کارآموزی و پروژه- کارگاه سیم پیچی ماشینهای الکتریکی-در قالبdocx - در 45 صفحه

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
2- اهداف طرح
 آشنایی با موضوع       
3- اهمیت و دلیل انتخاب طرح
انجام تکلیف درسی
4- موانع و محدودیت های طرح
کمبود امکانات مالی و کمبود تجربه ی کافی
                               
5- تعریف واژه ها و اصطلاحات کلیدی
القا: هرگاه دو سیم پیچ در جوار یکدیگر باشند و از یکی از آنها جریان عبور کند از سیم پیچ دومی نیز جریانی عبور می کند به ای طریقه القا می گویند.

رله : وسیله ای است برای حفاظت مدار در مقابل خطا هایی که در مدار صورت می گیرد تا صدمه ای به قسمتهای مهم وارد نیاید .

برق ac : برق ac دارای دوره ی تناوب سینوسی است یعنی نوسان دارد مانند برق شهر که از این نوع است .

برق dc : این نوع دارای شکل خطی و یکنواخت است مانند برق باطریها که اینگونه هستند.

فرو مغناطیس : یک نوع فلز است که دارای ضریب نفوذ پذیری یا قدرت انتقال جریان را به نحو بهتری انجام می دهد .

روتور: قسمت دوار یا متحرک داخلی ماشینهای الکتریکی دوار را گویند که کار انجام می دهد.

استاتور : قسمت خارجی و ثابت بیرونی ماشین های الکتریکی دوار را گویند که میدان را بوجود آورده و در روتور القا می دهد .

میکرو متر : وسیله ای است دقیق برای بدست آوردن قطر سیم که با آن سیم پیچی می کنند .

کلاف: متشکل از تعدادی دور سیم که به صورت حلقه پیچیده شده است و یک کلاف را بوجود آورده است .

6- روش های جمع آوری اطلاعات

الف: روش کتابخانه ای : کتاب
ب: روش میدانی : مصاحبه

7- تاریخچه طرح یا قلمرو طرح
ماشینهای الکتریکی نقش ارزنده ای در زندگی بشر متمدن ایفا می کند . اکنون در سراسر گیتی در کلیه ی دانشگاههای مهندسی برق درس ماشینهای الکتریکی به نحوی تدریس می گردد کاربردی که می توان گفت ماشینهای الکتریکی از نوع موتور ، حرکت را برای انسانها به ارمغان می آورند . و ژنراتور برق را که هم اکنون چیزی حیاتی است را برای بشر به وجود می آورد مانند سد های آبی که با عبور آب حرکت پدید آمده و ای حرکت، برق تولید می کند و روشنایی و آسایش را به منازل می آورد . و این همه از کاربردهای ماشین های الکتریکی می باشد و این طرح برای راه اندازی مجدد ماشین های الکتریکی کوچک و خانگی است که بسیار از آنها استفاده می شود .

بخش اول- اصول کار ماشین های الکتریکی :

اصول ماشینهای الکتریکی این است که انرژی الکتریکی را به مکانیکی و بالعکس تبدیل می کند. ماشینهای القایی و ماشینهای جریان مستقیم (DC) ماشینهای القایی و ماشینهای سنکرون مهمترین دستگاههایی هستند که اینگونه تبدیل انرژی را انجام میدهند .

در دستگاههای دیگر همچون محرک ها یا عمل کننده ها ، و رله ها در اثر تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی حرکت خطی پدید می آيد. در همگی این دستگاهها مواد مغناطیسی برای شکل دادن و جهت بخشیدن میدانهای مغناطیسی به کار آمده وبه منزله ی واسطه ای در فرایند تبدیل انرژی عمل می کنند .

امتیاز اساسی به کار گرفتن ماده ی مغناطیسی در ماشینهای الکتریکی به این دلیل است که چگالی شار بزرگی در ماشین حاصل شود و به این ترتیب به تولید گشتاوری زیاد یا خروجی افزونی به ازاء واحد حجم منجر می گردد . به سخنی دیگر با به کار گیری مواد مغناطیسی ابعاد ماشینهای الکتریکی به نحو چشم گیری کاهش می یابد .

