اصل کار موتورهای AC

موتور AC وسیله ای است که انرژی الکتریکی را از جریان متناوب به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. در اصل شامل یک سیم پیچ الکترومغناطیسی یا سیم پیچ استاتور توزیع شده است که برای تولید میدان مغناطیسی به همراه یک آرمیچر یا روتور دوار استفاده می شود. موتور بر اساس این اصل کار می کند که سیم پیچ حامل جریان، نیرویی را در میدان مغناطیسی تجربه می کند و باعث چرخش آن می شود. موتورهای AC به دو نوع دسته بندی می شوند: موتورهای AC سنکرون و موتورهای القایی [1].

سیم‌پیچ‌های استاتور یک موتور AC سه فاز، اساساً سه سیم‌پیچ با فاصله 120 درجه از هم هستند که در یک پیکربندی مثلث یا ستاره به هم متصل شده‌اند. هنگامی که جریان سه فاز اعمال می شود، یک میدان مغناطیسی در هر سیم پیچ ایجاد می شود و ترکیب این سه میدان یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند.

موتورهای AC از یک استاتور و یک روتور تشکیل شده اند و به دو نوع موتورهای AC سنکرون و موتورهای القایی تقسیم می شوند. هر دو نوع موتور با عبور جریان متناوب از سیم پیچ استاتور یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کنند، اما سیم پیچ روتور موتورهای AC سنکرون معمولاً به یک جریان مستقیم (جریان تحریک) از تحریک کننده نیاز دارد. از طرف دیگر، موتورهای القایی نیازی به عبور جریان از سیم پیچ روتور ندارند.

سیم پیچ استاتور یک موتور AC سه فاز اساساً از سه سیم پیچ با فاصله 120 درجه از یکدیگر تشکیل شده است که به شکل مثلثی یا ستاره ای به هم متصل شده اند. هنگامی که جریان سه فاز اعمال می شود، یک میدان مغناطیسی در هر سیم پیچ ایجاد می شود و این سه میدان مغناطیسی با هم ترکیب می شوند و یک میدان مغناطیسی دوار را تشکیل می دهند. جریان یک ارتعاش کامل را کامل می کند و میدان مغناطیسی دوار دقیقاً یک بار می چرخد. بنابراین، تعداد دور در دقیقه میدان مغناطیسی دوار N=60f است. در فرمول f فرکانس توان است.

موتورهای AC را می توان بر اساس سرعت چرخش روتور به موتورهای سنکرون و موتورهای آسنکرون (همچنین به عنوان موتورهای آسنکرون شناخته می شود) تقسیم کرد. صرف نظر از اندازه بار، سرعت روتور موتور سنکرون همیشه با سرعت میدان مغناطیسی دوار یکسان است، بنابراین به این سرعت، سرعت سنکرون می گویند. همانطور که در بالا ذکر شد، فقط به فرکانس منبع تغذیه بستگی دارد. سرعت موتورهای آسنکرون ثابت نیست، به اندازه بار و ولتاژ منبع تغذیه بستگی دارد. دو نوع موتور ناهمزمان سه-فاز وجود دارد: موتورهای بدون یکسو کننده و موتورهای یکسو کننده. اکثریت قریب به اتفاق موتورهای ناهمزمان مورد استفاده در کاربردهای عملی، موتورهای القایی بدون یکسو کننده هستند (اگرچه موتورهای یکسو کننده ناهمزمان سه فاز موازی و سری سه{6} از مزایای سرعت قابل تنظیم در محدوده وسیع و ضریب توان بالا هستند) و سرعت آنها همیشه کمتر از سرعت سنکرون است.

 

هدف اصلی

راندمان کار موتورهای الکتریکی AC بالا، بدون دود، بو، آلودگی محیطی و صدای کم است. با توجه به یک سری مزایایی که دارد در زمینه های مختلف از جمله تولیدات صنعتی و کشاورزی، حمل و نقل، دفاع ملی، لوازم تجاری و خانگی، تجهیزات برق پزشکی و غیره کاربرد فراوانی دارد.

