بخشی از مقاله
تاثیر نیروی صاعقه بر شبکه ها
از زمانهاي بسيار قديم بشر با آهن ربا هاي طبيعي آشنا بوده ، نيروهاي جاذبه و دافعه بين قطعات مختلف اين آهن ربا ها و نيز بين آنها و ساير قطعات آهني را مي شناخته است . اما تا حدود 200 سال قبل تحليل صحيح و دقيقي از رفتار اجسام مغناطيسي ارائه نشده بود و به همين دليل
استفاده چنداني از اين پديده انجام نمي شد . در سال 1819 ميلادي يك دانشمند دانماركي به نام اورستد متوجه شد هنگام عبور جريان برق از يك سيم ، چنانچه در مجاورت آن قطب نمايي قرار دهيم ، عقربه قطب نما ( كه از جنس آهن رباي طبيعي است ) منحرف مي گردد . اين تجربه نشان داد كه جريان برق نيز مانن آهن رباي طبيعي در اطراف خود يك ميدان مغناطيسي ايجاد مي كند كه شدت آن بستگي به شدت جريان دارد عكس العمل آرميچر: عواملي كه در حالت بارداري دينامو باعث تغيير نيروي الكتروموتوري آرميچر مي باشد عكس العمل آرميچر ناميده مي شود و مهمترين
آنها به شرح زير است: 1- عكس العمل القا شونده كه باعث افت ولتاژ در مقاومت سيم پيچ آرميچر مي شود در حالت ژنراتور V=E-RI و در حالت موتور V=E+RI مي باشد 0E نيروي الكتروموتوري توليد شده و V ولتاژ دو سر آرميچر و RI افت ولتاژ آرميچر مي باشد0 2- عكس العمل مغناطيسي كه باعث نيروي الكتروموتوري و فوران مي گردد و به دو دسته تقسيم مي شود0 الف: عكس العمل عرضي ب: عكس العمل طولي الف: عكس العمل عرضي ميدان مغناطيسي يك ماشين ، توسط سيم پيچ تحريك تامين مي گردد 0 در يك ماشين باردار ، جرياني كه از سيم پيچ هاي آرميچر مي گذرد نيز توليد ميدان مغناطيسي مي نمايد و اين ميدان روي ميدان اصلي اثر نموده و با عث ايجاد خطوط ميدان تحريك مي شود . آرميچر كه از سيم پيچ هاي آن جريان مي گذرد ميداني به وجود مي آورد كه محور آن بر محور جاروبكها منطبق است0 وجود ميدان آرميچر سبب ايجاد فوران
مغناطيسي تحت قطبها مي شود و در يك طرف قطب ،آنرا تقويت و در طرف ديگر آن را تضعيف مي كند . اگر ماشين اشباع نباشد عكس العمي عرضي آرميچر در e.m.f. آرميچر تغيير نمي دهد ولي در حالت اشباع ماشين e.m.f. ارميچر كاهش مي يابد. در حالت بارداري ، جريان ميدان تحريك و جريان آرميچر هر دو وجود دارند و m.m.f. هاي منتجه اين دو جريان توليد موج دانسيته فوران مينمايد . خط خنثاي الكتريكي يا منطقه اي كه دانسيته فوران در آن صفر است در حالت ژنراتور از خط خنثاي هندسي ،در جهت چرخش و در حالت موتور در جهت عكس چرخش تغيير مكان مي دهد . مولفه فوران مغناطيسي در محور خنثي باعث اشكالات كموتاسيون ميشود m.m.f. آرميچر توليد عكس العمل آرميچر مي نمايد . ضمن مهمترين مولفه (قسمت) از اين m.m.f. در محور خنثي (محور ربعي ) واقع است. مدار مغناطيسي اشباع نشده: در اين حالت قابليّت نفوذ مغناطيسياجرا مختلف مدار مغناطيسي را مي توان ثابت فرض نمود و در نتيجه دانسيته فوران منتجه در هر نقطه مساوي
حاصل جمع جبري دانسيته هاي فوران آرميچر و ميدان تحريك مي باشد .و در اثر تغيير شكل اندوكسيون منتجه محور خنثي در جهت گردش آرميچر تغيير مكان مي دهد0 جاروبكها را بايد در جهت گردش آرميچر تغيير مكان داد،چون ومدار مغناطيسي به حال اشباع نرسيده است تقويت دانسيته فوران در يك گوشه از قطب و تضعيف آن در گوشه ديگر ،ؤ يكديگر را جبران مي نمايد و فوران كلي تغيير نمي كند اما به علت تغيير شكل خطوط قواي مغناطيسي و طولاني شدن راه آنها مقاومت مغناطيسي افزايش مي يابد و چون نيروي محركه مغناطيسي ثابت است لذا فوران مفيد كاهش مي يابد0 مدار مغناطيسي اشباع شده: در اين حالت نمي توان دانسيته فوران ميدان اصلي و عكس العمل آرميچر را جمع جبري نمود و بايد نيروهاي محركه مغناطيسي را تركيب نموده و از روي منتجه آنها اندوكسيون را در نقطه مطلوب تعيين نمود0 با رعايت اين نكته منحني نمايش دانسيته فوران در سطح آرميچر بر حسب نيروي محركه مغناطيسي كلي در شكل (1-1) نشان داده شده است 0فرض مي شود Boدانسيته فوران در حالت بي باري مولد و Fo نيروي محركه
