دینام

دستگاهی که نیروی مکانیکی را به نیروی الکتریکی تبدیل کند و بالعکس .
ژنراتورها وموتورهاي الكتريكي
مقدمه: ژنراتورها و موتورهاي الكتريكي گروه از وسايل استفاده شده جهت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي يا برعكس . توسط وسايل الكترومغناطيس هستند . يك ماشيني كه انرژي الكتريكي به مكانيكي تبديل مي كند موتورنام دارد.و ماشيني كه انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند ژنراتور يا آلترناتور يامتناوب كننده يا دينام ناميده مي شود .
دو اصل فيزيكي مرتبط با عملكردموتورهاوژنراتور ها وجود دارد. اولين اصل فيزيكي اصل القايي الكترومغناطيسي كشف شده توسط مايكل فارادي دانشمند بريتانيايي است.

اگر يك هادي در ميان يك ميدان مغناطيسي حركت كند يا اگر طول يك حلقه ي القايي ساكني جهت تغيير استفاده شود. يك جريان ايجاد مي شود يا القا مي شود در كنتاكنتور بحث اين اصل اين است كه در مورد واكنش الكترومغناطيسي بحث مي كند و اين كه اين واكنش در ابتدا توسط آندر مري آمپر در سال ۱۸۲۰ كه دانشمند فرانسوي است كشف شد.اگر يك جريان از ميان يك كنتاكتور كه در ميدان مغناطيسي قرار گرفتند عبور كند . ميدان نيروي مكانيكي بر آن وارد مي كند .
ساده ترين ماشيني هاي ديناموالكتريك ديسك ديناميكي است كه توسعه يافته توسط افرادي است كه آن شامل يك صفحه ي مسي پيچيده شده است. كه اين پيچش از مركز تالبه وجود دارد .و بين قطبهاي يك آهنرباي سمبر اسبي است .

وقتي ديسك مي چرخد يك جريان بين مركز ديسك ولبه ي آن توسط عملكرد ميدان آهنربا القا مي شود كه ديسك يا صفحه ميتواند ساخته شود. جهت عمل كردن به عنوان يك موتور توسط بكار بردن يك ولتاژ بين لبه ي ديسك و مركزش كه اين به علت چرخش ديسك به دنده بدليل نيروي توليد شده توسط واكنش مغناطيس است . ميدان مغناطيسي آهن رباي دائم به اندازه ي كافي براي كار كردن كافي است . كه حتي به عنوان يك موتور يا دينام كوچك بكار مي رود ( كار مي كند). در نتيجه براي ماشين هاي بزرگتر آهنرباي بزرگتري بكار مي رود. هم موتور ها وهم ژنراتورها داراي دو اصل هستند : قسمتها وميدان كه آهنرباي الكترومغناطيسي با سيم پيچ هايش و آرميچر و ساختاري كه از كنتاكتور حمايت مي كند و كار قطع ميدان مغناطيسي وحمل جريان القا شده ژنراتور يا جريان ناگهاني به موتور را دارد است. آرميچر معموﻸ هسته ي نرم آهني اطراف سيم هاي القايي كه دور سيم پيچ ها پيچيده شده اند است.

موتور هاي AC:
دو نوع اساسي موتور ها طراحي شده اند براي عمل كردن بر روي جريان متناوب پولي فاز موتور هاي سنكرون و موتور هاي القايي موتور هاي سنكرون اساسآ يك تناوب گر(آلترناتور) سه فاز است كه بصورت معكوس كار مي كند. آهنربا هاي ميدان روي رتور پيچيده شده اند توسط جريان مستقيم تحريك شده اند و سيم پيچ آرميچر به سه قسمت تقسيم مي شود و با جريان متناوب سه فاز تغذيه مي شوند . تغيير موج هاي سه فاز جرياندر آرميچر واكنش متغيير مغناطيس را با قطبهاي آهنربا هاي ميدان سبب مي شوند. و چرخش ميدان با يك سرعت ثابت كه اي سرعت ثابت توسط فركانس جريان در خط قدرت AC تعيين مي شود را سبب مي گردند سرعت موتور سنكرون در وسايل خاصي سودمند است. همچنين در كاربدهايي كه

بار مكانيكي روي موتور خيلي زياد مي شود و نيز موتور هاي سنكرون نمي توانند استفاده شوند. بخاطر اينكه اگر موتور سرعتش كاسته شود تحت بار آن يك مرحله عقب مي ماند . در واقع يك پله كاسته مي شود با فركانس جريان و منجر به توقف موتور مي شود موتور هاي سنكرون مي توانند ساخته شوند براي عملكرد از يك منبع قدرت تك فاز توسط با شاكل شدن عناصر مدار مناسب كه يك ميدان مغناطيسي چرخش را سبب مي شود ساده ترين موتور هاي الكتريكي نوع قفس سنجابي موتور هاي القايي استفاده شده بايد يك تغذيه سه فاز مي باشد استاتور يا ارميچر ساكن از موتور قفس سنجابي شامل سه سيم پيچ ثابت مشابه با آرميچر موتور سنكرون مي باشد عصر چرخشي متشكل از يك هسته: در قسمتي كه يك

