ماشین های DC

ماشین های DC به انواع زیر تقسیم می شوند که هر کدام می توانند در حالت موتوری یا ژنراتوری استفاده شوند:
انواع ماشین های DC:
• تحریک مستقل
• تحریک شنت
• تحریک سری
• تحریک کمپوند
ماشین های DC فوق از لحاظ ساختاری , می توان گفت که تفاوتشان در تحریک آنهاست.اما از لحاظ کاربردی , هر کدام از آنها کاربرد خاصی را با توجه به مشخصه های گشتاور-سرعت(در حالت موتوری) و ولتاژ-جریان(برای حالت ژنراتوری) دارند.

ماشین های کمپوند به انواع زیر تقسیم بندی می شوند:
١-کمپوند بلند:
• فوق کمپوند
• کمپوند تخت
• زیر کمپوند
٢-کمپوند کوتاه:
• فوق کمپوند
• کمپوند تخت
• زیر کمپوند
« انواع ماشین های AC »
ماشین های AC به ماشین های سنکرون و آسنکرون(القایی) تقسیم می شوند.
عموما از ماشین های القایی در حالت موتوری و از ماشین های سنکرون در حالت ژنراتوری بهره برداری می کنیم.
از آنجایی که در حالت موتوری سرعت های متفاوتی را نیازمندیم , از موتور القایی استفاده می کنیم و به دلیل اینکه در ژنراتورها به فرکانس ثابتی (به نوعی به سرعت ثابت) نیاز داریم از ژنراتور های سنکرون استفاده می کنیم.
چیزی حدود ۹۵ درصد ژنراتور های دنیا را ژنراتور های سنکرون تشکیل داده اند.
از ماشین های القایی , استفاده محدودی به عنوان ژنراتوری می شود, به طور مثال در نیروگاههای بادی که سرعت باد در اختیار ما نیست , از آنها استفاده می شود.

مصارف جزئی تر هر کدام از ماشین ها را انشاءالله در پست های بعدی ارائه خواهم کرد.

نکته قابل توجه : ماشین های الکتریکی , تنها به موتور و ژنراتور محدود نمی شوند , بلکه ترانسفورماتورها و… را نیز شامل می شود.

کنترل ماشینهای AC , DC

به منظور کاهش خطای انسانی و افزایش کارایی سامانه هچارهای به جزامروزه ماشينهاي الكتريكي نقش عمده‌اي در زندگي بشر دارند. مقوله الكترونيك قدرت نيز در تغذيه، بهره‌برداري و كنترل ماشينهاي الكتريكي از اهميت بسيار برخوردار است.مي‌توان گفت كه دانش علمي وفني اين دو موضوع مكمل يكديگر هستند. در اين تحقيق توضيحاتي درتحليل و تشريح كار ماشينها و عملكرد آنها و همچنين در شرايطي كه با مبدل‌هاي الكترونيك قدرت تغذيه و كنترل مي‌شوند، در نوع خود شايدكم نظيرباشد. اصول مشترك و اساسي محركه‌هاي الكتريكي (موتور مبدل تغذيه كننده آنها) را در بر مي‌گيرد. موتورهاي dc تغذيه شده با يكسو كننده‌هاي كنترل شده و برشگرها، موتورهاي القايي قفس سنجابي كنترل شده با اينورترها، كنترل‌كننده‌هاي ولتاژ ac و سيكلوكنورترهاي، موتورهاي القايي رتور سيم پيچي شده با كنترل از طرف رتور. هر دو نوع سيستم‌هاي كنترل حلقه باز و حلقه بسته بحث شده‌اند. در فصل اول درمورد موتورهاي جريان سيستم DC بحث شده است كه برخي از كاربردهاي مهم اين محركه‌ها عبارتند از: غلطكهاي نورد را منابع فلزي، غلطكهاي كاغذ، ماشين‌هاي ابزار و موتورهاي كششي نظير قطارها. در فصل دوم و سوم درمورد كنترل موتورهاي DC با يكسوكننده‌هاي قابل كنترل با برشگرها توضيح داده شده است و در فصل چهارم كنترل حلقه بسته محركهاي DC مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرد. موتورهاي القايي بخصوص موتورهاي قفس سنجابي مزايايي نسبت به موتورهاي dc دارند كه در مورد اين موتورها در فصل پنجم بحث شده است. كنترل موتورهاي القايي با كنترل كننده‌هاي ولتاژ AC و محركه‌هاي موتور القايي كنترل شده با فركانس در فصلهاي ششم و هفتم به آنها پرداخته‌ايم. در فصل آخر نيز محركه‌هاي موتور القايي رتور سيم‌بندي شده با كنترل قدرت لغزش بحث شده است.

