ماشین های DC

مقدمه
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 س

ازي 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
۱- ماشين جريان مستقيم
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
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
امروزه ماشين هاي الكتريكي نقش اساسي در صنعت ايفا مي كنند و بنابراين به عنوان يكي از دروس مهم مهندسي برق در دانشگاه هاي دنيا مطرح مي باشند.
متاسفانه بيشتر دانشجويان مهندسي برق به دليل استفاده از فقط يك مرجع براي اين درس و ديد تك بعدي به ماشين هاي الكتريكي كه همان ديد مداري محض(KVL وKCL) است؛ همواره داراي ضعف اساسي در اين درس مي باشند.اولين ماشين هاي الكتريكي دوار كه يك دانشجوي مهندسي برق با آنها آشنا مي شود ماشين هاي DC هستند؛. لذا زير بناي فهم دانشجويان از اصول اساسي ماشين هاي الكتريكي گردان در همين نوع ماشين ها شكل مي گيرد و چه بسا در صورت عدم فهم مناسب ماشين هاي DC ،دانشجو با ساير ماشين هاي دواري كه بعداً با آنها مواجه مي شود(نظير موتور هاي القايي سه فاز،ژنراتور هاي سنكرون سه فاز،موتور هاي القايي تك فاز و ماشين هاي مخصوص)قطعاً دچار اشكال مي گردد و نخواهد توانست ديد مهندسي خوبي را نسبت به ماشين هاي الكتريكي ،پيدا كند.
من با توجه به مطالعه تعداد زيادي كتاب راجع به ماشين هاي الكتريكي و چند ترم تدريس اين درس (به صورت TA در خدمت چند تن از اساتيد محترم دانشكده برق دانشگاه صنعتي شريف)
توانستم ضعف دانشجويان را در اين درس ريشه يابي كنم ؛كه همان طور در بالا اشاره شد نگاه يك چشمي به ماشين هاي الكتريكي به عنوان مدار هاي الكتريكي است.در حالي كه مي دانيم موتور ها و ژنراتور هاي الكتريكي به عنوان مبدل انرژي الكتريكي به مكانيكي و بالعكس ه

ستند و اين تبديل انرژي تنها در سايه پديده هاي الكترو مغناطيسي صورت خواهد گرفت.از همين بيان مي توان نتيجه گرفت كه روشي كه ماشين هاي الكتريكي را مورد تجزيه و تحليل قرار مي دهيم تركيبي از سه ديدگاه زير است:
۱)ديدگاه الكترومغناطيسي:محاسبات mmf و نيروهاي الكترومغناطيسي و ميدان هاي مغناطيسي.
۲)ديدگاه مكانيكي:محاسبات گشتاور-سرعت و اعمال فرم زاويه اي قانون دوم نيوتن براي تجزيه و تحليل حالت هاي گذراي ماشين هاي DC به صورت معادله ديفرانسيل معمولي رسته دوم
۳)ديدگاه مداري:به دست آوردن مدار معادل الكتريكي ماشين هاي الكتريكي ومحاسبات ولتاژ و جريان پايانه اي ژنراتورها و جرياني كه موتور از شبكه DC ياAC مي كشدو مثلاً ضريب قدرت ورودي يك موتور AC كه گفتيم اين تنها ديدگاه دانشجويان نسبت به ماشين هاي الكتريكي است.
كتابي كه پيش رو داريد در ۸ فصل و از سه ديدگاه فوق به سبك استدلالي دقيق ماشين هاي DC را تجزيه و تحليل مي كند. با توجه به اين موضوع كه گرايش اصلي من مخابرات ميدان (الكترومغناطيس) مي باشد لذا سعي كردم ديدگاه الكترومغناطيسي روشني از ماشين هاي DC ارائه دهم اين موضوع در سرتاسر اين كتاب به چشم مي خورد (مثلاً در فصل پنجم اثبات دقيق الكترومغناطيسي اين حقيقت كه توزيع mmf روتور يك ماشين DC يك شكل موج شبه مثلثي است آورده شده است كه در هيچ يك از مراجع معتبر درس ماشين هاي الكتريكي مطرح نشده است).
مهم ترين نكته برجسته اين كتاب زبان ساده به كار گرفته شده و تعدد شكل هاي واضح در آن است اما در عين حال سعي شده كليه مطالب درسي مربوطه به طور كامل پوشش داده شوند.همچنين در اين كتاب سيم پيچي موجي يك ژنراتور DC و شكل موج ولتاژ توليدي آن در فصل سوم تجزيه و تحليل شده كه اين مساله هميشه به عنوان يك مساله بي جواب در كلاس هاي درس دانشكده برق بين دانشجويان تيزبين مطرح بود و در هيچ يك از مراجع درس ماشين بدان اشاره اي نشده است(فقط به ذكر فرمول تعداد مسير هاي موازي جريان برابر ۲ است بسنده كرده اند).حال من به كمك نرم افزار Mechanical Desktop روتور ۱۸ شياري با سيم پيچي موجي را ۵ درجه،۵درجه چرخانده ام و ولتاژ پايانه اي آن را به صورت تابعي از زمان درآوردم.

