کاربرد موتورهای سنکرون

 

 

بررسی عملکرد موتور سنکرون

 


اهداف مبحث بررسی عملکرد موتور سنکرون

  • موتورهای سنکرون چیست ؟
  • روتور با تحریک DC
  • راه اندازی موتورهای سنکرون
  • زاویه گشتاور موتور
  • ضریب قدرت موتور
  • کاربرد موتور سنکرون
  • انواع موتور سنکرون
  • موتورهای رلوکتانسی
  • موتورهای هیسترزیس

  • موتور سنکرون چیست ؟ 

موتور سنکرون نوعی موتور AC است که صرف نظر از تنغییرات بار مکانیکی روی روتور، همواره با سرعت ثابتی می چرخد. موتورهای سنکرون براساس نوع روتور مورد استفاده، انواع مختلفی دارند. روتور با تحریک dc ، روتور رلكتانسی و روتور هیسترزیس. هر کدام از این سه نوع می توانند استاتور سه فاز، تکفاز با سیم پیچی مناسب برای اتصال به منبع سه فاز و یا تکفاز داشته باشند. موتورهای سنکرون تك فاز می توانند از نوع راه انداز مقاومتی، راه انداز خازنی، موتور با خازن دائمی و یا دارای قطب چاکدار باشند. موتور سنکرون مغناطیس دائم یکی دیگر از انواع موتورهای سنکرون است.

 

نمایی-از-موتور-سنکرون-سه-فاز-دو-پل-قطب-برجسته
نمایی از موتور سنکرون سه فاز دو پل قطب برجسته

 

ساده ترین نوع روتور که درک چگونگی عملکرد آن هم ساده باشد قطعه ای از آهن یا فولاد است که بر روی محور نصب شده و دارای قطب های برجسته ای به تعداد قطب های استاتور باشد. اگر سرعت چنین روتوری را تا نزدیک سرعت سنکرون یک میدان چهار قطب برسانیم و سپس آن را رها کنیم، روتور با سرعت سنکرون شروع به چرخش می کند. دلیل آن این است که شار همواره مسیرهایی را انتخاب می کنند که کوچکترین رلوكتانس مغناطیسی را داشته باشد و کوچکترین رلوكتانس برای مسیر شار از درون قطب های روتور است.

 

موتور-سه-فاز-سنکرون
                                                                         موتور سه فاز سنکرون

 

بنابراین روتور با میدان گردان شروع به چرخش می کند تا همواره کوچکترین رلوكتانس برای مسیر شار وجود داشته باشد. اگر منبع تغذیه دارای فرکانس ۶۰ هرتز باشد سرعت این روتور دقیقاً برابر ۱۸۰۰ دور در دقیقه است. چنین موتوری که سرعت چرخش روتور آن دقیقاً با سرعت سنکرون برابر است را موتور سنکرون می نامند.

 

 

rmf-در-موتور-سنکرون-سه-فاز

 

به صورت تئوری می توان از هر ترکیب دلخواه استاتور و روتور استفاده کرد، اما همه آن ها در عمل ساخته نمی شوند و مورد استفاده نیز قرار نمی گیرند. روش های مختلفی برای راه اندازی موتورهای سه فاز وجود دارد که می توانید اینجا بخوانید. از جمله راه اندازی مستقیم، راه اندازی با استفاده از مدار ستاره مثلث، راه اندازی با استفاده از اینورتر.


 بیشتر بخوانید:

بررسی و مقایسه انواع موتور الکتریکی

راه اندازی موتور الکتریکی تک فاز

آزمایش و عیب یابی موتور الکتریکی

بررسی موتور DC و روش های کنترل دور موتور

 


 

روتور با تحریک DC

ساختار یک روتور دو قطب در شکل نشان داده شده است. این روتور از لایه های فولادی معمولی و یک لایه سنگین مسی در هر طرف ساخته شده است. همچنان که در شکل نشان داده شده کل مجموعه توسط پرچ های مسی به یکدیگر متصل می شوند. ساختار بالا با لایه ها و پرچ های مسی شبیه روتورهای قفس سنجابی نیز عمل کرده و گشتاور القایی ایجاد می کند.

