بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
فصل اول : اصول طراحي ماشين هاي الكتريكي
عوامل طراحي
مهندسي به معني كاربرد اقتصادي اصول علمي براي طرح مسايل عملي
حذف مساله هزينه و دوام
طرح فاقد ارزش مهندسي
اهميت كم اثر الكترواستاتيكي (الكتريسيته ساكن) در ماشينهاي
معمولي به خاطر پايين بودن سطح ولتاژ
درنظر گرفتن اثر مزبور در طراحي مولدهاي فشارقوي و ترانسفورماتورها
مخصوصاً در محاسبات عايقي
اسلاید 2 :
بخش هاي مختلف ماشين :
1- مدار مغناطيسي يا مسير شار
2- مدار الكتريكي يا سيم پيچي
3- عايق
4- مدار حرارتي
5- اجزاء مكانيكي
بررسي كميتهاي مختلف الكتريكي،
مغناطيسي، حرارتي و مكانيكي
در مسايل طراحي ماشين
ايجاد محدوديت در طراحي به خاطر عوامل زير :
1- اشباع : منجر به افزايش تحريك و افت آهن
2- افزايش درجه حرارت : آسيب رساندن به عايق ماشين و كاهش عمر ماشين
3- عايق بندي : شكست عايق به خاطر شدت ميدان الكتريكي زياد
محافظت عايق دربرابر خطرات مكانيكي و حرارتي
4- بازده : استفاده از مواد بيشتر براي طراحي يك ماشين پربازده
كه منجر به افزايش هزينه ساخت
اسلاید 3 :
5- طرح مكانيكي : مواجه شدن اجزاء ماشين با تنش هاي مكانيكي
بخصوص در ماشين هاي سرعت زياد
6- كموتاسيون : محدود شدن توان خروجي به خاطر كموتاسيون
در ماشينهاي كموتاتوري
7- ضريب توان : افزايش جريان در ضريب توان كم براي يك قدرت معين
1-2- اصول طراحي
وابستگي طراحي ماشين به تجربيات به دست آمده در اين زمينه
به خصوص براي طراحي عايق بندي،تهويه و اجزاء مكانيكي
تغيير مقادير استفاده شده براي رسيدن به يك طرح
رضايت بخش (تكرار مراحل طراحي)
امكان طراحي مدارهاي الكتريكي و مغناطيسي براساس قوانين علمي
اسلاید 4 :
1-2-1- قانون القاي فارادي
القاء ولتاژ درون يك حلقه با عبور شار متغير با زمان :
تحقق شار متغير با تغيير زماني شار يك پيچك ساكن يا حركت يك
پيچك ساكن درون شار ثابت يا هردو
علامت منفي به خاطر قانون لنز
نیروی محرکه الکتریکی القایی در یک هادی متحرک درون میدان مغناطیسی
اسلاید 5 :
ولتاژ القايي در هادي متحرك درون ميدان مغناطيسي :
V : بردار سرعت ، B : بردار چگالی شار l : بردار طول
1-2-2- قانون بيوساوار
i : دامنه جریان ، B : بردار چگالی شار ، l : بردار طول
نیروی وارده بر یک هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی
اسلاید 6 :
1-3-1- نيروي بين هادي هاي حامل جريان
نیرو از نوع دافعه در صورت همجهت بودن جریانها و
از نوع جاذبه برای جریانهای در خلاف جهت یکدیگر
اسلاید 7 :
نیروی مکانیکی : F = B i l = 0.81000.5 = 40 N
قدرت مکانیکی : P = F v = 40 40 = 1600 W
ولتاژ تولیدی : e = B l v = 0.8 0.5 40 = 16 V
قدرت الکتریکی : Pe = e i = 16 100 = 1600 W
مثال 1-1- یک هادی به طول 50 cm حامل جریان 100 A می باشد و عمود بر میدان
مغناطیسی به چگالی شار 0.8 T قرارگرفته است. مطلوب است محاسبه :
1- نیروی مکانیکی اعمال شده
2- قدرت لازم برای چرخش هادی با سرعت 40 m/s
3- نیروی محرکه الکتریکی تولیدی در هادی
4- قدرت الکتریکی تولیدی
اسلاید 8 :
فصل دوم : مواد
2-1- مواد هادي :
مواد با هدايت بالا براي ساختن انواع سيم پيچي ها و شبكه هاي انتقال انرژي
مواد با مقاومت زياد براي وسايل پرمقاومت و گرم كننده
