موتورالکتریکی

دسته: برق ، الکترونیک و مخابرات
بازدید: 59 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 10092 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 193

یک موتور القایی دارای یک سیم پیچی متعادل سه فاز بر روی استاتور است رتور یک موتور القایی از نوع رتور سیم بندی شده نیز شامل یک سیم پیچی متعادل سه فاز با تعداد قطب های یکسان با استاتور است

قیمت فایل فقط 8,900 تومان

  موتورالکتریکی

فصل 1 – مقدمه

یک موتورالکتریکی، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است توسط ژنراتور انجام می شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند .اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترو مغناطیس کار می کنند، اما موتورهایی که براساس پدیده های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر بیزوالکتریک کاری کنند هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، نیرویی برآن ماده از سوی میدان اعمال می شود. دریک موتور استوانه ای، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله ای معین از محور روتور به روتور اعمال می شود می گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی مهم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است.

انواع موتورهای الکتریکی عبارتند از:

1- موتورهایDC

2- موتورهایAC

3- موتورهای پله ای

4- موتورهای خطی

موتورهای AC شامل موتورهای AC تک فاز و موتورهای AC سه فاز می شوند.

موتورهای AC تک فاز:

معمولترین موتور AC تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است که اغلب در دستگاه هایی به کار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند نظیر پنکه های برقی، اجاق های ماکروویو ودیگر لوازم خانگی کوچک، نوع دیگر موتور AC تک فاز موتورالقایی است که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس به کار می رود.

موتورهای AC سه فاز:

برای کاربردهای نیازمند به توان های بالاتر ،از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان استفاده می کنند.اغلب روتور شامل تعدادی هادی های مسی است ، که در فولاد قرار داده شده اند. از طریق القای الکترو مغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی هاالقای جریان می کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده وموجب می شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید. این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. ماشین های القائی سه فاز ، ماشین هایی با سرعت آسنکردن هستند که در حالت موتوری زیرسرعت سنکرون ودر حالت ژنراتوری بالای سرعت سنکرون کار می کنند. این ماشین ها که مستحکم بوده و به نگهداری کمی نیاز دارند در مقایسه با ماشین های سنکرون و DC در اندازه ای مشابه ، ارزان تر می باشند و در محدوده چند وات تا 1000HP ساخته شده و به کار گرفته می شوند. همچنین در مواردی نظیر قابلیت اطمینان بالاتر، وزن،حجم وانریسی کمتر، راندمان بیشتر، قابلیت عملکرد در محیط های باگرد و غبار و در محیط های قابل انفجار نسبت به موتورهای DC برتر هستند.

مشکل اصلی موتورهای dc وجود کموتاتور و جاروبک است، که نگهداری زیاد و پرهزینه و نامناسب بودن عملکرد موتور در محیط های باگرد وغبار بالا و قابل انفجار را بدنبال دارد با توجه به مزایای فوق در تمامی کاربردها موتورهای القایی بطور وسیع بر سایر موتورهای الکتریکی ترجیح داده می شوند با این حال تا چندی پیش از موتورهای القایی فقط در کاربردهای سرعت ثابت استفاده شده است و در کاربردهای سرعت متغیر موتورهای DC ترجیح داده شده اند این امر ناشی از آنست که روش های مرسوم در کنترل سرعت موتورهای القایی هم غیراقتصادی وهم دارای راندمان کم بوده است. اما با بهبود در قابلیت ها و کاهش در هزینه تریستورها و اخیراً در تراتریستورهای قدرت و GTO ها ( که در کنترل سرعت این موتورها استفاده می شوند) امکان ساخت محرکه های سرعت متغیر با استفاده از موتورهای القایی بوجود آمده است که در برخی موارد حتی از نظر هزینه و عملکرد با موتور dc نیز پیشی گرفته اند در واقع چرخ صنایع امروز را این ماشین ها می گردانند هرچند که سرعت آنها به آسانی سرعتDC قابل کنترل نبوده و جریان راه اندازی زیادی که تقریباً 6 تا 8 برابر جریان بار کامل آنهاست نیاز دارند. در ضمن این موتورها وقتی با بارکم کار می کنند ، ضریب قدرت پایین دارند.سرعت موتورAC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد ومقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می کند تغییر سرعت دراین نوع از موتورها را می توان با داشتن دسته سیم پیچی ها یا قطب هایی در موتور که با روشن و خاموش کرد نشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می کند ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییردادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم . به طور کلی روشهای مرسوم کنترل سرعت موتور AC(القائی) به صورت زیر است:

1- کنترل با منبع ولتاژ متغیر فرکانس ثابت

2- کنترل با منبع ولتاژ فرکانس متغیر

3- کنترل مقاومت رتور

4- کنترل از روش تزریق ولتاژ در مدار رتور

در این جا ما فقط به کنترل سرعت موتور AC سه فاز(القایی) از طریق کنترل ولت بر هرتز (روش دوم) می پردازیم.

