ماشینهای الکتریکی

عمدتاً در صنایع مختلف، به دو نوع انرژی نیازمندیم. برخی مصرف کننده ها مانند گرمکن ها و لامپ های روشنایی به انرژی الکتریکی و ربخی دیگر مانند کارخانجات ذوب آهن و سیستمهای نورد نیازمند انرژی مکانیکی هستند.

این دو نوع انرژی همواره قادرند به یکدیگر تبدیل شوند. دستگاههایی که این دو انرژی را به یکدیگر تبدیل

می کنند ماشین الکتریکی نامیده می شود.

فرآیند تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و بالعکس، تبدیل انرژی الکترومکانیکی نامیده می شود. لذا ماشین الکتریکی رابطی بین سیستم الکتریکی و سیستم مکانیکی محسوب می شود. همواره به یاد داشته باشیدکه در این ماشینها فرآیند تبدیل انرژی برگشت پذیر است. در سیستمهای الکتریکی

کمیت هایی چون ولتاز و جریان وجود دارد؛ حال آنکه این کمیت ها در سیستمهای مکانیکی جای خود را به سرعت و گشتاور می دهنددر ماشینهای الکتریکی، عمل تبدیل انرژی از دو قانون زیر نشئت می گیرد

1- اگر یک هادی، در میدان مغناطیسی حرکت کند، در هادی ولتاژ القاء می گردد.

2- اگر هادی حامل جریان در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد، به آن هادی نیروی مکانیکی وارد می شود

این دو پدیده در تمامی تبدیلهای این دو نوع انرژی به هم رخ می دهد.

حال به شرح مختصری درمورد موتورها و مولدهای الکتریکی می پردازیم. با فرض اینکه خوانندگان محترم با ماهیت اصلی این دو ماشین الکتریکی آشنایی دارند تنها به ذکر نکات زیر بسنده می کنم:

• در موتورهای الکتریکی، جریان الکتریکی از طریق سیستمهای الکتریکی وارد هادیهای ماشین می شود. از طرفی دیگر هادی ها از قبل بوسیله قطبهای ماشین در معرض میدان مغناطیسی قرار گرفته اند لذا بر هر هادیِ ماشین نیرویی وارد می شود و چون هادی ها روی قسمت متحرک و چرخان ماشین قرار گرفته اند لذا گشتاور الکترومغناطیس حاصل شده و قسمت متحرک را می چرخاند. نکته جالب توجه این است که پس از به چرخش درآمدن قسمت متحرک (رتور) به خاطر حرکت هادی ها درون میدان مغناطیسی جریان جدیدی در آنها بوجود می آید که مخالف جریان اولّیه می باشد. نیروی حاصل از این جریان گشتاور ضدمحرکه را در موتور ایجاد می نماید.
• در مولدها این فرآیند به صورت معکوس انجام می شود؛ بدین معنی که قسمت متحرک (رتور) توسط نیروی خارجی مانند نیروی توربین به حرکت در می آید و چون هادی های متحرک تحت میدان مغناطیسی قطب های مولد قرار دارند در آنها ولتاژی القاء می شود، حال اگر به سیستم الکتریکی مولد باری متصل گردد جریان در هادی ها برقرار می گردد. باید به این نکته نیز توجه کرد که پس از برقراری جریان در هادی های رتور، میدان مغناطیسی جدیدی حاصل می شود که نیروی آن مخالف نیروی محرکه است و نتیج? آن ایجاد گشتاور ضدمحرکه است.

با توضیحات ارائه شده در می یابیم که " میدان مغناطیسی " پیونددهنده در ایجاد گشتاور و ولتاژ می باشد.

ساختار ماشین های الکتریکی

هر ماشین الکتریکی از دو بخش اساسی تشکیل شده است:

1- قسمت متحرک و دواّر (رتور)

2- قسمت ساکن (استاتور­₎

بین این دو قسمت همواره شکاف هوایی وجود دارد.