ماشين هاي الكتريكي سازه هاي مركبي هستند كه از جهت انتقال حرارت پيچيده به نظر مي رسند. از سوي ديگر تحليل حرارتي در بخشهاي مختلف يك ماشين الكتريكي خصوصاً عايق هاي آن حائز اهميت بسيار است زيرا افزايش درجه حرارت يكي از عوامل محدود كننده طراحي موتور است. در اين مقاله با استفاده از روشهاي كلاسيك انتقال حرارت و تشابه حرارتي ، شبكه ، حرارتي يك الكتروموتور آسنكرون ترسيم و حل گرديده و با وجود منابع تلفات حرارتي موتور (تلفات مسي و آهني) توزيع دما در مقاطع مختلف يك موتور الكتريكي بدست آمده است.

ماشينهاي الكتريكي جريان مستقيم
وسايل تبديل انرژي الكترومكانيكي گردان را ماشينهاي الكتريكي مي گويند.
طبقه بندي ماشينهاي الكتريكي
ماشينهاي الكتريكي به دو طريق دسته بندي مي شوند:
از نظر نوع جريان الكتريكي

الف- ماشينهاي الكتريكي جريان مستقيم
ب- ماشينهاي الكتريكي جريان متناوب
از نظر نوع تبديل انرژي
الف- مولدهاي الكتريكي كه انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند
ب- موتورهاي الكتريكي كه انرژي الكتريكي را به انرژي مكانيكي تبديل مي كنند
به طور كلي ماشينهاي الكتريكي جزء وسايل تبديل انرژي غير خطي هستند يعني هر تغيير در ورودي هميشه به يك نسبت در خروجي ظاهر نمي شود.
مولد ساده جريان مستقيم
يك مولد ساده جريان مستقيم از چهار قسمت اصلي زير تشكيل شده است

۱- قطبهاي مغناطيسي: كه وظيفه ايجاد ميدان مغناطيسي مولد را بعهده دارد و مي تواند بصورت آهنرباي دائم و يا آهنرباي الكتريكي باشد
۲- هاديها: براي ايجاد ولتاژ القايي به كار گرفته ميشود
۳- كموتاتور: در ساده ترين حالت از دو نيم استوانه مسي كه توسط ميكا نسبت به يكديگر عايق شده اند تشكيل مي گردد، وظيفه يك طرفه كردن ولتاژ و جريان القايي را در خارج از مولد بعهده دارد.
۴- جاروبك: جهت انتقال جريان الكتريكي از هاديها به مصرف كننده استفاده ميشود شكل زير مولد ساده جريان مستقيم را نشان ميدهد.
طرز كار مولد ساده جريان مستقيم: با حركت هاديها در فضاي ما بين قطبها باعث ميشود ميدان مغناطيسي توسط هاديها قطع ميشود بدين ترتيب مطابق پديده القاء در هاديها ولتاژ القاء ميشود.ابتدا و انتهاي هر كلاف به يك نيم استوانه مسي يا يك تيغه كوموتاتور وصل ميشود روي تيغه هاي كوموتاتور دو عدد جاروبك بطور ثابت قرار داشته و با حركت هاديها تيغه هاي كموتاتور زير جاروبك مي لغزند، بدين ترتيب در ژنراتورهاي جريان مستقيم از طريق كوموتاتور ولتاژ القاء شده طوري به جاروبكها منتقل مي شود كه هميشه يكي از جاروبكها داراي پلاريته مثبت و ديگري داراي پلاريته منفي است. شكل موج ولتاژ القاء شده در اين مولد ساده بصورت زير مي باشد.
براي افزايش سطح ولتاژ القاء شده و بهبود يكسوسازي بمنظور داشتن ولتاژ با دامنه ثابت بايد تعداد كلافها را افزايش داد و كلافها را به كمك تيغه هاي كوموتاتور سري كنيم.
چگونگي تغيير پلاريته ولتاژ القايي در مولد ساده
در مولد جريان مستقيم تغيير پلاريته ولتاژ خروجي عملاٌ در صورت ايجاد يكي از دو حالت زير ممكن مي شود:
۱- جهت چرخش آرميچر عوض شود