مغناطيسي باشد كه آنرا توليد مي نمايد0 شكل شماره 1-1 تغييرات نيروي محركه مغناطيسي ايجاد شده توسط جرياني كه هنگام بارداري مولد از سيمهاي آرميچر آن مي گذرد زير قطبها خطي است و بعلاوه در روي محور قطبي ( محوري كه از قطب مي گذرد) صفر و درآن گوشه ي قطب كه آرميچر از آن دور مي شود مثبت و در آن گوشهي قطب كه القا شونده به آن نزديك مي شود منفي است، در نقطه اي به فاصله X از محور قطبي ، شكل (2-1) ، اين نيروي محركه مغناطيسي را
ميتوان به صورت F1=Kx نوشت 0K ضريبي ثابت است كه تابع جريان القا شونده ميباشد 0 نيروي مغناطيسي منتجه برابر است با:F=Fo+F1= Fo+Kx شكل 2-1 با مقايسه فورانهاي حالت بي باري و بار داري مشاهده مي شود كه كاهش فوران در گوشه ورودي و افزايش آن در گوشه خروجي مي باشد.افزايش فوران در گوشه خروجي نمي تواند كاهش فوران را در گوشه ورودي جبران كند و لذا از فوران مفيد و در نتيجه نيروي الكتروموتوري القا شده در مولد كاسته مي شود 0 طرق مختلف جبران عكس العمل عرضي آرميچر : تعبيه شيارها در كفشكهاي قطبي : با ايجادچند شيار در
كفشكهاي قطبي فاصله هوايي در شيار مسير فوران عكسالعمل آرميچر به وجود مي آورند ، تا با لفزايش مقاومت مغناطيسي از مقدار فوران عرضي كاسته شود0 اما شيارهاي كفشكهاي قطبي مقطع آهن كفشكها را كاهش مي دهد و در نتيجه زود تر آنرا به حال اشباع مي رساند . به علاوه وجود شيارها در كفشكهاي قطبي موجب مي گردد كه دانسيته فوران مغناطيسي در فاصله هوايي ميان كفشكهاي قطبي و آرميچر از حالت يكنواختي خارج شود ، از اين جهت به ندرت اين طريق را به كار مي برند0 2-سيم پيچي تعديل اگر ولتاژ موجود بين تيغه هاي مجاور يك كلكتور را به صورت تابعي از وضع زاويه اي پيرامون كلكتور ، رسم نماييم نتيجه يك منحني استكه تقزيبا شبيه منحني توزيع دانسيته فوران مي باشد ولتاژ بين تيغه هاي مجاور وقتي كه دو طرف كلاف متصل به انها در قويتري
ن ميدان قرار گيرد، حداكثر خواهد بود . عكس العمل عرضي آرميچر باعث توزيع ولتاژ در دور كلكتور مي شود . در بعضي موارد ، ماشينها گاهي ، تحت بار اضافي يا تغييرات سريع بار قرار مي گيرند . زماني كه بار اضافي بيش از حد روي ماشين باشد يا تغييرات ناگهاني بار اتفاق بيفتد ، ولتاژ بين تيغه هاي كلكتور ممكن است بقدري زياد شود كه باعث ايجاد جرقه بين دو جاروبك مجاور با پلاريته مخالف گردد و باعث اتصال كوتاه يا بعضي اوقات ، سوختن كلكتور گردد . مگر اينكه براي غلبه بر عكس العمل عرضي آرميچر اقداماتي صورت گيرد . براي اين منظور سيم پيچ ديگري در ماشين تعبيه مي شود . m.m.f. مغناطيسي عرضي توسط اين سيم پيچ كه به سيم پيچ تعديل معروف است و. در صفحات قطبهاي اصلي تعبيه مي شود خنثي مي گردد . سيم پيچ تعديل به صورت سري با سيم پيچ آرميچر قرار مي گيرد و شماره مفتول هاي آن طوري است m.m.f. آن مساوي است با m.m.f. مفتولهاي آرميچر كه تحت صفحات قطبي قرار دارند، m.m.f.ها در دو جهت مخالف بوده و بنا بر اين m.m.f. سيم پيچ تعديل سبب تقليل دانسيته فوران آرميچر مي شود . سيم پيچ هاي تعديل براي خنثي نمودن اثر عكس العمل آرميچر ، در منطقه خارج از نفوذ قطبها كموتاسيون و بخصوص براي يكنواخت نگاه داشتن توزيع فوران تحت صفحات قطبهاي اصلي به كار مي رود . اين سيم پيچ ها در شيارها يا سوراخهايي كه در صفحات قطبي تعبيه مي شود قرار مي گيرند و جريان سيم پيچ كموتاسيون جريان آرميچر را حملمي نمايد . براي مثال ، نصف مفتولهاي طرف راست صفحه يك