ماشین های الکتریکی دواّر به شکلها و نامهای مختلفی وجود دارند. مهمترین آنها، ماشینهای الکتریکی Dc (موتور و ژنراتور) ، ماشینهای سنکرون (موتور و ژنراتور) و ماشین های القائی هستند. انواع دیگری نیز مانند ماشین با آهنربای دائم و یا ماشین پله ای نیز در صنعت کاربرد دارند.

آنچه ارائه شد شرحی بسیار مختصر و ساده در مورد ماشین های الکتریکی بود. در مقالات بعدی سعی می شود در مورد هریک از انواع ماشین های الکتریکی مطالب جامع تری ارائه شود

.

ماشین های سنکرون

ماشینهای سنکرون  به دو دسته تقسیم می شوند :

1- ژنراتور سنکرون یا آلتروناتور 2- موتور سنکرون

البته نوعی ماشین سنکرون به نام کمپانستور compansator یا اصلاح کننده ضریب توان نیز در صنایع موجود می باشد.

این ماشین ها نیز از دوقسمت تشکیل شده اند که قسمت متحرک این ماشین ها را روتور و قسمت ساکن آنها را استاتور گویند. رتور ماشین های سنکرون از لحاظ ساختمان دو دسته اند . ماشینهای سنکرون با قطب صاف و ماشین های با قطب برجسته و همچنین ماشینهای سنکرون بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده روتور آنها چه توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شود :

1- توربو ژنراتور:

در این وسیله گرداننده ی روتور توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابر این توربو ژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانایی ایجاد دورهای بسیار بالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربو ژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر و ارزانتر تمام می شود.

2- هیدرو ژنراتور :

 در آن وسیله گرداننده رتور به وسیله ی توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدرو ژنراتور دارای قطب برجسته بوده ودارای سرعت کم می باشد.

3- دیزل ژنراتور :

 در قدرت های کوچک و اضطراری وسیله گرداننده ی رتور دیزل است که در این مورد هم قطب های روتور آن قطب برجسته می باشد.

مولدهای AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای dc بر اساس القاء الکترومغناطیسی کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر ویک میدان مغناطیسی هستند. اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد : درحالی که در ژنراتورهای dc آرمیچر چرخیده می شود وسیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد

.

یک موتور سنکرون از نظر الکتریکی مشابه یک آلترناتور یا  ژنراتور ac می باشد در حقیقت از نظر تئوری یک ماشین سنکرون می تواند به عنوان آلترناتور استفاده گردد که به طور مکانیکی راه اندازی شده و یا به عنوان موتوری استفاده گردد که به صورت الکتریکی راه اندازی شده باشد.بیشتر موتورهای سنکرون دارای مقدار نامی 150 کیلو وات تا 15 مگاوات بوده ودارای محدوده سرعتی rpm150 تا rpm1800 کار میکنند .بعضی از خواص مشخصه ی یک موتور سنکرون که جالب توجه است عبارتند از :

1-     هم در سرعت سنکرون کار می کند وهم کار نمی کند یعنی در حال کار سرعترا ثابت نگه می دارد . تنها روش برای تغییر سرعت آن تغییر دادن در فرکانس تغذیه می باشد.

2-     ذاتا خود راه انداز نبوده و مجبور استتا سرعت سنکرون با استفاده از وسیله خاص تا رسیدن به حالت سنکرون به حرکت در آید.

3-     توانایی عمل کردن در محدوده ی وسیعی از ضریب قدرت های پس فاز و پیش فاز رادارد . لذا می تواند برای مقاصد تصحیح توان و به علاوه برا تغذیه گشتاور وراه اندازی بارها استفاده گردد.

موتورهایac تک فاز:

معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند

.انواع موتورهای الکتریکی

موتورهای dc

یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند

موتورهایAC سه فاز:

برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن

فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند.