فصل 2 : مقدمه ای بر سیمولینک

2-1سیمولینک چیست؟

سیمولینک یکی از ابزارهای گسترش یافته Matlab است که امکان ایجاد سریع و دقیق مدل کامپیوتری سیستم های دینامیکی با استفاده از نماد نمودار بلوکی را برای مهندسان فراهم می کند. سیستم های غیرخطی پیچیده را می توان با سیمولینک به سادگی مدل نمود. مدل سیمولینک می تواند شامل اجزا پیوسته و گسسته باشد. به علاوه ، مدل سیمولینک قادر به ایجاد انیمیشن گرافیکی است که میزان پیشرفت شبیه سازی را به صورت بصری نمایش داده و فهم رفتار سیستم را به میزان چشمگیری بهبود می بخشد.

به طور خلاصه قدم هایی که برای استفاده از سیمولینک برداشته می شود شامل یافتن یک مدل یا نمایش ریاضی همراه پارامترهای سیستم مورد نظر، انتخاب روش مناسب انتگرال گیری و درآخر تبیین شرایط اجرای شبیه سازی نظیر شرایط اولیه و زمان اجرا می باشد مدل سازی در سیمولینک یا استفاده از رابطه های گرافیکی و کتابخانه الگوها یا بلوک های توابعی که عموماً در تشریح خصوصیات ریاضی سیستم های دینامیکی کاربرد دارند، تسهیل شده است.

2-2 ورود به سیمولینک

سیمولینک یک بسط نرم افزاری در محیط Matlab است و برای ورود به آن می باید ابتدا Matlab را اجرا کنید سپس از درون Matlab با کلیک آیکون سیمولینک در نوار ابزار Matlab همان طور که در شکل (2-1) نشان داده شده  یا با وارد کردن فرمان simulink در اعلان Matlab سیمولینک را فراخوانی کنید در نتیجه صفحه ی simulink library Browser که شامل کتابخانه سیمولینک است باز می شود.

2-3 ایجاد فایل شبیه سازی باسیمولینک.

کلیک آیکونnew window،یک پنجره مدل خالی مطابق شکل (2-2)باز می کند دراین پنجره مدل خالی کهuntitled نام گذاری شده است مدل سیمولینک را ایجاد خواهید نمود

مجموعه متنوعی از الگوها یا بلوک های توابع، تحت کتابخانه های مختلف گردآوری شده است یک الگو را به طریق زیر می توان از کتابخانه کپی نموده و در صفحه ی مورد نظر قرار داد: الگوی مورد نظر را انتخاب نموده و سپس آن را به محل مطلوب در صفحه ی سیمولینک بکشید و یا روی الگو کلیک راست کنید و گزینهAdd     to untitled را انتخاب کنید.

بسیاری از الگوها دارای مقادیر اولیه هستند که قبل از استفاده از آنها، می باید مقادیر اولیه را تعریف کنید.برای مشاهده یا تغییر این مقادیر باید روی الگوی مورد نظر دوبار کلیک نمود که در این صورت پنجره ی گفت وگویی باز خواهد شد که شامل مستطیل هایی است که برای وارد نمودن پارامترهاست. اطلاعات درخواستی می تواند به شکل متغیر حرفی یا عدد ثابت وارد شود متغیرهای حرفی را قبل از شروع شبیه سازی می توان در فضای Matlab تعریف کرد هنگامی که شبیه سازی چندین بار تکرار شود،برای مثال مطالعه ی حساسیت نسبت به پارامترها، استفاده از متغیرهای حرفی ارجح است.

پارامترها و مقادیر اولیه متغیرهای حرفی را می توان با تایپ کردن آنها در محیط Maltab وارد نمود این کار با سیستم نوشته شده ، امکان پذیر است. چنین m فایلی همچنین می تواند در صفحه ی سیمولینک و یا استفاده از بلوک الگو شده اجرا گردد. برای شبیه سازی گسترده ، بهره گیری ازm فایل ها توصیه می شود. ایجاد m فایل و اشکال زدایی از آن را می توان توسط ادیتور مربوط از toolbar در متلب انجام داد.