ماشین DC
ماشین جریان مستقیم یک وسیله تبدیل انرژی با کاربرد بسیار در صنعت است که توانایی تولید گشتاور و راه‌اندازی بالا و متغیر برای بارهای مورد استفاده را دارد. ماشین‌های جریان مستقیم به دلیل استفاده از نیروی الکتریکی DC در خودروها، درصد زیادی از تولید ماشین‌های الکتریکی را به خود تخصیص می‌دهند. همچنین این نوع ماشین در کاربردهای صنعتی که کنترل دقیق سرعت و گشتاور مورد نیاز است، استفاده‌های فراوان دارد.
کموتاسیون
برای تبدیل کمیت چرخان (گردش آرمیچر) به کمیت مستقیم (ولتاژ و جریان) و ساکن نگه‌داشتن نیروی محرکهٔ مغناطیسی آرمیچر به کموتاتور نیاز است. مهترین کار کموتاتور همان طور که گقته شد یکسوکردن کمیت متناوب در پیچک آرمیچر به کمیت مستقیم در جاروبک‌های یک ژنراتور می‌باشد.

نیروی محرکهٔ تولید شده در آرمیچر
ولتاژ یکسوشده به وسیلهٔ جمع‌کردن عرض موج‌های تولیدشده از پیچک‌های سری به وجود می‌آید. هرچه تعداد پیچک‌های سری افزایش یابد مقدار ولتاژ DC افزایش و تضاریس موج کاهش می‌یابد، اما به طور کلی شکل موج ولتاژ یکسوشده توسط جاروبک نمی‌تواند به شکل موج ولتاژ مستقیم تولیدشده از یک باتری برسد.
میانگین ولتاژ تولیدشده در یک پیچک با تعداد دور NC از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:
EC = 2NCpnφ
که در آن p تعداد قطب، φ شار عبوری و n سرعت چرخش روتور است.
اگر C را تعداد کل پیچک‌های آرمیچر و a را تعداد مسیرهای موازی بین جاروبک‌ها بدانیم تعداد پیچک‌های سری بین جاروبک‌ها C / a می‌شود و با احتساب Z به عنوان هادی‌های موجود در آرمیچر، نیروی محرکهٔ موجود در آرمیچر این‌گونه محاسبه می‌شود:
با محاسبه ضریب سیم‌پیچی kw، که برای ماشین‌های DC معمولاً تنها از ضریب توزیع kd تشکیل شده‌است، ولتاژ القایی آرمیچر بدین‌گونه خواهد بود:

گشتاور ماشین جریان مستقیم
با توجه به برابری توان‌های تبدیل‌شده و با احتساب شرایط ایده‌آل تبدیل توان، گشتاور مکانیکی ماشین این گونه محاسبه می‌شود: که با توجه به آن که مقادیر Z ،p و a برای ماشین ثابت است، نشان می‌دهد که گشتاور رابطه‌ای مستقیم با تغیرات Ia و φ دارد.

تحریک آرمیچر
ماشین جریان مستقیم به جز دز مواردی که از مغناطیس دائم در روتور خود استفاده می‌کند برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و یا بالعکس به یک سیم پیچ تحریک که جریان مستقیم از آن عبور می‌کند، احتیاج دارد. به این سیم‌پیچ، سیم‌پیچ میدان گفته می‌شود.

تحریک جداگانه
پیچک تحریک جداگانه که از صدها دور سیم نازک تشکیل شده، به منبع خارجی یا جداگانه‌ای از آرمیچر متصل است و ولتاژ آن منبع هیچ‌گونه وابستگی با ولتاژ آرمیچر ندارد.