۲- جهت جريان در سيم پيچ قطبها تغيير كند در صورتيكه قطبها از نوع مغناطيس دائم نباشد
چگونگي تغيير دامنه ولتاژ القايي در مولد ساده
براي افزايش دامنه ولتاژ القا شده دو روش ممكن است:
۱- افزايش سرعت چرخش آرميچر كه باعث افزايش ولتاژ بصورت خطي مي شود
۲- افزايش جريان تحريك كه باعث افزايش ولتاژ مولد بصورت غير خطي مي شود
موتور ساده جريان مستقيم
موتور ساده از نظر ساختماني مانند مولد ساده جريان مستقيم مي باشد فقط نحوه كار آن با مولد ساده جريان مستقيم تفاوت دارد. در موتور ساده هاديها از طريق كوموتاتور و جاروبكها به يك منبع جريان مستقيم متصل مي شود در اينصورت جرياني از هاديها عبور كرده و در نتيجه مطابق نيروي لورنس به هاديها نيروي وارد ميشود و آنها به حركت در مي آيد.
نحوه ايجاد نيرو و گشتاور در موتور ساده: در صورتيكه از يك كلاف تك حلقه كه بين قطبهاي يك مغناطيس قرار دارد جريان الكتريكي عبور كند مطابق شكل به بازوي سمت راست نيروي به سمت بالا و به بازوي سمت چپ نيروي بسمت پايين وارد مي شود با وارد شدن دو نيروي مختلف الجهت به دو طرف كلاف طبيعي است كه كلاف حول محورش شروع به دوران خواهد نمود يعني وارد آمدن زوج نيرو موجب ايجاد گشتاور لازم شده است.
در اين موتور ساده اگر صفحه كلاف عمود بر خطوط ميدان مغناطيسي قرار گيرد به آن گشتاوري وارد نميشود در ضمن كه گشتاور وارد شده نيز دامنه يكنواخت ندارد براي رفع شدن اين معايب مي بايست تعداد كلافها و تيغه هاي كوموتاتور را افزايش داد كلافها در زاويه هاي مختلف قرار مي گيرد و با هم توسط تيغه هاي كوموتاتور سري مي شود.
تغيير جهت گردش در موتور ساده DC: تغيير جهت گردش موتور ساده به دو روش زير ممكن است:
۱- تغيير جهت جريان در كلاف كه با تغيير پلاريته ولتاژ منبع از خارج موتور ميسر است
۲- تغيير قطبهاي مغناطيسي كه با تغيير جهت جريان در سيم پيچي تحريك ممكن است
ساختمان ماشينهاي جريان مستقيم
اجزاء تشكيل دهنده ماشينهاي جريان مستقيم را ميتوان به صورت زير دسته بندي كرد:
۱- قسمت ساكن شامل قطبها و بدنه
۲- قسمت گردان (آرميچر)
۳- مجموعه جاروبك و جاروبك نگهدارها
هر كدام از قسمتهاي فوق بطور خلاصه توضيح داده مي شود
۱- اجزاء ساكن ماشينهاي جريان مستقيم: قسمتهاي ساكن جريان مستقيم شامل اجزاء زير هستند:
الف- قطبهاي اصلي
ب- قطبهاي كمكي
ج- بدنه
– قطبهاي اصلي: وظيفه اين قسمت تامين ميدان مغناطيسي مورد نياز ماشين است. قطبهاي اصلي خود شامل قسمتهاي زير مي باشد:

– هسته قطب: از ورقهاي فولاد الكتريكي به ضخامت حدود ۵/۰ تا ۶۵/۰ ميلي متر با خاصيت مغناطيسي قابل قبول تشكيل مي شود.
– كفشك قطب: شكل قطب به نحوي است كه سطح مقطع كوچكتر براي سيم پيچ اختصاص داده مي شود و قسمت بزرگتر كه كفشك قطبي نام دارد سبب شكل دادن ميدان مغناطيسي و سهولت هدايت فوران مغناطيسي به فاصله هوايي مي شود.
– سيم پيچ تحريك: يا سيم پيچ قطب اصلي كه دور هسته قطب پيچيده مي شود، براي جريانهاي كم بايد تعداد دور سيم پيچ تحريك زياد باشد و سطح مقطع آن كم و برا ي جريانهاي زياد تعداد دور كم براي سيم پيچ لازم است و با سطح مقطع زياد
– قطبهاي كمكي: قطبهاي كمكي در ماشينهاي جريان مستقيم از هسته و سيم پيچ تشكيل مي شوند، هسته قطبهاي كمكي را معمولاٌ از فولاد يكپارچه مي سازند. سيم پيچي قطبهاي كمكي نيز با تعداد دور كم و سطح مقطع زياد پيچيده مي شوند.
– بدنه: قطبهاي اصلي، كمكي، جاروبك نگهدارها روي بدنه ماشين محكم مي شوند و بوسيله ماشين روي پايه اش نصب مي گردد. قسمتي از بدنه را هسته آهني تشكيل مي دهد كه براي هدايت فوران مغناطيسي قطبهاي اصلي و كمكي بكار مي رود اين قسمت طوق بكار مي رود. شكلهاي زير قطب اصلي و كمكي ماشين جريان مستقيم را نشان ميدهد.
۲- قسمت گردان يا آرميچر: در ماشينهاي جريان مستقيم قسمت گردنده را القاء شوند يا آرميچر مي نامند كه از اجزاء زير تشكيل شده است:
الف- هسته آرميچر
ب- سيم پيچي آرميچر
ج- كلكتور يا يكسوكننده مكانيكي
د- محور
ﻫ- پروانه خنك كننده
– سيم پيچي آرميچر: از كلافهاي مشابهي تشكيل مي شود كه با الگوي مناسب تهيه و در شيارها قرار مي گيرد سيم پيچي آرميچر مبتني بر اصول فني بوده و از طراحي ماشينهاي جريان مستقيم تبعيت مي كند.
– كلكتور: از تيغه هاي مسي سخت كه توسط ميكا نسبت به يكديگر و محور ماشين عايق شده اند تشكيل مي شود.
– محور: محور آرميچر ماشينهاي جريان مستقيم بايد از فولادي تهيه گردد كه خاصيت مغناطيسي آن كم اما استحكام مكانيكي كافي در مقابل تنشهاي برشي، كششي، و پيچشي را دارا باشد انتخاب كردن محور ضعيف خطر آفرين بوده و ممكن بوده در مواقع بروز خطا سبب انهدام كلي ماشين گردد.
– پروانه خنك كننده: پروانه خنك كننده سبب تهويه و ازدياد عمر مفيد ماشين ميشود شكل زير آرميچر ماشين DC با پروانه خنك كننده را نشان ميدهد.
۳- جاروبك و جاروبك نگهدارها: وظيفه جاروبك نگهدار قرار دادن صحيح جاروبك روي تيغه هاي كلكتور است جاروبكها قطعاتي از جنس زغال يا گرافيت مي باشند كه براي گرفتن