ساختمان : استاتور موتورهای سنکرون از نظر ساختمان دقیقاً مشابه استاتور موتورهای القایی است سیم پیچهای سه فاز آن در داخل شیارهای هسته آهنی استاتور تعبیه شده که وظیفه آنها ایجاد میدان دوار در هسته استاتور است.
روتور این موتور به صورت یکپارچه یا از ورقهای مغناطیسی ساخته می شود و بر روی آن یک سیم پیچی جریان مستقیم به نام سیم پیچ تحریک نصب می شود
جریان تغذیه سیم پیچی تحریک روتور، از طریق دو حلقه که بر روی محور عملا بصورت یک مغناطیس الکتریکی (چرخ قطب) رفتار می کند که تعداد قطبهای روتور به اندازه قطبهای سیم پیچی استاتور خواهد بود.
طرز کار: هنگام وصل استاتور به شبکه سه فاز ، یک میدان دوار که سرعت آن متناسب با فرکانس شبکه و تعداد قطبهای استاتور است در آن بوجود می آید و سطح روتور را جاروب می کند.

مولد جریان الکتریکی  

دید کلی :

مهندسی جدید تقریبا و منحصرا جریان الکتریکی از نوع القایی را به کار می‌گیرد، یعنی ماشین‌هایی را که در آنها نیروی محرکه الکتریکی در نتیجه القای الکترومغناطیسی ایجاد می‌شود. به این دلیل ، اصطلاح «القایی» ممولا حذف می‌شود، و وقتی که مولدهای الکتریکی درنظر گرفته می‌شوند، به طور معمول منظور مولدهای القایی است.
مولد القایی ساده :

ساده‌ترین نمونه مولد القایی ، نیروی محرکه الکتریکی به وجود آمده در پیچه چرخان در میدان مغناطیسی ، متناوب است. بنابراین ، جریان حاصل از مولد القایی متناوب است مگر اینکه تمهیدات خاصی جهت یکسو کردن آن اعمال شود، به جریان ثابت یا مستقیمی که جهتش تغییر نمی‌کند تبدیل شود.

البته مولدهای جدید صنعتی اغلب برای توانهای عظیمی طرح می‌شوند ( 200 تا 400 هزار کیلووات در یک ماشین تولید می‌شوند) که از نمونه ساده بسیار پیچیده تر می‌باشند. چنین ماشینی با تمام وسایل کمکی جهت نظارت به کار ، حفاظت از آسیب دیدن ، توزیع جریان مشترکین و غیره یک ساختار مهندسی پیچیده است. البته به رغم پیچیدگی‌هایی که می‌توانند برای نمونه ساده فراهم آورند تمام این قسمت‌ها برای کار هر مولدی لازم است

ساختمان مولد ها :

قسمت‌های اساسی هر مولد جریان عبارتند از

القاگر :
یعنی آهنربا یا آهنربای الکتریکی که میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند.

 

آرمیچر:

یعنی سیم پیچی که در آن بر اثر تغییرشار مغناطیسی نیروی محرکه الکتریکی القا می شود

حلقه‌های لغزان زغالی
یعنی حلقه‌های لغزانی با تیغه‌های تماس (زغال‌ها) که روی حلقه‌ها می‌لغزند و منظور از آنها گرفتن یا رساندن جریان به قسمت چرخان مولد است. قسمت چرخان مولد ، چرخانه «روتور) مولد نامیده می‌شود، در حالیکه قسمت بی حرکت پوسته «استاتور) نام دارد

مکانیزم کارمولد جریان متناوب

وقتی که آرمیچر در میدان مغناطیسی القاگر می‌چرخد، یعنی آرمیچر و چرخانه و القاگر پوسته است، نیروی محرکه الکتریکی القا می شود. البته می‌توان القاگر را چنان چرخاند که آرمیچر ساکن بماند. پس هم چرخانه و هم پوسته می‌توانند نقش القاگر و آرمیچر را ایفا کنند. در هر دو مورد ، چرخانه باید به حلقه‌های لغزان و زغالها مجهز باشد که در مدت چرخش آن تماس دائمی برقرار باشد.