قطب با نصف مفتولهاي واقع در طرف چپ قطب مجاور به طور سري متصل مي شوند ، بطوريكه جهت جريان در اين مفتولها مخالف جهت جريان آن قسمت از سيم پيچ آرميچر كه مستقيماً روبروي آنها قرار دارد مي باشد. چون سيم پيچ هاي تعديل كننده تمام جريان آرميچر را حمل مي نمايند فوران توليد شده توسط هر دور از آنها خيلي قويتر از فوران هر دور سيم پيچ آرميچر مي باشد 0 بايد به خاطر داشت كه جريان مفتول آرميچر برابر جريان كل آرميچر تقسيم بر تعداد راه هاي جريان مي باشد0 لذا در صورتي كه ماشين 8 قطبي باشد و داراي سيم پيچ حلقوي ساده باشد در اين حالت m.m.f. توليد شده توسط شش مفتول سيم پيچ تعديل كننده برابر m.m.f. 48 مفتول سيم پيچ
آرميچر خواهد بود 0 در طرح هاي عملط براي سيم پيچ هاي تعديل كننده ، فقط آن مفتولهايي از آرميچر كه مستقيماً در مقابل صفحات قطبي قرار مي گيرند توسط آمپر دورهاي مساوي خنثي مي شوند. در اين نوع ماشينها قطبهاي كموتاسيون از اثر عكس العمل آرميچر در مناطق بين قطبها جلوگيري مي نمايند0 ب- عكس العمل طولي آرميچر : همان طور كه گفته شد عكس العمل عرضي آرميچر يك ژنراتور موجب تغيير شكل خطوط قواي مغناطيسي شده و در نتيجه محور خنثي در جهت تغيير آرميچر تغيير مكان مي يابد. بنابراين جاروبك ها را بايد در جهت گردش آرميچر روي كلكتور تغيير مكان داد تا در امتداد محور خنثي قرار گيرند لذا جهت جريان در هادي هاي القا شونده عوض مي شود به طوريكه جهت جريان در عناصر القا شونده گوشه خروجي قطب شمال مخالف جهت جريان القا شده در عناصرالقا شونده گوشه ورودي قطب جنوب بوده از اين رو اين دو جريان با هم جمع مي شوند . در ماشين هاي چند قطبي كه سيم بندي آرميچر آنها a راه جريان دارد و جريان القا شده در آرميچر آنها مساوي I است جرياني كه از هر عنصر القا شونده مي گذرد I برa است . كموتاسيون و ولتاژ راكتانس: كلكتور و جاروبكهاي همراه با آن قسمتهاي مهمي از ژنراتور dc را تشكيل ميدهند.در مجموعه كلكتور و جاروبكها دو عمل لازم صورت مي گيردند . يكي عمل
كموتاسيون كه شامل تبديل جريان متناوب توليد شده به جريان مستقيم خروجي است و ديگري انتقال جريان از آرميچر گردان به جاروبكهاي ساكن و در نتيجه به بار. هر دو عمل بايد به دقت و با استفاده از مواد مناسب و طرح خوب و تنظيم مناسب كنترل شود. در غير اين صورت يك جرقه جدي و امكان از كار افتادن ماشين در بين خواهد بود . موقعي كه يكي از كلافهاي آرميچر بين جاروبكهاي مثبت و منفي متوالي مي چرخد جريان در آن كلاف در يك جهت عبور نموده و سپس اين كلاف براي
كسري از ثانيه توسط جاروبك اتصال كوتاه مي شود كه پس از آن در منطقه بين جاروبكهاي منفي و مثبت متوالي عبور مي نمايد (منطقه اي كه در آن جريان در جهت مخالف قبل مي باشد ) دو عامل عمده مايل است كه از كموتاسيون ملايم جلوگيري نمايد : 1ـ امكان عبور جريان زياد در كلاف اتصال كوتاه شده . 2ـ خاصيت ضريب القا ي كلاف كه با تغيير جهت جريان مخالفت مي نمايد . اغلب كلكتور در جهت عقربه هاي ساعت مي چرخد موقعي كه كلاف از وضع يك به دو حركت مي كند جريان در كلاف به طرف چپ يعني به طرف جاروبك مثبت مي باشد سپس كلاف ناگهان توسط
جاروبك منفي اتصال كوتاه مي شود.اگر در اين وضع دو طرف كلاف ، فوراني را قطع نمايد ولتاژي توليد مي شود و در نتيجه آن جرياني از كلاف عبور خواهد كرد .اين دليل لزوم استفاده از قطبهاي كمكي است تا بتوان عكس العمل آرميچر را خنثي نموده و فواصل بين قطبي را نسبتاً عاري از فوران كرد .بالاخره موقعي كه كلاف در منطقه بين جاروبكهاي مثبت و منفي قرار ميگيرد از حالت اتصال كوتاه خارج شده و جهت جريان معكوس ميگردد يعني جريان به طرف راست جاري مي شود . كموتاسيون سه منطقه عمل دارد: 1ـ قبل از اتصال كوتاه موقعي كه جريان جهت مشخصي دارد. 2ـدوره اتصال كوتاه كه بدترين دوره است . 3ـ حالت بعد از اتصال كوتاه موقعي كه جريان در جهت