جريان از كلكتور يا دادن جريان به آن استفاده مي شود.
سيم پيچي آرميچر ماشينهاي جريان مستقيم
همانطور كه قبلا اشاره شد سيم پيچي آرميچر مبتني بر اصول فني خاص مي باشد كه در طراحي آن به نكات مهمي از قبيل استحكام مكانيكي، الكتريكي و حرارتي با عمر مفيد و عادي حدود ۲۰ سال حداكثر گشتاور و جريان و ولتاژ با حداقل نوسانة جرقه كم بين زغال و كلكتور و صرفه جويي در مواد اوليه بايد توجه كرد.
بسته به نياز كلافها مي توانند بطور سري يا موازي يا تركيبي از اين دو به همديگر وصل مي شوند.
در صورتيكه كلافها با هم سري شوند نيرومحركه كلافها با هم جمع مي شوند و ولتاژ دهي آرميچر افزايش مي يابد. (سيم پيچي موجي)
در صورتيكه كلافها موازي شوند تعداد مسيرهاي جريان موجود در آرميچر افزايش يافته و قابليت ولتاژ دهي آرميچر افزايش مي يابد. (سيم پيچي حلقوي)
توضيح كامل روشهاي سيم پيچي آرميچر در كتابهاي سيم پيچي DC مطرح شده است و ما در اين جزوه به مصرفي آن كفايت مي كنيم.
الف- سيم پيچي حلقوب شامل حلقوي ساده و حلقوي مركب
ب- سيم پيچي موجي شامل موجي ساده و موجي مركب
ج- سيم پيچي پاي قورباغه اي
لازم است در اينجا تعداد مسيرهاي جريان كه در هر نوع ايجاد مي شود نيز معرفي شود. تعداد مسيرهاي جريان را با ۲a نشان ميدهند كه بشرح زير است:
۲a = 2P حلقوي ساده
۲a = 2P.m حلقوي مركب
۲a = 2 موجي ساده
۲a = 2m موجي مركب
۲P : تعداد قطبهاي آرميچر ، m : درجه مركب بودن آرميچر
عكس العمل مغناطيسي آرميچر:
چنانچه ماشينهاي جريان مستقيم زير بار قرار گيرند يعني از سيم پيچي آرميچر جريان عبور كند يك ميدان عكس العمل (عرضي) توسط آرميچر ايجاد مي گردد. اين ميدان باعث مي شود منطقه خنثي در مولدها در جهت چرخش و در موتورها در خلاف جهت چرخش تغيير مكان دهد. عكس العمل آرميچر علاوه بر انحراف محور خنثي سبب تضعيف ميدان مغناطيسي اصلي مي شود در نتيجه نيرو محركه القاء شده در سيم پيچ كم شده، تلفات انرژي در ماشين و جرقه در زير جاروبكها بوجود مي آيد براي از بين بردن و يا كم كردن اثر عكس العمل در ماشينهاي جريان مستقيم مي توان از قطبهاي كمكي و يا در ماشينهاي بزرگتر از سيم پيچي جبرانگر هم استفاده كرد.
پديده كموتاسيون:
تغيير تماس جاروبك از يك تيغه كموتاتور به تيغه ديگر كموتاسيون نام دارد در اين جابجايي كلافي كه تحت كموتاسيون قرار مي گيرد چون توسط جاروبك اتصال شده بايد در ص

فحه خنثي قرار گيرددر عين حال چون جريان در اين كلاف در زمان كموتاسيون تغيير مقدار و جهت ميدهد سبب بوجود آمدن ولتاژ خود القايي در اين كلاف شده و از آنجا كه اين كلاف توسط جاربك و تيغه هاي كموتاتور اتصال كوتاه شده است جرقه نسبتاٌ شديد بين زغالها و كموتاتور بوجود مي آيد. قطبهاي كمكي براي رفع اين عيب موثر خواهد بود. اما در ماشينهاي كه قطب كمكي ندارند بهبود عمل كموتاسيون با تغيير محل جاروبكها (در جهت گردش در مولدها و در خلاف جهت گردش در موتورها) انجام گيرد. اين جابجايي درست كاملا امكان پذير و قابل مشاهده مي باشد.