ولی مناسب‌تر است که از طریق تماس‌های لغزشی جریان نسبتا ضعیف لازم برای آهنربا کرن القاگر تامین می‌شود. از طرف دیگر ، جریان حاصل در مولد مقادیر عظیمی به دست می‌آورد، و به این دلیل بهتر است که این جریان از پیچه‌های ساکن گرفته شود که مستلزم تماس‌های لغزشی نیست. بنابر‌این ، در مولدهای پر قدرت قسمت‌های ساکن ترجیحا به صورت آرمیچر و چرخانه‌ها به صورت القاگر به کار برده

می‌شوند

حصور آهنربا در مولد‌ها :

برای اینکه شارهای مغناطیسی شدید از سیم پیچ‌های آرمیچر بگذرد و در نتیجه تغییرات این شارها شدید باشد، آرمیچر هسته‌ای آهنی دارد که دو انتهای آن به شکلی است که فقط فاصله کوچکی که برای چرخش لازم است بین قطب‌های مغناطیس و هسته وجود دارد. در مولدهای صنعتی ، القاگرهایی که میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کنند بطور عمده آهنرباهای الکتریکی هستند.

در طرح مولدهای کم توان ، گاهی از آهنرباهای دایمی به عنوان القاگر استفاده می‌شود. مگنت‌ها یعنی ، مولدهای کوچکی که در بعضی از انواع موتورهای درونسوز برای احتراق مخلوط سوخت گاز در سیلندر موتور با کمک جرقه به کار می‌روند، از این نوع هستند.
القاگر مولد ac با قطب‌های داخلی :

اگر در القاگر فقط یک جفت قطب داشته باشیم، دوره جریان الکتریکی متناوب به زمان یک چرخش القاگر مربوط است. پس ، برای داشتن جریان متناوبی با فرکانس 50Hz ، چرخانه باید با سرعت 50 دور در ثانیه (یا 3000 دور در دقیقه) ، بچرخد که عملا برای ماشین‌های بزرگ ناممکن است.

از طرف دیگر ، با تعداد زیاد جفت قطب‌ها ، دوره جریان به زمانی مربوط می‌شود که برای چرخیدن چرخانه به اندازه کسری از دایره که توسط جفت قطب اشغال می‌شود لازم است. مثلا اگر 6 جفت قطب داشته باشیم، برای بدست آوردن جریان متناوبی با فرکانس 50Hz کافی است که چرخانه با سرعت 500 دور در دقیقه بچرخد

موتورهای جریان متناوب

موتورهای سنکرون

موتورهای آسنکرون

موتورهای آسنکرون به علت نداشتن کلکتور و سادگی ساختمان آن بیشتر از موتور سنکرون متداول است.

ماشین های سنکرون گرچه امروزه بیشتر به عنوان ژنراتور استفاده میشود ولی جا دارد بیشتر با این ماشین ها آشنا شد.در این مقاله به طبقه بندی های گوناگون ماشین های سنکرون پرداخته شده است

ماشین های سنکرون

ماشینهای سنکرون به دو دسته تقسیم می شوند :

ژنراتور سنکرون یا آلتروناتور 2- موتور سنکرون

البته نوعی ماشین سنکرون به نام کمپانستور compansator یا اصلاح کننده ضریب توان نیز در صنایع موجود می باشد.

این ماشین ها نیز از دوقسمت تشکیل شده اند که قسمت متحرک این ماشین ها را روتور و قسمت ساکن آنها را استاتور گویند. رتور ماشین های سنکرون از لحاظ ساختمان دو دسته اند . ماشینهای سنکرون با قطب صاف و ماشین های با قطب برجسته .