مخالف شروع به حركت مي نمايد . بايد توجه نمود كه جهت جريان در زمان بسيار كوتاهي عوض مي شود و اندوكتانس يك كلاف كه داراي چند دور سيم پيچي است و حول يك ماده مغناطيسي خوب پيچيده شده است با تغيير جريان از مثبت به منفي مخالفت مي نمايد اكر به اين ولتاژ ، اجازه عمل داده شود باعث جرقه خواهد شد. چنانچه تغيير جهت جريان درست در همان لحظه اي انجام گيرد كه كلاف ، تيغه كلكتور را ترك مي كند يعني ميان تيغه كلكتور و جاروبك در لحظه اي كه از يكديگر جدا ميشوند هيچ جرياني عبور نكند در اين صورت كموتاسيون را كامل مي نامند برعكس اگر هنگام جداشدن تيغه كلكتور از جاروبك از كلافي كه به آن تيغه متصل است جرياني عبور نمايد جرقه اي بين جاروبك و تيغه كلكتور به وجود مي آيد و عمل كموتاسيون كامل نيست . ايجاد جرقه
در جاروبك باعث گرم شدن فوق العاده كلكتور و جاروبكها ميشود و جاروبكها به سرعت ساييده ميشوند و از بين ميروند .ساييده شدن جاروبكها و خرده شدن تيغه هاي كلكتور موجب مي شود كه تماس جاروبك ها روي كلكتور كامل نباشد و در نتيجه قدرت ماشين كاهش مي يابد . كموتاسيون هم داراي جنبه مكانيكي و هم داراي جنبه الكتريكي است ، از لحاظ مكانيكي ضرورت دارد كه جاروبك ها پيوسته با تيغه هاي كلكتور كه در زير آن ميگذرد تماس داشته باشد و با فشار ثابتي روي آنها قرار گيرد .از لحاظ الكتريكي كموتاسيون بسيار پيچيده است زيرا عوامل مختلفي نظير خودالقايي كافي كه در حال كموتاسيون است ، القاي متقابل اين كلاف و ساير كلاف هايي كه به مرحله كموتاسيون رسيده اند ،نيروي الكتروموتوري ايجاد شده در كلاف توسط ميدان مغناطيسي خارجي مقومت اهمي اين كلاف و بالاخره مقاومت اهمي محل تماس جاروبكها باتيغه هاي كلكتور در عمل كموتاسيون دخالت دارند . مقاومت محل تماس جاروبكها با تيغه هاي كلكتور به جنس جاروبكها ، فشار تماس آنها و شدت جريان و حرارت و غيره وابستگي دارد لذا قابل تغيير است ، براي از بين بردن ولتاژ راكتانس لازم است يكي از اين دو عمل زير انجام گيرد: 1-تغيير مكان جاروبكها در ماشينهاي بدون قطبهاي كمكي . 2-استفاده از قطب هاي كمكي به منظور خنثي نمودن فوران عكس العمل آرميچر0 كموتاسيون دو تيغه اي : اين ساده ترين نوع كموتاسيون مي باشد زيرا جاروبك فقط يك كلاف را اتصال كوتاه مي نمايد0 فرض مي شود كه c كلافي باشد كه عمل كموتاسيون در آن انجام مي گيرد و a و b تيغه هاي كلكتور باشند كه سر وته اين كلاف به انها
متصل شده است و B جاروبكي به عرض تيغه كلكتور باشد 0 جرياني كه از هر شاخه سيم بندي مي گذرد I فرض مي نماييم . كلكتور در جهت فلش f تغيير مكان مي دهد0 جريانهاي دو كلاف c1 وc2 كه قبل از كلاف C و بعد از آن قرار داردمساوي I است اما در اين كلافها جهتشان مخالف يكديگر است . جهت جرياني را كه از كلاف C2مي گذرد مثبت و جهت جرياني را كه از كلاف C1 مي گذرد منفي قرار داده و جهت جريان I را كه از كلاف C مي گذرد در صورت تطابق با جهت جرياني
كه از قبل از شروع كموتاسيون از آن مي گذشته مثبت فرض مي نماييم 0 اگر جريانهايي را كه به تيغه كلكتور B مي رسد به Ia و Ib نشان دهيم در اين صورت خواهيم داشت Ia=I+i Ib=I-i وجرياني كه از جاروبكها خارج مي شود مساوي است با: Ia+Ib=2I هنگام تغيير مكان كلكتور ، جريان i تدريجاً كاهش مي يابد و به صفر مي رسد و سپس تغيير جهت داده و در لحظه اي كه جاروبك B از تيغه كلكتور a به كلي جدا مي شود و تمام سطح تيغه b را مي گيرد مقدار آن به صفر مي رسد . اگر To زمان عبور تيغه a از زير جاروبك باشد جريان I كلاف e در اين مدت تغيير جهت مي دهد و از +I به –I مي رسد در همان مدت جريان Ia تيغه a كلكتور از مقدار 2I به صفر و جريان Ib تيغه كلكتور از صفر به مقدار 2I مي رسد. كموتاسيون چند تيغه اي: در عمل عرض جاروبك را به اندازه اي انتخاب مي كنند كه چند تيغه را بپوشاند . در اين نوع كموتاسيون كه كموتاسيون چند تيغه اي