 

رتور یک موتور سنکرون با تحریک dc و دوقطب

رتور یک موتور سنکرون با تحریک dc و دو قطب.

ورقه های مسی اطراف رتور و شکل میخ پرچها در نمای برش داده شده رتور قفس سنجابی، برای راه اندازی موتور، موثر است.

 

سیم پیچی dc روتور (که با خطوط بریده نشان داده شده است) بر روی آن پیچیده می شود. دو انتهای این سیم پیچ به حلقه های لغزان و زغال ساکن متصل است. از این روتور در استاتورهای سه فاز معمولی استفاده می شود.

 

رتور یک موتور سنکرون دو قطب با تحریک dc و حلقه های لغزان آن

 رتور یک موتور سنکرون دو قطب با تحریک dc و حلقه های لغزان آن

 

 

  • راه اندازی موتور سنکرون

برای راه اندازی موتور سنکرون اگر استاتور به یک منبع سه فاز وصل شود، موتور به صورت یک موتور القایی عمل کرده و روتور تحت اثر گشتاور القایی شتاب می گیرد. در این صورت سرعت موتور تاحدود سرعت سنکرون افزایش خواهد یافت، که میزان سرعت به بار مکانیکی بستگی دارد.

 

تغذیه-موتور-سنکرون

 

دیاگرام-موتور-سنکرون
                                                                دیاگرام موتور سنکرون

 

حال اگر سیم پیچی روتور به یک منبع dc وصل شود، با توجه به اینکه سرعت نسبی شار چرخان فاصله هوایی و روتور کم است و این دو تقریباً یک سرعت دارند، با عبور آرام شار استاتور از کنار شار ایجاد شده توسط روتور، این دو میدان در یک لحظه با یکدیگر برخورد می کنند.

در این حالت سرعت روتور افزایش یافته، میدان آن با میدان استاتور قفل شده و در سرعت سنکرون می چرخد. گشتاوری که در نهایت باعث جهش روتور و قفل شدن آن در سرعت سنکرون می شود گشتاور Pull-in یا قفل کننده نام دارد، و دانستن آن اهمیت زیادی دارد.

 

مدار-یک-روش-راه اندازی-موتور-سنکرون
                                                                                         مدار یک روش راه اندازی موتور سنکرون

 

  • بار مکانیکی: زاویه گشتاور موتور

اگر بار مکانیکی کوچکی به شافت موتور متصل شود، سرعت موتور برای یک لحظه کاهش یافته به طوری که دیگر شار میدان dc دقیقاً با شار چرخان استاتور هم فاز نخواهد بود. با تثبیت موقعیت جدید روتور، سرعت آن همچنان سرعت سنکرون است، ولی این موقعیت جدید به اندازه چند درجه از روتور در حالت بی باری عقب تر خواهد بود.

این مطلب در شکل نشان داده شده است. اگر خطوط شار ایجاد شده در فاصله هوایی را شبیه رشته های لاستیک در نظر بگیریم، که روتور و میدان چرخان را به یکدیگر قفل کرده است، افزایش بار مکانیکی شافت موتور باعث بیشتر شدن زاویه عقب افتادگی روتور از میدان استاتور یعنی α و در نتیجه کشیده شدن بیشتر رشته های لاستیکی می شود. سرانجام زمانی که زاویه α به ۹۰ درجه می رسد رشته های لاستیکی پاره شده و موتور از حالت سنکرون خارج خواهد شد.

در این حالت موتور به حداکثر گشتاور خود (یعنی گشتاور pull-out) رسیده است. باید توجه داشت در صورتی که موتور دو قطب باشد، زاویه گشتاور ۹۰ درجه است. یک موتور چهار قطب زاویه مکانیکی ۴۵ درجه، و زاویه الکتریکی ۹۰ درجه دارد. با تغییر بار، موقعیت روتور تغییر کرده، به غیر از لحظاتی که به آن تغییرات بار اعمال شود، در سرعت سنکرون خود می چرخد.