و همچنین ماشینهای سنکرون بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده روتور آنها چه توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شود :

توربو ژنراتور:

 در این وسیله گرداننده ی روتور توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابر این توربو ژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانایی ایجاد دورهای بسیار بالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربو ژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر و ارزانتر تمام می شود.

هیدرو ژنراتور :

 در آن وسیله گرداننده رتور به وسیله ی توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدرو ژنراتور دارای قطب برجسته بوده ودارای سرعت کم می باشد.

دیزل ژنراتور :

در قدرت های کوچک و اضطراری وسیله گرداننده ی رتور دیزل است که در این مورد هم قطب های روتور آن قطب برجسته می باشد.

مولدهای AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای dc بر اساس القاء الکترومغناطیسی کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر ویک میدان مغناطیسی هستند. اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد : درحالی که در ژنراتورهای dc آرمیچر چرخیده می شود وسیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.

یک موتور سنکرون از نظر الکتریکی مشابه یک آلترناتور یا ژنراتور ac می باشد در حقیقت از نظر تئوری یک ماشین سنکرون می تواند به عنوان آلترناتور استفاده گردد که به طور مکانیکی راه اندازی شده و یا به عنوان موتوری استفاده گردد که به صورت الکتریکی راه اندازی شده باشد.بیشتر موتورهای سنکرون دارای مقدار نامی 150 کیلو وات تا 15 مگاوات بوده ودارای محدوده سرعتی rpm150 تا rpm1800 کار میکنند .بعضی از خواص مشخصه ی یک موتور سنکرون که جالب توجه است عبارتند از :

هم در سرعت سنکرون کار می کند وهم کار نمی کند یعنی در حال کار سرعترا ثابت نگه می دارد . تنها روش برای تغییر سرعت آن تغییر دادن در فرکانس تغذیه می باشد.

ذاتا خود راه انداز نبوده و مجبور استتا سرعت سنکرون با استفاده از وسیله خاص تا رسیدن به حالت سنکرون به حرکت در آید.

توانایی عمل کردن در محدوده ی وسیعی از ضریب قدرت های پس فاز و پیش فاز رادارد . لذا می تواند برای مقاصد تصحیح توان و به علاوه برا تغذیه گشتاور وراه اندازی بارها استفاده گردد.

مزایای موتور سنکرون:

این موتور دارای ضریب قدرت مناسب و قابل تنظیم است.بازده عالی دارد.در مقابل نوسان ولتاژ حساسیت ندارد.امکان بکار بردن آن به طور مستقیم با ولتاژ زیاد وجود دارد.با تحریک مناسب هیچگونه قدرت راکتیو مصرف نمیکند و فقط قدرت اکتیو مناسب می گیرد.از این موتور میتوان به عنوان مولد قدرت راکتیو برای بالا بردن ضریب قدرت خط استفاده کرد.

معایب موتور سنکرون:

یک وسیله راه اندازی اولیه که موتور کمکی و غیره می باشد احتیاج دارد.

علاوه بر جریان متناوب برای سیم پیچ استاتور ، جریان دائم برای قطبهای آن هم مورد احتیاج است در نتیجه قیمت ماشین را نسبت به مشابه خود بالا میبرد.

سرعت آن ثابت است در نتیجه قابل تنظیم نیست.

نداشتن تحمل اضافه بار ( در صورتیکه خیلی زیادتر از حد مجاز به آن بار دهند میایستد و دوباره بایستی آنرا راه اندازی کرد.)

کاربرد موتور سنکرون:

به خاطر راه اندازی مشکل موتور سنکرون ، مورد استفاده آن محدود است.

به خاطر سرعت ثابت آن، در مواردیکه دور ثابت نیاز باشد، استفاده می شود. در وسایل دقیق مانند ساعتهای الکتریکی و گرام و ....