سري از كنتاكتور ها سنگين نظم داده ومنظم شده اند وقرار گرفته اند بصورت يك دايره در اطراف شافت (ميله) و موازي با آن برداشتني هستند كنتاكتور هاي روتور به شكل قفسه اي استوانه اي و مشابه به ان استفاده مي شوند بصورت سنجابي (كار مي كنند) جريان سه فاز در سيم پيچ هاي استاتور جاري مي شوند و يك ميدان مغناطيسي چرخشي توليد مي كند. اين ميدان يك جريان در كنتاكتور هاي نوع قفسه اي القا مي كند . واكنش مغناطيسي بين ميدان چرخشي و كنتاكتور هاي حامل جريان روتور روتور را به حركت در مي اورند. اگر روتور دقيقآ با سرعت يكساني به مانند ميدان مغناطيسي بچرخد هيچ جرياني در آن القا نخواهد شد. و از اين رو روتور با سرعت سنكرون نبايد به حركت درايد. در عمل سرعتهاي

چرخش روتور و ميدان در حدود ۲ تا ۵ درصد با هم تفاوت دارند. اين تفا وت سرعت بعنوان لغزش معروف است. متور ها با روتور هاي قفس سنجابي مي توانند استفاده شوند روي جريان متناوب تكفاز بوسيله نظم هاي مختلفي از القا و ظرفيت و بر اساس اين دو مورد كه ولتاژ تكفاز را اصلاح مي كند و تغيير مي دهد و آن را به ولتاژ فاز تبديل مي كند چنين موتور هايي بعنوان موتور هاي فاز شكاف (Spelat Phase) مشخص و معروفند يا موتور هاي تعديل كننده يا كند از سر(متور هاي خازني) بر اساس نظم و ترتيب آن ها استفاده مي شوند.

موتور هاي قفس سنجابي تكفاز گشتاور شروع(راه اندازي) زيادي ندارند. و براي به كار انداختن در حالي كه گشتاور زياد است موتور هاي خنثي القايي استفاده مي شود . يك موتور خنثي القايي ممكن است از نوع فاز شكاف باشد. يا از نوع تعديل كننده اما يك سوئيچ يا اتو ماتيك يا دستي دارد كه اجازه مي دهد جريان بين جاروبك هاي كموتاتور وقتي موتور شروع به حركت مي كند. جاري شود و اتصالات كوتاه همه اجزاي كموتاتور بعد از اينكه موتور به يك سرعت تقسيم مي شوند . موتور هاي دفع القايي يا خنثي القايي به اي خاطر ناميده شده اند . كه گشتاور راه اندازيشان وابسته است به دفع بين روتور و استاتور و گشتاورشان در زمان راه اندازي وابسته است به القا موتورهاي سيم پيچي شده ي سري با كموتاتور ها كه بر روي جريان متناوب با جريان مستقيم عمل مي كنند. موتور هاي يونيورسال ناميده مي شوند. آن ها معمولآ فقط در اندازه هاي كوچك ساخته مي شوند و معمولآ در مصارف خانگي كاربرد دارند.

آلتر ناتور هاي جريان متناوب(AC)(آلتر ناتور ها) ژنراتوها:
همانتور كه در بالا گفته شد يك ژنراتور ساده بدون كموتاتور توليد خواهد كرد كه يك جريان الكتريكي كه متناوب مي شوند.در مسير همانطور كه آرميچر مي چرخد چنين جريان متناوبي مزيت زيادي دارد . براي اتقال توان الكتريكي و از اين رو بشترين ژنراتور هاي اللتريكي بزرگ از نوع AC هستند.در ساده ترين شكلش يك ژنراتور AC فقط در دو حالت خاص فرق مي كند با ژنراتور DC پايانه هاي سيم پيچ آرميچرش بيرون هستند. براي حلقه هاي لغزان جزئي شده جامد روي شافت(ميله)ژنراتو بجاي كموتاتور و سيم پيچ هاي ميذان توسط يك منبع DC خارجي تغذيه انرژي مي شوند. تا اينكه توسط خود ژنراتور اين كار انجام مي شود. ژنراتور هاي AC سرعت پاييني با تعداد زيادي در حدود ۱۰۰ قطب ساخته مي شوند. هم براي بهبود بازده شان

و هم براي دست يافتن به فركانس دلخواه به آساني. آلترناتور ها با توربين هاي سرعت بالا راه اندازي مي شوند. همچنين اغلب ماشين هاي دو قطبي هستند. فركانس جريان گرفته شده توسط ژنراتو AC مساوي است با نيمي از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرميچر در هر ثانيه. اغلب مطلوب است در مورد ژنراتور كه واتژ بالايي وجود داشته باشد و آرميچر هاي در حال چرخش در چنين كاربرد هايي صرف عمل نمي كنند. بخاطر احتمال جرقه زني بين جاروبكها و حلقه هاي لغزان و خطر شكستهاي مكانيكي كه ممكن است سبب اتصال كوتاه شود .