توجیه این پدیده چنین است: روتور در هنگام اعمال تغییر بار نوسان کرده و سرانجام در موقعیت نهایی خود تثبیت می شود. این نوسانات در برخی کاربردها به ویژه در مواردی که از موتور برای چرخاندن نوارها و تسمه نقاله ها استفاده می شود بسیار نامطلوب است. البته به طور لحظه ای می توان از اثرات میرا کننده قفس سنجابی روتور و یا ترجیحاً نصب چرخ لنگر بر روی شافت موتور آن ها را کاهش داد.

بارگذاری بر روی یک موتور باعث افت سرعت می شود

 بارگذاری بر روی یک موتور باعث افت سرعت می شود. به گونه ای که ولتاژ منبع و ولتاژ القایی (که خلاف جهت ولتاژ منبع است)

در سیم پیچ ها، دقیقاً خلاف جهت یکدیگر قرار نمی گیرند، بلکه اختلاف زاویۀ آنها از 180 درجه کمتر است.

 

  • اهميت زاویه گشتاور موتور

می دانیم هرگاه شار هادی ها را قطع کند، ولتاژی در آن ها القا خواهد شد. به دلیل اینکه میدان ایجاد شده در فاصله هوایی دوران داشته و سیم پیچی های استاتور را قطع می کند، ولتاژی در هر فاز استاتور القا می شود. اگر موتور بی بار باشد و به صورت ایده آل هیچ گونه تلفاتی نداشته باشد، ولتاژ القا شده در هر فاز دقیقاً برابر و در خلاف جهت ولتاژ اعمال شده به آن ها است. در این شرایط هیچ جریانی در سیم پیچی های موتور به وجود نمی آید. هنگامی که یک بار مکانیکی به شافت اعمال شود، برای دادن توان لازم به بار جریان از منبع کشیده می شود، این عمل زمانی صورت می گیرد که پس افت بردار ولتاژ القایی (به اندازه α) را داشته باشیم.

اهمیت زاویه گشتاور

 

اگر ولتاژ منبع و ولتاژ القایی برابر و برخلاف جهت هم باشند، موتور ایده آل سنکرون هیچ جریانی نمی کشد.

 

در این حالت با وجود اینکه ولتاز القایی و ولتاژ اعمالی در هر فاز برابرند، اختلاف فاز آن ها ۱۸۰ درجه نیست. عاملی که باعث جاری شدن جریان در سیم پیچ می شود، ولتاژ حاصل یعنی ER است. به دلیل وجود راکتانس، این جریان پس فاز، نسبت به ولتاژی که آن را به وجود آورده، اختلاف فاز نسبتاً زیادی دارد. با توجه به دیاگرام، واضح است که این جریان می تواند، تقریباً با ولتاژ منبع هم فاز باشد.

در این حالت، توان ورودی موتور با حاصل ضرب ولتاژ هر فاز و Iline و تعداد فازها برابر است. مقدار توان مکانیکی که بر روی شافت موتور ایجاد می شود، از کم کردن تلفات از توان ورودی به دست می آید. با افزایش زاویه گشتاور ER ،α نیز افزایش می یابد و جریان و توان ورودی هر دو، زیاد می شوند.

 

  • بررسی زاویه گشتاور Pullout از نظر عددی

 اگر از خطای اندک ناشی از عدم تقارن مغناطیسی روتور دو قطب مذکور صرف نظر کرده، فرض کنیم تغییرات گشتاور به صورت سینوس زاویه α باشد، می توان درک بهتری از تأثیر زاویه گشتاور بر روی اندازه و حجم موتور داشت.