ناميده مي شود جاروبك در آن واحد چند كلاف مجاور را اتصال كوتاه مي نمايد 0 وسايلي كه براي بهبود كموتاسيون به كار ميرود : براي از بين بردن نيروي الكتروموتوري خود القا ي كلاف اتصال كوتاه شده و بهبود كموتاسيون معمولاً به طرق زير عمل مي شود: الف- تغيير مكان جاروبكها از محور خنثي در جهت گردش آرميچر : همچنانچه كه قبلاً ذكر شد جريان در سيم پيچ آرميچر ، توليد ميدان مغناطيسي مي نمايد كه روي ميدان اصلي قرار مي گيرد 0 بايد توجه نمود كه فوران آرميچر به طرف پايين است در صورتي كه ميدان اصلي از طرف چپ به راست مي باشد ، يعني دو ميدان
نسبت به يكديگر زاويه 90 درجه مي سازند ، دو ميدان روي يكديگر اثر نموده و فوران منتجه مي باشد0جهت فوران منتجه بالاجبار به طرف پايين است ، چون محور خنثي بايد هميشه با ميدان منتجه زاويه 90 درجه بسازد 0 محور خنثي مغناطيسي جديد در جهت عقربه هاي ساعت تغيير مكان مي دهد كه همان جهت چرخش مي باشد . واضح است كه اگر كموتاسيون بدون جرقه مطلوب باشد بايد جاروبكها را به اندازه زاويه تغيير مكان دهند0 اثر ديگر عكس العمل آرميچر كه كاملاً واضح به نظر نمي رسد تقليل ولتاژ توليد شده مي باشد. براي آنكه دليل آن روشن شود بايد به اين حقيقت توجه نمود كه فوران آرميچر ، ميدان را در نصف هر قطب تضعيف و در نصف ديگر تقويت مي نمايد اگر تضعيف مساوي تقويت باشد ، مقدار فوران منتجه بدون تغيير ما ماند ولي اين حالت وجود ندارد زيرا معمولاًبه علت اشباع مغناطيسي ، تقليل بيشتر از افزايش مي باشد . در بيشتر حالات عملي تقليل در فوران ممكن است از يك تا چهار در صد ( بين حالت بي باري و بار داري ) تغيير نمايد 0 تغيير مكان محور مغناطيسي خنثي در جهت چرخش در كموتاسيون موثر است زيرا باعث ايجادجرقه در جاروبكها مي شود ، مگر آنكه آنها به محور خنثي جديد تغيير مكان داده شوند به علاوه جاروبكها بايد به طور دايم با تغيير بار به جلو و عقب تغيير مكان داده شوند زيرا اثر عكس العما آرميچر مربوط به مقدار جريان آرميچر است 0 اما چنانچه گفته شد اين تغيير مكان باعث عكس العمل طولي آرميچر مي شود و اين عكس العمل طولي فوران مفيد را در آرميچر تقليل مي دهد 0 در عمل ، تغيير مكان دائم جاروبكها همان قدر مسئله به وجود مي آورند كه جرقه ها به وجود مي آورند . بنابراين تغيير مكان جاروبكها مسئله كموتاسيون را به طور كامل حل نمي كند و فقط در ملشينهاي با قدرت كم مي توان از آنها استفاده كرد 0 براي اينكه اثرات زيان آور عكس العمل آرميچر روي يك ماشينdc تقليل داده شود رلوكتانس مسير فوران آرميچر ممكن است افزايش داده شود . اين عمل توسط افزايش فاصله ي هوايي و به وسيله استفاده از القاي زياد دندانه هاي فولادي انجام مي گيرد 0 افزايش القا توسط اشباع مغناطيسي ، سبب افزايش رلوكتانس دندانه ها مي
شود . اين عمل معادل افزايش فاصلهي هوايي مي باشد . البته افزايش رلوكتانس احتياج به افزايش جريان تحريك دارد تا بتواند فوران مغناطيسي اصلي را نگه دارد و اين باعث افزايش اندازه و وزن ماشين مي شود افزايش رلوكتانس در مسير فوران آرميچر فقط در ماشينهاي كوچك مؤثر است . در طرح ديگر ، رلوكتانس بين قطب و سطح هسته آرميچر را افزايش مي دهند0 اين عمل ، فوران عكس العمل آرميچر را در فواصل بين قطبها تقليل مي دهد ( يعني منطقه اي كه در آن براي وصول به كموتاسيون بدون جرقه ، بايد عاري از فوران باشد). رد مونتاژ ورقه ها ، نوكهاي قطبها به طور تناوب از يك طرف به طرف ديگر مي باشد . براي آنكه سطح مقطع آهن در نوك هاي قطب ها به اندازه نصف قسمت وسط باشد در اكثر ماشينهاي جريان مستقيم ، يك طرح مخصوص ( قطبهاي كموتاسيون ) براي حذف تغيير مكان خط خنثاي حقيقي با تغيير بار به كار برده مي شود0 قطب هاي كموتاسيون (قطب هاي كمكي) يكي از قسمتهاي ماشين كه در طرح ماشينهاي dc استفاده مي شود قطب هاي كموتاسيون مي باشد كه آثار عكس العمل آرميچر را خنثي مي نمايد . اينها قطب هاي باريكي هستند كه دقيقاً بين قطب هاي اصلي قرار مي گيرند و مستقيماً با محور خنثاي مغناطيسي در حالت بي باري كه معمولاً خط خنثاي مكانيكي ناميده مي شود در يك خط قرار مي گيرند ، سيم پيچ هاي تحريك براي اين قطب ها هميشه به طور دائم با آرميچر به طور سري قرار
دارند زيرا قطب ها بايد فورانهايي توليد نمايند كه مستقيماً با جريان آرميچر متناسب باشد. m.m.f هاي آرميچر و قطب هاي كمكي ، همزمان تحت تاثير جريان آرميچر قرار مي گيرند . با اين نتيجه كه فوران آرميچر منطقه ي كموتاسيون كه مايل است محور خنثاي مغناطيسي را تغيير مكان دهد توسط يك مولفه متناسب با فوران قطب هاي كمكي خنثي مي شود. از اين رو محور خنثي در وضع خود بدون توجه به بار ثابت مي ماند . استفاده از قطب هاي كمكي چنان وسيع است كه از ماشينهاي بدون قطب هاي كمكي به ندرت استفاده مي شود0 به طور كلي ( ماشينهاي بدون قطب كمكي در مواردي استفاده مي شود كه بار روي آنها هميشه ثابت باشد). m.m.f آرميچر توليد يك ميدان عمودي مي نمايد كه جهت آن به طرف پايين است . چون قسمتي از ميدان كه براي كموتاسيون خوب مضر است در منطقه باريك اثر مي نمايد از اين رو قطب ها در اين منطقه قرار مي گيرند و توليد يك m.m.f مي نمايند به اندازه اي كه عكس العمل آرميچر را خنثي نمايد . توجه نمائيد كه منطقهي بين قطب ها بدون خاصيت مغناطيسي مي باشد و در صورتي كه شماره دورهاي هر قطب كمكي به طور متناسب انتخاب شده باشد اين شرط در تمام مقادير صادق است زيرا جريان در سيم پيچ هاي قطب هاي كمكي همان جريان آرميچر مي باشد0 حقيقت ديگر كه بايد در عمل قطب هاي كموتاسيون ذكر شود اين است كه آنها فقط مي توانند در مناطق بين قطبها اثر داشته باشند و مطلقاً نمي توانند اثري روي m.m.f آرميچر كه ميدان اصلي را منحرف مي نمايد و عكس العمل عرضي ناميده مي شود داشته باشند 0 در بعضي ماشينهاي بزرگ و ماشينهايي كه در آنها تغييرات بار زياد است عمل مغناطيس كنندهي عرضي مي تواند به اندازه كافي جدي باشد و باعث جرقه (شعله) بين جاروبك هاي مثبت و منفي بشود 0 روشي كه اين اشكال را بر طرف مي نمايد استفاده از سيم پيچ هاي تعديل مي باشد كه قبلاً درباره آنها بحث شد0 استفاده از سيم پيچ هاي تعديل كننده همراه با سيم پيچي قطبهاي كموتاسيون طرح شده به طور صحيح در ماشينهاي dc توليد يك كموتاسيون بدون جرقه مي نمايد 0 و احتمال هر جرقه (شعله) را بين جاروبك ها از بين مي برد0 موقعي كه ژنراتور طرح مي شود معمولاً مشكل است كه تعداد دورهاي دقيق براي سيم پيچي قطب هاي كموتاسيون تعيين شود زيرا طرح ژنراتورها شامل بعضي مفروضات تجربي و
فرضياتي است كه گرفته مي شود به اين دليل معمولاً ماشينها را با قطب هاي كموتاسيون تقريباً آزاد مي سازند و طول شعاعي هسته قطب كموتاسيون را كمي كوچكتر انتخاب مي كنند و بعد از اينكه ژنراتور ساخته شد معمول است كه رلوكتانس مدار مغناطيسي قطب هاي كموتاسيون را توسط تنظيم فاصله هوايي تحت قطب ها تغيير مي دهند و اين عمل با آزمايش انجام مي گيرد و بعد از تنظيم ، تركيبي از ورقه هاي مغناطيسي و غير مغناطيسي بين هسته قطب كموتاسيون و بدنه جايي كه به هم پيچ مي شوند قرار مي دهند0 موتورهاي الكتريكي سه فاز انواع روتور قفسي سنجابي (قفسي) از مسائلي كه در تعيين اساس رفتار موتورهاي القايي حايز اهميّت است مقادير مقاومت هاي اهمي و القايي فازي روتور مي باشد0معمولاً در هنگام راه اندازي مقدار مقاومت القايي فازي مدار روتور