2-2- مواد با هدايت بالا :
مشخصات مواد با هدايت بالا :
حداكثر رسانايي ممكن (حداقل مقاومت)
حداقل ضريب ازدياد مقاومت حرارتي
مقاومت مكانيكي مناسب (مقاومت كششي و قابليت انعطاف)
قابليت نورد شدن براي ساخت سيم هاي كم مقطع
قابلبت جوشكاري و لحيم كاري
مقاومت دربرابر فساد و زوال
اسلاید 9 :
تغيير مشخصات مزبور با هدف طرح
براي مثال اهميت كمتر مقاومت كششي و نياز به مقاومت مكانيكي بالا و قابليت انعطاف خوب در ساخت سيم پيچ ماشين الكتريكي با حداقل مقاومت الكتريكي
2-1-1- مس
پراستفاده ترين هادي الكتريكي
مشخصات :
هدايت الكتريكي بالا
مشخصات مكانيكي عالي
مصون از اكسيداسيون و فساد با شرط بازنگري و نگهداري
قابليت نورد و كشش به خاطر خاصيت چكش خواري و نرم بودن آن
قابليت لحيم كاري به سادگي
اسلاید 10 :
2-2-2- آلومينيم
مورد استعمال زياد به دلايل اقتصاد مهندسي
نرم تر از مس
امكان نورد به صورت ورق هاي نازك
عدم امكان ساخت سيم هاي نازك به دليل استقامت مكانيكي كم
اسلاید 11 :
امكان جايگزينی آلومينيم بجاي مس با يكسان سازي مقاومت الكتريكي آنها :
مقاومت مخصوص آلومينيم 6/1 برابر مس
جرم مخصوص مس 2/3 برابر آلومينيم
مساله محدويت فضاي سيم پيچي براي هادي آلومينيمي به عنوان يك اشكال
پذيرش آلومينيم
كاهش هزينه در ترانسفورماتور هاي كوچك
ولي افزايش ابعاد و هزينه در ترانسهاي بزرگ
افزایش سطح مقطع آلومينيم به میزان 60%
وزن آلومينيم 48%مس
ساخت ظروف ترانس به خاطر سبكي آلومينيم
مورد استفاده زياد آلومينيم در ساخت رتور قفس سنجابي
اسلاید 12 :
كاربرد لحيم هاي آهني ماوراء يوني براي آلومينيم به خاطر غيرعملي بودن
استفاده از روش هاي معمولي لحيم كاري به دليل نقطه ذوب بالاي
آلومينيم (2000 درجه سانتي گراد) و سرعت زياد اكسيد شدن آن
اكسيدشدن سريع آلومينيم در شرايط عادي و تشكيل لايه AL2O3 روي آن
جلوگيري از اكسيدشدن بيشتر به خاطر لايه مزبور
2-2-3- آهن و فولاد
كاربرد آلياژهاي فولاد با كرم و آلومينيم در ساخت رئوستاي راه انداز جايي كه
سبكي ، استقامت مكانيكي و انتقال حرارت داراي اهميت است
استفاده از آهن ريخته اي در سيم هاي مقاومت راه انداز موتورهاي بزرگ
اسلاید 13 :
2-2-4- آلياژهاي مس
1- برنز (مفرغ) : تركيب مس با قلع ،كاديم يا برليم
مقاومت مكانيكي بالا ولي مقاومت مخصوص زیاد
الف- مس با برليم
افزودن 1-2.5% برليم به مس
آلياژ محكم براي نورد
فنرهاي حامل جريان ، كنتاكتهاي لغزان ، تيغه هاي كليدهاي چاقويي
ب- مس با كاديم
كاربرد :
افزودن 1.1% كاديم به مس
امکان ساخت سيم هاي سخت تر ،
محكمتر داراي مقاومت كششي بيشتر
2- برنج : شامل 66% مس و 34% روي
مقاومت مكانيكي و سائيدگي بزرگتر نسبت به مس
هدايت كمتر
قابليت كشش ، جوشكاري و لحيم كاري بهتر
اسلاید 14 :
2-3- مواد با مقاومت مخصوص بالا
كاربرد در تبديل انرژي الكتريكي به حرارتي
آلياژ مواد مختلف : نيكل ، نقره و آهن
1- مواد به كاررفته در دستگاههاي اندازه گيري ظريف و دقيق
و مقاومت هاي استاندارد و جعبه مقاومت
مشخصه هاي اصلي اين مواد :
داشتن حداقل ضريب تغيير مقاومت در اثر درجه حرارت
پايين بودن ضريب نيروي محركه الكتروحرارتي و درنتیجه كاهش خطا در اندازه گيري
اهميت كمتر هزينه در ساخت اين مواد