2-4 پیکربندی شبیه سازی:

مدل سیمولینک در اصل برنامه ای کامپیوتری است که مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل وتفاضلی را تعریف می کند.هنگامی که از نوار منوی پنجره ی مدل simulation: start  را انتخاب می کنید (شروع شبیه سازی) سیمونیک آن مجموعه معادلات دیفرانسیل و تفاضلی را ، توسط یکی از حل کننده های معادله دیفرانسیل خود، به صورت عددی حل می کند. قبل از اجرای شبیه سازی می توانید پارامتری های شبیه سازی متنوعی نظیرشروع وپایان شبیه سازی، اندازه گام شبیه سازی وچند تلورانس مختلف را تنظیم کنید و از میان چندین الگوریتم انتگرال گیری کیفیت بالا یکی را برگزینید. همچنین می توانید سیمولینک را برای دریافت داده های شخصی از فضای کاری MATLAB و ارسال نتایج شبیه سازی به آن پیکربندی نمایید.

برای تنظیم پارامترهای شبیه سازی، از نوار منوی پنجره ی مدلsimulation : parameters را انتخاب کنید تا کادر مکالمه پارامترهای شبیه سازی مطابق شکل (2-3) باز شود کادر مکالمه پارامترهای شبیه سازی دارای چهار صفحه ی جدول بندی شده ی Advanced , Diagnostics, workspace I/O می باشد صفحه ی solver ، حل کننده  معادله ی دیفرانسیل را انتخاب وپیکربندی می کند. از این قسمت حل کنندهها در دو رده دسته بندی شده اند: گام متغیر(variable-step) و گام ثابت (fixed –step) برای هر رده چندین الگوریتم انتگرال گیری مختلف وجود دارد. اگر حل کننده گام متغیر انتخاب شود، دارای فیلدهایی برای انتخاب ماکزیمم اندازه گام انتگرال گیری ، اندازه گام انتگرال گیری اولیه و تولرانس های نسبی و مطلق می باشد. اگر حل کنندة گام ثابت انتخاب شود تنها یک فیلد که برای وارد کردن اندازه گام می باشد، دارد.

2-5 آنماز واجرای یک شبیه سازی:

قبل از آغاز شبیه سازی،حتماً باید آغاز و انتهای شبیه سازی را در حین پیکربندی شبیه سازی تعریف کنید. شبیه سازی را می توان با کلیک کردن روی کلمهstart  تحت منوی simulation صفحه ای سیمولینک یا صفحه ی مدل آغاز نمود. در صورت تمایل می توانید قبل ازآغاز شبیه سازی، اسکوپ و ساعت را تنظیم کنید تا پیشرفت شبیه سازی را روی نمایشگر مشاهده نمایید.

2-5-1 مشاهده متغیرها در حین اجرا

می توانید بوسیله ی scope که در کتابخانه سیمولینک در قسمت sinks قرار دارد متغیرها را در بین اجرای شبیه سازی مشاهده کرد فقط کافی است scope را به متغیری که می خواهیم آن را در حین اجرا ببینیم وصل کنیم.

کلاً برای مشاهده خروجی هادر سیمولینک چند وسیله خارجی تحت کتابخانهsinks فراهم آمده است. اسکوپ فراهم شده ، یک ورودی دارد که سیگنال های مالتی پلکس شده را نیز می پذیرد.

2-6- ذخیرة داده ها

شکل(2-4) دو روش متفاوت برای مشاهده متغیرها را نشان می دهد. خروجی ژنراتور موج (سیگنال ژنراتور) را می توان مستقیماً طی مدت اجرای شبیه سازی ، توسط اسکوپ مشاهده کرد، یا اگر قرار است داده ها رسم شده یا بعداً مورد استفاده قرار گیرند می توان خروجی مطلوب به همراه زمان اجرای شبیه سازی از طریق ساعت را به فایل داده Matlab و با استفاده از الگویTo File در sinks ذخیره نمود. به جای این که نتایج مستقیماً در یک فایل نوشته شود، خروجی را می توان به شکل موقتی تحت یک آرایه (yout) در محیط Matlab و بااستفاده از الگوی to workspace که تحت sinks می باشد ذخیره کرد.

