پایان نامه روش هاي راه اندازي موتورهاي القايي رتور قفسي( راه اندازي استاتوري)
مقدمه
با گسترش شبكههاي جريان متناوب و استفاده از برق سه فاز به عنوان برق صنعتي، امروزه قسمت عمدهاي از موتورهاي الكتريكي از نوع جريان متناوب سه فاز هستند و در مراكز شهري و صنعتي بطور وسيعي از موتورهاي القايي استفاده ميكنند، زيرا قيمت آن مناسب، ساختمان آن ساده و هزينه نگهداري آن كم است. همچنين در مناطق روستايي و كشاورزي نيز موتورهاي بزرگ جهت پمپ كردن چاههاي آب مورد استفاده قرار ميگيرند .
ماشينهاي الكتريكي سه فاز به دو گروه اصلي (ماشينهاي سنكرون و ماشينهاي القايي) دسته بندي مي شوند كه از نظر ساختمان طرز كار و كاربرد تفاوتهاي زيادي دارند. اما اساس كار هر دوي آنها ايجاد ميدان دوار است. روشهاي راهاندازي موتورهاي القايي با موتورهاي سنكرون متفاوت است. در اين پروژه به بررسي روشهاي راهاندازي موتورها القايي و بهبود راهاندازي آنها ميپردازيم.
ساختمان موتورهاي القايي
استاتور موتورهاي القايي همان ساختار فيزيكي ماشين هاي سنكرون را دارد، ولي ساختار روتورشان متفاوت است. شكل (1-1) يك استاتور دو قطبي را نشان مي دهد. اين استاتور ظاهر استاتور ماشينهاي سنكرون را دارد (و واقعاً هم همان است) دو نوع مختلف روتور موتور القايي وجود دارد كه ميتواند داخل استاتور قرار گيرد. يك نوع روتور قفس سنجابي، يا تنها روتور قفسي، و ديگري روتور سيم پيچي شده ناميده مي شود.
شكل (1-2و3) روتورهاي قفس سنجابي موتورهاي القايي را نشان مي دهد. روتور قفس سنجابي از يك دسته ميله هادي تشكيل مي شود كه در شيارهاي سطح روتور قرار دارند در دو طرف با حلقه هاي اتصال كوتاه كننده به هم متصل شده اند. اين طرح به اين دليل روتور قفس سنجابي ناميده مي شود كه مجموعه ميله هاي هادي شبيه چرخهايي هستند كه سنجابها روي آن ميدوند.
|
شكل1-3-(الف) برش يك موتور القايي قفس سنجابي كوچك.( با تشكر از شركت Magentek ) (ب) برش يك موتور القايي قفس سنجابي بزرگ.( با تشكر از كمپاني جنرال الكتريك)
نوع ديگر روتور، روتور سيم پيچي شده است. روتور سيم پيچي شده مجموعه كاملي از سيم پيچهاي سه فاز دارد، كه مثل تصوير آينه اي سيم پيچهاي استاتور بر روتور هستند. سيم پيچهاي سه فاز روتور معمولاً اتصال ستاره(Y ) دارند و انتهاي سه سيم روتور به حلقه هاي لغزان محور روتور متصل اند. سيم پيچهاي روتور توسط جاروبكهاي سوار بر حلقه هاي لغزان اتصال كوتاه مي شوند. بنابراين جريانهاي روتور موتورهاي القايي با روتور سيم پيچي شده از طريق جاروبكهاي استاتور قابل دسترسي اند و از همين جا مي توان اين جريانها را اندازه گرفت و مقاومتهاي اضافي در مدار روتور گذاشت. مي توان از اين خصوصيات استفاده كرد و مشخصه گشتاور- سرعت موتور را تغيير داد. شكل(1-4) دو روتور سيم پيچي شده و شكل (1-5) يك موتور القايي با روتور سيم پيچي شده كامل را نشان مي دهد.
