دانلود تحقیق انواع موتور های الکتریکی

انواع مبدلها
مورتورهایی که عموماً در محرکه های سرعت متغیر بکار می روند موتورهای القایی ، dc و سنکرون هستند .

برای کنترل موتورهای القایی ، یک منبع ac با فرکانس ثابت و ولتاژ متغیر یا یک منبع ac با ولتاژ یا جریان متغیر و فرکانس متغیرلازم است.

موتورهای سنکرون به یک منبع فرکانس متغیر با ولتاژ یا جریان متغیر نیاز دارند برای کنترل موتورهای dc یک منبع ولتاژ dc متغیرلازم است .

منبع ولتاژ dc متغیر برای کنترل موتورهای القایی و سنکرون نیز بکار می رود.

در حالت ایده آل مطلوب آن است که برای یک سرعت تنظیم شده ،سرعت موتور با تغییر گشتاور بار از بی باری تا بار کامل ثابت بماند.

در عمل سرعت با افزایشی در گشتاور بار افت می کند.

تنظیم سرعت بصورت زیر تعریف می شود.

سرعت بار کامل – سرعت بی باری = تنظیم سرعت
سرعت بار کامل


مبدل نیمه هادی قدرت
معمولاً مشخصه طبیعی سرعت – گشتاور یک موتور با تمام نیازهای بار منطبق نیست .

بنابراین یک مبدل نیمه هادی قدرت بین منبع و موتور قرار میگیرد تا مشخه های مورد نیاز بار تامین شود .

مبدل نیمه هادی قدرت (مبدل) انتقال قدرت از منبع به موتور را به نحوی تنظیم می کند که مشخصه های سرعت – جریان و سرعت – گشتاور با نیازهای بار سازگار باشد.

فرمانهای کنترلی مبدل در یک واحد کنترل ساخته می شود که در سطوح ولتاژ و قدرت خیلی پایین کار می کند .

واحد کنترلی شامل مدارهای مجتمع خطی و دیجیتالی و ترانزیستورها می باشد .

سیگنال فرمان که نقطه کار محرکه را تنظیم می کند یکی از ورودیهای واحد کنترل را تشکیل می دهد به دو دلیل واحد کنترلی از مدار قدرت جداسازی الکتریکی می شود : اولاً در صورت عملکرد ناصحیح مبدل ممکن است منجر به اتصال ولتاژ مدار قدرت به واحد کنترل شود این امر می تواند باعث آسیب واحد کنترل شود و سلامت فردی که با مبدل کار می کند به خطر بیفتد.

ثانیاً :مبدلها مقدار زیادی هارمونیک تولید می کنند و درصورت عدم ایزولاسیون هارمونیکها می توانند وارد واحد کنترلی شوند ودر کار آن اختلال ایجاد کنند.

ترمز الکتریکی و لزوم آن
در ترمز الکتریکی موتور بصورت یک ژنراتور کار می کند وگشتاوری با علامت منفی تولید می کند .

ترمز الکتریکی به دلایل زیر ممکن است لازم باشد:
1- اگر یک موتور در حال چرخش از منبع جدا شود تنها گشتاور مقابله کننده با چرخش آن گشتاور بار ( .

) خواهد بود .

پس از آنکه انرژی جنبشی ذخیره شده در اینرسی آن بطور کامل از بین رفت خواهد ایستاد.

در حالتی که گشتاور بار کوچک است یا اینرسی موتور - بار بزرگ است ،مدت زمان ایست کامل بایستی کاهش یابد که اینکار با اعمال گشتاور مخالف اضافی بوسیله ترمز الکتریکی انجام میشود.

2-در برخی کاربردها نظیر کاربردهای کششی در شرایط اضطراری برای جلوگیری از بروز حادثه توقف سریع الزامی است و ترمز الکتریکی برای ایجاد ترمز سریع و یکنواخت بکار می رود.

