بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
موتورهاي هيسترزيسي
اسلاید 2 :
موتورهاي هيسترزيسي:
1- تاريخچه
نظريه گشتاور هيسترزيس و مطرح كردن وسائلي كه در آنها از اين پديده استفاده شده باشد، اولين بار در آستانه قرن بيستم توسط يك محقق آلماني بنام آقاي اشتاينمتز در يك كتاب منتشر شده بزبان آلماني مطرح شد.[1] ظاهراً همين كتاب 8 سال بعد توسط خود مولف بزبان انگليسي ترجمه شده است،[2] كه اولين متن انگليسي منتشر شده راجع به نظريه گشتاور هيسترزيس مي باشد و در اكثر مباحث مرتبط با تاريخچه موتور هيسترزيس، از آن بعنوان اولين سند و مرجع مربوط به نظريه گشتاور هيسترزيس ياد مي شود [1] - Ch. p. steinmetz: "Theorie und Berechnung der wechselstor-merscheinungen" (1900) S.79 und 160.
[2] - Ch. p. steinmetz: "Theory and calculation of alternating current phenomena" Mc Graw Hill, 1908, pp 122 & 180.
اسلاید 3 :
. بعد از مطرح شدن اين نظريه توسط وي تا سال 1940 تنها دو مقاله مختصر و جنبي بدين موضوع پرداختند و در سال 1940 ميلادي اولين مقاله نسبتاً جامع و بررسي نسبتاً خوبي براي شروع، توسط آقاي تير (Teare) ارائه شد.
در مطالعات بعدي از اين مقاله بعنوان آغاز برخورد جدي و نظري با ماشينهاي هيسترزيس و يا بطور كلي وسائل گشتاور هيسترزيس ياد مي شود. نتايج يك سري بررسيهاي تجربي آزمايشگاهي جهت افزايش توان، ضريب قدرت و راندمان موتورهاي هيسترزيس توسط آقاي روترز در سال 1947 ميلادي ارائه شده است. جديترين برخورد بعدي با نظريه گشتاور هيسترزيس توسط آقايان پروفسور اسلمون، كوپلند و بعدها پروفسور محمدعزيزالرحمان (رحمان) طي سلسله مقالاتي در سالهاي 1963، 1964 و 1969 انجام گرفت.
اسلاید 4 :
دو مقاله ابتدائي منتشر شده توسط اين گروه بهمراه مقاله سال 1940 آقاي تير، مبناي اكثر فعاليتهاي انجام گرفته بعدي راجع به ماشين هيسترزيس قرار گرفته است. بحثي نيز راجع به كلاچهاي هيسترزيس و يا بطور كلي كوپلينگهاي هيسترزيس توسط وينستون در سال 1957 ميلادي ارائه و مطرح شده است.
محققين ژاپني در نيمه اول دهه 60 ميلادي بطور جدي وارد مباحث گشتاور هيسترزيس شدند و طي سالهاي متوالي تا امروز مقالات متنوعي را راجع به نظريه گشتاور هيسترزيس مطرح كرده اند،
اسلاید 5 :
طي اين سالها توسط محققاني كه نامهايشان ذكر شد و ساير افراد بخصوص، پروفسور كاتااوكا، پروفسور واكوئي، پروفسور جكسون و . مباحث متنوعي راجع به ارائه مدلهاي مختلف جهت انواع موتورهاي هيسترزيس، روشهاي مختلف افزايش راندمان و ضرب قدرت موتورهاي هيسترزيس، شرايط ديناميكي كار موتور هيسترزيس و انواع تركيبي موتور هيسترزيس با ساير موتورها مانند موتور رلوكتانس، هيسترزيس، موتور هيپرسين و . مطرح و راجع به آن بحث شده است. اما آنچه كه قابل توجه است تاكنون متن مفصل و جامعي كه بطور گسترده و از ابتدا تا انتها به بررسي ماشين هيسترزيس بطور كامل بپردازد ديده نشده است. همين امر بهمراه مشكل تهيه منابع پراكنده، موضوع تحقيق و بررسي راجع به ماشين هيسترزيس را مشكل كرده است.
اسلاید 6 :
2- انواع گشتاورهاي الكترومغناطيسي
در ماشينهاي الكتريكي عمدتاً از سه نوع گشتاور استفاده ميشود، اين سه نوع گشتاور عبارتند از:
1- كشتاور تداخلي: (Interaction Torque)
اين گشتاور بواسطه حضور دو ميدان مغناطيسي يكي در رتور و ديگري در استاتور كه نسبت به هم ساكن هستند ايجاد مي شود. تقريباً در تمامي ماشينهاي الكتريكي رايج اعم از ماشينهاي جريان مستقيم (DC)، متناوب القائي و سنكرون، از اين نوع گشتاور بهره گرفته مي شود.
