اینم عکس مهدی صالحی

http://tinypic.com" target="_blank">http://i37.tinypic.com/5n2ohw.jpg" border="0" alt="Image and video hosting by TinyPic">

برق سه فاز در کشور های مختلف

در کشورهای صنعتی، سه فاز روش عمومی انتقال توان سه فاز است. این سیستم در وقع نوعی از سيستم چند فاز است.

در نیروگاه های برق یک ژنراتور الكتريكي توان مکانیکی را به یک دسته از جریان های الکتریکی متناوب تبدیل می کند که از هر کدام از سیم پیچ های الکترومغناطیسی یا سیم پیچ های ژنراتور تولید می شوند. جریان ها همگی توابعی سینوسی از زمان هستند و همگی دارای فركانسي مشابه اما با زاويه هاي فاز متفاوت.
در یک سیستم سه فاز، زاویه ها دارای اختلاف 120 درجه ای (که حداکثر جداسازی ممکن بین زاویه هاست) هستند. فرکانس معمولاً در اروپا 50 هرتز و در ايالات متحده 60 هرتز است لیست کشورها به همراه پریزهای خطوط برق، ولتاژها و فرکانس ها را مشاهده کنید.) سه فاز معمولاً توسط رنگ ها نشانه گذاری شده اند، که به طور سنتی قرمز، زرد و آبی هستند.

خروجی ولتاژ ژنراتورها از چند صد ولت تا بالای 20000 ولت تغییر می کند. این ولتاژ معمولاً توسط یک ترانسفورماتور به یک سطح ولتاژ بالاتری تبدیل می شود. علت این افزایش ولتاژ هم کاهش تلفات است. توان برابر حاصلضرب ولتاژ و جریان است، بنابراین برای یک توان داده شده اگر شما ولتاژ را افزایش دهید جریان کاهش می یابد. تلفات گرمایی در یک خط انتقال با مجذور جریان متناسب است و در نتیجه اگر شما جریان را نصف کنید، تلفات یک چهارم می شود. به همین علت برخی از خطوط انتقال در سطح ولتاژی بیش از 500،000 ولت کار می کنند.

در انتهای خط انتقال، یک پست برق یا یک ترانسفورماتور، برق را از ولتاژ زیاد خطوط انتقال به سه جریان متغیر سینوسی با ولتاژ 120 ولت (در ایالات متحده) یا 230 ولت (در اروپا) جریان متناوب (Vac) تبدیل می کند. سپس این برق از طریق چهار سیم به مدارات مصرف کننده ها در یک تابلوی فرمان اصلی، ارائه می شود. یکی از سیم ها خنثی است یا در منبع برق زمین شده است، فازها یا سه خط دیگر، برق را به نقطه مقصد یا ترانسفورماتورهای تغذیه می رسانند. با برقراری اتصال بین یک فاز و سیم خنثی، ولتاژی معادل 120 ولت متناوب (یا 230 ولت متناوب) برای مدار متصل شده فراهم می شود.

شبکه انتقال توان به گونه ای طراحی شده است که هر فاز اندازه جریانی برابر را از خود عبور دهد، همه جریان های برگشتی از مناطق مسکونی مصرف کننده ها به نیروگاه، در جریان سیم خنثی سهیم هستند، اما سیستم سه فاز تضمین می کند که جمع جریان های برگشتی تقریباً صفر است.

اتصال بین دو فاز ولتاژی معادل 3√ یا 73/1 برابر ولتاژ تک فاز را ایجاد می کند (208 ولت متناوب در ایالات متحده، 400 ولت متناوب در اروپا). شکل موج های دارای اختلاف فاز، با یکدیگر جمع می شوند تا یک پیک ولتاژی بالاتری را در شکل موج نهایی ایجاد کنند. چنین اتصالی را اتصال خط به خط می نامند و معمولاً با یک مدار شکن دو قطب صورت می گیرد. از این نوع اتصال بیشتر برای گرمکن ها مانند یک گرمکن قرنیزی 2 کیلو وات و 208 ولت، استفاده می کنند.

ولتاژهای استاندارد دیگر موجود در آمریکای شمالی شامل ولتاژهای 240 ولت فاز به فاز، 277/480 ولت و 347/600 ولت می شود. ولتاژ فاز به زمین (سطح ولتاژ پایین تر) دو مورد آخر عموماً تنها برای روشنایی به کار می رود. ولتاژ 600 ولت در کانادا بسیار بیشتر از آمریکا، معمول است.

در موتورهای سه فاز یا هواسازهای کارا (برای مثال اکثر بخش های York که بالای 5/2 تن هستند، سه فاز اند) هر سه فاز برق مورد استفاده قرار می گیرد چرا که این بهترین راه انتقال مقادیر بزرگ توان الکتریکی است. گفتنی است که راه اندازی موتور، توان بیشتری را نیاز دارد.

برخی دستگاه هایی ساخته شده اند که یک سه فاز مصنوعی را از یک برق تک فاز تپ ـ وسط (240 ولت متناوب در ایلات متحده، با تفکیک زاویه 180 درجه) ایجاد می کنند. این عمل با ایجاد یک "زیر فاز" سوم بین دو قطب انجام می شود که منجر به یک تفکیک فاز 90=90-180 درجه ای می شود. بسیاری از دستگاه های سه فاز بر این اساس کار می کنند، اما با یک فرکانس پایین تر.