3-کاربردهایی وجود دارند که در آنها توقف دقیق لازم است همچون بالابرها، ماشینهای ابزار، کنترل موقعیت قالبهای ریخته گری و مکانیزم پیچاندن ورقهای فلزی درکاربردهای نورد، ترمز الکتریکی امکان توقف های دقیق را بدون آنکه بخشهای مکانیکی در معرض تنشهای بزرگ ناخواسته قرار بگیرند فراهم می آورد.

4- در کاربردهای خاص که شامل بارهای فعال هستند سرعت محرکه در صورت عدم استفاده از ترمز الکتریکی ممکن است به مقادیر خطرناکی برسد.

برای مثال در جرثقیل های الکتریکی در زمانیکه بار به سمت پایین حرکت می کند، موتور بایستی یک نیروی ترمزی برای نگه داشتن سرعت در محدوده مجاز فراهم آورد.

به همین ترتیب هنگامیکه یک قطار در سرازیری حرکت می کند یک نیروی ترمزی برای محدود نگهداشتن سرعت قطار لازم است.

موتور DC
موتور جریان مستقیم برغم اینکه جابه جا کن (کموتاتور) دارد و از موتور جریان متناوب بامقادیر اسمی مشابه بزرگتر است ، ولی به علت امکان وسیع کنترل سرعتش ، که توسط کنترل ولتاژ ورودی آن صورت می گیرد،‌ رایجتر است.

برای کنترل سرعت اکثر موتورهای جریان مستقیم استفاده از منبع تغذیه جریان متناوب معمول است اما مواقعی که منبع تغذیه موتورهای جریان مستقیم بایستی باطریها و پیلهای سوختی باشند، از مدارهای برشگر استفاده می شود.

یکی از مشخصات اصلی آنها داشتن گشتاور راه اندازی خیلی زیاد است که در محرکهای کششی مورد نیازاست .

موتورهای جریان مستقیم علی رغم مزایای ذکر شده دارای معایب ونقصهای زیادی هستند.

برای توان مشابهی موتورهای جریان مستقیم نسبت به موتورهای القایی بزرگتر و گرانقیمت ترند به استثنای موتورهای خیلی کوچک موتورهای جریان مستقیم به منظور محدودکردن جریان زیاد نیاز به تدابیر خاصی برای راه اندازی دارند.

راه اندازی حداکثر جریانی که از یک موتور DC در حالتهای گذرانی کوتاه مدت می تواند عبور کند.

جریانی است که یک کموتاسیون بدون جرقه داشته باشد.

از نقطه نظر تئوری ، با بکارگیری سیم پیچی های جبران ساز در تمامی مقادیر سرعت و جریان می توان ولتاژهایی را که با کموتاسیون جریان مخالفت کرده و ایجاد جرقه می کنند بطور کامل حذف نمود.

اما در عمل مشاهده شده است که با افزایش مقدار جریان ،حذف کامل انجام نمی شود و با عبور جریان از یک حد معین ،جرقه پدیدار می شود.

درماشینهای بدون جبرانساز ،جریان به دو برابر جریان نامی و در ماشینهای با طراحی مخصوص و دارای جبرانساز جریان با 3.5 برابر جریان نامی می تواند افزایش یابد.

اگر موتور با ولتاژ نامی راه اندازی شود ، برای یک موتور با اندازه متوسط، جریان به حدود 20 برابر جریان نامی خواهد رسید.

جریانی به این بزرگی منجربه جرقه هایی شدید در کموتاتور وافزایش بیش از حد درجه حرارت در سیم پیچ های موتور شده و به آن آسیب می رساند.

بنابراین محدود نمودن جریان به یک حد بدون خطر در زمان راه اندازی ضروری می شود این کار با کاهش ولتاژ دو سر ترمینال موتور در لحظه راه اندازی و افزایش تدریجی آن با سرعت گرفتن موتور حاصل می شود ولتاژ موتور باکاهش ولتاژ منبع یا با ایجاد افت قسمتی از ولتاژ منبع بر روی یک مقاومت سری شده باموتور انجام می شود.

در کاربردهایی که به سرعت قابل تنظیم نیاز دارند ، یک کنترل کننده برای کنترل سرعت موتور فراهم می شود.