کاربرد مهم موتور سنکرون ، برای اصلاح Cosφ است. بار روی آن قرار نداده یعنی موتور بدون بار کار میکند در این حالت موتور سنکرون را خازن سنکرون گویند.

موتور های الکتریکی (آسنکرون-یونیورسال-قطب چاکدار ) عیب یابی ورفع عیب موتور های مذکور .

موتور ها مهمترین اجزایی هستند که در لوازم برقی گردنده بکار می روند.

موتور ها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. الکتروموتور ها را می توان به سه دسته کلی تقسیم کرد

.1-موتور های آسنکرون    2 -موتور های یونیورسال     3-موتور با قطب چاکدار

موتور های آسنکرون- که با برق متناوب کار می کنند از دو قسمت روتور واستاتور ساخته شده اند.با روشن شدن موتور سیم پیچ های درون شیار های استاتور یک میدان مغناطیسی دوار بوجود می آورند که این میدان برروتور که قسمت گردنده موتور ودارای محور انتقال حرکت می باشد نیز اثر گذاشته ودر آن خاصیت مغناطیسی بوجود می آید .به هر حال با بوجود آمدن قطب های مغناطیسی هم نام وغیرهم نام عمل جذب ودفع انجام شده که باعث حرکت چرخشی روتور می گردد.برای راه اندازی موتور ها از حالت سکون روش های مختلفی بکار می برند که مهمترین آن ها عبارتند از:الف- آسنکرون با راه انداز غیر خازنی (کلاجی ) در این موتور به غیر از سیم پیچی های اصلی یک سری سیم پیچ کمکی نیز قرار دارد که میدان مغناطیسی دیگری با فاصله زمانی با میدان مغناطیسی اصلی بوجود می آورد.که باعث چرخش پرقدرت تر موتور می گردد. پس از این که سرعت موتور به 75 درصد سرعت اسمی رسید کلاج که تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز کار می کند به عنوان یک کلید عمل کرده وسیم پیچ کمکی را از مدار خارج می کند. ب - آسنکرون با راه انداز خازن موقت - این موتور ها دارای علامت اختصاری CSMمی باشند ودارای یک خازن الکترولیتی با ظرفیت حدود 200 الی 500 میکرو فاراد است که باسیم پیچ کمکی بطور سری بسته شده وهر دوی آنها باسیم پیچ اصلی موازی بسته می شوند. خازن وسیم پیچ کمکی یک اختلاف فاز ودو میدان مغناطیسی بوجود می آورد که باعث چرخش موتور می گردد. در این موتور نیز کلید گریز از مرکز سیم پیچ کمکی را از مدار خارج می کند. ج - آسنکرون با راه انداز خازن موقت وخازن دایم.(با علامت اختصاری TCM) - یکی از خازن ها پس از راه اندازی از مدار خارج شده وخازن دیگر در حالتی که با سیم پیچ کمکی سری می باشد در مدار باقی می ماند. د - آسنکرون با راه انداز خازن دایمی ( PSCM) در این موتور ها که دارای قدرت کم تری نسبت به موتور های قبلی هستند از یک خازن که با سیم پیچ کمکی سری بسته شده است استفاده شده و کلید گریز از مرکز ندارند بنابر این خازن به همراه سیم پیچ کمکی همیشه در مدار باقی است

.

شناسایی سیم پیچ های اصلی وکمکی

سیم پیچ های اصلی در زیر شیار ها و سیم پیچ کمکی در رو قرار دارند

. -سطح مقطع سیم های کمکی همیشه از سیم های اصلی کمتر است.

- سیم پیچ کمکی دارای مقاومت بیشتری (اهم بیشتر ) نسبت به سیم پیچ اصلی است وضمنا" خازن با سیم پیچ کمکی سری شده است.

عیب یابی موتور های آسنکرون - معیوب شدن موتور ها یا مربوط به قطعات برقی مثل سیم پیچ ها وخازن است یا مربوط به قطعات مکانیکی مثل بلبرینگ و بوشن ها