برخی اوقات برق تک فاز تپ ـ وسط240 ولت متناوب، به غلط برق "دو فاز" خوانده می شود. باید توجه شود که یک سیستم دو فاز سیستمی است که در آن دو ولتاژ دارای اختلاف 90 درجه ای هستند. برای مثال، اگر یکی از ولتاژها برابر
Cos 2п) * 60t)
و دیگری
sin 2п) * 60t)
است، آنگاه شما یک سیستم دو فاز دارید که به عنوان سیستم عمود (یکی به عنوان بخش حقیقی و دیگری به عنوان بخش موهومی در نظر گرفته می شود) نیز شناخته می شود. یک سیستم دو فاز به ازای 120 ولت متناوب خط به خنثی تقریباً ولتاژی معادل 7/169 ولت متناوب خط به خط را ایجاد می کند.

سیستم های دو فاز تنها برای توان بالا به کار می روند چرا که آنها نیاز به سیم هایی به همان تعداد سیم ها ی ارتباطی اتصال مثلث سه فاز دارند (برای مثال یکی برای سینوس، یکی برای کسینوس و یک سیم مشترک) و نیز سیستم دو فاز مقدار انرژی یکسان را در هر یک از سه سیم توزیع نمی کند (اگر چه سینوس و کسینوس متعادل اند، اما سیم خنثی مانند دو تای دیگر نیست). گفته می شود که یک سیستم دو فاز توان مختلط ایجاد می کند و چنین سیستم هایی در ولتاژهای پایین تر به کار می روند (برای مثال برای کاربردهای ارتباطی، یا راه انداختن موتورهای پله ای و مانند این) و عموماً در سطح توان های بالا توزیع نشده اند.

در عمل، اگر ما فازورهای یک سیستم دو فاز یا سه فاز را حول دایره واحد در صفحه مختلط رسم کنیم، دارای یک نوع از توان مختلط خواهیم بود.

یک سیستم فاز شکسته (تپ ـ وسط) 240 ولت متناوب، وقتی که به صورت فازورها روی صفحه مختلط رسم شود، می تواند کاملاً در طول محور حقیقی وجود داشته باشد. در واقع، این کمبود قابلیت توان مختلط است که توانایی یک سیستم تغذیه را برای تولید یک میدان دوار مغناطیسی تضعیف می کند و این میدان دوار مغناطیسی است که موجب گردش موثر موتورها می شود. چنین برقی (فاز شکسته) برای گرمایش خوب است، اما مثلاً برای گرداندن یک هوا ساز خیلی بهتر است تا از توان مختلط استفاده کنیم.

چگونه تغذیه سه فاز را امتحان کنیم

یک تغذیه سه فاز الکتریکی شامل سه هادی فعال و یک زمین می شود.
اگر که تغذیه الکتریکی یک موتور القایی سه فاز بین پارامترهای معینی نباشد، نمی تواند به درستی کار کند. این پارامترهای نوعی مانند مقابل اند: 208 یا 415 ولت بین فازها، 120 یا 240 ولت بین هر فاز و زمین، خطای ولتاژ کمتر از 12 درصد مقادیر نامی و اختلاف ولتاژ هر فاز کمتر از 5 درصد فاز دیگر.

در یک مدار موتور القایی سه فاز نوعی، یک مکان مناسب برای آزمایش در طرف خط راه انداز مستقیم موتور است.

چگونه دستگاه ها ی سه فاز را امتحان کنیم

دستگاه های سه فاز نظیر پمپ ها، کمپرسورها، و ... بایستی فازهایشان به ترتیب درستی وصل شود تا از خرابی آنها جلوگیری شود. این دستگاه ها عموماً هنگامی که به اشتباه وصل شوند جریان کمتری را می کشند و می توانند به آسانی توسط یک آمپروب (گیره روی آمپر متر) برای میزان جریانی که از شبکه می کشند امتحان شوند.
برای مثال آزمایش یک هوا ساز که دارای یک کمپرسور است، می توان فهمید که اگر این وسیله به صورت غلطی به برق سه فاز متصل شود، جریان بسیار کمی را خواهد کشید و بنابراین جای هر کدام از دو سیم برق را می توان برای تغییر فازها عوض کرد.

موتورهای جیبی کوچکی وجود دارند که از جهت چرخش آنها می توان برای تشخیص توالی فازها استفاده کرد. این موتورها گران هستند. یک جایگزین ارزا نتر استفاده از سه لامپ نئون و دیدن اینکه توالی فاز یا روشن شدن لامپ ها در چه جهتی می چرخد، است.

موضوعاتی شامل آزمایش مقاومت سیم پیچ موتور و آزمایش مقاومت خطای زمین بیان شده اند.
برای اطلاعات بیشتر راجع به مدارات سه فاز کلید واژه زیر را مشاهده کنید:

• ترانسفورماتورهای ستاره مثلث

پریزهای الکتریکی سه فاز

برق سه فاز را می توان با استفاده از یک پریز سه فاز یا با سه تایی کردن، تغذیه کرد. اغلب پریزها، پریزهای دوتایی اند. حفره های بالایی و پایینی را می توان در صورت تمایل از هم جدا کرد و برای مثال با مدار شکن های مجزایی با یک نول مشترک تغذیه شوند. این کار را معمولاً در آشپزخانه ها انجام می دهند که در آنها احتمالاً یک بار زیاد روی هر دو پریز اعمال می شود. در این صورت یک مدار شکن دو قطب تریپ (قطع کننده) مورد نیاز است.

