- سیم پیچی موجی شامل موجی ساده و موجی مركب

ج- سیم پیچی پای قورباغه ای

لازم است در اینجا تعداد مسیرهای جریان كه در هر نوع ایجاد می شود نیز معرفی شود. تعداد مسیرهای جریان را با 2a نشان میدهند كه بشرح زیر است:

2a = 2P حلقوی ساده

2a = 2P.m حلقوی مركب

2a = 2 موجی ساده

2a = 2m موجی مركب

2P : تعداد قطبهای آرمیچر ، m : درجه مركب بودن آرمیچر

عكس العمل مغناطیسی آرمیچر:

چنانچه ماشینهای جریان مستقیم زیر بار قرار گیرند یعنی از سیم پیچی آرمیچر جریان عبور كند یك میدان عكس العمل (عرضی) توسط آرمیچر ایجاد می گردد. این میدان باعث می شود منطقه خنثی در مولدها در جهت چرخش و در موتورها در خلاف جهت چرخش تغییر مكان دهد. عكس العمل آرمیچر علاوه بر انحراف محور خنثی سبب تضعیف میدان مغناطیسی اصلی می شود در نتیجه نیرو محركه القاء شده در سیم پیچ كم شده، تلفات انرژی در ماشین و جرقه در زیر جاروبكها بوجود می آید برای از بین بردن و یا كم كردن اثر عكس العمل در ماشینهای جریان مستقیم می توان از قطبهای كمكی و یا در ماشینهای بزرگتر از سیم پیچی جبرانگر هم استفاده كرد.

پدیده كموتاسیون:

تغییر تماس جاروبك از یك تیغه كموتاتور به تیغه دیگر كموتاسیون نام دارد در این جابجایی كلافی كه تحت كموتاسیون قرار می گیرد چون توسط جاروبك اتصال شده باید در صفحه خنثی قرار گیرددر عین حال چون جریان در این كلاف در زمان كموتاسیون تغییر مقدار و جهت میدهد سبب بوجود آمدن ولتاژ خود القایی در این كلاف شده و از آنجا كه این كلاف توسط جاربك و تیغه های كموتاتور اتصال كوتاه شده است جرقه نسبتاٌ شدید بین زغالها و كموتاتور بوجود می آید. قطبهای كمكی برای رفع این عیب موثر خواهد بود. اما در ماشینهای كه قطب كمكی ندارند بهبود عمل كموتاسیون با تغییر محل جاروبكها (در جهت گردش در مولدها و در خلاف جهت گردش در موتورها) انجام گیرد. این جابجایی درست كاملا امكان پذیر و قابل مشاهده می باشد.

نوع مطلب : مهندسی برق - الکترونیک
نوشته شده در سه شنبه ۵ بهمن ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |