آموزش سیم پیچی موتور Ac همراه با محاسبات وفرمول ها

چرا موتور های الکتریکی سه فاز کاربرد بیشتری نسبت به سایر موتور های دارند ؟
موتورهای جریان متناوب با توجه به ساختمان ساده ، قابلیت کنترل آسان ، تنوع وتعدد آنها از لحاظ قدرت ، از نظر اقتصادی وعدم نیاز به مراقبت های ویژه ،کاربرد بیشتری نسبت به سایر موتور های دارند .

مقایسه موتورهای القایی با ترانسفورماتور :
اگر استاتور را سیم پیچ اولیه وروتور سیم پیچ ثانویه در نظر بگیریم ، استاتور قدرت خود را از شبکه دریافت می کند در صورتی که روتور قدرت خود را از طریق القاء الکترو مغناطیسی بدست می آورد .
موتور های القایی از دو قسمت تشکیل شده اند :
الف ) قسمت گردان یا متحرک که روتور نامیده می شود .

ب) قسمت ثابت که استاتور نام دارد .
روتورقفسی از چهار قسمت تشکیل شده است :
۱- هسته روتور
۲- هادی های روتور
۳- حلقه های انتهایی
۴- محور روتور

چرا تعداد شیار های روتور از تعداد شیار های استاتور کمتر است و مورب بودن شیار های روتور به چه منظوری است ؟
دلیل این امر برطرف کردن نقطه ی مرگ وجلوگیری از ایجاد شرایطی است که گشتاور راه اندازی را از بین می برد ، مورب بودن شیار ها به منظور کاهش اغتشاش مغناطیسی ویکنواخت کردن تغییرات گشتاور خروجی است .

استاتور از سه قسمت تشکیل شده است :
۱- قاب استاتور : که معمولاً از آهن یا ورق ساخته می شود وظیفه ی حفاظت از ساختمان داخلی موتور وجلوگیری پراکندگی خطوط قوا را بر عهده دارد .
۲- هسته استاتور : در داخل بدنه ی استاتور قرار دارد و از ورقه های شیار دار تشکیل می شود ،منظور از ورقه کردن هسته کاهش تلفات جریان گردابی یا تلفات فوکو است.
۳- سیم بندی استاتور .

مراحل سیم پیچی استاتور موتور آسنکرون:
مرحله اول :
برداشتن مشخصات موتور از پلاک موتور : هر کارخانه سازنده مجموع اطلاعاتی را در پلاک موتور ارائه می دهد این اطلاعات را می توان به دو گروه دسته بندی کرد :
۱- اطلاعات که مصرف کننده ها طبق آن با توجه به نیاز خود، موتور را انتخاب می کنند
۲- اطلاعاتی که به کارخانه ی سازنده مربوط می شود که با این اطلاعات کارخانه ی سازنده ی خود موتور یا نظیر آن را مجدداً تولید کند.
مرحله دوم : پیاده کردن موتور :
مرحله سوم : تکمیل جدول
مرحله چهارم : درآوردن سیم های سوخته از داخل شیار های استاتور (که بهترین راه به وسیله ی اتصال ولتاژ ۵۰ ولت )
مرحله پنجم: تمیز کردن هسته
مرحله ششم : عایق کاری
مرحله هفتم : آماده کردن کلاف های سیم پیچی
مرحله هشتم : سر بندی یا اتصال گروه کلاف ها شامل سه مرحله است :
الف)اتصال سری گروه کلاف ها
ب) اتصال موازی گروه کلاف ها

ج) اتصال سری موازی یا مختلط
مرحله نه : اتصال ها ولحیم کاری محل اتصال ها
مرحله ده : نواربندی یا نخ بندی
مرحله یازده : آزمایش مقدماتی موتور
الف ) آزمایش اتصال بدنه
ب) آزمایش اتصال حلقه
ج) بررسی صحت سربندی کلاف ها در فاز ها
مرحله دوازده : شار لاک یا لعاب دادن (یا پختن سیم پیچی ها)

فصل دوم : محاسبات سیم پیچی استاتور موتور
تعیین تعداد دو ر هر کلاف از سیم پیچی موتور و همچنین محاسبه ی قطر سیم مورد نیاز به یک سری اطلاعات نیاز دارد که در این اطلاعات بعضی از اصطلاحات خاص سیم پیچی به کار می رود:
۱- گام قطبی
تعریف : تعداد شیارهای که بین مراکز دو قطب متوالی قرار دارند به عبارت دیگر گام قطبی سطحی از استاتور است که توسط یک قطب محاصره می شود.
۲- گام سیم بندی یا گام کلاف گام کسری Yz=Yp-

تعریف : تعداد شیارهای که بین دو بازوی یک کلاف از سیم پیچی استاتور قرار می گیرد :
گام سیم بندی را گام کامل گویند Yp=Yz الف) اگر گام قطبی برابر گام کسری شود یعنی
ب ) اگر گام کسری کوچکتر از گام قطبی شود یعنی Yp کوچک تر از Yzگام سیم بندی را گام کسری
می نامند ، کسری سیم پیچی حداکثر یک سوم گام قطبی و حداقل یک شیار خواهد بود . ۳- زاویه الکتریکی هر شیار
تعریف : زاویه الکتریکی هر شیار بیان کننده این است که هر شیار با شیار ماقبل خود چند درجه الکتریکی اختلاف دارد چون بین دو بازو ی یک کلاف ۱۸۰ درجه الکتریکی اختلاف فاز وجوددارد
برای محاسبه ی زاویه الکتریکی هر شیار از رابطه ی استفاده می شود
۴- زاویه ی مکانیکی هر شیار یا:
زاویه مکانیکی هر شیار از رابطه می آید.

سیم بندی یک طبقه استاتور الکتروموتور ها : اگر در هر شیار استاتور یک بازو از کلاف های سیم پیچی قرار بگیرد سیم پیچی را یک طبقه می نامند.
سیم پیچی یک طبقه موتورهای سه فاز به دو صورت انجام می گیرد :
۱- سیم بندی یک طبقه با گام کامل ( به ازای زوج قطب )
۲- سیم بندی با گام کسری ( به ازای قطب )
سیم بندی یک طبقه با گام کامل : در سیم بندی یک طبقه با گام کامل گام سیم پیچی با گام قطبی برابر است این نوع سیم پیچی را سیم پیچی به ازای زوج قطب انجام می شود.
در سیم پیچی به ازای زوج قطب تعداد گروه کلاف ها در هر فاز برابر نصف قطب است ، اگر تعداد گروه کلاف ها را در هر فاز با g نشان دهیم در سیم پیچی به ازای زوج قطب g=pخواهد بود
در سیم پیچی به ازای زوج قطب اتصال کلاف ها به یکدیگر از نوع اتصال نزدیک است در اصطلاح موتور سیم پیچ ها سر به ته و ته به سر می باشد.

سیم بندی کلاف مساوی

سیم بندی متحدالمرکز
سیم بندی یک طبقه با گام کسری :
یکی از روش های متداول در سیم پیچی موتور یک طبقه روش گام کسری است ، این روش در مقایسه با روش گام کامل دارای مزایای زیر می باشد :
۱- کاهش سیم مصرفی
۲- افزایش عمر موتور
۳- کاهش مقاومت اهمی قسمت سیم پیچی موتور و کاهش تلفات اهمی روتور
۴- افزایش بازده موتور
۵- کاهش لرزش موتور

در سیم بندی گام کسریبیشتر از سیم پیچی به ازای قطب استفاده می شود به بیانی دیگر تعداد گروه کلاف های هر فاز برابر تعداد قطب ها است یعنی:
g=2p
در سیم پیچی به ازای قطب اتصال کلاف ها به یکدیگر از نوع اتصال دور است در اصطلاح موتور سیم پیچ ها سر به سر ته به ته می باشد.

سیم بندی کلاف مساوی

سیم بندی متحدالمرکز
انواع سیم بندی از لحاظ شکل کلاف ها:
۱- سیم بندی متحدالمرکز
۲- سیم بندی کلاف مساوی( گام مساوی )
۱- سیم بندی متحدالمرکز:

گام کلاف ها در یک گروه از کلاف برابر نبوده وکلاف ها به گونه ای یکدیگر را در بر می گیرند که مرکزشان بر هم منطبق می شود گام کلاف بیرونی به اندازه ی دو شیار از گام کلافی که درون و مجاورآن قرار گرفته بیشتر است این سیم بندی بیشتر در موتور های تک فاز کار برد دارد .

۲- سیم بندی کلاف مساوی( گام مساوی ) :
در سیم پیچی کلاف مساوی گام تمام کلاف ها در مجموعه ی سیم بندی با هم برابر بوده و برای پیچیدن آنها می توان از قالبها ی با اندازه ی مساوی استفاده کرد در این سیم پیچی سیم کمتری در مقایسه با سیم پیچی متحدالمرکز مصرف می شود، محاسبه ی تعداد دور هر کلاف ساده است در سیم بندی کلاف مساوی کلاف های فاز های متفاوت از روی یکدیگر عبور کرده و آنها را باید نسبت به هم عایق کرد .

اصول محاسبه ی دیاگرام الکتروموتور های آسنکرون سه فاز یک طبقه ، یک سرعته :
دیاگرام های سیم بندی الکتروموتور ها در ۴ مرحله ی زیر محاسبه می شود :
۱- محاسبات مربوط به رسم دیاگرام
۲- تشکیل جدول سیم بندی
۳- رسم دیاگرام
۴- سر بندی وتشکیل قطب های سیم پیچی
۱- محاسبات مربوط به رسم دیاگرام:
در این مرحله با استفاده از روابطی که گفته شد گام قطبی ، گام کلاف ، زاویه الکتریکی شیار ها ، تعداد شیارهای هر فاز در زیر هر قطب و شماره ی شیارهای شروع فاز ها را تعیین می کنیم.
۲- تشکیل جدول سیم بندی: شکل زیرموقعیت U1 , v1 , w1 , u2 , v2 , w2
رادر شیار های استاتور نشان می دهد :
در تشکیل این جدول به تعداد قطبهای موتور ردیف وبه تعداد فاز ها ستون باز می کنیم .برای تکمیل جدول نیاز به q داریم
Z=24
2p=4

رسم دیاگرام سیم بندی :
دیاگرام سیم بندی را با روش های مختلفی رسم می کنند ، در دیاگرام های گسترده استاتور را برش داده ودیاگرام را به صورت مسطح رسم می کنند.
در دیاگرام های مسطح بازوهای کلاف ها را به صورت ذوزنقه ، مستطیل یا شش ضلعی رسم می کنند.

ذوزنقه

مستطیل

شش ضلعی
سیم پیچی الکتروموتورهای سه فاز
نمونه سوالات درس تعمیر ماشین درجه ۲ آشنایی با مفاهیم نحوه جازدن کلاف رابطه شروع فازها
به یاد دارید که گفته بودم شیارهای هر الکتروموتوررا با z نشان می دهند. مثلا موتوری که ۲۴ شیار دارد نمایش آن به صورت z=24 است.و یا در مورد موتوری که ۳۶ شیار دارد بصورت z=36 خواهد بود . z نمایانگر تعداد شیار تعبیه شده هر الکتروموتور می باشد.

اگر بخواهیم یک موتور را با یک ترانسفورماتورمقایسه کنیم بخش استاتور موتور که محل قرارگیری سیم پیچها و ورودجریان الکتریکی است می تواند نقش سیم پیچ اولیه ترانس را ایفاء نمایدوبخش گردنده موتور یا روتور که متاثر از شار مغناطیسی به گردش در می ایدبه جای سیم پیچ ثانویه در نظر گرفته شود.
در ترانسفورماتورهابین سیم پیچ اولیه وثانویه ارتباطی وجود ندارد( مگر ترانس از نوع اتو ترانس باشد که ارتباط الکتریکی بین دو سیم پیچ وجود دارد)
بخش استاتور که شیارهادر آن تعبیه شده به نام هسته استاتور و قسمت خارجی آن قاب یا بدنه استاتور نام دارد.جنس هسته استاتور از ورقه های نازک فولادسیلیکان است.برای کاهش تلفات آهنی از فولاد استفاده می شود.جنس روتور هم همانند استاتور است.و اتفاقا روتورهم بصورت ورقه ورقه روی هم فشرده شده است.این ورقه ها وقتی روی هم قرار می گیرندشیارهای موربی می سازندکه مفتولهای نگهدارنده ازمیان آنهاعبورمی کند.والبته وجود این شیارهای مورب نقش بسزایی درکاهش اغتشاش و پراکندگی مغناطیسی بر عهده دارد.

آشنایی با برخی مفاهیم در سیم پیچی
۱- کلاف : اگر یک رشته سیم مسی با قطر مشخصی حول یک محور به شعاع مشخص وتعداددورمشخص گردش نماید حاصل مجموعه ای است از حلقه های دارای مرکز معین که دارای یک سر و یک ته می باشد. نمونه ای را در شکل می بینید.

هر کلاف دارای دو بازو است که هر بازو داخل یک شیار استاتور قرار می گیرد.بخش بالاوپائینی کلاف که دو بازورابه هم وصل می کند پیشانی کلاف نام دارد.
۲- پیچک ( گروه کلاف): چند نمونه کلاف که پشت سر هم زده شودوبا هم سری شده باشندودر نهایت دارای یک ابتداو یک انتها باشد پیچک نامیده می شود.

۳- پیچک متحدالمرکز: پیچکها معمولابر روی قالبهای سیم پیچی زده می شوداگر نوع قالب به شکل دوایر متحدالمرکز باشدکلافها از بزرگ به کوچک تولید شده بطوریکه داخل یکدیگر قرار گرفته مرکز یکسان خواهند داشت. نمونه قالبها را در زیر می بینید

۴- پیچک حلقوی :اگر در یک سرب کلافها اندازه تمام کلافها لا هم یکی باشد این پیچک در استاتوربصورت زنجیر وار قرار می گیرد.در اکثر موتورهای سه فاز پیچکها بصورت گام مساوی (حلقوی) پیچیده می شوند.سیم پیچی از نوع متحدالمرکز بیشتر در موتورهای تکفاز کارایی دارد.
۵- اگر فرض کنیم موتوری بصورت چهار قطب کار کند مجموعه شیارهای استاتور این موتور تشکیل

چهار قطب مغناطیسی SوN خواهند داد.که آنرا با علامت ۲p نشان می دهند.بنابراین مجموعه ای از شیارها زیر قطب N و مجموععه ای دیگر زیر قطب S خواهند بود. به تعداد شیارهای که زیر یک قطب قرار می گیرند گام قطبی گفته می شود.وبا علامت yp نمایش داده می شود.

با توجه به مطالب بالامی توان رابطه ای برای محاسبه yp بدست آورد.موتوری که ۴قطب کار کند یعنی ۲p=4 وتعداد شیارهایش ۲۴ باشد می گوییم z=24 گام قطبی برابر است با :
yp = z/2p
یعنی هر ۶ شیار کنار هم تشکیل یک قطب مغناطیسی خواهند داد.
۶- چو ن موتور سه فاز است از تعداد شیارهایی که کنار هم تشکیل یک قطب داده اند تعداد مساوی از شیارها مربوط به هر فاز خواهد بود.مثلا اگر yp برابر با ۶ باشد( یعنی ۶ شیار کنار هم یک قطب را ساخته اند) هر ۲ شیار مربوط به سه فاز RST خواهد بود.محاسبه تعداد شیارهای مربوط به هر فاز زیر هر قطب هم از رابطه زیر انجام می شود.

q = z / 2p .m
تذکر: برای تک مطالب و فرمولهایی که عنوان کردم در صفحات بعدی بطور کاملا مشروح و تفصیلی بحث خواهم کرد.
در رابطه بالا q تعداد شیارهای مربوط به هر فاز زیر هر قطب است.
z تعدادشیارهای موتوریا استاتور است.۲p تعداد قطبهای موتورو m تعداد فازهای شبکه می باشد.
مثلا اگر موتوری۲۴ شیاری بصورت چهار قطب در شبکه ۳ فاز کار کند yp و q آن برابر با :
yp = z / 2p yp = 24 / 4 yp = 6
q = z / 2p . m q = 24 / 4 . 3 q = 2

خواهد بود یعنی گام قطبی برابر با ۶ شیار و تعداد شیارهای مربوط به هر فاز در این گام برابر با ۲ شیار است.از مقایسه مقادیر بدست آمده می توان چنین گفت که : q = yp / 3
به خاطر دارم که قبلا به شما گفته بودم که در موتورهای سه فاز ورودی هر فاز به سیم پیچهای استاتور نسبت به هم ۱۲۰ درجه الکتریکی اختلاف زاویه دارند.

می دانیم استاتور شکل دایره است و اندازه دایره ۳۶۰ درجه است .قرار است ۳ ولتاز با نامهای RST به استاتور وارد شود.این ولتازها در بدو ورود باید هماهنگی و تقارن خود را داشته باشند.اگر ۳۶۰ را به سه بخش بخش مساوی قسمت کنیم مقدار هر یک ۱۲۰ درجه خواهد شد. خوب این موضوع را به عنوان قانون ورود به خاطر بسپارید.قانون ورود:
فازهای RST به عنوان منبع ولتاز با اختلاف ۱۲۰ درجه الکتریکی وارد موتور می شوند.
اکنون ۲ موضوع پیش می آید:
۱- اندازه ۳۶۰ درجه برای تمام دوایر وموتورهای دارای تعداد شیارهای متفاوتند.ممکن است تعداد ۱۲ , ۲۴ ,۳۶ ,۷۲ و… شیار بر روی استاتور تعبیه شده باشد که مقدار زاویه هر شیار متفاوت است.مثلا در ۲۴ شیاری اندازه هر شیار ۱۵ در ۳۶ شیاری ۱۰ و در ۷۲ شیاری ۵ درجه خواهد بود.این مقادیر را بانام اندازه زاویه مکانیکی شیار می شناسیم.

۲- اگر قرار است موتوری با یک ساختار استاتور( مثلا ۲۴شیاری) با دو سرعت کار کند .در این موتورشیار های ورودی در دو سرعت یکسان نخواهد بود.بنابراین باید بدانیم که اگر زاویه مکانیکی در تعداد زوج قطبهای موتور ضرب شود مقدار زاویه الکتریکی موتور بدست می آید.موتوری که به صورت ۴ قطب کار می کند اندازه زاویه الکتریکی هر شیار به صورت :

αez = 360 x p / z αez = 360 . 2 / 24 = 30
یعنی زاویه الکتریکی هر شیار در این موتور( ۴قطب) ۳۰ درجه است. توضیح اینکه اگر شروع فاز R در استاتور از شیار۱ باشدشیار شروع برای فاز S چهار شیار بعدی( ۴x 30= 120)شیار پنجم و ورودی فاز T شیار نهم خواهد بود.

تعداد قطبهای موتوررا با ۲p نمایش می دهند.مثلا اگر نوشته شود۲P = 2 یعنی کل شیارهای استاتور در طول کارکرد موتور تبدیل به ۲قطب S وN خواهد شد. یا اگر نوشته شود ۲P= 8 یعنی این موتور در فضای هشت قطبی کار خواهد کرد.با این توضیح تعدادزوج قطبها را P نشان می دهند.
قطبهای آهنربایی یا مغناطیسی همیشه بصورت جفت اند (S ,N) .وقتی مقدار Pدر موتوری یک باشد ۲P برابر با ۲ خواهد شد.در موتوری که هشت قطبی باشد۲P=8 و مقدار P برابر با ۴ است.

بنابر این اگر قرار است موتوری ۲۴ شیاری بصورت ۸ قطب کار کند زاویه الکتریکی شیار این موتور برابر با :
αez= 360 x P / Z αez = 360 x4 / 24 αez = 60
برای محاسبه و طراحی سیم پیچی الکتروموتور ابتدا باید مشخصات موتور( یعنی آنچه را که جزء شرائط کارکرد موتور است و در دسترس داریم) رادر گوشه ای از کاغذ نوشت.
مثال: اگرگفته شد موتوری۲۴ شیاری قرار است در شبکه سه فاز بصورت ۴ قطب کارکند اطلاعاتی که داریم به صورت زیر نوشته میشود.
Z=24 , 2P = 4 , m = 3
با توجه به توضیحات بالا اکنون باید گام قطبی – تعداد شیارهای مربوط به هر فاز زیر هر قطب و زاویه الکتریکی شیار را حساب کنیم.

yp = z / 2p yp = 24 / 4 yp = 6
عدد ۶ یعنی هر شش شیار کنار هم تشکیل یک قطب مغناطیسی خواهند داد.
q = z / 2p . m q = 24 / 4 . 3 q = 2
عدد ۲ یعنی از ۶ شیار بدست آمده در بالا ( گام قطبی ) هر ۲ شیار مربوط به یک فاز می باشد.
αez = 360 x P / Z αez = 360 x 2 / 24 αez = 30

عدد ۳۰ اندازه زاویه الکتریکی شیاراست که ما را در یافتن شیار های شروع فازهایRST کمک می کند.شما قانونی یاد گرفته بودید به نام قانون ورود و آن این بود که سه فازRST در ماشینهای الکتریکی با اختلاف ۱۲۰ درجه وارد می شوند.حال اگر فاز R وارد شیار یک ۱ شودورودی فازهای S و T کدام است؟ خوب دراین موتور جمع هر ۴ شیار برابر با ۱۲۰ درجه است بنابر این :
۱ + ۴ = ۵ + ۴ = ۹

شروعR شروع S شروع T
برای راحتی کار می توانید از ۲ رابطه زیر برای محاسبه شروع فازها استفاده نمایید.