تحریک خودی
تحریک سیم‌پیچ میدان به وسیلهٔ آرمیچر ماشین را تحریک خودی می‌نامند. در این ماشین قطب‌های میدان باید پس‌ماند مغناطیسی داشته باشند تا هنگام چرخش آرمیچر ولتاژ پس‌ماندی در جاروبک‌ها تولید شود.
۱٫ تحریک سری: سیم پیچ میدان در این نوع ماشین از سیم‌های ضخیم با دور اندک (مقاومت کم) تشکیل شده که به طور سری به آرمیچر متصل شده‌است و جریان میدان سری به جریان آرمیچر بستگی دارد.
۲٫ تحریک شنت: پیچک میدان از سیم‌های نازک با تعداد دور زیاد تشکیل شده که به طور موازی به آرمیچر متصل شده‌است.
۳٫ تحریک کمپوند: شامل هر دو سیم‌پیچ تحریک سری و تحریک شنت می‌باشد، البته در مواقعی به جای تحریک شنت از تحریک جداگانه استفاده می‌شود. در صورتی که شار میدان تحریک سری در جهت شار میدان تحریک شنت باشد ماشین را کمپوند اضافی و در غیر این صورت به آن ماشین کمپوند نقصانی می‌گویند.

راه‌اندازی موتور جریان مستقیم
در لحظهٔ شروع راه‌اندازی سرعت موتور صفر است و بنابرین نیروی ضد محرکه Ea نیز صفر می‌باشد، در نتیجه با اعمال ولتاژ پایانه Vt به دو سر ماشین جیان عبوری از آرمیچر از رابطهٔ در ماشین‌های سری و در ماشینهای سری و کمپوند به دست می‌آید که در این صورت جریان ورودی زیادی وارد موتور می‌شود که نتایج زیر را دربر دارد:
۱- ایجاد جرقهٔ زیان‌آور هنگام کموتاسیون
۲- آسیب‌دیدن سیم‌پیچ آرمیچر و از بین رفتن عایق بر اثر گرمای بیش از اندازه
۳- گشتاور راه‌اندازی بالا و شتاب سریع که به قسمت‌های متحرک ماشین آسیب می‌رساند.
۴- افت زیاد ولتاژ تغذیه
بنابراین برای راه‌اندازی مناسب ماشین لازم است که جریان راه‌اندازی محدود شود، که این کار با قرار دادن مقاومت خروجی بر سر مدار آرمیچر انجام می‌شود. البته این مقاومت باید به تدریج از سر راه مدار برداشته شود، زیرا در هنگام کار عادی ماشین باعث کاهش سرعت کار ماشین و تلفات سلفی انرژی و در نتیجه کاهش بازدهی ماشین می‌شود.
از انواع راه‌اندازهای سری می‌توان راه‌اندازهای سه‌سر، راه‌اندازهای چهارسر و راه‌اندازهای اتوماتیک را نام برد.

چگونگی راه‌اندازی موتور
راه‌اندازی موتورهای جریام مستقیم با قراردادن مقاومت در مدار ارمیچر انجام می‌گیرد که این مقاومت خود از مقاومت‌های کوچک‌تری که هر کدام در بخش مجزایی هستند تشکیل می‌شود و هر کدام از این اجزا به تدریج در هنگام راه‌اندازی از مدار ماشین خارج می‌شود تا مقاومت موجود در مدار آرمیچر تنها مقاومت آرمیچر یا مقاومت سیم‌پیچ سری باشد. روش دیگری نیز وجود دارد

طراحی راه‌انداز
مقاومت راه‌انداز بین دکمه‌های مختلف یک راه‌انداز به قسمت‌های نامساوی تقسیم می‌شود تا از ضربات غیرعادی جریان به خصوص در آخرین دکمهٔ اتصالی جلوگیری شود. در این فرایند جریان ماکزیمم آرمیچر Ia1 باید به گونه‌ای باشد تا کموتاسیون خوب به وجود بیاید (جرقه‌های خطرناک هنگام کموتاسیون رخ ندهد).

ماشين DC داراي قابليت انعطاف زيادي است و ميتوان با اتصالات مختلف مدتر تحريك آن به مشخصه هاي گوناگون گشتاور و سرعت و ولتاژ جريان دست يافت.

از ماشينهاي dc مي توانيم به صورت موتور يا ژنراتور بهره برداري كرد. اما امروزه براي ايجاد برق dc از سيستمهاي يكسو ساز الكترونيك قدرت استفاده مي شود لذا ژنراتورهاي dc رفته رفته جاي خود را در صنعت از دست مي دهند. در حاليكه موتورهاي dc به خاطر امكان كنترل سرعت خوب كاربرد فراواني دارند
امروزه همچنان موتورهاي dc بزرگ در صنايع نورد، نساجي،چاپ، جرثقيل سازي كاربرد فراوان دارند موتورهاي dc كوچك هم در سيستمهاي كنترل به وفور يافت مي شوند. كه مي توان از تاكومتر(سرعت سنج) نام برد.

ماشينهاي الكتريكي از دو بخش اساسي تشكيل شده اند:

الف)قسمت متحرك ودوار به نام رتور

ب) قسمت ساكن به نام استاتور

بين اين دو قسمت ،شكاف هوايي وجود دارد .
استاتو و رتور از مواد فرومغناطيسي ساخته مي‌شوند تا چگالي شار بيشتر گردد و در نتيجه اندازه و حجم ماشين كمتر شود.
نكته: اگر شار در رتور و استاتور متغير با زمان باشد ،هسته اهني لايه‌به‌لايه ساخته مي‌شود تا جريان گردابي كاهش يابد.
در بسياري از ماشينها محيط داخلي استاتور و محيط بيروني رتور حاوي شيارهاي متعددي است كه داخل آنها هادي‌ها جاسازي ميشوند، اين هاديها بهم وصل مي شوند و سيم پيچي حاصل مي شود.به سيم پيچي هايي كه در آنها ولتاژ القا مي شود ،سيم پيچي آرميچر اطلاق مي گردد. به سيم پيچ هايسي كه ار آنها جريان ميگذرد تا ميدان مغناطيسي و شار اصلي را پديد آورند، سيم پيچ تحريك يا سيم پيچ ميدان گفته مي شود.
سيم پيچ آرميچر تامين كننده تمام قدرتي است كه تبديل شده و يا انتقال مي يابد. قدرت نامي سيم پيچ آرميچر،‌هم در ماشين هاي DC و هم در ماشين هاي AC فقط با جريان متناوب كارمي كند.

انواع ماشين‌هاي الكتريكي:

۱- ماشين جريان مستقیم
۲- ماشين القايي
۳- ماشين سنكرون
ماشين جريان مستقيم :(DC)

در ماشينهاي DCسيم پيچ تحريك بر روي استاتور قرار دارد و رتور حاوي سيم پيچ آرميچير است. از سيم پيچي تحريك جريان DC مي گذرد تا شار درون ماشين شكل گيرد.

ولتاژ القا شده در سيم پيچي آرميچر يك ولتلژ متناوب است براي يكسو كردن ولتاژ متناوب در پايانه رتور از كموتاتور و جاروبك استفاده مي شود. استاتور مي تواند بگونه اي باشد كه سيم پيچ تحريك بيش از دو قطب ايجاد نمايد.
نكته: مي توان يك ماشين DC را معادل يك ماشين AC دانست كه يكسو كننده مكانيكي به آن اضافه شده است.سيم پسچ تحريك فقط يك ميدان مغناطيسي براي ما ايجاد ميكند.

انواع ماشينهاي جريان مستقيم:

۱- ژنراتورهاي ( مولد ) DC
2- موتورهاي DC

 

انواع ژنراتورهاي DC :
1-مولد DC با تحريك جداگانه :
سيم پيچ ميدان اين ژنراتور به وسيله يك منبع ولتاژ مستقل تحريك ميشود.
اين ژنراتور هنگاميكه يك حوزه وسيعي از تغييرات ولتاژ خروجي مورد نياز باشد استفاده ميشود.
كاربرد : بدليل قابليت تنظيم ولتاژ در محدوده وسيع در تنظيم دور موتورها وتحريك مولدهاي بزرگ در نيروگاهها مورد استفاده قرار ميگيرد.
۲-مولد شنت :
سيم پيچ ميدان با سيم پيچ آرميچر موازي بسته ميشودو به همين دليل به آن سيم پيچ شنت يا موازي ميگويند. تعداد حلقه هاي سيم پيچ شنت بسيار زياد است و جريان اين سيم پيچ كم حدود ۵ درصد جريان اسمي آرميچر ميباشد. ( جريان بايد كم باشد تا در جريان اصلي اثر كمي بگذارد.)
كاربرد: از اين مولد در شارژ باطري ها و تامين برق روشنايي اضطراري و تغذيه سيم پيچ مولد هاي نيروگاهي استفاده مي شود.
۳- مولد سري: كه سيم پيچ ميدان (سيم پيچ سري تحريك) با سيم پيچ آرميچر سري بسته مي شود. سيم پيچ سري داراي تعداد حلقه هاي كمتر بوده ولي جريان عبوري آن نسبتاُ زياد است.(زيرا جريان آن همان جريان اصلي است) تا معادل mmf سيم پيچ شنت توليد شود.
كاربرد مولد سري :
بدليل داشتن گشتاور راه اندازي زياد در وسايل حمل و نقل مانند مترو و جرثتقيلهاي برقي استفاده ميشود.
۴-مولد كمپوند :

اگر از هر دو سيم پيچ شنت وسري جهت تحديك مولد استفاده شود، مولد DC يا كمپوند ميگويند ، كه داراي دو نوع كمپوند اضافي و نقصاني ميباشند.