داده هایی که به این ترتیب تحت آرایه ی yout، ذخیره شده ، در بخش های دیگر شبیه سازی در سیمولینک می تواند مورد استفاده قرار گیرد.اسامی فایل های داده و یا آرایه ی مربوط به to file یا workspace ، حجم مناسبی از بافر باید قبل از شروع شبیه سازی به آن تخصیص یابد. اگر حجم بافر مناسب نباشد، داده های ذخیره شده توسط داده های جدید جایگزین می شوند. در خصوص پارامترهای to workspace امکان داخل کردن سه پارامتر دیگر وجود دارد.

1-limit data points to last : طول بافراست.

2-decimation : یک عدد صحیح مثل n است ، بیانگر آن است که اطلاعات خروجی پس از هرn مرحله از انتگرال گیری، ذخیره می شود. از این انتخاب جایی استفاده می شود که حجم حافظه محدود است، یااین که نیازی به حفظ همه ی اطلاعات نباشد.

3- sample time: این پاراتروقتی مفید است که قرار باشد اطلاعات نمونه گیری شده جهت رسم شکل یا تجزیه وتحلیل به کار رود.

شما همچنین می توانید آرایه ای که قبلاً درمحیط   matlab  تولید شده برای استفاده های بعدی نظیر رسم شکل یا تجزیه و تحلیل، توسط دستورsave در یک فایل ذخیره کنید.

save file name yout                                                                     <<

در این صورت matlab یک فایل باینری(filename. Mat) در دایرکتوری جاری و بامحتوی آرایه ی (yout) در داخل آن ایجاد می کند. همچنین می توان تحت فرمت ASCII آن را ذخیره کرد که برای این کار از دستور مربوط استفاده می شود:

>>save filename yout ascii                                                              

برای فراخوانی مجدد اطلاعاتی که قبلاً به هنگام کار با matlab یا سیمولینک ذخیره شده اند می توانیم از دستور load استفاده کنیم:

>>load  yout                                                                                   

2-7 رسم کردن

در شبیه سازی دینامیکی به منظور بررسی پاسخ گذرا ، منحنی تغییرات متغیرها در مقابل زمان را رسم می کنیم. در اینجا به طور خلاصه دستورهای رسم کردن در matlab را ذکر می کنیم. اجازه بدهید این کار را با دستور ساده رسم متغیرهای مورد نظر در مقابل زمان و روی صفحه نمایشگر که برای بررسی این متغیرها صورت می گیرد آغاز کنیم. فرض کنیم متغیر مورد نظر ما به همراه زمان مربوط در آرایه ی yout ذخیره شده که طول آن N بوده و ستون اول مربوط به زمان و ستون دوم مربوط به مقدار متغیراست. دستورهای matlabکه در زیر می آید شما را قادر می سازد که به طریق مشابه رسم کردن را تجربه کنید:

Title( 'inset desired title of plot here')

X label ('insert x axis label here')

y label ('insert y axis label here')

grid\ % if you want grid lines on plot

plot (yout (:,1), yout (:,2) ,' line type' )% plot yout (: ,1) on /x – axis and yout (:,2) on y – axis

 پارامتر اختیاری line type در دستورplot، امکان انتخاب رنگ وخط برای رسم کردن مورد نظر را می دهد. این پارامتر انتخابی هنگامی که بخواهید منحنی های مختلف را با رنگهای متفاوت تمایز دهید، بسیار مفید است. برای اطلاعات بیشتر به help مربوط به دستور plot یا به راهنمای استفاده ازmatlab  مراجعه کنید.برای رسم دو منحنی یا بیشتر از آن در یک صفحه می توانیداز دستورhold استفاده کنید و یا این که دستورهای رسم را یکی کنید:

title('insert desired title of plot here')

x label ('insert x axis label here')

y label ('insert y axis label here')

grid % if you want grid lines on plot

plot (yout (:,1) , yout (:,2),'-',yout (:,1) , yout (:,3) ,' :')

% plot vector yout (:,2) versus time using solid curve

% plot vector yout (: ,3) versus time using dotted curve

شما همچنین می توانید به شکل دیگری نیز منحنی های مورد نظر خود را رسم کنید بلوکto workspace از کتابخانه Sinks را به هر سیگنالی که می خواهید آن را ببینید وصل کنید و همچنین اگر می خواهید سیگنال ها را برحسب زمان ببینید یک بلوک clock را به یک بلوک to workspace وصل کنید و نام آن را t انتخاب کنید مثلاً شکل(2-5) را در نظر بگیرید.

تذکر: حتماً در قسمت save format در بلوکto workspace ، گزینه ی Array را انتخاب کنید.