همین کنترل کننده برای محدود نمودن جریان موتور در مدت راه اندازی می تواند بکار گرفته شود در مواردیکه کنترل سرعت ضروری نیست، برای محدود نمودن جریان از یک راه انداز استفاده میشود .در مواردیکه راه اندازی مکرر لازم نیست ، با قرار دادن یک مقاومت اضافی چندین قسمتی در مدار آرمیچر و خروج تدریجی آن از مدار به نحوی که جریان موتور از حد سالم و بی خطر بیشتر نشود و در ضمن گشتاور تولیدی موتور همواره از گشتاور بار بزرگتر بماند، راه اندازی انجام می شود.

این روش بطور گسترده بکار گرفته می شود .

ترمز الکتریکی در این حالت جریان در مدار معادل حالت دائمی ماشین گشتاوری را در جهت مثبت تولید می کند و انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی می کند که توسط بار جذب می شود .

اگر به طریقی جهت جریان آرمیچر عوض شود در حالیکه جهت شار ثابت باقی بماند.

گشتاور موتور معکوس شده و ماشین با دریافت انرژی مکانیکی از بار وتبدیل آن به انرژی الکتریکی بصورت یک ژنراتور کار خواهد کرد.

انرژی مکانیکی از بار یا از انرژی ذخیره شده در اینرسی سیستم موتور بار یا از گشتاور فعال بار بدست می آید.

عمل ترمزی برحسب اینکه انرژی الکتریکی تولید شده چگونه بکار گرفته شود دسته بندی می شود.

سه روش ترمز برای یک موتور DC وجود دارد .

1-ترمز ژنراتوری ( Regenerative braking ) 2-ترمز دینامیکی یا ترمز رئوستایی ( Dynamic braking ) 3-ترمز با اعمال ولتاژ معکوس (Plugging ) 1-در ترمز ژنراتوری ،انرژی تولید شده توسط ماشین به منبع تغذیه تحویل داده می شود .معمولاً منبع توانایی ذخیره این انرژی را ندارد.

لذا انرژی برای تغذیه بارهای دیگر متصل به همان منبع بکار گرفته می شود و در انرژی تغذیه شده به این بارها توسط منبع صرفه جویی می شود.

چنانچه منبع توانایی جذب انرژی را نداشته باشد و بارهای دیگری هم وجود نداشته باشند نمی توان از ترمز ژنراتوری استفاده نمود.

اگر با استفاده از روشهای خاصی، ولتاژ ضد محرکه E از ولتاژ منبع V بزرگتر شود.

جهت جریان در موتور عکس میشود.

ماشین بصورت ژنراتور عمل خواهد کرد .

ومنبع بصورت یک جذب کننده انرژی عمل خواهد نمود و ترمز ژنراتوری رخ میدهد تاکید می شود که ترمز ژنراتوری در جایی می تواند استفاده شود که در مدار منبع و موتور جریان بتواند در هر دو جهت جاری شود ، و منبع هم توانایی جذب انرژی داشته باشد.

برای بیشتر شدنE نسبت به V می توان E را افزایش یا V راکاهش داد.

2- در ترمز دینامیکی موتور dc از منبع تغذیه جداشده و مدار آرمیچر به مقاومت مناسبی متصل می شود و موتور بصورت یک ژنراتور عمل می کند و گشتاور ترمزی تولید می کند .

زمانی که ترمز ضروری باشد از مقاومت متغیر استفاده می شود حداکثر مقدار مقاومت به نحوی انتخاب می شود که جریان در شروع ترمز در بیشترین سرعت برابر با بیشترین مقدار مجاز جریان باشد و با کاهش سرعت، مقدار مقاومت کاهش می یابد تا گشتاور ترمز در بیشترین مقدار باقی بماند.

درنهایت R b به صفر می رسد.

ترمز دینامیکی به دلیل تلف نمودن انرژی تولید شده درمقاومتها بصورت گرما یک روش ترمزی بی بازده است.

3-اگر سرهای ورودی آرمیچر (یا منبع) یک موتور تحریک جداگانه( یا شنت) در حالی که می چرخد عوض شوند، ولتاژ منبع و ولتاژ القایی بصورت هم جهت عمل می کنند وجهت جریان موتور معکوس خواهد شدو گشتاور ترمزی تولید می شود.