ایده دو برابر کردن را می توان به سه برابر کردن گسترش داد، تا اینکه سه پریز دوگانه را بتوان با یک نول مشترک از یک منبع سه فاز تغذیه کرد. عموماً یک مدار شکن سه قطب تریپ عمومی 15 میلی آمپر برای تغذیه چنین پریزی به کار می رود. این امر بارهای سه فاز تکی را قادر می سازد تا به صورت یک توالی فازی تغذیه شوند.
مثالی از این بار یک لامپ با سه حباب است. برای داشتن عملکردی بدون چشمک زنی، سه حباب هر کدام با یک دوشاخه جدا نصب می شوند و با اختلاف فاز 120 درجه ای نسبت به هم از یک پریز سه تایی راه اندازی می شوند. بالای پریزها همان گونه که در شکل نشان داده شده، لامپ های نئون قرار داده شده تا توالی فاز را در بارهای سه تایی که توالی صحیح فازها مورد نیاز است نشان دهد.                      نوشته شده   توسط  مهدی  صالحی

حفاظت الکتريکی

    

 خطاهاي ناشي از جريان برق عمدتا" به سه دسته تقسيم ميشوند:

 

1_  اتصال بدنه كه عبارت است از اتصال يكي از سيمهاي جريان برق به بدنه د ستگاه .

2_  اتصال كوتاه عبارت است از اتصال دو سيم لخت كه نسبت به هم داراي اختلاف  پتانسيل  الكتريكي مي باشندبه يكديگر.

3_ اتصال زمين كه عبارت است از اتصال يكي از سيم هاي حامل جريان به زمين .

خطا هاي نامبرده شده به دوصورت كامل وناقص اتفاق مي افتد . دراتصال كامل درمحل اتصالي  مقاومت وجودندارد وجريان زيادي از اين نقطه عبور ميكند اما اگر اتصال ناقص باشد درمحل اتصال  مقاومت وجود دارد بنابر اين جريان خطا نسبت به حالت قبل كمتر است.

 

 انواع حفاظت

1_حفاظت سيم ها و كابل ها :

در بخش وسايل كنترل وحفاظت بطور كامل مورد بررسي قرار ميگيرد.

2_ حفاظت مصرف كننده ها و دستگاهاي الكتريكي :

قسمت عمده مصرف كننده هاي سه فاز در مراكز صنعتي را موتورهاي الكتريكي تشكيل مي دهند .معمولا" جهت حفاظت موتورهاي الكتريكي از كليد حفاظت موتور استفاده مي شود اين كليد موتور را در مقابل بار اضافي و همچنين اتصال كوتاه حفاظت مي كند.بدين صورت كه در اثر اضافه بار و يا دو فازشد ن موتور جريان كمي بيشتر از جريان نامي آن ميشود.حرارت بي متال كــــــه عضو حفاظت كننده حرارتي است بالا رفته ودراثر تغيير فرم بي متال به اهرم فشار آورده وكليد   را قطع مي كند.اگر خطاهايي مانند اتصال كوتاه در موتور پيش آيد در اثر عبور جريان از  بوبين حفاظت كننده  مغناطيسي كليداهرم آهني بسرعت به سمت هسته بوبين جذب شده  و كليد را قطع مي نمايد.

حفاطت اشخاص:

معمولا" ولتاژ بيش از 65 ولت براي انسان خطرناك مي باشد.

 

انواع حفاظت اشخاص عبارتند از:

 

1-حفاظت توسط سيم زمين:

 

كه اغلب در مجتمع ها و ساختمان ها از اين نوع حفاظت استفاده مي كنند.

الكترود زمين عبارت است از يك قطعه جسم هادي كه در زمين قرارداده مي شود و سيم زمين به آن متصل مي شود.الكترودها به اشكال مختلف ساخته مي شوند.

الف:ميله هاي مسي معمولا به قطر 16 ميليمتركه با چكش در زمين كوبيده مي شوند اين ميله ها داراي نوك تيزفولادي هستندكه فرو رفتن در زمين را آسان ميكند.پس از كو بيدن يك ميله مي توان ميله ديگري به آن پيچ كرد و كوبيدن را ادامه داد تا ميله با طول مورد نظر تا حدود 3 متر به دست آيد.

ب:صفحه هاي مسي كه در عمق 60 سانتيمتري يا بيشتر بصورت افقي خوابانده مي شود. اجراي اين روش با زحمت بيشتري همراه است .

ج:استفاده از لوله هاي آب شهري در گذشته بسيار معمول بوده است ولي امروزه كه بيشتر از لوله هاي  پلاستيكي استفاده مي شود اين روش قابل استفاده نيست.

د:غلاف يا زره فلزي كابلهاي زير زميني امروزه بيشتر به عنوان الكترود زمين و سيم زمين  مورد استفاده قرار مي گيرد. غلاف و زره كابل در پست به نوترال متصل هستند. در اين سيستمها در  صورت اتصالي, جريان از غلاف يا زره عبور كرده و به زمين نفوذ نمي كند.