شكل‌گيري‌ نظامهاي‌ اطلاعاتي‌ كارآمد از وجوه‌ مشخصه‌ انقلاب‌ علمي‌ – فني‌ در جوامع‌پيشرفته‌ امروزي‌ است‌. با اين‌ حال‌ دانش‌ جديد را به‌ هيچ‌ وجه‌ نمي‌توان‌ به‌ انبوه‌ اطلاعات‌گردآوري‌ شده‌ در اشكال‌ متنوع‌ آن‌ يعني‌ كتاب‌، نشريات‌ و سامانه‌هاي‌ نوين‌ اطلاعاتي‌ ازقبيل‌ اينترنت‌ يا كتب‌ الكترونيكي‌، كاهش‌ داد. در حقيقت‌ دانش‌، تنها به‌ موضوع‌ خاصي‌محدود نمي‌شود بلكه‌ شكلهاي‌ متنوع‌ تفكر موجود نيز در گسترش‌ آن‌ موثر است‌ به‌نحوي‌كه‌ شناخت‌، نمي‌تواند بدون‌ تفكر سازنده‌ تنها بازتاب‌ ساده‌ واقعيت‌ در شعور آدمي‌باشد.اين‌ تفكر سازنده‌، آفريننده‌ اشكال‌ مختلف‌ فرايند شناخت‌ است‌. بنابراين‌ نحوه‌ صحيح‌ برخورد با منابع‌ اطلاعاتي‌ خارجي‌، بي‌شك‌ برخورد نقادانه‌ با هدف‌ باز توليداطلاعات‌، نزد افراد است‌.
حجم‌ عظيم‌ اطلاعاتي‌ كه‌ امروزه‌ به‌ دليل‌ انقلاب‌ اطلاعاتي‌ با ابعاد جهاني‌ آن‌ در اختيارما قرار گرفته‌، تنها در چارچوب‌ روشهاي‌ صحيح‌ علمي‌ قابل‌ استفاده‌ است‌. تلقي‌ اين‌مجموعه‌ اطلاعات‌ به‌ مثابه‌ گنجينه‌ فنا نشدني‌ از بسته‌هاي‌ اطلاعاتي‌ كاملا درست‌،برخوردي‌ كاملا ساده‌ انديشانه‌ با فرايند انتقال‌ علم‌ و فن‌ آوري‌ است‌.بر اين‌ اساس‌ در اين‌ نوشتار به‌ نقد و بررسي‌ يكي‌ از موارد مطرح‌ تحت‌ نام‌ نقش‌ مؤلفه‌ صفر جريان‌ در حفاظت‌ديفرانسيل‌ ترانس‌ خواهيم‌ پرداخت‌.
پايداري‌ حفاظت‌ ديفرانسيل‌ ترانس‌ قدرت‌
حفاظت‌ ديفرانسيل‌ ترانس‌ قدرت‌ در رديف‌حفاظتهاي‌ كاملا انتخابي‌ و سريع‌، يكي‌ ازكارآمدترين‌ حفاظتهاي‌ الكتريكي‌ مرسوم‌ درسيستمهاي‌ كنترل‌ و حفاظت‌ شبكه‌هاي‌الكتريكي‌ است‌.
به‌دليل‌ اهميت‌ اين‌ نوع‌ حفاظت‌، تقريباتمام‌ كتابها و منابع‌ تخصصي‌، فصلي‌ را به‌اين‌ موضوع‌ اختصاص‌ مي‌دهند، با اين‌ حال ‌كمتر منبعي‌ را مي‌توان‌ يافت‌ كه‌ به‌ تمام‌مسائل‌ فني‌ مرتبط با موضوع‌ پرداخته‌ باشد. حتي‌ گاهي‌ پيش‌ مي‌آيد كه‌ مطلب‌ يك‌ منبع‌معتبر، حاوي‌ يك‌ لغزش‌ غير قابل‌چشم‌پوشي‌ در اين‌ زمينه‌ باشد. براي‌ روشن‌شدن‌ مطلب‌ به‌طور خلاصه‌ به‌ اين‌ موضوع‌خواهيم‌ پرداخت‌.
هر جا سخن‌ از حفاظت‌ موضعي‌ است‌،خودبه‌خود بحث‌ پايداري‌ در قبال‌ خطاهاي ‌خارج‌ از ناحيه‌، مطرح‌ مي‌شود به‌نحوي‌ كه‌سمت‌ و سوي‌ انتخاب‌ تجهيزات‌، فن‌آوري‌ساخ