این نوع ترمز ،ترمز کلیه زنی معکوس نامیده می شود.

در حالت موتور سری بایستی سرهای آرمیچر یا سرهای تحریک معکوش شوند.

تعویض هر دو منجر به حالت عادی کار موتوری می شود.

زمانی که موتور در سرعت نامی می چرخد، ولتاژ القایی تقریباً برابر ولتاژ منبع V است بنابراین در شروع ترمز کل ولتاژ در مدار آرمیچر تقریباً 2V خواهد بود.

لذا برای محدود نمودن جریان به یک حد بدون خطر، مقاومتی برابر با دو برابر مقاومت راه اندازی لازم می باشد.

این روش ترمز کاملاً بی بازده است.

نه تنها قدرت تغذیه شده توسط بار بلکه قدرت گرفته شده از منبع نیز در مقاومتها تلف می شود .

روشهای کنترل سرعت موتورهای DC 1-کنترل ولتاژ آرمیچر 2-کنترل شارمیران 3- کنترل مقاومت آرمیچر 1-اگر ولتاژ آرمیچر یک موتور dc تحریک جداگانه یا تحریک سری که در یک سرعت پایدار کارمی کند به مقدار کمی کاهش یابد.

آنگاه جریان آرمیچر و بنابراین گشتاور موتور کاهش خواهند یافت.

چون گشتاور موتور از گشتاور بار کوچکتر خواهد بود شتاب موتور منفی خواهد بود که منجر به کاهش سرعت و ولتاژ القایی خواهد شد.

در نهایت موتور در سرعتی کمتر که در آن گشتاور موتور و بار برابر هستند مستقر می شود.

اگر ولتاژ آرمیچر یک موتور تحریک جداگانه به مقدار بزرگی کاهش یابد.

ممکن است از ولتاژ ضد محرکه کوچکتر شود .

جریان آرمیچر معکوس شود و موتور همانند یک ژنراتور کارکرده و گشتاور منفی تولید کند این وضعیت ادامه خواهد یافت تاسرعت بعدی کاهش یابد که نیروی ضد محرکه موتور با ولتاژ اعمال شده برابر شود.

لازم به ذکر است که در این روش تغییرات پله ای ولتاژ آرمیچر بایستی کوچک باشد.

یک تغییر بزرگ در ولتاژ آرمیچر باعث ایجاد مقادیر بزرگ جریان در آرمیچر می شود که ممکن است به کوموتاتور آن آسیب رسانده و عمر آن کاهش یابد.

2-اگر در یک موتور تحریک جداگانه یا سری که در سرعت خاص می چرخد میدان تضعیف شود نیروی ضد محرکه القایی آن کاهش می یابد به دلیل کوچک بودن مقاومت آرمیچر ، مقدار افزایش در جریان آرمیچر نسبت به مقدار کاهش میدان ، بسیار بزرگتر خواهد بود و در نتیجه با وجود تضعیف میدان گشتاور بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد به نحویکه از گشتاور بار بیشتر می شود فزونی گشتاور موتور بر گشتاور بار موجب شتاب گیری موتور و افزایش ولتاژ القایی آرمیچر می شود .

در حالی که میدان موتور تضعیف شده ، نهایتاً موتور در سرعتی بالاتر از سرعت قبل مستقر میشود که درآن گشتاور موتور با گشتاور بار برابر است نکته قابل توجه در این روش نیز این است که هر تضعیف شدیدی در میدان منجربه ایجاد جریان هجومی خطرناکی می شود.

لذا تضعیف میدان بایستی به آرامی و به تدریج انجام شود.

3-اشکال اصلی این روش کنترل سرعت بازده کم آن می باشد برای مثال برای باری با گشتاور ثابت کل قدرت ورودی به موتور (تحریک سری و جداگانه) و مقاومت سری، مقدار ثابتی است، درحالیکه قدرت تحویلی به بار متناسب با سرعت کاهش می