كمپوند اضافي :
اگر نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ سري ، نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ شنت را تحريك كند، مولد كمپوند اضافي گويند. كه داراي دو نوع شنت بلند و شنت كوتاه ميباشد

مولد كمپوند اضافي بسته به تعداد دورهاي سيم پيچ سري ميتواند يكي از سه حالت زير باشد :
الف) فوق كمپوند : (تعداد دهر سيم پيچ سري زياد است) در مواردي استفاده ميشود كه بايستي ولتاژ بار ثابت باشد. ولي به علت وجود فاصله بين مولد و مصرف كننده در سيمها افت ولتاژ به وجود مي آيد. در اين حالت افزايش ولتاژ خروجي مولد، افت ولتاژ خط را جبران ميكند و به مصرف كننده ولتاژ ثابت ميرسد.

ب)تخت : نيروي محركه مغناطيسي سيم پيچ سري و موازي با هم برابر بوده و جايي استفاده ميشود كه نياز به ولتاژ ثابتي باشدو فاصله بين مولد و مصرف كننده كم باشد

ج)زير كمپوند : اثر آمپر دور سيم پيچ سري ناچيز مي باشد(ـبه علت تعداد دور كم سيم پيچ سري) و در تحريك مولد هاي نيروگاهي نقش موثري دراد
كمپوند نقصاني :

كمپوند نقصاني هنگامي كه شار سيم پيچ سري باعث كاهش و نقصان اثر شار سيم پيچ شنت شود و در جوشكاري قوس الكتريكي استفاده مي شود.

تذكر : كمپوند نقصاني و كمپوند اضافي داراي دو نوع شنت بلن و شنت كوتاه مي باشند
كه اگر سيم پيچ سري با سيم پيچ ارميچر با هم سري بسته شوند شنت بلند گفته و اگر سيم پيچ شنت با سيم پيچ ارميچر موازي قرار گيرد شنت كوتاه مي گويند.

ژنراتورها
ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است . ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن ۱۹ برمی گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. در کانون این تحول ، یک هیدروژنراتور سه فاز ۲۱۰ کیلو وات قرار گرفته بود. عیلرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده ای برای نیل به این هدف صورت گرفت. مهمترین محدودیتها در جهت افزایش و سطح ولتاژ ژنراتورها ، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک سازی بود .در راستای رفع این محدودیتها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک سازی و بهینه سازی روشهای خنک سازی با هوا نتایج موفقیت آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتورها به بیش از ۱۶۰۰DC افزایش یافته است. در جهت افزایش ولتاژ ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد. به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور ، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست.
همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است، انتظار می رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده ، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند.ژنراتورها:ماشین هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می نماید.کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است ، ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می رود.

دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکرد ژنراتورها وجود دارد. اولین اصل فیزیکی اصل القائی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فاراده دانشمند بریتانیایی است. اگر یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یا حلقه ی القائی ساکنی جهت تغییر استفاده شود. یک جریان ایجاد میشود یا القاء می شود. اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفته ، عبور کند میدان ، نیروی مکانیکی بر آن وارد می کند.

ژنراتور ها دارای دو اصل هستند: قسمتها و میدان که آهنربای الکترو مغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتورحمایت می کند و کار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القاء شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است . آرمیچر معمولا” هسته ی نرم آهنی اطراف سیم های القائی که دور سیم پیچ ها پیچیده شده اند ، است .
ژنراتور ها از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را رتور و قسمت ساکن آن را استاتور می گویند . رتور ها نیز از نظر ساختمان دو دسته اند: ماشین های قطب صاف و ماشین های قطب برجسته.