برخی از مصرف کنندگان چون لامپهای روشنایی و گرمکن ها به انرژی الکتریکی نیاز داشته و برخی دیگر چون سیستمهای نورد در کارخانجات ذوب آهن به انرژی مکانیکی نیاز دارند. انرژی الکتریکی می تواند به انرژی مکانیکی مبدل شود و بالعکس .دستگاههایی که این دو انرژی را به یکدیگر مبدل می سازند، ماشین های الکتریکی نام دارند. فرآیند تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و بالعکس تبدیل انرژی الکترو مکانیکی نامیده می شود لذا ماشین الکتریکی رابطی بین سیستم الکتریکی و سیستم مکانیکی محسوب می شود.

در این ماشینها فرایند تبدیل انرژي بر گشت پذیر است، اگر ماشین الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی مبدل سازد موتور نام دارد و اگر این ماشین انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند به ان ژنراتور (مولد) می گویند.در ماشینهای الکتریکی اعم از موتور یا مولد اگر سیستم الکتریکی AC باشد .موتور یا ژنراتور را AC می نامند . اگر سیستم الکتریکی در این ماشین هاDC(جریان مستقیم) باشد موتور ومولدرا DC گویند درسیستم های مکانیکی والکتریکی ماهیتاً با یکدیگر متفاوتند در سیستم الکتریکی کمیت هایی چون ولتاژ و جریان خود نمایی می کنند اما در سیستم مکانیکی گشتاور و سرعت از کمیتهای اساسی آن به شمار می روند.

در این ماشین ها فرآیند تبدیل انرژی از فرم الکتریکی به مکانیکی و بالعکس از دو پدیده الکترو مغناطیسی زیر نشات می گیرد .

الف:اگر یک هادی در میدان مغناطیسی حرکت کند ، در هادی ولتاژ القاء می گردد.

ب:اگر هادی حامل جریان در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد ، به آن هادی نیروی مکانیکی وارد می شود باید دانست دو پدیده فوق الذکر هرگاه انرژی از فرم الکتریکی به مکانیکی یا بالعکس تبدیل شود ، همزمان رخ خواهد داد . گفتنی است که:

         1- در حالت موتوری ، از طریق سیستم الکتریکی ، جریان وارد هادی هایی می شود و این هادی ها درون میدان مغناطیسی قرار گرفته اند . لذا بر هر هادی نیرو اعمال می گردد . اگر هادی ها بر روی قسمتی قرار گرفته باشند که آزادانه بتواند حرکت کند ، گشتاور الکترو مغناطیسی حاصل گشته وآن قسمت متحرک را تحت سرعتی به حرکت در می آورد . حال پس از حرکت هادی ها در مي يابيم که این هادی ها درون میدان مغناطیسی می چرخند .ولذا درون آنها ولتاژ القاء میگردد.

         2- در حالت ژنراتوری ، فرایند معکوس صورت می پذیرد . یعنی قسمت متحرک ماشین (روتور) توسط محرک اولیه مانند توربین بچرخش درمی آيد. با بچرخش در آمدن هادی های روتور در آنها به خاطر وجود میدان مغناطیسی، ولتاژ القا میگردد .اکنون اگر بار الکتریکی به سیم پیچ حاصله توسط این هادی ها وصل گردد ، جریان جاری می شود و توان الکتریکی به مصرف کننده تزریق خواهد شد. باید دانست پس از برقراری جریان دوباره مساله نیرو گشتاور نیز در ژنراتور خودنمایان می شود . این گشتاور در جهت مخالف گشتاور اعمال توسط محرک اولیه (توربین) خواهد بود. ماشینهای سنکرون ، DC و القایی که بر اساس تبدیل انرژی الکترو مکانیکی عمل می نمایند در صنعت بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.

مدارهای مغناطیسی :

مدارهای مغناطیسی ماشینهای الکتریکی ممکن است فقط از مواد فرو مغناطیسی تشکیل شده باشند (ترانسها) یا از مواد فرو مغناطیسی در پیوند با شکاف هوایی (فاصله هوایی )فراهم آمده باشند (ماشینهای الکتریکی دوار ) ، در اکثر ماشینهای الکتریکی به جزء ماشینهایی با آهن ربای دائم ، میدان مغناطیسی یا شار به کمک عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ هایی که بر روی مواد مغناطسی پیچیده می شوند ،ایجاد می گردد . هرگاه از یک هادی جریان عبور کند ، میدان مغناطیسی در اطراف هادی شکل می گیرد .