از مقاومت اهمي فازي آن چند برابر بزرگتر مي باشد كه اين نوع طراحي براي كاهش مقدار كشتاور و راه اندازي مورد نياز مي باشد ولي از معايب آن افزايش جريان راه اندازي تا چندين برابر جريان نامي خواهد بود كه اگر مقدارمقاومت اهمي را تا نزديكي مقدار مقاومت القايي افزايش دهيم در اين صورت مي توانيم مقدار جريان راه اندازي را تا حد زيادي كاهش دهيم ولي از سوي ديگر گشتاور راه اندازي مورد نياز موتور تا حد زيادي افزايش خواهد يافت 0 به همين منظور براي افزايش مقدار مقاومت اهمي فازي روتور به جاي استفاده از آلومينيوم خالص در ساخت ميله هاي قفس روتور از جنس خاصي كه از آلياژهاي آلو مينيوم مي باشد استفاده مي نماييم تا مقاومت اهمي بيشتري به وجود آيد كه در نتيجه با افزايش مقاومت اهمي روتور مقدار اختلاف فاز بين ولتاژ و جريان روتور كاسته شده و ضريب قدرت در روتور افزايش مي يابد و با افزايش ضريب قدرت مقدار توان حقيقي روتور افزايش يافته و گشتاور راه اندازي بالاتري به دست خواهد آمد . البته انجام اين عمل داراي معايبي مي باشد زيرا با افزايش مقاومت اهمي ميزان تلفات نيز بيشتر خواهد شد و راندمان سيستم پايين مي آيد . بنابراين معمولاً براي بدست آوردن مقاومت اهمي و القايي مورد نياز از آلياژ آلومينيوم استفاده نمينماييم بلكه با ابعاد ميله هاي روتور قفسي و عمق شيارهاي روتور و يا تغيير شكل هندسي آنها خواسته خويش را اعمال مي نماييم0 در نتيجه اتحاديه N.E.M.A روتورهاي قفس سنجابي را در چهار گروه دسته بندي مي نمايند كه اين چهار گروه A,B,C,D هر كدام داراي مشخصات و كاربردهاي ويژه اي بوده كه متناسب با گشتاور راه اندازي و جريان مربوط
به راه اندازي در هر كدام مي باشد . به طور كلي مي توان مشخصات هر كدام از اين گروه ها را به اين صورت بيان نمود : در طراحي N.E.M.A گروه A از ميله هاي بزرگ در نزديكي سطح استفاده مي گردد كه در نتيجه آن روتور با امپدانس پايين خواهيم داشت 0 در طراحي N.E.M.A گروه B از ميله هاي بزرگ و در عمق با شيار عميق استفاده مي شود كه در نتيجه آن راكتانس روتور افزايش خواهد يافت. در طراحي N.E.M.A گروه C از روتور دوقفسه اي يا روتورهاي با امپدانس دوگانه استفاده مي گردد0 در طراحي N.E.M.A گروهD از ميله هاي كوچك و با شيارهاي كم عمق و نزديك به سطح استفاده مي نماييم كه در اين صورت مقاومت روتور افزايش مي يابد . براي توضيح عملكرد اين گروه ها به اين صورت عمل مي نماييم كه با توجه به اين كه مقاومت القايي همان شكل منتقل شده مقدار فوران نشتي يا فوران پراكندگي مي باشد . خطوط نشتي مربوط به شارهاي مغناطيسي روتور مي باشد كه سيم پيچهاي استاتور را قطع نمي نمايد . بنابر اين اگر ميله هاي روتور يا قسمتي از آنها دورتر باشد مقدار فوران پراكندگي بيشتر خواهد شد0 زيرا مقدار كمتري از خطوط مغناطيسي روتور به سيم پيچهاي استاتور مي رسد بنابراين اگر ميله هاي يك روتور قفسي سنجابي داراي عمق كم و نزديك به سطح آن باشد مقدار فوران پراكندگي ، كوچك خواهد بود و مقدار مقاومت القايي در مدار معادل كوچكتر مي باشد . از طرف ديگر اگر ميله هاي روتور در عمق بيشتري نسبت به سطح آن قرار داشته باشد ميدان پراكندگي بزرگتري به وجود خواهد آمد و در نتيجه مقاومت القايي يا راكتانس روتور بزرگتر خواهد شد0 از سوي ديگر بزرگي و كوچكي ميله