در بسياري از موارد براي كاهش دادن مقاومت زمين از مجموعه ميله ها استفاده مي كنند و با اتصال الكتريكي آنها به يكديگر آنها را به صورت الكترود واحد مورد استفاده قرار مي دهند.اما نكته قا بل توجه اين است كه مقا ومت بين الكترود و زمين بستگي به مقا ومت ويژه زمين دارد كه  خود بسته به جنس زمين و ميزان رطو بت است.

2_ سيستم حفاظت نول:بصورت يك سيم جداگانه به بدنه تابلو يا دستگاه وصل مي شود.كاربردآن در تا سيسات الكتريكي كه در آنها دستگاه ها بصورت انفرادي به زمين وصل مي شوند,مي باشد و نبايد براي دستگاههاي ديگر از حفاظت نول استفاده نمود. چون با بودن مقا ومت كم جريان زيادي مي گذرد در نتيجه اختلاف ولتاژ نسبتا" زيادي در روي تمام مصرف كننده هاي ديگر بين بدنه هادي آنها و زمين بوجود خواهد آمد.

3_ حفاظت بوسيله عايق كردن:

تمام قسمتهايي كه امكان اتصال با بدن انسان را دارد عايق مي كنند كه براي ساختمان ها اقتصادي نيست.

 

 

 

در مورد کنترل وابزار دقیق اگر کسی اطلا عاتی دارد برای من ارسال کند

در مورد کنترل وابزار دقیق اگر کسی اطلا عاتی دارد برای من ارسال کند

سيگنالهاي  DC , AC

 

AC به معني جريان متناوب و DC  به معني جريان مستقيم مي باشد . اين دو مولفه گاهي به سيگنالهاي الكتريكي ( مثلاً ولتاژ ) هم كه جريان نيستند اطلاق مي شود . بنابراين سيگنالهاي الكتريكي جريان يا ولتاژي هستند كه منتقل كننده اطلاعات ( كه معمولا ولتاژ ميباشد ) هستند .

جريان متناوب  AC

سيگنالهاي متناوب در يك مسير منتشر ميشوند و سپس تغيير مسير مي دهند و اين عمل دائماً تكرار مي شود . يعني ابتدا يك سيكل مثبت و بعد يك سيكل منفي و به همين ترتيب تكرار مي شوند .

يك ولتاژ  متناوب  دائماً بين مثبت و منفي تغيير ميكند و بصورت موجي تكرار ميشود .

به هر تغييرات بين مثبت و منفي ، يك سيكل گفته مي شود و واحد آن هرتز مي باشد . در ايران وسائل الكتريكي با فركانس 50 هرتز كار مي كنند .

شكل بالا شكل موج يك منبع تغذيه متناوب است كه به آن موج سينوسي اطلاق مي شود و به شكل پائين از آنجا كه مستقيماً بين مثبت و منفي تغيير مي كند ، شكل موج مثلثي اطلاق مي شود .

سيگنالهاي متناوب براي راه اندازي وسائلي از قبيل لامپ ها و گرم كننده ها بكار مي روند ولي اكثر مدارهاي الكتريكي براي كار نياز به يك ولتاژ مستقيم دارند كه در زير به آن اشاره شده است .

جريان مستقيم  DC

جريان مستقيم هميشه در يك مسير جاري مي شود ( هميشه مثبت و يا هميشه منفي است ) ولي ممكن است ميزان آن كاهش يا افزايش پيدا كند .

باتري ها و رگولاتورها ولتاژ مستقيم مي دهند و اين ولتاژ براي مدارهاي الكترونيكي مناسب است . اكثر منابع تغذيه شامل يك تبديل كننده ترانسفورماتوري هستند كه جريان اصلي غير مستقيم را به يك جريان غير مستقيم كم و بي خطر تبديل مي كنند .

سپس اين جريان كم و بي خطر توسط مدارات يكسو كننده جريان از غير مستقيم به مستقيم تبديل مي شود . البته اين ولتاژ مستقيم يك ولتاژ متغيير مي باشد و براي مدارهاي الكترونيكي مناسب نيست و لذا براي صاف كردن سطح ولتاژ مستقيم از يك خازن استفاده مي شود تا ولتاژ مستقيم براي مدارات الكترونيكي حساس قابل استفاده شود .

در شكل مقابل بالا شكل موج يك ولتاژ مستقيم ثابت و يكنواخت كه از طريق باتري تامين ميشود نشانداده شده است .

شكل وسط يك ولتاژ مستقيم با صاف كننده سطح ولتاژ ( خازن )  است كه مناسب بعضي از مدارهاي الكترونيكي مي باشد .و شكل پائين يك ولتاژ مستقيم بدون استفاده از خازن را نشان مي دهد

مشخصات سيگنال هاي الكتريكي

همانطور كه بيان شد ، سيگنالهاي الكتريكي ولتاژ يا جرياني هستند كه انتقال دهنده اطلاعات كه معمولا ولتاژ است ، هستند .

در نمودار مقابل مشخصات مختلفي از سيگنال الكتريكي نشان داده شده است . يكي از اين مشخصات فركانس است كه به تعداد سيكل ها در ثانيه اطلاق مي شود .

Amplitude  ماكزيمم ولتاژي است كه سيگنال دارد و Peak voltage  نام ديگري براي Amplitude  است .

  پيك تو پيك ( Peak-peak voltage ) دو برابر مقدار پيك ولتاژ مي باشد .