اگر در هسته با افزایش جریان ، شدت میدان مغناطیسی افزون شود . چگالی شار در هسته تغییر یافته و افزایش می یابد ، چگالی شار در ناحیه ای که شدت میدان مغناطیسی اندازه های کمی دارد ، تقریباً به گونه ای خطی افزایش می یابد ، در حالی که در اندازه های بیشتر ، تغییرات چگالی غیر خطی است .

به عبارت دیگر ماده ی مغناطیسی اثر اشباع را از خود نشان می دهد . مقاومت مغناطیسی ( رلوکتانس) مسیر مغناطیسی به چگالی شار بستگی دارد ، آنگاه که چگالی کم است مقاومت مغناطیسی کوچک است و هرگاه بزرگ است رلوکتانس نیز زیاد است ، از این نظر مدار مغناطیسی با مدار الکتریکی متفاوت است . زیرا عموماً مقاومت به جریان در مدار الکتریکی بستگی ندارد ، حال آنکه مقاومت مغناطیسی به چگالی شار مدار مغناطیسی وابسته است .

 تلفات پس ماند ( هیسترزیس ):

حلقه های هیسترزیس با عبور جریان که به آرامی تغییر می کند در طی یک سیکل کامل به دست آمده است . در یک سیکل کامل جریان ، در چند دوره زمانی انرژی به سیستم هسته – سیم پیچ روانه می شود و در چند دوره ی زمانی دیگر انرژی به منبع باز می گردد . انرژی وارده به سیستم همواره بیشتر از انرژی برگشتی به منبع است . لذا در یک سیکل کامل از جریان که تغییرات (اچ) را به دنبال دارد مقداری از انرژی تلف می شود ، این تلف انرژی در هسته به صورت گرما آشکار می شود .تلفات توان هسته به خاطر پدیده پس ماند به تلفات پس ماند معروف است .که اندازه ی حلقه هیسترزیس با تلفات هیسترزیس متناسب است .

تلفات جریان گردابی :

از آنجایی که از مسیری که بر روی سطح مقطع هسته است شار در بر گرفته شده و این شار با زمان تغییر می کند ، لذا در آن ولتاژ القا می گردد . از این رهگذر جریان که به جریان گردابی معروف است ، گِردا،گرد مسیر حرکت خواهد کرد. چون ماده ی هسته دارای مقاومت است تلفات توان به سبب جریان گردابی به شکل گرما در هسته ظاهر می شود . و به دو شیوه کاهش می یابد :

         1- ماده با مقاومت زیاد به کار برده شود . افزودن در صد نا چیزی از سیلیکون به آهن ، مقاومت را به شدت افزایش می دهد .

         2- هسته لایه لایه (مورق) به کار برده شود ، در این حالت لایه های نازک ، از یکدیگر عایق بندی شده اند به ماشینهای الکتریکی قسمت هایی که در تحت تاثیر شارهای وابسته به زمان است به صورت مورق ساخته می شود .

بعضی از ماشینهای الکتریکی برای ایجاد میدان مغناطیسی از سیم پیچ یا آهن ربا استفاده می کنند ، برای ایجاد میدان توسط آهن ربا اینگونه است که فلزاتی همچون آهن ، نیکل و کبالت را که اصطلاحاً آهن سخت می گویند تحت تاثیر عملکرد حرارتی قرار داده می شوند تا استحکام مکانیکی در آنها پدیدار گردد ، و با اعمال نیرو محرک مغناطیسی زیاد به سیستم ، با برداشتن این نیرو ، چگالی شار به میزان چگالی شار ، پس ماند در سیستم باقی می ماند ، و در ماشینهای تولید میدان توسط سیم پیچ از سیم پیچ و اعمال جریان در آنها این میدان را تولید می کند . (مواد آهن ربای دائم از جنس فریت است).

مبدل های انرژی مکانیکی عموما از سه قسمت تشکیل شده اند .