ت‌ قطعات‌، همچنين‌ طرحهاي‌ حفاظتي‌ مورد استفاده‌، عملا تحت‌ الشعاع‌ آن‌ قرار مي‌گيرد.
از آن‌جا كه‌ ترانس‌ قدرت‌، يك‌ مبدل‌الكترومغناطيسي‌ با امكان‌ تبادل‌ انرژي‌ دراشكال‌ مختلف‌ الكتريكي‌ و مغناطيسي‌است‌ گاهي‌ بعضي‌ از مولفه‌هاي‌ الكتريكي‌ درانتقال‌ از يك‌ سو به‌ سوي‌ ديگر ترانس‌، تغيير شكل‌ مي‌دهند. براي‌ مثال‌ در ترانسهاي‌حاوي‌ اتصالات‌ مثلث‌، مولفه‌ صفر جريان‌الكتريكي‌ در سمت‌ ستاره‌ به‌ واسطه‌ ميدان‌مغناطيسي‌ هسته‌، قابل‌ انتقال‌ به‌ سمت‌ ديگرنيست‌. در واقع‌ مولفه‌ صفر شار مغناطيسي ‌حاصل‌ از اين‌ جريان‌ توسط جريانهاي‌گردشي‌ كه‌ عمدتا در مسير سيم‌ پيچي‌ مثلث‌جاري‌ مي‌شود قبل‌ از آن‌كه‌ موفق‌ به‌ ايجاد نيروي‌ محركه‌ الكتريكي‌ لازم‌ در ثانويه‌ شود،خنثي‌ مي‌شود. به‌ اين‌ ترتيب‌ با وجود تعادل‌الكترومغناطيسي‌ در طرفين‌ ترانس‌، تعادل‌جرياني‌ بين‌ اوليه‌ و ثانويه‌، برقرار نخواهدشد. اين‌ امر مي‌تواند سبب‌ عملكرد ناخواسته‌ حفاظت‌ ديفرانسيل‌ ترانس‌ شود،زيرا اين‌ حفاظت‌ قادر به‌ تشخيص‌ تعادل‌الكترومغناطيسي‌ در طرفين‌ ترانس‌ نيست‌.
راه‌ حل‌ مرسوم‌ براي‌ رفع‌ اين‌ مشكل‌،استفاده‌ از فيلترهاي‌ مولفه‌ صفر و به ‌طوركلي‌، حذف‌ مولفه‌ صفر جريان‌ ازسيستم‌ حفاظتي‌ است‌. هرچند اين‌ عمل‌سبب‌ كاهش‌ حساسيت‌ سيستم‌ در قبال‌خطاهاي‌ فاز زمين‌ داخل‌ ناحيه‌ حفاظت‌مي‌شود، اما مولفه‌هاي‌ مثبت‌ و منفي‌ جريان‌خطا كه‌ همچنان‌ طي‌ خطاهاي‌ فاز به‌ زمين‌،حضوري‌ موثر دارند، مي‌توانند عملكردصحيح‌ رله‌ را تضمين‌ كنند. طرح‌ پيشنهادي‌در شكل‌ نشان‌ داده‌ شده‌ است‌.
آنچه‌ موضوع‌ اصلي‌ بحث‌ در اين‌نوشتاراست‌ نقش‌ نقاط الف‌ و ب‌ در طرح‌ارايه‌ شده‌ و اختلاف‌ پتانسيل‌ ظاهر شده‌ بين‌آنهاست‌. تصور كنيد حالتي‌ را كه‌ سيستم‌بدون‌ بهره‌گيري‌ از فيلتر مولفه‌ صفر، مورداستفاده‌ قرار مي‌گيرد. در اين‌ حالت‌ چنانچه‌>نقاط الف‌< و ب‌ به‌ يكديگر متصل‌ نباشند، مولفه‌ صفر جريان‌ در ثانويه‌ ترانسهاي‌ جريان‌نمي‌تواند مسيري‌ از عنصر عمل‌ كننده‌ رله‌ بيابد، بنابراين‌ ظاهرا رله‌، عملكرد ناخواسته ‌نخواهد داشت‌. اما فقدان‌ اين‌ اتصال‌ به‌ معني‌ظهور امپدانس‌ صفر قابل‌ توجه‌ در ثانويه‌ترانسهاي‌ جريان‌ است‌ كه‌ مي‌تواند سبب‌اشباع‌ و به‌ تبع‌ آن‌ ظهور اضافه‌ ولتاژهاي‌مخرب‌ در ثانويه‌ ترانسهاي‌ جريان‌ شود.
به‌ اين‌ ترتيب‌ وجود اين‌ اتصال‌،ضروري‌ به‌نظر مي‌رسد. ولي‌ آيا با وجود سيم‌ پيچي‌ متعادل‌ كننده‌ كه‌ نقش‌ فيلتر صفردر ثانويه‌ را دارد، وجود چنين‌ اتصالي‌ضروري‌ است‌؟
واقعيت‌ آن‌ است‌ كه‌ وقتي‌ بناي‌ حفاظت‌بر حذف‌ مولفه‌ صفر جريان‌ است‌، چنين‌اتصالي‌ ضروري‌ نيست‌، زيرا اين‌ اتصال‌عملا نقش‌ مفيدي‌ ايفا نمي‌كند. همان‌طوركه‌گفته‌ شد خطاهاي‌ فاز به‌ زمين‌ داخل‌ ناحيه‌ حفاظت‌، توسط مولفه‌ صفر جريان‌ اتصال‌كوتاه‌، آشكار نمي‌شوند بلكه‌ به‌وسيله‌مولفه‌هاي‌ ديگر جريان‌ خطا، سنجيده‌مي‌شوند.
با اين‌ حال‌ وجود اين‌ اتصال‌ در شرايطوجود فيلتر صفر، خالي‌ از اشكال‌ نيست‌. زيرا در رله‌هاي‌ ديفرانسيل‌ مورد استفاده‌ درحفاظت‌ ترانس‌ از خانواده‌ رله‌هاي‌ديفرانسيل‌ موسوم‌ به‌ امپدانس‌ كم‌LowImpedance هستند. در اين‌ نوع‌رله‌ها وجود عنصرهاي‌ پايدار ساز در ساختمان‌ رله‌Bias امكان‌ استفاده‌ از عنصرعمل‌ كننده‌ با امپدانس‌ بسيار كم‌ براي‌ به ‌حداكثر رساندن‌ حساسيت‌ رله‌ روي‌جريانهاي‌ نشتي‌ داخل‌ ترانس‌ قدرت‌ راعملي‌ مي‌كند.
امپدانس‌ كم‌ عنصر عمل‌ كننده‌ رله‌ دررقابت‌ مولفه‌ صفر فيلتر كه‌ دو شاخ