ها در مقدار مقاومت اهمي مؤثر مي باشند زيرا مقدار مقاومت با سطح هادي نسبت عكس دارد بنابراين اگر به عنوان مثال روتور داراي ميله هاي بزرگ و نزديك به سطح آن باشد در اين طراحي مقاومت اهمي كم (به علّت سطح مقطع بزرگ آن ) و راكتانس پراكندگي و در نتيجه مقاومت القايي كم خواهد شد (به علت نزديكي ميله ها به سطح) 0 بنابراين به علت مقاومت اهمي كوچك مقدار گشتاور بحراني يا گشتاور شكست به سرعت سنكرون بسيار نزديك مي گردد و در نتيجه موتور داراي راندمان بالاتري مي باشد0در نهايت چون مقدار مقاومت اهمي كوچك مي باشد ، گشتاور راه اندازي موتور مقدار كمي خواهد شد و جريان راه اندازي زياد مي شود 0 كه در اين نوع طراحي روتور در استاندارد ملّي سازندگان وسايل الكتريكي N.E.M.A گروه A مي گويند كه در حال حاضر اغلب موتورهاي القايي داراي اين كلاس طراحي مي باشند كه مشخصات آن با موتور داراي روتور سيم پيچي شده به هم شبيه است0 حال اگر روتور داراي ميله هاي كوچك نزديك به سطح باشد به علت كوچكي سطح مقطع ميله ها مقدار مقاومت اهمي آن زياد شده و از طرفي چون ميله ها در عمق كم و نزديك به سطح قرار دارند ميزان خطوط پراكندگي نيز كم مي باشد بنابراين گشتاور راه اندازي اين موتورها داراي مقدار بسيار زيادي مي باشد و گشتاور بحراني آنها در لغزش هاي بالا ( سركت كم ) رخ مي دهد ولي مقدار جريان راه اندازي در آنها نسبتاً كوچك مي گردد كه به اين طراحي در N.E.M.A گروه D گفته مي شود. طراحي با ميله هاي عميق و دوقفسه هاي: اصولاً هر دو طراحي توضيح داده شده در بالا (گروههايA وD) مشابه يك موتور كه داراي روتور سيم پيچي شده و با دو دسته مقاومت متفاوت روتور مي باشد 0 حال طراحي نوعي روتور مطلوب است كه داراي گشتاور راه اندازي زياد و جريان راه اندازي كم طراحي در گروه D را با لغزش كار عادي كم و راندمان زياد طراحي در گروه A را ناشي از گشتاور راه اندازي كم و جريان راه اندازي زياد مي باشد را به يكديگر تركيب نمايد؟ ايجاد مقاومت اهمي روتور با به كار بردن ميله در شيار هاي عميق روتور و يا روتور دو قفسه اي امكان پذير مي باشد . اساس طراحي روتور با شيار عميق در لغزش كم و
فركانس بسياركوچك روتور مي باشد و مقدار مقاومت القايي موازي شده در ميله ها در مقايسه با مقدار مقاومت اهمي آنها بسيار كوچك است. در اين نوع طراحي مقدار امپدانس تمام قسمتهاي ميله تقريباً با هم برابر مي باشند يعني جريان از تمام قسمتهاي ميله به طور يكسان عبور مي نمايد . سطح مقطع بزرگ ، مقاومت اهمي روتور را بسيار كوچك مي نمايدو در نتيجه مقدار راندمان در لغزشهاي كم (سرعتهاي زياد ) بالا مي رود . در لغزشهاي بزرگ (هنگام راه اندازي ) مقدار مقاومت القايي در مقايسه با مقاومت اهمي ميله هاي روتور داراي مقادير بزرگي مي باشد و اين بدان
معناست كه تمام جريانها مجبور به گذشتن از قسمتهايي كه داراي مقاومت القايي كوچك كه به سيم پيچ هاي استاتور نزديكتر هستند ، مي باشند . از طرفي چون سطح مقطع ميله ها كوچك مي باشد ، مقاومت اهمي روتور بيشتر از حالت قبل است كه در نتيجه اين مسائل ، گشتاور راه اندازي نسبتاً بزرگ شده و جريان راه اندازي كمتري نسبت به كلاس A به وجود مي آيد. عيب روتورهاي دوقفسه اي در اين است كه از انواع روتور هاي قفس سنجابي ديگر گرانتر بوده اماطراحي آنها از روتور سيم پيچي شده ارزانتر مي باشند0 ظمناً در موتورهاي با روتور دو قفس به دليل بزرگ
بودن سطح شيارهاي آنها ، ميزان خطوط پراكندگي بيشتر بوده و نتيجتاً ميدان پراكندگي به وجود مي آيد و هنگامي كه موتور در نقطه نامي كار مي نمايد مقدار ضريب قدرت و راندمان موتور مقدار تقريباً كمي مي باشد0 نمونه كاربردهاي موتورهاي القايي با روتور قفس سنجابي ( قفسي): به علّت مزاياي زيادي كه موتور هاي القايي قفسي دارا مي باشند استفاده هاي زيادي از اين موتور ها مي گردد . از جمله اين مزاير مي توان به ساختمانهاي ساده و وزن كم و قيمتهاي پايين اين موتور ها اشاره كرد . ضمناً مسئله حفظ و نگهداري آنها نيز داراي مشكلات زيادي نبوده و تعمير آنها نسبتاً با سهولت انجام مي گيرد .و از مزاياي ديگر آنها نزدن جرقه در هنگام استفاده از آنها مي باشد كه استفاده از آنها را دراكثر مكانها ميسر مي سازند.