 

اصل کار

موتور القایی که به عنوان موتور ناهمزمان نیز شناخته می شود، به قرار گرفتن روتور در یک میدان مغناطیسی دوار و به دست آوردن گشتاور دورانی تحت اثر میدان مغناطیسی دوار اشاره دارد که باعث چرخش روتور می شود.

ظاهر و ساختار داخلی یک موتور القایی. روتور یک هادی قابل چرخش است که معمولاً به شکل قفس سنجاب است. استاتور بخش غیر دوار موتور الکتریکی است که وظیفه اصلی آن ایجاد میدان مغناطیسی دوار است. میدان های مغناطیسی دوار از طریق روش های مکانیکی به دست نمی آیند. اما در عوض، جریان متناوب به چندین جفت مغناطیس الکترومغناطیسی اعمال می شود و باعث می شود که خواص قطب مغناطیسی آنها به صورت چرخه ای تغییر کند، بنابراین معادل یک میدان مغناطیسی دوار است. این نوع موتورها مانند موتورهای DC برس یا حلقه های جمع کننده ندارند. بسته به نوع برق متناوب مورد استفاده، موتورهای تکفاز-و موتورهای سه فاز- وجود دارد. موتورهای تک فاز در دستگاه هایی مانند ماشین لباسشویی و فن های برقی استفاده می شوند. الکتروموتورهای سه فاز به عنوان تجهیزات نیرو در کارخانه ها استفاده می شوند. از طریق حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی دوار تولید شده توسط استاتور (با سرعت سنکرون n1) و سیم پیچ روتور، سیم پیچ روتور خط القاء مغناطیسی را قطع می کند و نیروی الکتروموتور القایی ایجاد می کند و در نتیجه جریان القایی در سیم پیچ روتور ایجاد می کند. جریان القایی در سیم پیچ روتور با میدان مغناطیسی تعامل می کند و گشتاور الکترومغناطیسی ایجاد می کند و باعث چرخش روتور می شود. همانطور که سرعت روتور به تدریج به سرعت سنکرون نزدیک می شود، جریان القایی به تدریج کاهش می یابد و گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده نیز بر همین اساس کاهش می یابد. هنگامی که موتور آسنکرون در حالت موتور کار می کند، سرعت روتور کمتر از سرعت سنکرون است. برای توصیف تفاوت بین سرعت روتور n و سرعت سنکرون n1، نسبت لغزش معرفی شده است.

 

 

استراتژی کنترل

با توسعه فناوری الکترونیک قدرت، فناوری میکروالکترونیک، فناوری کنترل دیجیتال و تئوری کنترل، ویژگی های دینامیکی و استاتیکی سیستم های درایو AC می تواند کاملاً با سیستم های درایو DC قابل مقایسه باشد. سیستم های درایو AC به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند و جایگزینی درایو DC با درایو AC به تدریج به واقعیت تبدیل شده است.

با توجه به اینکه موتورهای AC ذاتاً اجسامی پیچیده با غیرخطی بودن، چند متغیره، جفت قوی، پارامترهای{0}متغیر زمانی و اغتشاشات زیاد هستند، کنترل مؤثر آنها همیشه یک موضوع تحقیقاتی داغ در داخل و خارج از کشور بوده است و راهبردها و روش‌های کنترل مختلفی ارائه شده است. در میان آنها، کنترل خطی کلاسیک نمی تواند بر تأثیر بار،-تغییرات بزرگ مقیاس در پارامترهای مدل، و عوامل غیرخطی غلبه کند که در نتیجه عملکرد کنترل پایین است. کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور نیز مشکلاتی دارد: در سال های اخیر با توسعه تئوری کنترل مدرن و کنترل هوشمند، الگوریتم های کنترلی پیشرفته ای برای کنترل موتور AC اعمال شده و نتایج خاصی را به دست آورده است [2].

روش کنترل مدل حالت پایدار

طرح‌های کنترل مدل حالت ثابت که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل کنترل نسبت V/F ثابت حلقه باز{{1} (یعنی ولتاژ/فرکانس=ثابت) و کنترل فرکانس لغزش حلقه بسته-می‌شود.