حالا با استفاده از دستورات زیر در متلب منحنی های مورد نظر خود را می بینید:

منحنی u برحسب زمان را رسم می کند:

Plot(t,u) , xlabel('time') , ylabel('u')                                                

منحنی y برحسب زمان را رسم می کند:

Plot(t,y) , xlabel('time') , ylabel('y')                                                

منحنی y برحسبu را رسم می کند:

plot (u,y) , x label('u'), ylabel('y')                                                   

فصل 3- موتورهای القایی

3-1 عملکرد موتورهای القایی سه فاز

یک موتور القایی دارای یک سیم پیچی متعادل سه فاز بر روی استاتور است. رتور یک موتور القایی از نوع رتور سیم بندی شده نیز شامل یک سیم پیچی متعادل سه فاز با تعداد قطب های یکسان با استاتور است. در اثر پدیده القاء ولتاژی در رتور با تعداد فاز وقطب یکسان با سیم بندی های استاتور بوجود می آید. زمانی که سیم بندی استاتور با یک منبع سه فاز با فرکانسwe (رادیان برثانیه) تغذیه می شود، میدان گردانی با سرعت سنکرونwsm (رادیان برثانیه) ایجاد می شود که

(3-1)                                     wsm=

   اگر سرعت رتور wrm (رادیان برثانیه) باشد، در آن صورت سرعت نسبی بین میدان گردان استاتور و رتور عبارتست از :

(3-2)WSL= wsm -wrm= SW sm

   که Wsl سرعت لغزش نامیده می شود. لغزش s از رابطه زیر بدست می آید:

(3-3) S= (Wsm –Wrm) / Wsm =(we-wr) / we

Wr= سرعت زاویه ای روتور

Wrm= سرعت مکانیکی روتور

   (3-4)                  Wrm=(1-S) Wsm

به علت وجود سرعت نسبی بین میدان گردان استاتور و رتور یک ولتاژ سه فاز متعادل در سیم بندی های رتور القاء می شود که فرکانس آن متناسب با سرعت لغزش موتور است.

بنابراین:

 (3-5)  *we=SWe rad/sec(Wr=(Wsl/Wsm                    که Wr فرکانس رتور بر حسب رادیان بر ثانیه است.برایWrm کوچکتر از Wsm سرعت نسبی مثبت است. در نتیجه توالی ولتاژ القائی رتور همانند توالی ولتاژ استاتور است.

عبورجریان سه فاز در رتور باعث ایجاد میدان گردانی می شود که نسبت به رتور با سرعت لغزش Wsl و هم جهت با گردش رتور دوران می کند. در نتیجه سرعت میدان گردان رتور نسبت به استاتور با سرعت میدان گردان استاتور برابر خواهد شد. لذا گشتاور حالت ماندگار ایجاد شده که مقدار آن از عبارت زیر به دست می آید:

(3-6)                                           T=

شار فاصله هوایی در قطب برحسب وبر

Fmr حداکثرMMF رتور بر حسب آمپر دور

وrزاویه گشتاور یا اختلاف فاز میان MMF رتور و MMF فاصله ی هوایی

 برای Wrm< Wsm میدان های رتور و استاتور نسبت به هم ساکن باقی می مانند و گشتاور حالت دائمی ایجاد می شود.

برای W_rm= W_sm سرعت نسبی بین میدان استاتورو رتور صفر می شود درنتیجه ولتاژی در رتور القاءنمی شود و گشتاور خروجی صفر است.

برای W_rm>W_sm سرعت نسبی میدان رتور و استاتور عکس می شود و توالی فاز آنها با استاتور نیز مخالف خواهد شد. جریان القائی سه فاز رتور میدان گردانی در جهت عکس حرکت رتور با سرعت Wsl ایجاد می کند . بنابراین در اینجا نیز سرعت میدان رتور نسبت به میدان استاتور صفر می شود و در نتیجه گشتاور حالت دائمی ایجاد می شود . از آنجائی که جهت جریان رتور معکوس شده علامت گشتاور منفی می شود وماشین در حالت ژنراتوری قرار می گیرد

قیمت فایل فقط 8,900 تومان

برچسب ها : موتورالکتریکی , طرح توجیهی موتورالکتریکی , دانلود موتورالکتریکی , برق , موتور , الکتریک , عملکرد موتورهای القایی سه فاز , موتورهای القایی , رسم کردن , دانلود طرح توجیهی , سیمولینک , مقدمه ای بر سیمولینک , موتورهای AC تک فاز , آنماز واجرای یک شبیه سازی , شبیه سازی دینامیکی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه , دانلود پروژه