 دوره تناوب ( Time period )  زماني است كه براي طي شدن يك سيكل كامل نياز است . اين زمان بر حسب ثانيه اندازهگيري مي شود و در زمانهاي خيلي كوتاه از واحد هاي ميكروثانيه هم استفاده مي شود .

فركانس ( Frequency   ) به تعداد سيكل ها در هر ثانيه اطلاق مي شود و واحد آن هرتز است . در اندازه گيري فركانس هاي بالا از واحد هاي كيلوهرتز و مگاهرتز نيز استفاده مي شود .

 

در ايران فركانس شبكه برق 50 هرتز است بنابراين دوره تناوب برابر است با 20 ميكروثانيه .

^1/₅₀ = 0.02s = 20ms.

هر كيلو هرتز برابر با هزار هرتز و هر مگاهرتز برابر را يك ميليون هرتز است .

1kHz = 1000Hz    و   1MHz = 1000000Hz.

 

فركانس  =	1	و	دوره تناوب  =	1
	دوره تناوب			فركانس

 

ارزش و مقدار  RMS  ( ولتاژ مؤثر )

در ولتاژ غير مستقيم ، ولتاژ از صفر شروع و به پيك مثبت مي رسد و دوباره به صفر رسيده و سپس به پيك منفي مي رسد و لذا در بيشتر اوقات ، ولتاژ از مقدار پيك ولتاژ كمتر است . لذا از يك مقدار موثر استفاده مي كنيم كه همان RMS  است . مقدار ولتاژ RMS برابر است با 0.7 ولتاژ پيك

V_RMS = 0.7 × V_peak   and   V_peak = 1.4 × V_RMS

ارزش يا معيار RMS  يك ارزش موثر ولتاژ يا جريان متغيير مي باشد ، بدين معني كه اين ولتاژ تاثير اصليش در مدار معادل آن مقدار است . بعنوان مثال يك لامپ كه به ولتاژ 6 ولت RMS  متصل شده ، همان مقدار روشنائي را دارد كه اگر به يك ولتاژ 6 ولت مستقيم متصل مي شد .به هر حال نور لامپي كه با ولتاژ 6 ولت RMS  روشن شود ، كمتر است از نور لامپي كه با 6 ولت مستقيم روشن شود . چون ولتاژ موثر 6 ولت غير مستقيم برابر است با 2/4 ولت يعني برابر با 2/4 ولت مستقيم نور مي دهد .

بحث ولتاژ مؤثر اين فكر را بوجود مي اورد كه مقدار RMS  نوع ديگري از ميانگين است ولي بخاطر داشته باشيد كه اين مقدار قطعاً ميانگين نيست . در واقع ولتاژ يا جريان ميانگين غير مستقيم ، صفر خواهد بود . چون بخش هاي مثبت و منفي سيگنال هم را خنثي مي كنند و وقتي ميانگين مي گيريم ، ميانگين براببر با صفر خواهد بود . بنابراين ولتاژ RMS  قطعاً يك ولتاژ ميانگين نيست .

اينك اين سوال پيش مي ايد كه يك ولتمتر AC  چه مقداري را نشان مي دهد ، مقدار مؤثر يا مقدار پيك ولتاژ ؟

پاسخ اين است كه ولتمترهاي AC  مقدار موثر ولتاژ يا جريان را نشان مي دهند در ولتاژهاي مستقيم هم مقدار مؤثر DC نشانداده مي شود .

سؤال ديگري كه مطرح است اين است كه بطور مثال  6 ولت مستقيم دقيقاً چه معنائي دارد ، مقدار مؤثر يا مقدار پيك ولتاژ معني دارد ؟

در اين موارد اگر منظور پيك ولتاژ باشد معمولاً قيد مي شود و در غير اينصورت منظور مقدار مؤثر خواهد بود . براي مثال وقتي مي گوئيم 6 ولت AC  به معني 6 ولت مؤثر است كه پيك ولتاژ آن 8/6 ولت است .

در ايران ولتاژ 220 ولت براي مصارف عمده الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرد ، اين به معني 220 ولت موثر بوده  و پيك آن حدود 320 ولت است .