منگانين به عنوان مهمترين ماده مورد استفاده براي اين منظور :
86% مس 12% منگنز 2% نيكل
اسلاید 15 :
2- مواد مورد استفاده براي رئوستا
مشخصات اصلي اين مواد :
اهميت زياد هزينه به دليل حجم بالاي مواد مصرفي
تحمل درجه حرارت بالا
اهميت كم ضريب نيروي محركه الكتروحرارتي
كنستانتان به عنوان مهمترين آلياژ اين دسته
60-65% مس 35-40% نيكل مقدار كمي آهن يا ماده مغناطيسي
3- مواد مورد استفاده در وسايل حرارتي
كاربرد در كوره هاي الكتريكي و وسايل حرارتي
تحمل درجه حرارت بسيار بالا
داشتن نقطه ذوب بالا و ضد فساد و زوال
كاربرد طلاي سفيد بخاطر نقطه ذوب بالا در كوره هاي الكتريكي آزمايشگاهي
نيكروم : آلياژ نيكل ،كرم و آهن
تحمل درجه حرارت بالا به دليل وجود كرم
اسلاید 16 :
2-4- مواد كربني (زغالي)
هدايت مخصوص كمتر كربن نسبت به فلزات
كاربرد در ساخت جاروبكهاي ماشينهاي الكتريكي (اغلب گرافيتي)
بزرگتر كردن ابعاد بلور در
گرافيت با اعمال حرارت
بالا رفتن هدايت الكتريكي جاروها
و كاهش سختي
لزوم داشتن سطحی صاف در جاروها به خاطر جلوگيري از سائيده شدن
مشخصات انواع جاروهای کربنی
اسلاید 17 :
2-5- فوق هادي ها
عدم استفاده از آهن به عنوان مدار مغناطيسي
پايين بودن چگالي شار (0.1 T)
كم بودن نيرو يا گشتاور توليدي در واحد حجم ماشين
نياز به برقراري جريان بزرگ در هادي براي توليد ميدان مغناطيسي قوي
روش هاي مختلف توليد جريان بزرگ :
انتخاب هادي با سطح مقطع بزرگ با استفاده از چگالي جريان كوچك
بزرگ شدن ابعاد ماشين
انتخاب هادي با سطح مقطع كوچك با استفاده از چگالي جريان بزرگ
افزايش مقاومت سيم و تلفات مسي و بالارفتن درجه حرارت
اسلاید 18 :
مواد فوق هادي : مواد با مقاومت مخصوص قابل اغماض
درجه حرارت انتقالي : درجه حرارت تبدیل فلز به فوق هادي
فلزات هادی خوب در درجه حرارت دارای خواص بد فوق هادي (مس ، طلا و نقره)
فلزات هادی بد در درجه حرارت دارای خواص خوب فوق هادي
درجه های انتقالی مواد مختلف
اسلاید 19 :
از بين رفتن خاصيت فوق هادي در حضور ميدان مغناطيسي قوي
(ميدان مغناطيسي بحراني) يا چگالي جريان بالا (چگالي جريان بحراني)
پايين آمدن ميدان مغناطيسي بحراني و چگالي جريان بحراني با افزايش دما
برگشتني بودن انتقال از حالت فوق هادي به هادي
امكان انتخاب چگالي جريان زيادتر با معرفي مواد فوق هادي
ساخت ماشين با ابعاد كوچكتر در زیر درجه حرارت انتقالي
توليد چگالي شار 10 T يا بيشتر با استفاده از سيم پيچي هاي
فوق هادي خنک شونده به طور فوق العاده ای
كوچكتر شدن ابعاد ماشين ها با پيشرفت فوق هادي ها
اسلاید 20 :
2-6- مواد مغناطيس
مواد فرومغناطيس : داراي ضريب نفوذپذيري مغناطيسي نسبي خيلي بزرگتر از واحد
مواد غيرمغناطيسي : داراي ضريب نفوذپذيري مغناطيسي نسبي كمي بزرگتر از واحد
مواد ضدمغناطيسي : داراي ضريب نفوذپذيري مغناطيسي نسبي كمي كمتر از واحد
وابستگي ضريب نفوذپذيري مغناطيسي به نيروي مغناطيس كنندگي در مواد
فرومغناطيس و مستقل بودن آن در مواد غيرمغناطيسي و ضدمغناطيسي
قرارگرفتن ماده فرومغناطيس
درون ميدان مغناطيسي
اعوجاج قابل ملاحظه ميدان
و توليد نيروي زياد
مواد فرومغناطيس : آهن، نيكل و كبالت و آلياژهاي آنها
2-7- انواع مواد مغناطيسي
1- مواد مغناطيسي نرم
2- مواد مغناطيسي سخت