ه‌ موازي‌را تشكيل‌ مي‌دهند، مي‌تواند سبب‌ جذب‌بخشي‌ از جريان‌ مولفه‌ صفر ناشي‌ از

اتصال‌كوتاههاي‌ فاز زمين‌ خارج‌ از منطقه‌ حفاظت‌ شود و عملكرد ناخواسته‌ رله‌ را به‌ دنبال‌داشته‌ باشد. بنابراين‌ در شرايط استفاده‌ ازفيلتر مولفه‌ صفر، اتصال‌ نقاط الف‌ و ب سبب‌ تضعيف‌ پايداري‌ سيستم‌ در قبال‌خطاهاي‌ خارجي‌ خواهد شد. اين‌ همان‌نكته‌اي‌ است‌ كه‌ در بعضي‌ دستورالعمل‌هابه‌عنوان‌ خودداري‌ از زمين‌ كردن‌ نقطه‌ صفر رله‌ به‌ آن‌ اشاره‌ مي‌شود. زيرا عمل‌ زمين‌كردن ‌نقطه‌ صفر ترانسهاي‌ جريان‌ اصلي‌ به‌دلايل‌حفاظتي‌ از ضروريات‌ است‌ و اين‌ زمين‌دوگانه‌ عملا سبب‌ اتصال‌ نقاط مورد اشاره‌ به‌يكديگر مي‌شود.