منبع :www.mashhadkit.com

ژنراتورها وموتورهاي (تجزيه و تحليل الكترومغناطيسي،مكانيكي و مداري ماشين هايDC

امروزه ماشين هاي الكتريكي نقش اساسي در صنعت ايفا مي كنند و بنابراين به عنوان يكي از دروس مهم مهندسي برق در دانشگاه هاي دنيا مطرح مي باشند. متاسفانه بيشتر دانشجويان مهندسي برق به دليل استفاده از فقط يك مرجع براي اين درس و ديد تك بعدي به ماشين هاي الكتريكي كه همان ديد مداري محض(KVL وKCL) است؛ همواره داراي ضعف اساسي در اين درس مي باشند.اولين ماشين هاي الكتريكي دوار كه يك دانشجوي مهندسي برق با آنها آشنا مي شود ماشين هاي DC هستند؛. لذا زير بناي فهم دانشجويان از اصول اساسي ماشين هاي الكتريكي گردان در همين نوع ماشين ها شكل مي گيرد و چه بسا در صورت عدم فهم مناسب ماشين هاي DC ،دانشجو با ساير ماشين هاي دواري كه بعداً با آنها مواجه مي شود(نظير موتور هاي القايي سه فاز،ژنراتور هاي سنكرون سه فاز،موتور هاي القايي تك فاز و ماشين هاي مخصوص)قطعاً دچار اشكال مي گردد و نخواهد توانست ديد مهندسي خوبي را نسبت به ماشين هاي الكتريكي ،پيدا كند. من با توجه به مطالعه تعداد زيادي كتاب راجع به ماشين هاي الكتريكي و چند ترم تدريس اين درس (به صورت TA در خدمت چند تن از اساتيد محترم دانشكده برق دانشگاه صنعتي شريف) توانستم ضعف دانشجويان را در اين درس ريشه يابي كنم ؛كه همان طور در بالا اشاره شد نگاه يك چشمي به ماشين هاي الكتريكي به عنوان مدار هاي الكتريكي است.در حالي كه مي دانيم موتور ها و ژنراتور هاي الكتريكي به عنوان مبدل انرژي الكتريكي به مكانيكي و بالعكس هستند و اين تبديل انرژي تنها در سايه پديده هاي الكترو مغناطيسي صورت خواهد گرفت.از همين بيان مي توان نتيجه گرفت كه روشي كه ماشين هاي الكتريكي را مورد تجزيه و تحليل قرار مي دهيم تركيبي از سه ديدگاه زير است: 1)ديدگاه الكترومغناطيسي:محاسبات mmf و نيروهاي الكترومغناطيسي و ميدان هاي مغناطيسي. 2)ديدگاه مكانيكي:محاسبات گشتاور-سرعت و اعمال فرم زاويه اي قانون دوم نيوتن براي تجزيه و تحليل حالت هاي گذراي ماشين هاي DC به صورت معادله ديفرانسيل معمولي رسته دوم 3)ديدگاه مداري:به دست آوردن مدار معادل الكتريكي ماشين هاي الكتريكي ومحاسبات ولتاژ و جريان پايانه اي ژنراتورها و جرياني كه موتور از شبكه DC ياAC مي كشدو مثلاً ضريب قدرت ورودي يك موتور AC كه گفتيم اين تنها ديدگاه دانشجويان نسبت به ماشين هاي الكتريكي است. كتابي كه پيش رو داريد در 8 فصل و از سه ديدگاه فوق به سبك استدلالي دقيق ماشين هاي DC را تجزيه و تحليل مي كند. با توجه به اين موضوع كه گرايش اصلي من مخابرات ميدان (الكترومغناطيس) مي باشد لذا سعي كردم ديدگاه الكترومغناطيسي روشني از ماشين هاي DC ارائه دهم اين موضوع در سرتاسر اين كتاب به چشم مي خورد (مثلاً در فصل پنجم اثبات دقيق الكترومغناطيسي اين حقيقت كه توزيع mmf روتور يك ماشين DC يك شكل موج شبه مثلثي است آورده شده است كه در هيچ يك از مراجع معتبر درس ماشين هاي الكتريكي مطرح نشده است). مهم ترين نكته برجسته اين كتاب زبان ساده به كار گرفته شده و تعدد شكل هاي واضح در آن است اما در عين حال سعي شده كليه مطالب درسي مربوطه به طور كامل پوشش داده شوند.همچنين در اين كتاب سيم پيچي موجي يك ژنراتور DC و شكل موج ولتاژ توليدي آن در فصل سوم تجزيه و تحليل شده كه اين مساله هميشه به عنوان يك مساله بي جواب در كلاس هاي درس دانشكده برق بين دانشجويان تيزبين مطرح بود و در هيچ يك از مراجع درس ماشين بدان اشاره اي نشده است(فقط به ذكر فرمول تعداد مسير هاي موازي جريان برابر 2 است بسنده كرده اند).حال من به كمك نرم افزار Mechanical Desktop روتور 18 شياري با سيم پيچي موجي را 5 درجه،5درجه چرخانده ام و ولتاژ پايانه اي آن را به صورت تابعي از زمان درآوردم. با آرزوي موفقيت براي همه مهندسان برق ايراني ژنراتورها وموتورهاي الكتريكي : مقدمه: ژنراتورها و موتورهاي الكتريكي گروه از وسايل استفاده شده جهت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي يا برعكس . توسط وسايل الكترومغناطيس هستند . يك ماشيني كه انرژي الكتريكي به مكانيكي تبديل مي كند موتورنام دارد وماشيني كه انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند ژنراتور يا آلترناتور يامتناوب كننده يا دينام ناميده مي شود . دو اصل فيزيكي مرتبط با عملكردموتورهاوژنراتور ها اولين اصل فيزيكي اصل القايي الكترومغناطيسي كشف شده توسط مايكل فارادي دانشمند بريتانيايي است. اگر يك هادي در ميان يك ميدان مغناطيسي حركت كند يا اگر طول يك حلقه ي القايي ساكني جهت تغيير استفاده شود. يك جريان ايجاد مي شود يا القا مي شود در كنتاكنتور بحث اين اصل اين است كه در مورد واكنش الكترومغناطيسي بحث مي كند و اين كه اين واكنش در ابتدا توسط آندر مري آمپر در سال 1820 كه دانشمند فرانسوي است كشف شد.