اسلاید 7 :
- گشتاور رلوكتانسي (Reluctance Torque)
گشتاور رلاكتانسي از تمايل شار مغناطيسي به كاهش رلاكتانس مسير ايجاد مي شود. چون اين گشتاور فقط در سرعت سنكرون وجود دارد لذا ماشينهاي رلاكتانسي نياز به راه انداز دارند.
3- گشتاور هيسترزيس: (Hysteresis Torque)
اين گشتاور بواسطه حضور يك ميدان گردان مغناطيسي و بعلت خاصيت پس ماند مغناطيسي در ماده مغناطيسي سخت و يا نيمه سخت روتور ايجاد ميشود. اين گشتاور از ابتدا تا انتهاي راه اندازي و در سرعتهاي مختلف وجود دارد. فلذا در وسائلي كه از اين نوع گشتاور استفاده شده است به وسيله جانبي ديگري جهت راه اندازي احتياج نمي باشد.
اسلاید 8 :
تركيب دو تائي و سه تائي انواع گشتاورهاي ذكر شده نيز رايج و مورد استفاده هستند. بطور مثال در ماشين سنكرون قطب برجسته از تركيب گشتاورهاي تداخلي و رلوكتانسي استفاده مي شود كه البته تأمين گشتاور اصلي ماشين، بعهده گشتاور تداخلي مي باشد. تركيب گشتاورهاي هيسترزيس و رلوكتانسي نيز رايج است كه از آنها بعنوان موتورهاي سنكرون هيسترزيس رلوكتانس ياد مي شود. در اغلب موتورهاي هيسترزيس نيز، بواسطه هادي بودن روتور، كوپل تداخلي القائي وجود خواهد داشت كه به آن اصطلاحاً كوپل جريان فوكو (يا جريان گردابي) ميگويند. وجود اين كوپل اضافي مشخصه و مقدار گشتاور را در سرعتهاي زير سنكرون بهتر مي كند.
اسلاید 9 :
- مشخصههاي ماشين هيسترزيس:
در موتور هيسترزيس گشتاور بواسطه تأخير در تعويض قطبها در روتور و يا تأخير B؛ چگالي شار مغناطيسي از H، شدت ميدان مغناطيسي، بواسطه وجود هيسترزيس و پس ماند مغناطيسي بوجود ميآيد. روتور موتورهاي هيسترزيس از مواد مغناطيسي نيمه سخت (semihard-Hysteretic) و يا سخت (Permanent Magnet-Hard) تشكيل شده است كه بعلت همين سختي مغناطيسي داراي منحني (حلقه) هيسترزيس نسبتاً پهني ميباشند. در ماشينهاي رايج روتور بصورت حلقه (رينگ) يكپارچه و يا جهت اجتناب از تلفات جريان فوكو بصورت حلقه هاي نازك متصل به هم كه يك حلقه (رينگ) استوانه اي بزرگتر را تشكيل مي دهند؛ مي باشد.
اسلاید 10 :
ب الف
شكل (1): مقاطعي از روتور موتور هيسترزيس استوانهاي.
الف) روتور يكپارچه ب) روتور مورق
اسلاید 11 :
از آنجائي كه جهت كار موتور به حضور يك نيروي محركه مغناطيسي (MMF) گردان با توزيع حتي الامكان سينوسي احتياج داريم، دقيقاً مشابه با ساير ماشينهاي جريان متناوب (AC) رايج و مانند ماشين هاي سنكرون و القائي (آسنكرون) استاتور با سيمبندي توزيع شده را اختيار مي كنيم. هر چند كه براي اصلاح و بهبود برخي از فاكتورهاي موتور هيسترزيس (مانند ضريب قدرت و راندمان) در بعضي شرايط از شيارهاي بسته استفاده ميشود. ولي موتور هيسترزيس از لحاظ ساختماني استاتور داراي مشخصاتي مشابه با استاتور ماشينهاي القائي و سنكرون رايج مي باشد.
اسلاید 12 :
براي ماده روتور موتور هيسترزيس نياز به ماده آهنربائياي مي باشد كه توانائي بستن منحني (حلقه) هيسترزيس مناسبي از آن از جانب نيروي محركه مغناطيسي (MMF) استاتور وجود داشته باشد.