در نظر بگیرید، مصرف کننده، نیاز به موتور سنکرونی دارد که تغییرات زاویه گشتاور آن از بی باری تا بار کامل ۱۰ درجه باشد. و این مقدار توسط دستگاهی که قرار است موتور بر روی آن نصب شود تعیین می شود. می دانیم ۰/۱۷۳ =°۱۰ sin یعنی گشتاور بار کامل ۷/۳ ٪ گشتاور حداکثر است، و یا گشتاور حداکثر، ۵۸۰ % گشتاور در بار کامل است.

در طراحی های معمول موتورهای سنکرون گشتاور حداکثر، تاحدود ۲۰۰٪تا ۲۵۰٪ گشتاور در بار کامل است. یعنی ابعاد این موتور حداقل دو برابر بزرگتر از موتوری است که برای کار در زاویه گشتاور ۹۰ درجه طراحی شده است.

 

  • کنترل ضریب قدرت موتور سنکرون

یک موتور سنکرون با تحریک dc این خاصیت را دارد که برای هر بار دلخواه، جریان آن را می توان طوری تنظیم کرد، که به صورت پس فاز یا پیش فاز باشد. در شکل دیدیم که موتور به دلیل اینکه اختلاف فاز نیروی محرکه القایی در سیم پیچ ها با ولتاژ اعمال شده به فازهای آن، °۱۸۰ نبود، جریان می کشید.

کنترل ضریب قدرت موتورهای سنکرون

 

تغییر ولتاژ تحریک dc رتور باعث افزایش و یا کاهش نیروی الکتروموتوری می شود.

جریان به دلیل راکتانس القایی سیم پیچ استاتور، 90 درجه از ER، عقب تر است.

 

نیروی محرکه القایی در سیم پیچی های آن در اختلاف فاز ۱۸۰ درجه  در نظر بگیرید. ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ dc افزایش یابد. این کار باعث افزایش جریان و شار و بنابراین افزایش EMF القایی می شود. در این حالت ولتاژ ER تنها، دلیل اختلاف فاز نیست، بلکه در اثر اختلاف در اندازه ولتاژها نیز است.

موقعیت ER طوری است که جریان حاصل تقریباً ۹۰ درجه نسبت به آن پس فاز باشد و نسبت به ولتاژ اعمالی نیز، پیش فاز باشد. در این حالت موتور شبیه یک مدار خازنی جریان پیش فاز می کشد، اما توان اکتیو همچنان به صورت حاصلضرب ولتاژ خط و مؤلفه هم راستای جریان است.

به طور مشابه، با کاهش ولتاژ تحریک dc ولتاژ القایی در سیم پیچی ها کاهش یافته و باعث تغییر موقعیت ER می شود،که جریان خط نسبت به ولتاژ اعمالی پس فاز است.

از این خاصیت تنها در موتورهای سنکرون بزرگ، که ممکن است برای کار در ضریب توان یک و یا ۰/۸ پیش فاز ساخته شوند، استفاده می شود.

 

  • کاربرد موتورهای سنکرون

از موتورهای سنکرون (بزرگ) اغلب برای توان های چندین اسب بخار استفاده می شود. پمپ ها، کمپرسورها و دیگر تجهیزات صنعتی بزرگ اغلب توسط موتورهای سنکرون کم سرعت با توان های نامی در حدود hp ۲۰۰۰ به کار انداخته می شوند. مزیت عمده این موتورها ضریب توان بالا یا پیش از آن ها است، که باعث خنثی شدن جریان پس فاز کشیده شده توسط کلیه موتورهای القایی صنعتی می شود.

بنابراین یک کارخانه که صدها موتور القایی با ضریب توان پس فاز دارد، برای تعدیل و تصحیح ضریب قدرت خود، باید چندین موتور سنکرون بزرگ با ضریب توان پیش فاز را نیز داشته باشد. اغلب اوقات تصحیح ضریب توان کلی یک کارخانه منجر به کاهش هزینه های مصرفی تعیین شده توسط شرکت های توزیع می شود.