1-سیستم الکتریکی 2- سیستم مکانیکی 3- میدان مغناطیسی رابط یا میدان پیوند دهنده ها

انرژی الکتریکی ورودی = انرژی مکانیکی خروجی + تلفات انرژی + افزایش انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی پیوند دهنده

تمام این تلفات به انرژی حرارتی مبدل شده وبه هدر می رود.

عمدتاً ماشینهای الکتریکی دوار از دو قسمت اصلی تشکیل شده اند :

1- قسمت ساکن که به استاتور معروف است
2- قسمت دوار که به روتور موسوم است

روتور بر روی محور نصب شده و آزادانه می تواند بین قطبهای استاتور بچرخد و این بدان معنی است که استاتور و روتور هر دو حاوی سیم پیچ حامل جریان هستند

ماشین القایی:
در این ماشینها سیم پیچی استاتور به سیم پیچی آرمیچر و سیم پیچی میدان (تحریک)عمل می کند. هرگاه سیم پیچی استاتور به شبکه AC وصل شود ،در شکاف هوایی درون ماشین شار گردانی شکل می گیرد که تحت سرعت سنکرون می چرخد. این شار دوار در سیم پیچهای روتور استاتور ولتاژ القا میکند . اگر مدار روتور بسته باشد ، در روتور جریان القایی پدید می آید . در اثر شار گردان و جریان روتور ، گشتاور حاصل می شود.

سیم پیچی روتور می تواند شبیه سیم پیچی استاتور باشد و به آن روتور سیم بندی شده گویند. روتور ممکن است از نوع قفسی سنجابی ساخته شده باشد . سرعت روتور در شرایط ماندگار خیلی به سرعت روتور نزدیک است، ولی هیچگاه سرعت روتور یا محور مساوی سنکرون نخواهد شد.

 ماشین های سنکرون :

در این ماشین ها سیم پیچی میدان (تحریک)بر روی روتور قرار دارد و استاتور حاوی سیم پیچی آرمیچر است. سیم پیچی میدان توسط جریان DC تحریک می شود تا شار در شکاف هوایی درون ماشین شکل گیرد. هرگاه روتور بچرخد، در سیم پیچی آرمیچر که در استاتور جا سازی شده است ولتاژ القا می گردد.جریان آرمیچر در این ماشین ها شار گردانی در شکاف هوایی پدید می آورد که سرعت دوران این شار با سرعت چرخش روتور برابر است و لذا به این ماشین ها لفظ ماشین های سنکرون ( همزمان) اطلاق می گردد . باید دانست که ماشینهای سنکرون جزء ماشینهای جریان متناوب محسوب می شوند.

روشهای تحلیلی نشان میدهد که در ماشینهای DC ، توزیع شار روتور و استاتور در فضا ثابت است . در این ماشین ها چون این دو شار مایلند در یک راستا قرار گیرند، گشتاور حاصل می شود.

ماشینهای القایی جزء ماشینهای AC محسوب می شود و از نظر ساختاری با ماشین DC متفاوت است ، اما اصول کار آن مشابه اصول کار ماشینهای DC است . روشهای تحلیلی نشان میدهد که شار گردان روتور و شار گردان استاتور در شکاف هوایی هم سرعت بوده و به قول معروف همزمانی بین آنها بر قرار است . در این ماشین ها زاویه ای بین توزیع شار روتور و توزیع شار استاتور وجود دارد و به ان زاویه گشتاور گویند . در این ماشینها به خاطرآن که شار های روتور و استاتور مایلند در یک راستا قرار گیرند گشتاور حاصل می شود . خلاصه که ماشین های AC از نظر ساختمان با ماشینهای DC متفاوتند ، اما اصول بنیادی آنها یکسان است.

مو تورهای سنکرون دارACم پیچی بر روی روتور بوده که با منبع DC تغذیه می شود و استاتور آن حاوی سیم پیچ است که توسط منبع AC برقرار می گردد اگر سرعت زاویه ای برابر با صفر باشد ، گشتاور متوسط حاصل شده ولذا مو تورهای سنکرون خود راه انداز نیستند.اگر استاتور حاوی یک سیم پیچی باشد ، موتور سنکرون را تک فاز گویند که دارای تلفات انرژی و سر و صدای زیاد هستند و اصولاً موتور های سنکرون را سه فا