اگر يك جريان از ميان يك كنتاكتور كه در ميدان مغناطيسي قرار گرفتند عبور كند . ميدان نيروي مكانيكي بر آن وارد مي كند . ساده ترين ماشيني هاي ديناموالكتريك ديسك ديناميكي است كه توسعه يافته توسط افرادي است كه آن شامل يك صفحه ي مسي پيچيده شده است. كه اين پيچش از مركز تالبه وجود دارد .و بين قطبهاي يك آهنرباي سمبر اسبي است . وقتي ديسك مي چرخد يك جريان بين مركز ديسك ولبه ي آن توسط عملكرد ميدان آهنربا القا مي شود كه ديسك يا صفحه ميتواند ساخته شود. جهت عمل كردن به عنوان يك موتور توسط بكار بردن يك ولتاژ بين لبه ي ديسك و مركزش كه اين به علت چرخش ديسك به دنده بدليل نيروي توليد شده توسط واكنش مغناطيس است . ميدان مغناطيسي آهن رباي دائم به اندازه ي كافي براي كار كردن كافي است . كه حتي به عنوان يك موتور يا دينام كوچك بكار مي رود ( كار مي كند). در نتيجه براي ماشين هاي بزرگتر آهنرباي بزرگتري بكار مي رود. هم موتور ها وهم ژنراتورها داراي دو اصل هستند : قسمتها وميدان كه آهنرباي الكترومغناطيسي با سيم پيچ هايش و آرميچر و ساختاري كه از كنتاكتور حمايت مي كند و كار قطع ميدان مغناطيسي وحمل جريان القا شده ژنراتور يا جريان ناگهاني به موتور را دارد است. آرميچر معموﻸ هسته ي نرم آهني اطراف سيم هاي القايي كه دور سيم پيچ ها پيچيده شده اند است. موتور هاي AC: دو نوع اساسي موتور ها طراحي شده اند براي عمل كردن بر روي جريان متناوب پولي فاز موتور هاي سنكرون و موتور هاي القايي موتور هاي سنكرون اساسآ يك تناوب گر(آلترناتور) سه فاز است كه بصورت معكوس كار مي كند. آهنربا هاي ميدان روي رتور پيچيده شده اند توسط جريان مستقيم تحريك شده اند و سيم پيچ آرميچر به سه قسمت تقسيم مي شود و با جريان متناوب سه فاز تغذيه مي شوند . تغيير موج هاي سه فاز جرياندر آرميچر واكنش متغيير مغناطيس را با قطبهاي آهنربا هاي ميدان سبب مي شوند. و چرخش ميدان با يك سرعت ثابت كه اي سرعت ثابت توسط فركانس جريان در خط قدرت AC تعيين مي شود را سبب مي گردند سرعت موتور سنكرون در وسايل خاصي سودمند است. همچنين در كاربدهايي كه بار مكانيكي روي موتور خيلي زياد مي شود و نيز موتور هاي سنكرون نمي توانند استفاده شوند. بخاطر اينكه اگر موتور سرعتش كاسته شود تحت بار آن يك مرحله عقب مي ماند . در واقع يك پله كاسته مي شود با فركانس جريان و منجر به توقف موتور مي شود موتور هاي سنكرون مي توانند ساخته شوند براي عملكرد از يك منبع قدرت تك فاز توسط با شاكل شدن عناصر مدار مناسب كه يك ميدان مغناطيسي چرخش را سبب مي شود ساده ترين موتور هاي الكتريكي نوع قفس سنجابي موتور هاي القايي استفاده شده بايد يك تغذيه سه فاز مي باشد استاتور يا ارميچر ساكن از موتور قفس سنجابي شامل سه سيم پيچ ثابت مشابه با آرميچر موتور سنكرون مي باشد عصر چرخشي متشكل از يك هسته: در قسمتي كه يك سري از كنتاكتور ها سنگين نظم داده ومنظم شده اند وقرار گرفته اند بصورت يك دايره در اطراف شافت (ميله) و موازي با آن برداشتني هستند كنتاكتور هاي روتور به شكل قفسه اي استوانه اي و مشابه به ان استفاده مي شوند بصورت سنجابي (كار مي كنند) جريان سه فاز در سيم پيچ هاي استاتور جاري مي شوند و يك ميدان مغناطيسي چرخشي توليد مي كند. اين ميدان يك جريان در كنتاكتور هاي نوع قفسه اي القا مي كند . واكنش مغناطيسي بين ميدان چرخشي و كنتاكتور هاي حامل جريان روتور روتور را به حركت در مي اورند. اگر روتور دقيقآ با سرعت يكساني به مانند ميدان مغناطيسي بچرخد هيچ جرياني در آن القا نخواهد شد. و از اين رو روتور با سرعت سنكرون نبايد به حركت درايد. در عمل سرعتهاي چرخش روتور و ميدان در حدود 2 تا 5 درصد با هم تفاوت دارند. اين تفا وت سرعت بعنوان لغزش معروف است. متور ها با روتور هاي قفس سنجابي مي توانند استفاده شوند روي جريان متناوب تكفاز بوسيله نظم هاي مختلفي از القا و ظرفيت و