از طرف دیگر از موتورهای سنکرون با تحریک dc کوچک و توان های کمتر از hp 1، برخی اوقات در انواع معینی از درایوهای دقیق استفاده می شود. از جمله این کاربردها می توان برخی زمینه های قدیمی تلویزیون، تجهیزات رادار و یا درایوهای نواری را ذکر کرد. به طور کلی نسبت توان به حجم این موتورهای سنکرون در مقایسه با انواع سنکرون دیگر بیشتر است، از طرفی قیمت آن ها نیز بیشتر است. 

 


 بیشتر بخوانید:

اساس کار موتور الکتریکی

بررسی صفر تا صد الکتروموتور دالاندر

پلاک خوانی الکتروموتور سه فاز

طرز کار اینورتر صنعتی اشنایدر


  • انواع موتورهای سنکرون

  • موتور سنکرون با تحریک DC
  • موتور سنکرون مغناطیس دائم
  • موتور رلوکتانسی
  • موتورهای هیسترزیس

در ابتدای این مبحث به موتورهای سنکرون با تحریک DC اشاره شد حال به بررسی سایر انواع موتورهای سنکرون می پردازیم:

 

 

 

موتور سنکرون مغناطیس دائم

قسمت های تشکیل دهنده موتور سنکرون مغناطیس دائم شامل استاتور، رتور و آهنربای دائمی است.

 

اجزای-موتور-سنکرون-مغناطیس-دائم
                                               اجزای موتور سنکرون مغناطیس دائم

 

از آهنربای دائم به منظور ایجاد میدان مغناطیسی رتور و تقابل آن با میدان حاصل از استاتور، برای ایجاد گشتاور و حرکت در موتور استفاده می شود. با وجود این آهنربا دیگر نیاز به سیم پیچ های تحریک در رتور نیست و نتیجه این امر این استه که تلفات مسی مربوط به سیم پیچی رتور دیگر وجود ندارد.

 

ساختار-موتور-مغناطیس-دائم

 

در واقع به دلیل ایجاد میدان مغناطیسی ثابت در رتور، این موتورها از سیم پیچ القایی برای راه اندازی استفاده نمی کنند و باید دارای درایو استاتور با فرکانس متغیر با کنترل الکترونیکی باشند.

 

 

 

 

موتور رلوکتانسی

در این نوع موتور فاصله هوایی بین استاتور و رتور یکسان نیست و رتور به منبع DC متصل نمی شود و قادر به حرکت آزادانه است. رلوکتانس نسبت نیروی محرکه مغناطیسی به شار مغناطیس است. با توجه به این که به مقاومت مدار مغناطیسی رلوکتانس گفته می شود، باید گفت که رلوکتانس به فاصله هوایی بستگی دارد. یعنی هرچه فاصله هوایی بیشتر باشد، رلوکتانس نیز بیشتر خواهد بود و برعکس.

 

ساختار-موتور-رلوکتانسی

 

یکنواخت نبودن فاصله هوایی بین رتور و استاتور باعث می شود که با چرخش رتور، رلوکتانس بین استاتور و رتور تغییر کند.

موتورهای رلوکتانسی برای عملکرد به صورت مستقیم با منبع سه فاز حتماً به مبدل نیاز دارند.

رتور موتور رلوکتانسی از آهن و استاتور آن سیم پیچی شده است. استاتور این موتورها چندفازه با  فازهای مستقل است که باعث می شود با بروز خطا در یک فاز، موتور به حرکت خود ادامه می دهد و تنها افزایش ریپل گشتاور را به دنبال دارد.

سوئیچینگ مبدل بر مبنای موقعیت رتور و جریان های استاتور صورت می گیرد. 