همچنین ژنراتورها بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده رتور آنها چه نوع توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شوند:۱) توربو ژنراتورها: در این وسیله گرداننده رتور ، توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابراین توربوژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانائی ایجاد دورهای بسیاربالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربوژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر وارزان ترتمام می شود.۲)

هیدرو ژنراتور ها : در آن وسیله گرداننده رتور توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدروژنراتور دارای قطب برجسته بوده و دارای سرعت کم می باشد.۳) دیزل ژنراتور ها : در قدرت های کوچگ و اظطراری وسیله گرداننده رتور دیزل است که در این موره هم قطب های رتور آن برجسته می باشد.ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون:در یک ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس رتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده میشود ، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید.این میدان مغناطیسی ، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ های میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می نماید و عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اتلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود . برای ماشین های سنکرون ، سیم پیچ های میدان در رتور است.
رتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است . قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد . کلمه برجسته به معنی قلمبیده است و قطب برجسته ، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. ازطرف دیگر ، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است . یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولا” برای موارد ۲ یا ۴ قطبی بکار می روند . در حالی که رتورهای برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات ، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود ، چون رتور می چرخد ، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد برای انجام این کار ۲ روش موجود است :

۱) تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
۲) فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما” روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می شود.ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکروندر یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخاند می شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید . این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است: یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ ها ی میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می کند. عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اطلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود

برای ماشین های سنکرون، سیم پیچ های میدان در رتور است.روتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهن ربای الکتریکی بزرگ است. قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته و غیر برجسته باشد. کلمه برجسته به معنی (قلمبیده )است و قطب برجسته یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. از طرف دیگر یک قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است. یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولاً برای موارد ۲ یا چهار قطبی به کار می روند. در حالی که رتور های برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغییر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد.برای انجام این کار ۲ روش موجود است :۱- از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .

۲- فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DC ، که مستقیما” روی شفت ژنراتورسنکرون نصب میشود.رینگ های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هررینگ لغزان سر می خورد . جاروبک ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می کنند ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و لذا روی رینگ ها خوردگی بوجود نمی آورد. اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگروصل می شود. آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ ، جدااز مکان و سرعت زاویه ای آن ، میدان درتمام مدت اعمال می شود. رینگ های لغزان و جاروبک ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ های میدان ماشین سنکرون تولید می کنند آنها نگهداری را در ماشین افزایش می دهند ، زیرا جاروبک بایدمرتبا” به لحاظ سائیدگی چک شود. علاوه برآن ، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان های میدان به دنبال داشته باشد . علیرغم این مشکلات رینگ های لغزان روی همه ماشین های

سنکرون کوچک تر بکار میرود. زیرا راه اقتصادی تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست .در موتور ها و ژنراتورهای بزرگ تر ، از محرک های بی جاروبک استفاده می شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند یک محرک بی جاروبک ، یک ژنراتور AC کوچکی است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی رتور نصب است خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو

 

شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال میگردد. با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می شود) می توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ های لغزان و جاروبک ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین رتور و استاتور بوجود نمی آید ، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه های لغزان و جاروبک ها ، به نگهداری کمتری نیاز دارد. برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، یک محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ میگردد . محرک پیلوت ، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت های (آهن ربا ) دائمی نصب شده

بر روی شفت رتور و یک سیم پیچ روی استاتور است . این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می آورد که این به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می نماید . اگر یک محرک پیلوتروی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست .بسیاری از ژنراتور های سنکرون که دارای محرک های بی جاروبک هستند ، دارای رینگ های لغزان و جاروبک نیز هستند بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است . استاتور ژنراتور های سنکرون معمولا” در دو لایه ساخته می شوند : خود سیم پیچ توزیع شده و گام های کوچک دارد تا

مولفه های هارمونیک ولتاژ ها و جریان های خروجی را کاهش دهد .چون رتور باسرعتی برابر باسرعت میدان مغناطیسی می چرخد ، توان الکتریکی با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز تولید می شود و از ژنراتور بسته به تعداد قطب ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا” برای تولید توان ۶۰هرتز در یک ماشین دو قطب رتور باید با سرعت ۳۶۰۰ دور در دقیقه بچرخد . برای تولید توان ۵۰هرتز در یک ماشین ۴ قطب ، رتور باید با سرعت ۱۵۰۰ دور دردقیقه دوران کند . سرعت مورد نیاز یک فرکانس مفروض همیشه از معادله زیر قابل محاسبه است : Fe : فرکانس = سرعت مکانیکی P =