موتور هيسترزيس در حالت ايده آل داراي گشتاور ثابت راه اندازي تا سرعت سنكرون ميباشد و بعد از رسيدن به سرعت سنكرون با طي نوسانات ميراشوندهاي در سرعت ثابت گشتاور مورد نياز بار را تأمين ميكند. از اين زمان به بعد عملكرد موتور هيسترزيس تا حدودي مشابه با عملكرد يك موتور سنكرون با روتور آهنرباي دائم مي باشد. مشخصه گشتاور- سرعت موتور هيسترزيس ايده آل در شكل (2) داده شده است. نقطه كار موتور هيسترزيس در سرعت سنكرون و در شاخه عمودي مشخصه خواهد شد.
اسلاید 13 :
شكل (2): مشخصه گشتاور- سرعت ماشين هيسترزيس ايدهآل و نواحي مختلف كاري آن.
در سرعت سنكرون با فرض ايدهآل بودن موتور، تلفاتي در روتور نخواهيم داشت.
اسلاید 14 :
شكل (3): مشخصههاي توان- سرعت موتور هيسترزيس ايدهآل
اسلاید 15 :
Pg ----------------
Ploss - - - - - - - - - -
Poutput -.-.-.-.-.-.-.
اما در طول راه اندازي وجود تلفات هيسترزيس در روتور اجتناب ناپذير است. ميزان اين تلفات با قدر مطلق لغزش متناسب بوده و در بدو راهاندازي، كل توان ورودي بفاصله هوائي خواهد بود. Ploss = S Pg Poutput=(1-s)Pg
و بعد از رسيدن به سرعت سنكرون مطابق با گشتاور بار، توان خروجي خواهيم داشت
اسلاید 16 :
شكل (4): تغييرات گشتاور بار در موتور هيسترزيس
اسلاید 17 :
موتور هيسترزيس داراي پاسخ خوبي به تغييرات گشتاور بار ميباشد ولي اگر گشتاور بار به مقداري بالاتر از Tmax افزايش يابد، از سرعت موتور كاسته خواهد شد و موتور از حالت سنكرون خارج شده و در حالت آسنكرون كار خواهد كرد، شكل (4)، بديهي است كه در اين حالت در روتور تلفات قابل توجهي را خواهيم داشت كه افزايش دماي ناشي از آن امكان صدمه رساندن به ماده هيسترزيس روتور را دارد.
عموماً جهت اجتناب از اين موضوع گشتاور حداكثر Tmax را حدود سه برابر گشتاور نامي بار در نظر ميگيرند.
اسلاید 18 :
در روي منحني گشتاور – سرعت ماشين هيسترزيس، سه ناحيه كاري مشابه نواحي كاري ماشين القائي (آسنكرون) ديده ميشود.
الف) ناحيه موتوري: از حالت سكون تا سرعت سنكرون n=0) تا ناحيه (n=ns ناحيه كار موتوري ماشين ميباشد كه گشتاور خروجي جز در n=ns داراي مقدار ثابتي بوده و در n=ns داراي مقادير مثبت كوچكتر از Tmax خواهد بود.
ناحيه موتوري:
اسلاید 19 :
ب) ناحيه ژنراتوري: در در ناحيه ژنراتوري واقع شدهايم و ماشين قابليت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي را داراست. مشابه با ماشين القائي (آسنكرون) جهت كار در ناحيه ژنراتوري احتياج به وجود ولتاژ شبكه خارجي و يا بعبارت ديگر به نيروي محركه مغناطيسي (MMF) گردان در استاتور مي باشد. فلذا ماشين هيسترزيس بعنوان يك ژنراتور مستقل مطرح نمي باشد. مگر آنكه روشهاي مشابهي را كه در مورد ژنراتورهاي القائي (آسنكرون) بكار ميروند در مورد آنها بكار ببريم.
: ناحيه ژنراتوري n ns T=Tmax
اسلاید 20 :
ج) ناحيه ترمزي: در قسمت n<0 در ناحيه ترمزي واقع شدهايم در اين حالت جهت گردش ميدان گردان در خلاف جهت گردش روتور بوده و لغزش (S) داراي مقداري بيش از واحد خواهد بود. استفاده از اين ناحيه جهت ترمز ناگهاني ميتواند مطرح باشد ولي منجر به تلفات زياد در روتور خواهد شد، زيرا كه تلفات روتور مستقيماً با مقدار لغزش (S) بستگي دارد.
: ناحيه ترمزي n < 0 ، T=Tmax