 

ساختار-یک-نمونه-موتور-رلوکتانسی-ساده
                                                       ساختار یک نمونه موتور رلوکتانسی ساده

 

دوباره روتور دو قطب نشان داده شده در شکل رتور با تحریک DC را در نظر بگیرید. اگرچه در این روتور حجم نسبتاً زیادی به سیم پیچ de اختصاص داده شده است، بدون این سیم پیچی نیز روتور در سرعت سنکرون راه اندازی می شود. شبیه جریان الکتریکی که از مسیر با حداقل مقاومت الکتریکی عبور می کند، شار مغناطیسی نیز تمایل به عبور از مسیر با حداقل مقاومت مغناطیسی را دارد.

اگر این روتور در یک میدان دو قطب چرخان قرار گیرد، تحت اثر گشتاور القایی شتاب می گیرد، در صورتی که اینرسی بار زیاد نباشد روتور تحت اثر گشتاور رلوكتانسی (که به دلیل تمایل قطب های روتور برای همسویی با میدان چرخان ایجاد می شود) در سرعت سنکرون قفل می شود. می توان گفت به این دلیل شار مسیر طولی قطب ها را انتخاب می کند که نسبت به مسیر عمودی فاصله هوایی کوچکتر و در نتیجه رلوكتانس کمتری دارد. این نوع موتور، موتور سنکرون رلوكتانسی نامیده می شود.

در شکل زیر یک لایه از یک روتور چهار قطب نشان داده شده است. همان طور که دیده می شود، برای تشکیل قطب ها چهار قسمت از محیط آن به طور متقارن برش داده شده است. سوراخ های مخصوص نصب میله های القایی (که در شکل فقط دوتای آنها دیده می شود) در تمامی محیط روتور به طور یکنواخت وجود دارد.

برای ساختن روتور، تعدادی از این لایه ها بر روی یکدیگر و درون یک قالب قرار داده می شوند، و همانند روتورهای قفس سنجابی معمولی به آن ها آلومینیم تزریق می کنند. سپس چهار بخش برش داده شده مجدد توسط آلومینیم پر می شوند. به دلیل اینکه آلومینیم ماده ای غیر مغناطیسی است، هیچ گونه اثری نیز بر مسیرهای شار ندارد. 

موتور های رلوکتانسی انواع مختلفی دارند 

  • موتور  سنکرون رلوکتانسی
  • موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده
  • موتور رلوکتانس پله ای
  • موتور رلوکتانس سوئیچینگ شار

در ادامه موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده و جزئیات آن را بررسی می کنیم.

 

 

رتور قفسه سنجابی

یک نوع متداول از رتور قفسه سنجابی، که برای یک موتور سنکرون چهارقطب و از نوع رلاکتانسی ساخته شده است.

با چهار بخش روی محیط که برای قرار دادن سیم پیچ بر روی آن است، نشان داده شده است.

 

 

 

موتور رلوکتانس سوئیچ شونده

این موتور فاقد جاروبک یا آهن ربای دائمی است و رتور جریان الکتریکی ندارد. رتور خود را با میدان مغناطیسی استاتور هم راستا می کند. در حالی که سیم پیچ های میدان استاتور به ترتیب دارای انرژی می شوند که این امر چرخش میدان استاتور را فراهم می کند.

 

موتور-رلوکتانسی-سوئیچ-شونده

 

شار مغناطیسی تولید شده به وسیله سیم پیچ های میدان، مسیر کمترین رلوکتانس مغناطیسی را دنبال می کند. در واقع عبور شار از قطب هایی از رتور است که به قطب انرژی دار استاتور نزدیک تر هستند. این موضوع مغناطیسی شدن قطب های رتور و تولید گشتاور را به دنبال دارد. (رتور به سمت نزدیک ترین قطب استاتور حرکت می کند). به موتورهای رلوکتانس سوئیچ شونده، موتور رلوکتانس متغیر نیز گفته می شود.

در موتورهای رلوکتانس متغیر، رلوکتانس تابعی از موقعیت رتور است.

 

تأثیر-موقعیت-رتور-در-موتور-رلوکتانس

 

با چرخش رتور سیم پیچ های مختلف دارای انرژی و باعث نگه داری چرخش رتور می شوند.