بر اساس اين دو مورد كه ولتاژ تكفاز را اصلاح مي كند و تغيير مي دهد و آن را به ولتاژ فاز تبديل مي كند چنين موتور هايي بعنوان موتور هاي فاز شكاف (Spelat Phase) مشخص و معروفند يا موتور هاي تعديل كننده يا كند از سر(متور هاي خازني) بر اساس نظم و ترتيب آن ها استفاده مي شوند. موتور هاي قفس سنجابي تكفاز گشتاور شروع(راه اندازي) زيادي ندارند. و براي به كار انداختن در حالي كه گشتاور زياد است موتور هاي خنثي القايي استفاده مي شود . يك موتور خنثي القايي ممكن است از نوع فاز شكاف باشد. يا از نوع تعديل كننده اما يك سوئيچ يا اتو ماتيك يا دستي دارد كه اجازه مي دهد جريان بين جاروبك هاي كموتاتور وقتي موتور شروع به حركت مي كند. جاري شود و اتصالات كوتاه همه اجزاي كموتاتور بعد از اينكه موتور به يك سرعت تقسيم مي شوند . موتور هاي دفع القايي يا خنثي القايي به اي خاطر ناميده شده اند . كه گشتاور راه اندازيشان وابسته است به دفع بين روتور و استاتور و گشتاورشان در زمان راه اندازي وابسته است به القا موتورهاي سيم پيچي شده ي سري با كموتاتور ها كه بر روي جريان متناوب با جريان مستقيم عمل مي كنند. موتور هاي يونيورسال ناميده مي شوند. آن ها معمولآ فقط در اندازه هاي كوچك ساخته مي شوند و معمولآ در مصارف خانگي كاربرد دارند. آلتر ناتور هاي جريان متناوب(AC)(آلتر ناتور ها) ژنراتوها: همانتور كه در بالا گفته شد يك ژنراتور ساده بدون كموتاتور توليد خواهد كرد كه يك جريان الكتريكي كه متناوب مي شوند.در مسير همانطور كه آرميچر مي چرخد چنين جريان متناوبي مزيت زيادي دارد . براي اتقال توان الكتريكي و از اين رو بشترين ژنراتور هاي اللتريكي بزرگ از نوع AC هستند.در ساده ترين شكلش يك ژنراتور AC فقط در دو حالت خاص فرق مي كند با ژنراتور DC پايانه هاي سيم پيچ آرميچرش بيرون هستند. براي حلقه هاي لغزان جزئي شده جامد روي شافت(ميله)ژنراتو بجاي كموتاتور و سيم پيچ هاي ميذان توسط يك منبع DC خارجي تغذيه انرژي مي شوند. تا اينكه توسط خود ژنراتور اين كار انجام مي شود. ژنراتور هاي AC سرعت پاييني با تعداد زيادي در حدود 100 قطب ساخته مي شوند. هم براي بهبود بازده شان و هم براي دست يافتن به فركانس دلخواه به آساني. آلترناتور ها با توربين هاي سرعت بالا راه اندازي مي شوند. همچنين اغلب ماشين هاي دو قطبي هستند. فركانس جريان گرفته شده توسط ژنراتو AC مساوي است با نيمي از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرميچر در هر ثانيه. اغلب مطلوب است در مورد ژنراتور كه واتژ بالايي وجود داشته باشد و آرميچر هاي در حال چرخش در چنين كاربرد هايي صرف عمل نمي كنند. بخاطر احتمال جرقه زني بين جاروبكها و حلقه هاي لغزان و خطر شكستهاي مكانيكي كه ممكن است سبب اتصال كوتاه شود . آلترناتور ها بنا بر اين با يك سيم پيچ ساكن كه بدور يك روتور مي چرخد . و اين روتور شامل تعدادي اهنرباي مغناطيسي ميدان هستندساخته مي شوند اصل عملكرد آنها دقيقآ مشابه عملكرد ژنراتور هاي AC توصيف شده اند. بجز اينكه ميدان مغناطيسي(نسبت به كنتاكتور هاي آرميچر) به حركت در مي ايند. جريان توليد شده توسط آلترناتور هاي توصيف شده در بالا به يك پيك مي رسد و به صفر ختم مي شوند و به يك پيك منفي افت مي كنند. و دوباره به سمت صفر مي آيند. و در چند زمان در واقع چندين بار در هر ثانيه بسته به فركانس كه ماشين طراحي شده چنين جريان را جريان متناوب تكفاز ناميده اند. همچنين اگر آرميچر در داخل دو سيم پيچ قرار گيرد. كه اين سيم پيچ ها از زاويه ها و گوشه هاي راست يكديگر كشيده شده اند و با اتصالات خارجي مجزا تهيه شده اند. دو موج جريان توليد خواهد شد. هر كدام در ماكزيممش خواهد بود وقتي كه ديگري به صفر برسد .چنين جرياني را جريان متناوب سه فاز ناميده اند. اگر سه سيم پيچ ارميچر با زواياي 120درجه با يكديگر قرار گيرند جريان به شكل موج سه برابر و كريپل توليد خواهد شد كه به آن جريان متناوب سه فاز گفته مي شود. يك تعداد زيادتري از فازها ممكن است با افرايش تعداد سيم پيچها بدست آمده باشند و گرفته شوند در ارميچر اما در مهندسي برق مدرن جريان متناوب سه فاز بسيا پر كاربرد است و آلترناتور سه فاز ماشيني دينامو الكتريكي است كه بطور كلي براي توليد قدرت الكتريكي (يا توان الكتريكي) بكار مي رود. ولتاژ هاي بالاي 13200 در آلترناتور ها رايج ترند.        مديريت:مهدي صالحي