موتور القايي با روتور سيم پيچي شده گرانتر از موتور القايي قفس سنجابي است، و به خاطر فرسايش ناشي از جاروبكها و حلقه هاي لغزان نگهداري اش سخت تر است به همين خاطر موتورهاي القايي با روتور سيم پيچي شده به ندرت به كار مي روند. موتورهاي الكتريكي سه فاز انواع روتور قفسي سنجابي (قفسي) از مسائلي كه در تعيين اساس رفتار موتورهاي القايي حايز اهميّت است مقادير مقاومت هاي اهمي و القايي فازي روتور مي باشد0معمولاً در هنگام راه اندازي مقدار مقاومت القايي فازي مدار روتور از مقاومت اهمي فازي آن چند برابر بزرگتر مي باشد كه اين نوع طراحي براي كاهش مقدار گشتاور و راه اندازي مورد نياز مي باشد ولي از معايب آن افزايش جريان راه اندازي تا چندين برابر جريان نامي خواهد بود كه اگر مقدارمقاومت اهمي را تا نزديكي مقدار مقاومت القايي افزايش دهيم در اين صورت مي توانيم مقدار جريان راه اندازي را تا حد زيادي كاهش دهيم ولي از سوي ديگر گشتاور راه اندازي مورد نياز موتور تا حد زيادي افزايش خواهد يافت 0 به همين منظور براي افزايش مقدار مقاومت اهمي فازي روتور به جاي استفاده از آلومينيوم خالص در ساخت ميله هاي قفس روتور از جنس خاصي كه از آلياژهاي آلومينيوم مي باشد استفاده مي نماييم تا مقاومت اهمي بيشتري به وجود آيد كه در نتيجه با افزايش مقاومت اهمي روتور مقدار اختلاف فاز بين ولتاژ و جريان روتور كاسته شده و ضريب قدرت در روتور افزايش مي يابد و با افزايش ضريب قدرت مقدار توان حقيقي روتور افزايش يافته و گشتاور راه اندازي بالاتري به دست خواهد آمد . البته انجام اين عمل داراي معايبي مي باشد زيرا با افزايش مقاومت اهمي ميزان تلفات نيز بيشتر خواهد شد و راندمان سيستم پايين مي آيد . بنابراين معمولاً براي بدست آوردن مقاومت اهمي و القايي مورد نياز از آلياژ آلومينيوم استفاده نمينماييم بلكه با ابعاد ميله هاي روتور قفسي و عمق شيارهاي روتور و يا تغيير شكل هندسي آنها خواسته خويش را اعمال مي نماييم0 در نتيجه اتحاديه N.E.M.A روتورهاي قفس سنجابي را در چهار گروه دسته بندي مي نمايند كه اين چهار گروه A,B,C,D هر كدام داراي مشخصات و كاربردهاي ويژه اي بوده كه متناسب با گشتاور راه اندازي و جريان مربوط به راه اندازي در هر كدام مي باشد . به طور كلي مي توان مشخصات هر كدام از اين گروه ها را به اين صورت بيان نمود : در طراحي N.E.M.A گروه A از ميله هاي بزرگ در نزديكي سطح استفاده مي گردد كه در نتيجه آن روتور با امپدانس پايين خواهيم داشت 0 در طراحي N.E.M.A گروه B از ميله هاي بزرگ و در عمق با شيار عميق استفاده مي شود كه در نتيجه آن راكتانس روتور افزايش خواهد يافت. در طراحي N.E.M.A گروه C از روتور دوقفسه اي يا روتورهاي با امپدانس دوگانه استفاده مي گردد0 در طراحي N.E.M.A گروهD از ميله هاي كوچك و با شيارهاي كم عمق و نزديك به سطح استفاده مي نماييم كه در اين صورت مقاومت روتور افزايش مي يابد . براي توضيح عملكرد اين گروه ها به اين صورت عمل مي نماييم كه با توجه به اين كه مقاومت القايي همان شكل منتقل شده مقدار فوران نشتي يا فوران پراكندگي مي باشد . خطوط نشتي مربوط به شارهاي مغناطيسي روتور مي باشد كه سيم پيچهاي استاتور را قطع نمي نمايد . بنابر اين اگر ميله هاي روتور يا قسمتي از آنها دورتر باشد مقدار فوران پراكندگي بيشتر خواهد شد0 زيرا مقدار كمتري از خطوط مغناطيسي روتور به سيم پيچهاي استاتور مي رسد بنابراين اگر ميله هاي يك روتور قفسي سنجابي داراي عمق كم و نزديك به سطح آن باشد مقدار فوران پراكندگي ، كوچك خواهد بود و مقدار مقاومت القايي در مدار معادل كوچكتر مي باشد . از طرف ديگر اگر ميله هاي روتور در عمق بيشتري نسبت به سطح آن قرار داشته باشد ميدان پراكندگي بزرگتري به وجود خواهد آمد و در نتيجه مقاومت القايي يا راكتانس روتور بزرگتر خواهد شد0 از سوي ديگر بزرگي و كوچكي ميله ها در مقدار