بخشی از مقاله
خلاصه
موتور های القایی سه فاز به طور گسترده در صنایع مختلف مانند پالایشگاهها ،پتروشیمی ،کشاورزی ودیگر صنایع به کار می روند. موتور های
القایی تکفاز نیز در بخشهای خانگی، سیسستم های سرمایشی ، گرمایشی، بالابر ها و غیره و همچنین در صنایع و جاهای که برق سه فاز دردسترس 35 mm مشترکین قرار ندارد به کار برده می شود. در این مقاله اثر اختلالات فرکانسی بر عملکرد موتور های سه فاز و تک فاز برسی وبا هم مقایسه شده است. تحقیقات انجام شده اخیر با عنوان اضافه ولتاژ، کاهش ولتاژ، تغییرات فرکانسی و اثرات هارمونیکی مورد توجه بسیاری از محققان بوده و در سالهای اخیر مقالات زیادی در این زمینه منتشر شده است. در این مقاله اثر تغییرات فرکانسی از لحظه راه اندازی بر روی موتور های القایی سه فاز
وتک فاز با نرم افزار MATLAB شبیه سازی شده .سپس عملکرد هرکدام از این موتور ها در این تغییرات برسی شده.
کلمات کلیدی: اختلال، راه انداز، فرکانس، موتور القایی
.1 مقدمه
امروزه در سرتاسر جهان بسیاری از تجهیزات برای آسایش و راحتی انسان ساخته می شود که در بخش های مختلف مثل صنایع ،کشاورزی ولوازم خانگی به کار می روند. ماشین های الکتریکی مخصوصا" موتور های القایی جزء جدایی ناپذیر این تجهیزات است. با افزایش بیش از اندازه ماشین های الکتریکی در بخش های مختلف، عیب یابی و شناسایی اختلالات ماشین های الکتریکی به یک موضوع مهم وحیاتی تبدیل شده است. شناسایی اختلالات ماشین های القایی تنها مربوط به مسائل الکترو مغناطیسی مانند سیم پیچ و فاصله هوایی نبوده ، بلکه به تبع آن پدیده های مکانیکی و حرارتی که سبب بروز اختلال در ماشین های القایی شده اند مورد برسی و مطالعه بسیاری از محققان قرار گرفته [1] و .[2]
.2 انواع اختلالات موتورهای القایی
تحقیقات انجام شده قبلی به طور کلی اختلالات رایج در ماشینهای القایی را به چهارگروه زیرتقسیم می کند که عبارتنداز:
Bearing Fault-1
Stator Winding Fault-2
Rotor Fault-3
Other-4
اختلالات معرفی شده توسط مطالعات قبلی شامل تمامی موتورهای القایی،اعم ازسه فاز وتک فاز می باشد لکن اختلال مورد نظر دراین مقاله فقط مختص موتور های القایی تکفاز است که دارای راه انداز و کلید گریز از مرکز می باشند. براساس مطالعات و تحقیقات انجام شده موسسه Electric Power ( EPRI) Research Institute بر روی 2312 موتورو همچنین گروه تحقیقاتی IEEE-IAS برروی 1141 موتور درصد رخداد هرکدام از عوامل باالا به شرح نمودار1
می باشد.
1دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب 2استاد دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب
دومین همایش ملی پژوهش های کاربردی در »مهندسی برق، مکانیک و مکاترونیک«
2nd National Conference on Applied Researches in Electrical, Mechanical and Mechatronics Engineering
نمودار-1 درصد رخداد اختلالات موتور های القایی
.3 اثر اختلالات را بر روی عملکرد ماشین های الکتریکی
به طور کلی می توان اثر اختلالات را بر روی عملکرد تجهیزات الکتریکی به دو بخش تقسیم زیر کرد:
(1 اثرات بلند مدت long term effect
این اثرات معمولا" به مرور زمان باعث صدمه دیدن عایق موتور ها می شود. اختلالات کیفیت توان یک نمونه بارز آن است به طوری که 3.3 درصد آنبلانسی ولتاژ باعث افزایش 23 درجه ای دمای سیم سیم پیچ استاتور می شود.این افزایش دما دریک دوره زمانی بلند مدت موجب آسیب عایق های موتور و در نتیجه شکست الکتریکی می شود.
(2 اثرات کوتاه مدت short term effect
این اثرات به دلیل ایجاد تغییرات زیاد در ساختار سیستم و حرارت تولیدی ناشی از آن در کوتاه مدت سبب شکست عایقی وکاهش طول عمر موتور می شوند. بعضی از این اثرات به طور آنی باعث از بین رفتن تجهیز می شوند.در این اختلالات جریان فالت تا چندین برابر جریان نامی بود.[6]
.4 عملکرد سیستم
(1 تولید گشتاور در موتور القایی سه فاز
چنانچه استاتور یک موتور القایی سه فاز به شبکه متصل شود به دلیل وجود اختلاف فاز مکانی 121درجه بین سیم پیچهای استاتور، میدان دواری در فاصله هوایی بین استاتور وروتور با سرعت سنکرون شروع به چرخش می کند، این میدان دوار BS میله های روتور که در این لحظه ساکن هستند را قطع می کند لذا یک ولتاژ القایی وبه تبع آن جریانی در هادی روتور ایجاد می شود. وجود این جریان موجب می شود، روتور نیز یک میدان دوار Br ایجاد کند.از تاثیر متقابل این دو میدان گشتاوری بر مجموعه روتور واستاتور وارد می شود وچون استاتور ساکن است پس روتور درجهت
گشتاور تولیدی شتاب می گیرد.این گشتاور طبق رابطه زیر بدست می آید:
در رابطه δ (1) زاویه بین میدان دوار استاتور و روتور است.[4]
(2 تولید گشتاور در موتور القایی تکفاز
برای تحلیل عملکرد یک موتور القایی تکفاز می توان آن را معادل یک موتور دو فاز متعادل با تغذیه نا متعادل فرض کرد. سیم پیچی استاتور شامل دو فاز است که با یکدیگر 90 درجه اختلاف دارند.
در رابطه (2) گشتاور راه اندازی و∝ زاویه با است (به ترتیب جریان سیم پیچ اصلی و جریان سیم پیچ راه انداز)[7]در این موتورها نسبت سیم پیچ راه انداز معمولا" بزرگتر از نسبت متناظر در سیم پیچ اصلی است. لذا جریان در سیم پیچ راه انداز،Ia قدری جلوتراز از سیم پیچ اصلی ،Im می باشد. در نتیجه یک میدان گردان والبته با دامنه غیر ثابت از طرف محور سیم پیچ کمکی به طرف محور سیم پیچ اصلی ایجاد می شود که می تواند به راه اندازی موتور کمک کند. برای افزایش گشتاور راه اندازی لازم است افزایش یابد. با توجه به شکل1 ، یک مقدار بهینه دارد که محاسبه بهینه اهمیت بسزایی دارد.
برای ماکزیمم کردن ، بخاطر خاصیت سلفی و پسفازی ولتاژ محدودیت داریم، ولی اگر در سیم پیچ راه انداز یک خازن قرار دهیم تا جریان به سمت پیشفازی برود هم و هم افزایش می یابد.