آلترناتور ها بنا بر اين با يك سيم پيچ ساكن كه بدور يك روتور مي چرخد . و اين روتور شامل تعدادي اهنرباي مغناطيسي ميدان هستندساخته مي شوند اصل عملكرد آنها دقيقآ مشابه عملكرد ژنراتور هاي AC توصيف شده اند. بجز اينكه ميدان مغناطيسي(نسبت به كنتاكتور هاي آرميچر) به حركت در مي ايند. جريان توليد شده توسط آلترناتور هاي توصيف شده در بالا به يك پيك مي رسد و به صفر ختم مي شوند و به يك پيك منفي افت مي كنند. و دوباره به سمت صفر مي آيند. و در چند زمان در واقع چندين بار در هر ثانيه بسته به فركانس كه ماشين طراحي شده چنين جريان را جريان متناوب تكفاز ناميده اند. همچنين اگر آرميچر در داخل دو سيم پيچ قرار گيرد. كه اين سيم پيچ ها از زاويه ها و گوشه هاي راست يكديگر كشيده شده

اند و با اتصالات خارجي مجزا تهيه شده اند. دو موج جريان توليد خواهد شد. هر كدام در ماكزيممش خواهد بود وقتي كه ديگري به صفر برسد .چنين جرياني را جريان متناوب سه فاز ناميده اند. اگر سه سيم پيچ ارميچر با زواياي ۱۲۰درجه با يكديگر قرار گيرند جريان به شكل موج سه برابر و كريپل توليد خواهد شد كه به آن جريان متناوب سه فاز گفته مي شود. يك تعداد زيادتري از فازها ممكن است با افرايش تعداد سيم پيچها بدست آمده باشند و گرفته شوند در ارميچر اما در مهندسي برق مدرن جريان متناوب سه فاز بسيا پر كاربرد است و آلترناتور سه فاز ماشيني دينامو الكتريكي است كه بطور كلي براي توليد قدرت الكتريكي (يا توان الكتريكي) بكار مي رود. ولتاژ خاي بالاي ۱۳۲۰۰ در آلترناتور ها رايج ترند.

انواع موتورهاي الکتريکي

موتورهاي DC : يکي از اولين موتورهاي دوار، اگر نگوييم اولين، توسط ميشل فارادي در سال ۱۸۲۱م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه ور بود، مي شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي آمد و نشان مي داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايرهاي اطراف سيم مي شود. اين موتور اغلب در کلاس هاي فيزيک مدارس نشان داده مي شود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه، از آب نمک استفاده مي شود.

موتور کلاسيک DC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند.

سرعت موتور DC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي، بستگي دارد. سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپ ها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير، کنترل مي شود. بدليل اينکه اين نوع از موتور مي تواند در سرعتهاي پايين گشتاوري زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهاي ترکشن (کششي) نظير لکوموتيوها استفاده مي کنند.

اما به هرحال در طراحي کلاسيک محدوديتهاي متعددي وجود دارد که بسياري از اين محدوديت ها ناشي از نياز به جاروبک هايي براي اتصال به کموتاتور است. سايش جاروبک ها و کموتاتور، ايجاد اصطکاک مي کند و هرچه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک ها مي بايست محکم تر فشار داده شوند تا اتصال خوبي را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صداي موتور مي شود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتري را روي سرعت ايجاد مي کند و به اين معني است که جاروبک ها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا مي کنند. اتصال ناقص الکتريکي نيز توليد نويز الکتريکي در مدار متصل مي کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين مي روند، با قرار دادن آهنرباهاي دائم در داخل و سيم پيچ ها در بيرون به يک طراحي بدون جاروبک مي رسيم.

موتورهاي ميدان سيم پيچي شده
آهنرباهاي دائم در (استاتور) بيروني يک موتور DC را ميتوان با آهنرباهاي الکتريکي تعويض کرد. با تغيير جريان ميدان (سيم پيچي روي آهنرباي الکتريکي) مي توانيم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغيير دهيم. اگر سيم پيچي ميدان به صورت سري با سيم پيچي آرميچر قرار داده شود، يک موتور گشتاور بالاي کم سرعت و اگر به صورت موازي قرار داده شود، يک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهيم داشت. مي توانيم براي بدست آوردن حتي سرعت بيشتر اما با گشتاور به همان ميزان کمتر، جريان ميدان را کمتر هم کنيم. اين تکنيک براي ترکشن الکتريکي و بسياري از کاربردهاي مشابه آن ايده آل است و کاربرد اين تکنيک مي تواند منجر به حذف تجهيزات يک جعبه دنده متغير مکانيکي شود.