مقاومت اهمي مؤثر مي باشند زيرا مقدار مقاومت با سطح هادي نسبت عكس دارد بنابراين اگر به عنوان مثال روتور داراي ميله هاي بزرگ و نزديك به سطح آن باشد در اين طراحي مقاومت اهمي كم (به علّت سطح مقطع بزرگ آن ) و راكتانس پراكندگي و در نتيجه مقاومت القايي كم خواهد شد. (به علت نزديكي ميله ها به سطح) بنابراين به علت مقاومت اهمي كوچك مقدار گشتاور بحراني يا گشتاور شكست به سرعت سنكرون بسيار نزديك مي گردد و در نتيجه موتور داراي راندمان بالاتري مي باشد0در نهايت چون مقدار مقاومت اهمي كوچك مي باشد ، گشتاور راه اندازي موتور مقدار كمي خواهد شد و جريان راه اندازي زياد مي شود 0 كه در اين نوع طراحي روتور در استاندارد ملي سازندگان وسايل الكتريكي N.E.M.A گروه A مي گويند كه در حال حاضر اغلب موتورهاي القايي داراي اين كلاس طراحي مي باشند كه مشخصات آن با موتور داراي روتور سيم پيچي شده به هم شبيه است0 حال اگر روتور داراي ميله هاي كوچك نزديك به سطح باشد به علت كوچكي سطح مقطع ميله ها مقدار مقاومت اهمي آن زياد شده و از طرفي چون ميله ها در عمق كم و نزديك به سطح قرار دارند ميزان خطوط پراكندگي نيز كم مي باشد. بنابراين گشتاور راه اندازي اين موتورها داراي مقدار بسيار زيادي مي باشد و گشتاور بحراني آنها در لغزش هاي بالا ( سرعت كم ) رخ مي دهد ولي مقدار جريان راه اندازي در آنها نسبتاً كوچك مي گردد كه به اين طراحي در N.E.M.A گروه D گفته مي شود. طراحي با ميله هاي عميق و دوقفسه هاي: اصولاً هر دو طراحي توضيح داده شده در بالا (گروههايA وD) مشابه يك موتور كه داراي روتور سيم پيچي شده و با دو دسته مقاومت متفاوت روتور مي باشد. حال طراحي نوعي روتور مطلوب است كه داراي گشتاور راه اندازي زياد و جريان راه اندازي كم طراحي در گروه D را با لغزش كار عادي كم و راندمان زياد طراحي در گروه A را ناشي از گشتاور راه اندازي كم و جريان راه اندازي زياد مي باشد را به يكديگر تركيب نمايد؟ ايجاد مقاومت اهمي روتور با به كار بردن ميله در شيار هاي عميق روتور و يا روتور دو قفسه اي امكان پذير مي باشد . اساس طراحي روتور با شيار عميق در لغزش كم و فركانس بسياركوچك روتور مي باشد و مقدار مقاومت القايي موازي شده در ميلهها در مقايسه با مقدار مقاومت اهمي آنها بسيار كوچك است. در اين نوع طراحي مقدار امپدانس تمام قسمتهاي ميله تقريباً با هم برابر مي باشند يعني جريان از تمام قسمتهاي ميله به طور يكسان عبور مي نمايد . سطح مقطع بزرگ ، مقاومت اهمي روتور را بسيار كوچك مي نمايدو در نتيجه مقدار راندمان در لغزشهاي كم (سرعتهاي زياد ) بالا مي رود . در لغزشهاي بزرگ (هنگام راه اندازي ) مقدار مقاومت القايي در مقايسه با مقاومت اهمي ميله هاي روتور داراي مقادير بزرگي مي باشد و اين بدان معناست كه تمام جريانها مجبور به گذشتن از قسمتهايي كه داراي مقاومت القايي كوچك كه به سيم پيچ هاي استاتور نزديكتر هستند ، مي باشند. از طرفي چون سطح مقطع ميله ها كوچك مي باشد، مقاومت اهمي روتور بيشتر از حالت قبل است كه در نتيجه اين مسائل، گشتاور راه اندازي نسبتاً بزرگ شده و جريان راه اندازي كمتري نسبت به كلاس A به وجود مي آيد. عيب روتورهاي دوقفسه اي در اين است كه از انواع روتور هاي قفس سنجابي ديگر گرانتر بوده اما طراحي آنها از روتور سيم پيچي شده ارزانتر مي باشند0 ظمناً در موتورهاي با روتور دو قفس به دليل بزرگ بودن سطح شيارهاي آنها ، ميزان خطوط پراكندگي بيشتر بوده و نتيجتاً ميدان پراكندگي به وجود مي آيد و هنگامي كه موتور در نقطه نامي كار مي نمايد مقدار ضريب قدرت و راندمان موتور مقدار تقريباً كمي مي باشد0 نمونه كاربردهاي موتورهاي القايي با روتور قفس سنجابي(قفسي): به علّت مزاياي زيادي كه موتور هاي القايي قفسي دارا مي باشند استفاده هاي زيادي از اين موتورها ميگردد
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.