 

عملکرد-موتور-رلوکتانس-سوئیچ شونده

 

موتور-رلوکتانس-متغیر-و-نمودارهای-آن

 

  • مقایسه موتور سنکرون رلوکتانسی با موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده

چگالی توان در موتور سنکرون رلوکتانسی متوسط است و این پارامتر در موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده بسیار خوب است.

در موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده کنترل موقعیت، عالی و بهتر از کنترل موقعیت در موتور سنکرون رلوکتانسی است. 

ریپل گشتاور در موتور سنکرون رلوکتانسی کم است که این پارامتر در مورد موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده در حد متوسط است.

 

 

  • آرایش های دیگر روتور رلوکتانسی

 در شکل زیر نوع پیچیده تری از یک روتور رلوكتانسی نشان داده شده است. این روتور نیز برای کار در داخل یک استاتور چهار قطب ساخته شده است. حال مسیر شار را هنگامی که از شکاف هوایی گذشته و وارد روتور می شود بررسی می کنیم. یکی از مسیرها می تواند مسیر امتداد شکاف های منحنی داخل روتور باشد که در این مسیر رلوكتانس حداقل است.

حال اگر شار را به اندازه ۴۵ درجه، دوران دهیم، عبور آن از طریق شکاف های هوایی αα و مسیرهای مشابه صورت می گیرد. با توجه به شکل واضح است که این مسیر حداکثر رلوكتانس را دارد. موتورهای از این نوع – که طراحی خوبی داشته باشند – از لحاظ نسبت خروجی به مقدار ماده مصرفی فعال، کارایی در حد موتورهای القایی مشابه را دارند.

گشتاور رلاکتانسی بزرگ توسط رتور سنکرون به دست می آید

گشتاور رلوکتانسی بزرگ توسط رتور سنکرون به دست می آید

 

 

موتور هیسترزیس

در مورد تلفات هیسترزیس می دانیم که تغییر جهت شار باعث اصطکاک داخلی مولکول ها و حوزه های مغناطیسی شده که در نتیجه آن مقداری انرژی به گرما تبدیل می شود. شکل زیر یک موتور هیسترزیس و اجزای تشکیل دهنده آن را نشان می دهد:

موتور-هیسترزیس-و-اجزای-تشکیل دهنده-آن

 

در شکل زیر فرض شده میله ای از جنس یک آلیاژ ویژه در داخل یک پیچک قرار داده شده و پیچک توسط یک جریان مستقیم و قابل کنترل تحریک می شود. همچنان که در دیاگرام مولدی نشان داده شده مقدار و جهت این جریان می تواند تغییر کند. اکنون در نظر بگیرید که جریانی در پیچک جاری است و شار ایجاد شده در هسته در نقطه α قرار دارد.

اگر جریان را کاهش دهیم تا به صفر برسد، در این حالت هسته آهنی هنوز هم خاصیت مغناطیسی داشته، شار آن در نقطه b قرار دارد. جریان را معکوس کرده و در جهت عکس آن را زیاد می کنیم. برای به صفر رسانیدن شار هسته همچنان که در شکل نشان داده شده است (نقطه c)، به جریانی در جهت عکس نیاز است.

با افزایش بیشتر این جریان معکوس، هسته در جهت عکس مغناطیس شده و شار هسته به نقطه d می رسد. با کاهش مجدد جریان و رساندن آن به مقدار صفر شار هسته در نقطه e و در جهت عکس قرار می گیرد. در مرحله نهایی مجدداً جریان را معکوس کرده و در جهت اولیه، آن را افزایش می دهیم. در این حالت مسیر طی شده توسط شار هسته در امتداد خط ea بوده و نقطه نهایی همان نقطه آغاین یعنی به خواهد بود.

منحنی مغناطیس شدگی و از حالت مغناطیسی خارج شدن یک بار فولادی

 

 منحنی مغناطیس شدگی و از حالت مغناطیسی خارج شدن یک بار فولادی.