(1) کنترل نسبت فرکانس ولتاژ ثابت

این روش یک روش کنترل حلقه باز- است که از حالت کنترل اصلی تبدیل ولتاژ و فرکانس متغیر شروع می‌شود و بازخورد سرعت را شامل نمی‌شود. با توجه به اینکه در زیر فرکانس نامی، اگر ولتاژ ثابت بماند و فقط فرکانس کاهش یابد، شار شکاف هوا بیش از حد زیاد می شود و باعث اشباع مغناطیسی و در موارد شدید سوختن موتور می شود. به منظور حفظ شار مغناطیسی شکاف هوا، از نسبت ثابت پتانسیل القایی به فرکانس برای کنترل استفاده می شود.

 

 

خطاهای رایج

موتورهای AC در حین کار به دلیل اصطکاک، لرزش، پیری عایق و دلایل دیگر مستعد خرابی هستند. اگر این عیب ها به موقع بررسی، کشف و رفع شوند، می توانند به طور موثر از وقوع حوادث جلوگیری کنند.

بازرسی عیب رایج

1. به صدا گوش دهید و نقطه عیب را با دقت شناسایی کنید. در حین کار موتور ناهمزمان AC، اگر یک صدای ضعیف "وزوز" بدون هیچ گونه نوسانی پیدا شود، صدای عادی است. اگر صدا درشت باشد و صداهای تند «وزوز» یا «خش خش» داشته باشد، پیش درآمدی برای خطا است. دلایل زیر را باید در نظر گرفت:

(ل) ارتعاش و دمای نوسان موتور با هسته آهنی شل در حین کار می تواند باعث تغییر شکل پیچ های ثابت هسته آهنی شود و در نتیجه ورقه های فولادی سیلیکونی شل شده و نویز الکترومغناطیسی زیادی ایجاد شود.

(2) صدای تولید شده از چرخش روتور، که توسط فن خنک کننده تولید می شود، صدای "wuwu" است. اگر صدای "دونگ دونگ" مانند ضربه زدن به درام وجود داشته باشد، ناشی از شل شدن تناسب بین هسته آهنی روتور و شفت به دلیل گشتاور شتاب موتور در هنگام استارت ناگهانی، توقف، ترمز معکوس و سایر شرایط سرعت متغیر است. موارد خفیف را می توان ادامه داد، در حالی که موارد شدید را می توان برای بازرسی و تعمیر جدا کرد.

(3) در حین کار موتور نویز بلبرینگ، باید به تغییرات صدای بلبرینگ توجه کرد. با لمس یک سر پیچ گوشتی روی درب بلبرینگ و سر دیگر آن روی گوش، تغییرات صدای داخلی موتور به گوش می رسد. قطعات و خطاهای مختلف صداهای متفاوتی دارند. صدای "ترک" ناشی از حرکت نامنظم تفنگ غلتکی در داخل یاتاقان است که مربوط به خلاصی یاتاقان و وضعیت گریس روان کننده است. صدای "سوز کردن" صدای اصطکاک فلزی است که معمولاً به دلیل کمبود روغن در یاتاقان به دلیل سایش ایجاد می شود. بلبرینگ باید جدا شود و با گریس و غیره روغن کاری شود.

2. با استفاده از حس بویایی تجزیه و تحلیل کنید که موتور معیوب در حین کارکرد معمولی هیچ بویی ندارد. اگر بویی را استشمام کردید، این یک سیگنال خطا است، مانند بوی سوختگی، که از گریل عایق ساطع می شود و حتی می تواند با افزایش دمای موتور دود کند. اگر بوی روغن سوخته به مشام می رسد، بیشتر به دلیل کمبود روغن در یاتاقان، و بوی ناشی از تبخیر روغن و گاز هنگام نزدیک شدن به حالت آسیاب خشک است.

3. از حس لامسه برای بررسی عیوب استفاده کنید. با لمس بدنه تلویزیون با دست، می توانید به طور تقریبی دما را تعیین کنید. اگر در هنگام لمس بدنه موتور با دست احساس گرما شدید و مقدار دما زیاد است، باید علت آن را بررسی کنید، مانند بار زیاد یا ولتاژ بالا، و سپس بر اساس علت، مشکل را برطرف کنید.