حتی اگر نیروی مغناطیسی آن با جریان سیم پیچی تا صفر کاهش یابد. شار مغناطیسی در مقدار ob یا oc ثابت می ماند.

 

بنابراین، هرگاه هسته در یک جهت مغناطیس شود، تمایل به حفظ خاصیت مغناطیسی دارد. اگر جریان (و آمپر دورها یعنی NI) صفر شود، شار ob در هسته باقی می ماند. برای به صفر رساندن این شار، به یک نیروی مغناطیسی منفی (برابر با oc) نیاز داریم.

این حلقه را حلقه هیسترزیس می نامند. هسته های مختلف، منحنی های هیسترزیس متفاوتی دارند. اگر در موتورهای القایی معمولی سه فاز یا تک فاز، رتور را برداریم، و به جای آن یک رتور استوانه ای از یک آلیاژ فولادی مناسب و بدون میله های القایی قرار دهیم، سپس سیم پیچی های استاتور را به یک منبع ولتاژ مناسب وصل کنیم، رتور شروع به چرخش نموده و سرعت آن افزایش خواهد یافت تا به سرعت سنکرون برسد.

در این حالت استوانه فولادی مذکور مانند رتور قفس سنجابی عمل کرده و جریان های گردابی با مسیرهای کاملاً پیچیده در آن جاری می شود. بنابراین گشتاورهای راه اندازی و شتاب گیری موتور هر دو ناشی از جریان های گردابی هستند.

در سرعت سنکرون، قابلیت روتور در حفظ خاصیت مغناطیسی گشتاور ایجاد می کند. حداکثر گشتاور، در این حالت به وسیله سطح حلقه هیسترزیس تعیین می شود. این موتورها در اشکال مکانیکی متعددی ساخته می شوند. یک روتور نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

نمایش بخش میانی یک رتور نوع هیسترزیس

 نمایش بخش میانی یک رتور نوع هیسترزیس

 

ساختار-موتور-هیسترزیس

 

 

  • کاربرد موتور هیسترزیس

موتورهای هیسترزیس خیلی کوچک با توان  1/1000 hp ام، به راحتی و با هزینه نسبتاً کمی تولید می شوند. موتورهای ساعت و یا دیگر دستگاه های زمانی از این نوع هستند.

با افزایش ابعاد موتور، هزینه ساخت آن سريعاً و با شیب نسبتاً زیادی افزایش می یابد. در این موتورها فولاد آلیاژی مورد استفاده در روتور، گران بوده و اگر روتور یک موتور سنکرون نوع رلوكتانسی را با یک رتور هیسترزیس مناسب جایگزین کنیم، توان موتور افزایش می یابد، و Tmax کاهش می یابد. در نتیجه موتور اولیه به یک موتور ضعیف تر با بازدهی کمتر تبدیل می شود. بنابراین برای مقادیر نامی مشابه، موتور هیسترزیس نسبت به موتورهای رلاكتانسی حجم بزرگتری دارد.

در این موتورها روتور کاملاً متقارن است. بنابراین یک روتور در یک میدان دو، چهار، شش و یا هشت قطب مورد استفاده قرار می گیرد. در برخی درایوهای نواری و دستگاه های زمانی به موتورهای با چند سرعت مثلاً ۱۸۰۰ و ۲۰۰۰ دور در دقیقه است، در این حالت با تعبیه دو مجموعه سیم پیچی بر روی استاتور (چهار و شش قطب) و تغییر وضعیت دادن از یکی به دیگری، سرعت های مختلفی به وجود می آیند.

البته این کار در موتورهای رلوكتانسی امکان پذیر نیست. با وجود این می توان آن ها را طوری ساخت، که در سرعت هایی با نسبت ۲۱ مثلا ۳۶۰۰ و ۱۸۰۰ دور بر دقیقه کار کنند، توان خروجی نیز با تغییر سرعت تغییر خواهد کرد.

 

 

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات