دستور کار آزمایشگاه ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم تهیه و تنظیم: محمد امین جاللی کندلجی مهدی زارعی تازهکند زیر نظر : مهندس قربانخانی 1
2
مقدمه منظور از ماشینهای جریانمستقیم موتورها و مولدهای DC هستند. موتورهای DC آن دسته از موتورهایی هستند که با اعمال ولتاژ یکسوشده به حرکت درمیآیند و میتوانند گشتاور مورد نیاز را تولید کنند. مولدهای DC نیز مولدهایی هستند که در صورت به حرکت درآوردن رتور آنها میتوان ولتاژ یکسوشده تحویل گرفت. امروزه معموال در تمام نیروگاهها برق تولیدشده متناوب است. مولدهای مورد استفاده برای تولید برق در این نیروگاهها بیشتر مولدهای القایی یا نوع سنکرون میباشند. عالوه بر این در کارخانهها و واحدهای تولیدی نیز موتورهایی که استفاده میشوند معموال موتورهای القایی) AC ( هستند. هزینهی ساخت پایین شرایط نگهداری سادهتر مقاومت در برابر ضربه تحمل بیشتر در برابر بار اضافه و... از جمله برتریهای ماشینهای القایی در مقایسه با ماشینهای جریان مستقیم است. با وجود همهی این برتریها هر جا کنترل سرعت مهم باشد بهترین انتخاب موتورهای DC خواهند بود. یکی از بخشهای مهم در ماشینهای DC مجموعه مسی یا همان کموتاتور است که امکان تولید و استفاده از ولتاژ یکسوشده را در این ماشینها فراهم میکند. ساختار ظریف این بخش موجب میشود ماشینهای DC در برابر ضربه و جریان اضافه تحمل پایینی داشته باشد. در ضمن مس به کار رفته در این قسمت هزینهی باالی تولید این ماشینها را به دنبال دارد. با همهی این اوصاف ماشینهای DC و مخصوصا موتورهای DC در صنعت به طور وسیعی مورد استفاده قرار میگیرند. اهمیت درس آزمایشگاه ماشینهای الکتریکی 1 که ماشینهای جریان مستقیم را مورد بررسی قرار میدهد در این است که آموختههای دانشجویان در درس ماشینهای الکتریکی 1 را در عمل نشان میدهد و نیز به عنوان اولین واحد آزمایشگاهی که دانشجویان در آن با ماشینهای الکتریکی کار میکنند دید کلی دانشجویان از ماشینهای الکتریکی را تشکیل میدهد. با توجه به مطالب ذکر شده ماشینهای DC موجود در آزمایشگاه دارای ارزش و قیمت باالیی هستند لذا پیش از انجام آزمایشها حتما مطالعات الزم در مورد آزمایش مورد نظر را انجام دهید و به تذکرات مسئول آزمایشگاه و استاد خود توجه نمایید تا از خطرات ممکن و نیز آسیب رسیدن به ماشینها جلوگیری شود. 3
مقررات آزمایشگاه ماشینهای الکتریکی دانشجویان به گروههای دو یا سه نفره تقسیم شده و هر گروه یک بار در آزمایشگاه حاضر شده و یک آزمایش انجام میدهند. جهت انجام صحیح آزمایشها مطالعات قبلی الزم است. در ابتدای هر آزمایش یک گزارش مقدماتی قراردادهشدهاست. پس از مطالعه دقیق متن آزمایش به سؤاالت این گزارش به دقت پاسخ دهید و قبل از انجام هر آزمایش در جلسه تعیین شده گزارش مقدماتی مربوط به آن را به مسئول آزمایشگاه تحویل دهید. رعایت نکات زیر برای حفظ جان افراد در آزمایشگاه ضروری است: 1- میزهای آزمایشگاه فقط جهت گذاشتن دستگاههای اندازهگیری و بستن مدار میباشد بنابراین از گذاشتن هر نوع وسیلهی دیگر که مربوط به آزمایش نمیباشد خودداری کنید. 2- از تغییر دادن مدار و قطع و وصل کردن سیمهای دستگاههای اندازهگیری در زیر فشار الکتریکی و جریان مطلقا خودداری کنید. 3- در صورت استفاده از کلیدهای تیغهای برای آزمایش آنها را طوری ببندید که با قطع کردن مدار تیغه ها بدون فشار الکتریکی باشند. 4- از سیگار کشیدن قدم زدن در آزمایشگاه و رفتن از این میز به آن میز که ممکن است باعث حواس پرتی شما و دیگران شود خودداری کنید. 5- طرز کار با دستگاههای اندازهگیری: دستگاههای اندازهگیری وسایل نسبتا دقیق و حساساند و با کوچکترین ضربه الکتریکی و یا مکانیکی ممکن است حساسیت خود را از دست بدهند. بنابراین جهت سنجش دقیق باید نکات زیر حین کار رعایت شود: الف( از ضربه زدن و تکان دادن سریع دستگاههای اندازهگیری خودداری کرده و آنها را خیلی آهسته بر روی میز قرار دهید )ضربه مکانیکی(. ب( با انتخاب مناسب و صحیح دستگاههای اندازهگیری از رسیدن عقربه به انتهای درجهبندی جلوگیری کنید. )ضربه الکتریکی( ج( قبل از وصل کردن مدار به نوع دستگاه توجه کنید )جریان مستقیم و متناوب( 4
د( طرز قرار دادن دستگاهها بر روی میز باید مطلقا مطابق با عالمتی باشد که روی آن دستگاه حک شده است. ه( دستگاههای اندازهگیری مخصوصا دستگاههای با قاب گردان را نباید خیلی نزدیک به هم قرار داد )اثر متقابل دستگاهها بر روی یکدیگر(. فاصله آنها حداقل باید 22 سانتیمتر باشد. 6- سوختن خراب شدن و یا از کار افتادن هر دستگاهی در طول آزمایش را به مسئول آزمایشگاه اطالع دهید. 7- پس از بستن و تکمیل مدار و کنترل آن توسط تمام افراد گروه باید به مسئول آزمایشگاه اطالع داده شود و پس از کنترل مسئول مربوطه آزمایش شروع شود. 8- پس از اتمام آزمایش مدار آزمایش را باز کرده و سیمهای به کار رفته و دستگاههای اندازهگیری را به طور مرتب در محل های مربوط به خود قرار دهید. 5
عکسالعمل آرمیچر DC باعث تغییر نیروی محرکه الکتریکی آرمیچر گردد هر پدیدهای که در حالت کار بارداری ماشین کار عکسالعمل )واکنش( آرمیچر نامیده میشود. وقتی یک ماشین DC با سرعت ثابت N و جریان تحریک میکند مشاهده میشود که ولتاژ دو سر آن در حالت بارداری نسبت به حالت بیباری کاهش مییابد. این کاهش ولتاژ به دلیل وجود عکسالعمل آرمیچر است. این پدیده به دو صورت ظاهر میشود: الف( عکسالعمل الکتریکی آرمیچر ب( عکسالعمل مغناطیسی آرمیچر عکسالعمل الکتریکی آرمیچر: از آن افت ولتاژ اهمی باشد در اثر عبور جریان اگر آرمیچر ماشین DC دارای مقاومت این افت ولتاژ که یکی از عوامل کاهش ولتاژ دو سر آرمیچر در حالت بارداری است ایجادمیشود. عکسالعملالکتریکی آرمیچر نامیده میشود. عکسالعمل مغناطیسی آرمیچر: و ولتاژ دو سر آن در حالت بارداری V باشد تفاضل این اگر نیروی محرکه القا شده در آرمیچر در بیباری خواهد بود. بنابراین باید عامل دیگری نیز در افت ولتاژ از بیش از افت اهمی دو مقدار یعنی - V ) است و با حالت بیباری به حالت بارداری موجود باشد. این مقدار افت ولتاژ اضافی تابعی از جریان آرمیچر ( ) )h نمایش داده شده و عکسالعمل مغناطیسی آرمیچر نامیده میشود. با توجه به تعاریف باال میتوان روابط زیر را نوشت: - V = + h( ) - h( ) = + E = - h( ) = + E را نیروی محرکه حالت بارداری مینامیم. با توجه به رابطه E = kφn و با توجه به این که N یعنی سرعت ماشین در طول کار ماشین ثابت میماند ) به حالت بارداری )E( باید ناشی از کاهش فوران باشد. بنابراین در افت نیروی محرکه از حالت بیباری ( روابط قبل ) )h از کاهش فوران مفید ناشی میگردد. 6
عکسالعمل مغناطیسی آرمیچر خود بر دو نوع است: 1. عکسالعمل عرضی آرمیچر 2. عکسالعمل طولی آرمیچر عکسالعمل عرضی آرمیچر برای بررسی عکسالعمل عرضی آرمیچر سه حالت زیر را در نظر میگیریم: الف( فرض میکنیم ماشین در حالت بیباری است. در این حالت جریان آرمیچر صفر است )2 = (. سیمپیچتحریک ماشین را توسط یک منبع خارجی تغذیه میکنیم. بر اثر عبور جریان از مدار تحریک خطوطفوران تحریک به صورت شکل 1-1 در خواهند آمد. مالحظه میشود که این خطوط نسبت به محور خنثی تئوری متقارن و یکنواخت هستند. ب( حال ضمن اینکه آرمیچر متوقف است تغذیه میدان تحریک را قطع میکنیم و منبع تغذیه را به دو سر آرمیچر که با یک مقاومت سری شده است وصل مینماییم. مقاومت برای محدود کردن جریان آرمیچر به کارمیرود چون در این حالت تغذیه میدان تحریک قطع است و در نتیجه = 2 φ است. با صفر بودن φ مقدار صفر خواهد بود. در نتیجه جریان آرمیچر یعنی = با صفر بودن نیروی ضدمحرکه = kφn و کوچکی مقدار میکنیم. مقدار بزرگی به خود میگیرد. برای محدود کردن این جریان یک مقاومت با آرمیچر سری بر اثر عبور جریان از هادیهای آرمیچر میدانی مطابق شکل )1-2( ایجاد میشود. عرض آرمیچر را طی میکند میدان مغناطیسی عرضی آرمیچر نامیده میشود. این میدان از اینرو که 7
ج( حال ضمن اینکه میدان تحریک به منبع تغذیه متصل است از سیمبندی آرمیچر نیز جریان عبور میدهیم. در این صورت مطابق شکل )1-3( خطوط فوران مغناطیسی مسیر یکنواخت و تقارن نسبت به محور خنثی را از دست میدهند. در اینجا میدان در هر نقطه برآیند میدان اصلی قطبها و میدان حاصل از جریان آرمیچر است. در این حالت تراکم فوران در نقاطی از میدان افزایش و در نقاطی دیگر کاهش مییابد. این امر باعث گرم شدن و اشباع در قسمتهایی که تراکم فوران زیاد است میشود. به عالوه کالفی که تحت فوران متراکمتر قرار دارد نیروی محرکه بیشتری نسبت به سایر کالفها پیدا خواهد کرد. در اینجا به هنگام انجام عمل خاموشسازی و جابهجایی جاروبک از روی یک تیغه به تیغه دیگر این کالف اجبارا حالت اتصال کوتاه پیدا میکند. در این صورت جریان شدیدی ایجاد میگردد. این جریان هنگام عبور جاروبک از یک تیغه به تیغهی دیگر ایجاد جرقه میکند. این جرقه بر اثر مرور زمان باعث ساییدگی و خراب شدن تیغهها و جاروبکها خواهد شد. برای جلوگیری از جرقه زدن باید جاروبک ها نسبت به محور خنثی تئوری تغییر مکان داده شوند. این جابجایی برای مولدها در جهت گردش آرمیچر و برای موتورها در خالف جهت گردش آرمیچر است. برای جبران واکنش عرضی آرمیچر غالبا از سیمبندیهای تعدیل یا جبرانساز استفاده میشود. این سیمبندیها با سیمبندی آرمیچر سری میشوند. جهت این سیمبندیها طوری است که فوران حاصل از آنها با فوران واکنش آرمیچر مخالفت میکند. به علت سری بودن این سیمبندیها با سیمبندی آرمیچر نیروی محرکه آنها متناسب با واکنش آرمیچر عمل میکند. عکسالعمل طولی آرمیچر جابهجایی جاروبکها باعث ایجاد واکنش دیگری به نام واکنش طولی آرمیچر میشود. طولی آرمیچر سه حالت زیر را بررسی میکنیم: برای توضیح واکنش الف( وقتی که در ماشین DC جاروبکها عمود بر محور قطبهای اصلی قرار میگیرند میدان حاصل از جریان آرمیچر نیز بر محور قطبهای اصلی عمود میگردد. این میدان را میدان عرضی آرمیچر مینامند )شکل 1-4(. 8
ب( اگر جاروبکها در امتداد محور قطبهای اصلی قرار گیرند میدان حاصل از جریان آرمیچر نیز در همین راستا قرار خواهد گرفت که آن را میدان طولی آرمیچر مینامند )شکلهای 1-5 و 1-6(. ج( حال اگر یک حالت کلی را در نظر بگیریم که جاروبکها نسبت به محور خنثی تئوری به اندازه زاویه α تغییر مکان داده باشند آرمیچر به منزله دو آهنربای الکتریکی عمل خواهد کرد که یکی از سیمپیچیهای واقع در فاصله 2α تشکیل شده و نیروی محرکه مغناطیسی را به وجود میآورد و دیگری قسمتی از سیمپیچی واقع در فاصله کمان π - 2α است که نیروی محرکه عرضی آرمیچر را ایجاد میکند. دیدیم که بر اثر عکسالعمل عرضی آرمیچر محور خنثی واقعی به اندازه زاویه α از محور خنثی تئوری انحرافپیدا میکند. همچنین دیدیم که در اثر این مسئله جرقههایی ایجاد میگردد که برای جبران آنها باید جاروبکها را نیز به اندازه زاویه α تغییر مکان داد. این جابهجایی همانطور که در باال تشریح شد عکسالعمل طولی آرمیچر را ایجاد میکند. این فوران همامتداد با فوران القا کننده اما در جهت مخالف آن است و لذا اثر کاهنده بر روی این فوران دارد. 9
مشخصهی واکنش آرمیچر مشخصه عکس العمل آرمیچر برای یک ماشین عبارتاست از تغییرات عکس العمل آرمیچر بر حسب تغییرات جریان آرمیچر.طریقه رسم مشخصه عکس العمل برای مولد های تحریک مستقل شنت و سری در زیر تشریح شده است: الف( مشخصه عکس العمل مولد تحریک مستقل: در این نوع مولد نیروی محرکه الکتریکی القا شده در حالت بیباری به علت ثابت بودن جریان تحریک و سرعت ثابت خواهد بود. عکس العمل آرمیچر برای هر مقدار از رابطه )y ) = - V به دست میآید. شکل زیر نحوه رسم مشخصه عکس العمل را برای این نوع ماشین نشان میدهد. شکل 1-8 از روی مشخصه خارجی ) )V نقطه B که معادل با نیروی محرکه حالت بیباری است به دست میآید. از این نقطه خط Bx را موازی با محور رسم میکنیم. به عالوه از همین نقطه خط By را با شیب رسممینماییم. سپس برای مقادیر مختلف مثال = OA مقدارDF AE = FC = DC را به طرف باال جدا میکنیم. به این ترتیب مقدار عکس العمل مغناطیسی برای نقاط مختلف به دست میآید. در این جا که مقدار DF را نشان میدهد نمایش دهنده عکسالعمل الکتریکی ماشین و AE = FC نمایشگر عکسالعمل مغناطیسی ماشین میباشد. 12
توجه: در صورتی که در ضمن آزمایش بارداری جریان تحریک تغییر کرد با داشتن جریان تحریک و با استفاده از مشخصهی بیباری ماشین مقدار نیروی محرکهی بیباری متناظر با این جریان را بدست میآوریم. با کمکردن مقدار V از این مقدار مجموع عکسالعمل الکتریکی و مغناطیسی ماشین به دست میآید. ب( مشخصه عکس العمل مولد شنت: در مولد شنت مقدار نیروی محرکه حالت بیباری به دلیل تغییر جریان تحریک مقدار ثابتی نیست و تغییر برای رسم مشخصه عکسالعمل این ماشین در آزمایشهای مربوط به مولد هنگام انجام میکند. آزمایشبارداری عالوه بر جریان آرمیچر و ولتاژ ترمینال جریان تحریک را هم در هر مرحله یادداشت میکنیم. مربوطه را هم از در این صورت برای رسم مشخصهی عکسالعمل کافی است که برای هر یک از مقادیر مربوط به آن را به دست آوریم. از تفاضل - V جدول نتایج خوانده و سپس از روی مشخصهی بیباری از آن میتوانیم مجموع عکسالعمل الکتریکی و مغناطیسی ماشین به دست میآید که با کم کردن ترم عکسالعمل مغناطیسی را به ازای هر جریان به دست آوریم. ج( مشخصه عکس العمل مولد سری: از روی مشخصه های بی باری و خارجی مطابق شکل 1-9 میتوان مشخصه عکس العمل را تعیین کرد. برای میتوان مقدار عکس العمل را به هر یک از مقادیر جریان آرمیچر از رابطه ( را از مقدار BC کم میکنیم. با انجام ) دست آورد. برای به دست آوردن واکنش مغناطیسی ترم مشخصه عکس العمل به دست میآید. این عمل برای مقادیر مختلف شکل 1-9 11
راه اندازی موتورهای DC در یک موتور DC جریان آرمیچر از رابطه زیر محاسبه میگردد: = در این رابطه جریان آرمیچر مقاومت آرمیچر V ولتاژ تغذیه و نیروی ضد محرکه موتور است. مقدار نیروی ضد محرکه از رابطه زیر محاسبه میشود: = n 62 φ با توجه به این رابطه میتوان دید که مقدار وقتی موتور ساکن است یعنی برای 2= X صفر است. بنابراین 2 = وقتی موتور به شبکه متصل میگردد در لحظه اول جریان از آرمیچر عبور خواهد کرد. با توجه به کوچک بودن مقدار این جریان مقداری بزرگ خواهد داشت که میتواند به 6 تا 8 برابر جریاننامی برسد. چنین جریانی میتواند باعث سوختن سیمپیچ آرمیچر سوختن جاروبک ها یا صدمه دیدن منبع تغذیه گردد. بنابراین باید برای جلوگیری از ایجاد چنین جریانی در موتور در لحظه راه اندازی تدبیری اندیشید. برای اینکه راه اندازی موتور بدون اشکال انجام گیرد. روش های متعددی وجود دارد که در زیر دو مورد از آنها آمده است: راه اندازی موتور با اتصال مستقیم دو سر آن به شبکه )راه اندازی بدون رئوستای راه انداز(. راه اندازی موتور با رئوستای سری شده با آرمیچر..1.2 حال به شرح موارد فوق میپردازیم: 1. راه اندازی بدون رئوستای راه انداز این روش از این لحاظ که به وسایل جانبی نیاز ندارد روش ساده و راحتی است. اما در این حالت در لحظه اول با جریان بسیار شدیدی در آرمیچر مواجه خواهیم شد. به عالوه مشکالت زیر نیز وجود دارد: الف( در روی کلکتور جرقههای قوی ایجاد خواهد شد که ممکن است منجر به عمل فالشینگ شود. ب( کار سیستم حفاظتی و وسایل اندازه گیری که در مدار آرمیچر قرار دارند بسیار دشوار خواهد بود. 12
ج( شبکه تغذیه کننده در برابر افتولتاژ شدید جلوگیری کند. اینگونه جریانهای گذرا شدید باید به طور مناسبی محاسبه شده باشد تا از د( روی محور موتور یک کوپل دینامیکی بزرگ پدیدار میشود. کوپل باشد. مجموعه محور و بار باید قادر به تحمل این این روش راهاندازی برای هر نوع موتوری کاربرد ندارد. در موتورهای تا قدرت 6 کیلووات میتوان از این روش استفاده کرد. در این موتورها جریان راهاندازی به 6 تا 8 برابر جریان نامی میرسد. حال اگر این موتور به حالت بیبار راهاندازی شود پس از 2 1 تا 2 3 ثانیه به سرعت نامی خود میرسد. بنابراین گرمای سیمپیچی آرمیچر از چند درجه تجاوز نمیکند. این گرما به سیمپیچی آرمیچر آسیبی نمیرساند. روش راهاندازی بدون رئوستا را میتوان با به کاربردن کلیدهای خودکار با قطع سریع توسعه داد. بدین نحو که وقتی موتور به راه میافتد و جریان به حدی میرسد که برای ماشین ایجاد خطر خواهد کرد کلید مزبور مدار آرمیچر را قطع نماید و سپس بعد از لحظهای که جریان فروکش میکند دوباره بسته میشود. گاهی این عمل را با به کاربردن ولتاژ تغذیهای که در ابتدا به صورت موج ضربهای مانند شکل 1-12 است انجام میدهند. شکل 1-11 2. راهاندازی موتور با رئوستای راهانداز در این روش یک مقاومت راه انداز با آرمیچر سری میشود. این مقاومت در حین راه اندازی جریان را کاهش میدهد تا زمانی که نیروی ضد محرکه شکل بگیرد و جریان را محدود کند. مقاومت راه انداز پس از ساختهشدن و محدود شدن جریان باید از مدار خارج گردد چون باقی ماندن آن در مدار به معنی ایجادتلفات اهمی زیاد در آرمیچر است. در راه انداز های قدیمی مقاومت راه انداز به طور پیوسته به وسیله یک 13
دسته که توسط اپراتور به حرکت در میآید از مدار خارج میگردد. ایراد این روش در این است که عملکرد سیستم راهانداز تا حد زیادی به سرعت به حرکت درآمدن دسته توسط اپراتور بستگی دارد. اگر اپراتور دسته را سریع حرکت دهد نیروی ضدمحرکه فرصت شکل گیری پیدا نکرده و جریان محدود نمیشود. اگر هم دسته به کندی به حرکت در آورده شود ممکن است جریان آرمیچر باعث سوختن مقاومت راه انداز گردد. در روش های جدیدتر مقاومت راه انداز به صورت پلهای از مدار خارج میگردد. برای روشن شدن این روش مدار زیر را که در آن از فیوز رلههای تأخیر زمانی و جریان اضافی کلیدهای فشاری و کنتاکت استفاده شدهاست بررسی و نحوه عملکرد آن را تشریح میکنیم: 14
در این مدار تعداد رله تأخیر زمانی قرار داده شده است که مربوط به آن بسته شده و بخشی از مقاومت راه انداز از مدار خارج میگردد. پس از عملکرد هر کدام از این رلهها کنتاکت 15
با زدن کلید استارت موتور به شبکه متصل میگردد. در این لحظه کل مقاومت راهانداز در مدار قرار دارد. در همان لحظه شروع رله 1TD تحریک میشود و پس از یک تأخیر زمانی کنتاکت مربوط به آن بسته شده و بخشی از مقاومت راه انداز از مدار خارج میگردد. به عالوه با بسته شدن کنتاکت 1TD رله 2TD نیز تحریکمیشود و پس از یک تأخیر زمانی دیگر کنتاکت 2TD نیز بسته شده و بخش دیگری از مقاومت راهانداز از مدار خارج میگردد. با بسته شدن این کنتاکت رله 3TD تحریک شده و پس از مدتی کنتاکت مربوط به این رله نیز بسته شده و کل مقاومت راه انداز از مدار خارج میشود. بنابراین وقتی دور موتور به دور نامی میرسد مقاومت راه انداز به طور کامل از مدار خارج گردیده است. تعداد رلههای تأخیر زمانی و عملکرد آنها با توجه به مشخصات موتور قابل محاسبه است. رله FL که در مدار قرار داده شده است رله تلفات تحریک نامیده میشود. اگر جریان تحریک به هر دلیلی از دست برود رله FL انرژی خود را از دست میدهد و کنتاکت آن باز میگردد. باز شدن این کنتاکت باعث از دست رفتن انرژی رله M میگردد. در این صورت کنتاکت های رله M باز شده و موتور از شبکه جدا میگردد. حال اگر ولتاژ شبکه تغذیه از حد مجاز تجاوز کند رله جریان اضافی OL تحریک شده باعث باز شدن کنتاکتهای OL و از دست رفتن انرژی رله M میگردد. در این صورت نیز کنتاکت های M باز شده و موتور از شبکه جدا میشود. به این ترتیب موتور در مقابل بارهای شدید محافظت میگردد. باید به این نکته نیز توجه کرد که در حالتی که موتور زیر بار است مقدار گشتاور بار در معادالت ماشین دخالت میکند و در نتیجه در زمان عملکرد رلهها اثر میگذارد. بنابراین زمان عملکرد رله ها در حالت بیباری با حالت بارداری تفاوت میکند. دسته L در ابتدا در وضعیت قطع )off( قرار دارد و موتور از طریق کلید P از شبکه جدا بوده و در حالت سکون قرار دارد. برای راه اندازی موتور کلید P را میبندیم و دسته L را در موقعیت تماس شماره )1( قرار میدهیم. در این حالت قوس منفی به قطب مثبت )+( شبکه متصل شده و ولتاژ V در دو سر میدان تحریک قرار میگیرد. در این وضعیت تمام مقاومت راه انداز با مقاومت آرمیچر سری میگردد. جریان آرمیچر در این حالت برابر است با: = مقدار باید به نحوی تنظیم شود که مقدار جریان از جریان نامی آرمیچر چندان بیشتر نشود. ) =(1 3 1 5) ( با عبور جریان از سیمپیچ آرمیچر موتور شروع به حرکت میکند. در اثر حرکت موتور نیروی ضد محرکه شروع به شکلگیری میکند. با افزایش میتوانیم دسته L را به موقعیت های 4 3 2 و... ببریم تا 16
= زمانی که مقدار به حدی برسد که از جریان نامی خیلی بیشتر نباشد. این عمل در حدود 5 تا 12 ثانیه طول میکشد. در این صورت میتوانیم دسته L را در آخرین موقعیت یعنی وصل )on( قراردهیم. در این موقع L به وسیله آهنربای الکتریکی نگهدارنده E نگه داشته میشود زیرا جریان تحریک از سیمپیچ آهنربا عبور میکند. بنابراین موقعی که دسته L در موقعیت on قرار میگیرد به وسیله E جذب شده و در آنجا باقی میماند. از طرفی جریان جذب شده به وسیله موتور از سیمپیچ آهنربای الکتریکی M عبور میکند. این آهنربا به نحوی محاسبه شده است که اگر در اثر حادثهای جریان آرمیچر از جریان مجاز تجاوز نماید رله D جذب شده و دو نقطه m و n را اتصال کوتاه میکند. اتصال کوتاه شدن این دو نقطه باعث قطع جریان در سیم پیچی E شده و در نتیجه دسته L رها گردیده به وسیله نیروی فنر حلزونی K به وضعیت قطع )off( برمیگردد. این راه انداز به راهانداز سه نقطهای موتور شنت با کمپوند معروف است و فقط سه نقطه از آن در دسترس میباشد. همواره L به قطب مثبت شبکه جریان مستقیم F به دو سر مدار تحریک یا میدان و A به سر آرمیچر وصل میشود. در بسیاری از موتورها برای قطع جریان به جای رله D از کلیدهای خودکار یا اتوماتیک که همراه با یک کنتاکتور مغناطیسی مجهز به رله جریان اضافی است استفاده میگردد. اشکال عمده روش سه نقطهای در جذب دسته راهانداز توسط آهنربای الکترومغناطیسی است. این آهنربا توسط جریان مدار تحریک برقدار و تحریک میگردد. اگر بخواهیم سرعت را در مراحل راهاندازی زیاد کنیم باید شار را کم کنیم. برای کم کردن شار باید جریان تحریک را کم کرد. اگر جریان مدار تحریک خیلی کم شود ممکن است نیروی فنر بر نیروی آهنربا غلبه کرده و دسته راه انداز رها شود که در نتیجه موتور خاموش میگردد. به همین خاطر راه انداز های سه نقطهای زیاد مطلوب نیستند. در آزمایشگاه برای راهاندازی موتور سری از این سیستم استفاده نمیشود. برای راهاندازی موتور سری در آزمایشگاه یک مقاومت خارجی بزرگ با مدار آرمیچر سری کنید و با کاهش تدریجی مقدار مقاومت موتور را راهاندازی نمایید. در مورد سایر موتورها نیز اگر سیستم راه انداز اشکالی داشت از همین روش استفاده کنید. 17
کنترل سرعت در موتورهای DC یکی از مهمترین مزایای موتور DC قابلیت کنترل سرعت آن است. پس از عبور از یک مرحله گذرا که موتور در طی آن شتاب میگیرد سرعت موتور DC به یک مقدار ثابت میرسد و موتور وارد مرحله پایدار میگردد. حال این مسئله مطرح میشود که موتور با چه سرعتی باید کار کند. در بسیاری از کاربردها سرعت موتور در تمام مدت عملکرد آن ثابت میماند. اما موارد زیادی هم وجود دارد که در آنها الزم است سرعت موتور تغییر نماید. محدوده تغییرات سرعت و میزان پیوستگی این تغییرات با توجه به موقعیت کار ماشین تعیین میشود. برای کنترل سرعت در این موتور ها روش های متعددی وجود دارد که عبارتند از: کنترل مقاومت تحریک. کنترل مقاومت آرمیچر با قرار دادن یک مقاومت سری در مدار آرمیچر. کنترل مقاومت آرمیچر با قرار دادن مقاومت سری و شنت در مدار آرمیچر. کنترل ولتاژ آرمیچر..1.2.3.4 نحوه به گردش درآوردن محور مولد در آزمایشگاه در آزمایشهای مربوط به مولد از یک موتور که محور آن با محور مولد کوپل شده است استفاده میشود. مدار موتور را برای هر یک از آزمایشها مطابق شکل زیر به شکل موتور شنت آماده کنید: راهاندازی این موتور با استفاده از راهانداز سه نقطهای موجود در آزمایشگاه صورت میگیرد. 18
نحوه قرار گرفتن سیمبندی interpole در مدار در آزمایشهای بیباری نیازی به قرار دادن این سیمبندی در مدار نیست. اما در آزمایشهای بارداری باید این سیمبندی را با آرمیچر سری کرد. در آزمایشگاه دو ترمینال به عنوان دو ترمینال خروجی آرمیچر و دو ترمینال به عنوان interpole در دسترس است. برای اینکه این سیمبندی با آرمیچر سری شود اتصال را مطابق شکل زیر برقرار کنید: 19
مشخصههای اصلی مولدهای جریان مستقیم N = cons. = F( ) مشخصه بی باری: عبارت است از تغییرات نیروی محرکه القایی در آرمیچر در حالت بیباری نسبت به تغییرات جریان تحریک در سرعت ثابت. N = const. = const. V = F( ) مشخصه بارداری:.1.2 عبارت است از تغییرات ولتاژ دو سر آرمیچر بر حسب تغییرات جریان تحریک در جریان بار ثابت. N = const. = const. V = F(I) 3. مشخصه خارجی: عبارت است از تغییرات ولتاژ دو سر آرمیچر بر حسب تغییرات جریان بار به ازای مقاومت تحریک ثابت. N = const. = const. = F(I) مشخصه تنظیم: عبارت است از تغییرات جریان تحریک نسبت به تغییرات جریان بار در ولتاژ ثابت آرمیچر. در حالت خاص یعنی در = 2 V مشخصه تنظیم به مشخصه اتصال کوتاه ) )F = تبدیل میشود. مشخصه عکسالعمل آرمیچر:.4.5 عبارت است از تغییرات عکسالعمل آرمیچر نسبت به تغییرات جریان بار. N = F( ) 6. مشخصه الکترومکانیکی: عبارت است از تغییرات سرعت برحسب تغییرات جریان آرمیچر. C = F( ) 7. مشخصه گشتاور الکترومغناطیسی: عبارت است از تغییرات کوپل برحسب تغییرات جریان آرمیچر. C = F(N) N = F(C) مشخصه مکانیکی: یا.8 عبارت است از تغییرات کوپل برحسب تغییرات سرعت و یا برعکس. این مشخصه را میتوان از حذف پارامتر بین دو مشخصه ) F( N = و ) F( C = به دست آورد. 22
آزمایش شماره 1 مولد DC تحریک مستقل آمادگی و گزارش مقدماتی مدار یک مولد تحریک مستقل را با توجه به شرح آزمایش که در دستور کار آمده است برای آزمایش بیباری و بارداری رسم کنید. برای هر آزمایش محل قرار گیری وسایل اندازه گیری و رئوستا در مدار را تعیین کنید. همچنین محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که این وسایل باید قادر به تحمل آن باشند را با توجه به شرح آزمایش معین کنید. برای بدست آوردن منحنی مشخصه بیباری همه مولدها باید آزمایش بیباری را به شکل تحریک مستقل انجام داد. علت این امر را بیان کنید..1.2 21
روش آزمایش آزمایش بیباری: مدار آزمایش را با توجه به آنچه در گزارش مقدماتی بررسی نمودید ببندید. پس از اطمینان از درستی مدار آزمایش کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن کرده و سپس کلید روی میز را روشن نمایید. حال موتور را راه اندازی کنید. با تغییر دادن رئوستای مدار تحریک موتور دور آن را روی 1522=N rpm تنظیم نمایید. دقت کنید که این دور در طول آزمایش ثابت بماند. آزمایش را از جریان تحریک صفر شروع کنید. برای این منظور در ابتدا رئوستای مدار تحریک مولد را روی ماکزیمم مقدار خود قرار دهید. سپس با کاهش مقاومت رئوستا و با رعایت اثر هیسترزیس جریان تحریک را تدریجا افزایش دهید )جریان تحریک را حدودا با فواصل 122 ma تغییر دهید(. به ازای مقادیر مختلف جریان تحریک ولتاژ دو سر مولد را اندازهگیری و یادداشت کنید. این کار را تا حالت اشباع ( حدود ) 322 V ادامه دهید. 22
آزمایش بارداری: دور موتور را همچنان روی 1522=N rpm ثابت نگه دارید. مدار را با توجه به آنچه در گزارش مقدماتی بررسی کردید ببندید. با تغییر بار شرایطی را فراهم کنید که در ولتاژ 222 V جریان بار حدود 12 A باشد. سپس بار مولد را تدریجا کاهش دهید تا به صفر آمپر برسد ( جریان بار را حدودا با فواصل 1 A تغییر دهید (. به ازای جریان های مختلف بار مقدار ولتاژ خروجی و جریان تحریک را اندازهگیری و یادداشت کنید. 23
بحث و نتیجهگیری مشخصه بیباری ماشین را رسم کنید. اگر مشخصه بیباری را به دو صورت رسم کنیم:.1.2 الف( به ازای جریان های تحریک صعودی ( از جریان تحریک صفر شروع کرده جریان را افزایش دهیم (. ب( به ازای جریان های تحریک نزولی ( از جریان های باالتر شروع کرده و جریان را کاهش دهیم (. خواهیم دید که برای یک جریان تحریک دلخواه ولتاژی که از مشخصه است که از مشخصه )الف ) حاصل میشود. علت چیست )ب( بدست میآید بیش از ولتاژی مشخصه خارجی ماشین را رسم کنید. مشخصه عکس العمل ماشین را رسم کنید. نحوه رسم مشخصه را توضیح دهید و روی آن بحث نمایید. با توجه به شکل مشخصه بی باری به نظر شما نقطه کار ماشین بهتر است در کدام ناحیه واقع شود: ناحیه خطی زانوی منحنی یا ناحیه اشباع علت را توضیح دهید. اگر در آزمایش بی باری نتوانیم سرعت را ثابت نگه داریم آیا از طریق اعداد بدست آمده قادر خواهیم بود مشخصه بی باری را برای یک سرعت ثابت رسم کنیم اگر پاسخ مثبت است چگونه توضیح دهید چگونه میتوان از روی مشخصه بی باری مشخصه خارجی این مولد را بدست آورد. مولد تحریک مستقل در چه مواردی کاربرد دارد.3.4.5.6.7.8 24
آزمایش شماره 2 مولد DC شنت آمادگی و گزارش مقدماتی مدار یک مولد شنت را با توجه به شرح آزمایش که در دستور کار آمده است برای آزمایش بی باری و بارداری رسم کنید. برای هر آزمایش محل قرار گرفتن وسایل اندازه گیری و رئوستا در مدار را تعیین کنید. همچنین محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که این وسایل باید قادر به تعیین و تحمل آن باشند را با توجه به شرح آزمایش معین کنید. مقاومت بحرانی را تعریف کرده و رابطه آن را با دور ماشین بیان نمایید. شرط ولتاژ سازی در مولد شنت چیست به طور مختصر پدیده خود تحریکی را توضیح دهید. اگر مولد شنتی در دور نامیخود بچرخد اما ولتاژ سازی صورت نگیرد چه اشکاالتی ممکن است وجود داشته باشد چگونه میتوان این اشکاالت را برطرف کرد چرا نباید مولد شنت را زیر بار راه اندازی یا خاموش کرد اتصال کوتاه ناگهانی در مولد شنت چه خطری برای مولد دارد.1.2.3.4.5.6 25
روش آزمایش آزمایش بی باری مدار آزمایش را مطابق آنچه در گزارش مقدماتی بررسی کردید به شکل تحریک مستقل ببندید. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن کرده و سپس کلید روی میز را روشن نمایید. پس از آن موتور را راه اندازی کرده و دور آن را روی 1522=N rpm تنظیم کنید. دقت کنید که این دور در طول آزمایش ثابت باقی بماند. آزمایش را از جریان تحریک صفر شروع کنید. برای این منظور ابتدا رئوستای تحریک را روی ماکزیمم مقدار خود قرار داده و با کاهش مقاومت رئوستا و رعایت اثر هیستریسز جریان را تدریجا افزایش دهید )جریان را حدودا با فواصل 122 ma تغییر دهید(. به ازای مقادیر مختلف جریان تحریک ولتاژ دو سر آرمیچر را اندازهگیری و یادداشت کنید. این کار را تا حالت اشباع )حدود 322( V ادامه دهید. 26
آزمایش بارداری: دور موتور را همچنان روی 1522=N rpm ثابت نگه دارید. مدار را مطابق طرحی که در گزارش مقدماتی رسم کردید ببندید. دقت کنید که موتور باید قبل از اتصال بار به مولد راه اندازی شده باشد. )مولد شنت را نباید زیر بار راهاندازی کرد(. با تغییر بار و رئوستای تحریک شرایطی را فراهم کنید که در ولتاژ 222 V جریان بار حدود 13 A داشته باشید. حال بار را تدریجا ( با فواصل حدود ) 1 A کاهش دهید تا به جریان صفر آمپر برسید. در هر مرحله به ازای مقادیر مختلف جریان بار ولتاژ خروجی و جریان تحریک را اندازهگیری و یادداشت کنید. 27
بحث و نتیجهگیری مشخصه بیباری ماشین را رسم کنید. مشخصه خارجی ماشین را رسم کنید. مشخصه عکسالعمل ماشین را رسم کرده و نحوه رسم آن را توضیح دهید. مولد شنت در چه مواردی کاربرد دارد اگر از مولد شنت برای مدت نسبتا طوالنی استفاده نشود پس از این مدت قادر به ولتاژ سازی نخواهد بود علت چیست چگونه میتوان از روی مشخصه بی باری مشخصه خارجی ماشین را رسم کرد اگر در آزمایش بارداری بار مولد را کم کنیم دور چه تغییری خواهد کرد مختصرا توضیح دهید..1.2.3.4.5.6.7 28
آزمایش شماره 3 مولد DC سری آمادگی و گزارش مقدماتی مدار یک مولد سری را با توجه به شرح آزمایش که در دستور کار آمده است برای آزمایش بیباری و بارداری رسم کنید. برای هر آزمایش محل قرار گرفتن وسایل اندازهگیری و دایورتر در مدار را تعیین کنید. همچنین محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که این وسایل باید قادر به تعیین و تحمل آن باشند را معین کنید. تنظیم جریان تحریک در مولد سری با چه وسیله ای انجام میگیرد این وسیلهها به چه صورت در مدار قرار میگیرند و چرا مقاومت بحرانی در مولد سری چه مفهومی دارد بطور خالصه نحوه ولتاژ سازی در مولد سری را تشریح کنید. اتصال کوتاه در مولد سری چه خطراتی به همراه دارد در آزمایش بیباری باید مقاومتی را با مدار تحریک سری کرد. علت چیست.1.2.3.4.5.6 29
آزمایش بی باری: مطابق با آنچه در گزارش مقدماتی بررسی کردید مدار آزمایش بی باری را به صورت تحریک مستقل با استفاده از میدان سری ببندید. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن کرده سپس کلید روی خود میز را روشن نمایید. پس از آن موتور را راهاندازی کرده و دور آن را روی 1522=N rpm تنظیم نمایید. دقت کنید که این دور در طول آزمایش ثابت باقی بماند. آزمایش را از جریان تحریک صفر شروع کنید. برای این منظور در ابتدا دایورتر میدان تحریک را روی مینیمم مقدار خود قرار دهید. حال با رعایت اثر هیستریسز جریان را تدریجا افزایش دهید. به ازای مقادیر مختلف جریان تحریک ولتاژ دو سر آرمیچر را اندازهگیری و یادداشت کنید. این کار را تا حالت اشباع ادامه دهید. 32
آزمایش بارداری: دور موتور را روی 1522=N rpm ثابت نگه دارید. مدار را مطابق با آنچه در گزارش مقدماتی بررسی کردید ببندید. با تغییر بار و مقاومت تحریک شرایطی را فراهم کنید که در ولتاژ 222 V جریان بار حدود 12 A باشد. حال بار را تدریجا کاهش دهید تا به جریان صفر آمپر برسید. به ازای مقادیر مختلف جریان بار ولتاژ خروجی و جریان تحریک را اندازه بگیرید. در مرحله بعد دور موتور را روی 1222=N rpm تنظیم کرده همین آزمایش را تکرار کنید. توجه کنید که در این مرحله دیگر نیازی به دایورتر نیست )چرا (. 31
بحث و نتیجهگیری مشخصه بی باری ماشین را رسم کنید. مشخصه خارجی ماشین را رسم کرده روی نواحی مختلف آن بحث کنید. با توجه به مشخصه نواحی مختلف از کار مولد در هر ناحیه در چه مواردی میتوان استفاده نمود به نظر شما بهترین ناحیه برای انتخاب نقطه کار کدام است مشخصه عکسالعمل ماشین را رسم کنید. چگونه میتوان از روی مشخصه بی باری مشخصه خارجی ماشین را رسم کرد.1.2.3.4 32
آزمایش شماره 4 مولد DC کمپوند آمادگی و گزارش مقدماتی مدار یک مولد کمپوند با شنت کوتاه را با توجه به شرح آزمایش که در دستور کار آمده است برای آزمایش بی باری و بارداری رسم کنید. برای هر آزمایش محل قرار گرفتن وسایل اندازه گیری رئوستا و دایورتر را در مدار تعیین کنید. همچنین محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که این وسایل باید قادر به تعیین تحمل آن باشند را معین کنید. مشخصه خارجی مولد کمپوند چه حالت هایی میتواند داشته باشد در مورد نحوه پدید آمدن هر یک از این حالت ها وضعیت عکسالعمل آرمیچر و تنظیم ولتاژ در آن ها بحث کنید. درجه کمپوندی را با کدام یک از وسایل موجود در مدار میتوان کنترل کرد.1.2.3 33
روش آزمایش آزمایش بی باری: ابتدا برای تحریک شنت مدار آزمایش را به صورت تحریک مستقل ببندید. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن کرده سپس کلید روی میز را روشن نمایید. پس از آن موتور را راه اندازی کرده و دور آن را روی 1522=N rpm تنظیم نمایید. دقت کنید که این دور در طول آزمایش ثابت باقی بماند. رئوستا را روی ماکزیمم قرار دهید و آزمایش را از جریان تحریک صفر شروع کنید. با کاهش تدریجی مقاومت رئوستا جریان تحریک را تدریجا افزایش دهید ( جریان را با فواصل حدود 122mA تغییر دهید (. به ازای هر جریان تحریک ولتاژ دو سر آرمیچر را اندازهگیری و یادداشت کنید. این کار را تا حالت اشباع ادامه دهید. سپس در دور ثابت 1522=N rpm همین آزمایش را با تحریک سری تکرار کنید. برای تنظیم جریان تحریک از رئوستای مناسب به صورت سری استفاده کنید. جریان را با فواصل در حدود 1 A تا رسیدن به جریان نامی افزایش دهید. 34
آزمایش بارداری: مدار آزمایش را مطابق با آنچه در گزارش مقدماتی بررسی کردید ببندید. پس از آن ابتدا در حالت مدار باز با تغییر رئوستای تحریک شنت در دور ثابت 1522=N rpm ولتاژ مدار باز را به 222 V برسانید. سپس میدان سری و بار را به مدار متصل کنید. سؤال: در این مرحله چگونه میتوانید تشخیص دهید که مولد کمپوند اضافی است یا نقصانی اگر مولد به صورت کمپوند نقصانی بود دو سر میدان سری را جابهجا کنید تا بصورت اضافی درآید. حال به بررسی انواع کمپوند اضافی بپردازید. 35
الف( کمپوند تخت: تعریف کمپوند تخت بر برابری ولتاژ در بی باری و بار نامیاستوار است. بنابراین با تغییر دادن مقاومت بار و دیورتور سری شرایطی را فراهم کنید که در ولتاژ نامیV 222 جریان نامی 13 A از مدار عبور کند. پس از آن با تغییر مقاومت بار جریان بار را تدریجا تا صفر کاهش دهید. با ازای جریان های مختلف بار ولتاژ آرمیچر جریان تحریک شنت و جریان تحریک سری را اندازه گیری و یادداشت کنید. ب( فوق کمپوند: تعریف فوق کمپوند بر اساس بیشتر بودن ولتاژ در بار نامیاز ولتاژ بی باری استوار است. سؤال: با توجه به این تعریف در مدار آزمایش باال برای رسیدن از حالت کمپوند تخت به حالت فوق کمپوند باید از کدام وسیله استفاده کرد رئوستا یا دایورتر چگونه کدام وسیله را باید ثابت نگه داشت توضیح دهید. آزمایش را از جریان بار صفر شروع کنید و با تغییر مقاومت بار جریان را تا حدود 13 A افزایش دهید. به ازای جریان های مختلف بار ولتاژ آرمیچر جریان تحریک شنت و جریان تحریک سری را اندازهگیری و یادداشت کنید. ج( زیر کمپوند: در حالت زیر کمپوند ولتاژ در بی باری بیش از بار نامی است. بر این اساس و با توجه به سؤاالتی که در قسمت قبل مطرح شد چگونه میتوانید حالت زیر کمپوند را تنظیم کنید 36
آزمایش را از جریان بار صفر شروع و با تغییر مقاومت بار جریان را تا حدود 13 A افزایش دهید. به ازای جریان های مختلف بار ولتاژ آرمیچر جریان تحریک شنت و جریان تحریک سری را اندازهگیری و یادداشت کنید. کمپوند نقصانی: در کمپوند نقصانی اثر فوران ناشی از جریان تحریک سری روی فوران تحریک شنت تفاضلی است. بر اساس این مطلب برای رسیدن از حالت کمپوند اضافی به کمپوند نقصانی در مدار آزمایش های قبلی چه تغییری باید داد آزمایش را از جریان بار صفر شروع کنید و تا حدود 12 A ادامه دهید. به ازای هر یک از مقادیر جریان بار ولتاژ آرمیچر جریان تحریک شنت و جریان تحریک سری را اندازهگیری و یادداشت کنید. توجه: در حالت کمپوند نقصانی به علت مقابله شدید فلوی سیم پیچ سری با فلوی سیم پیچ شنت ممکن است ماشین از تولید ولتاژ بیفتد. در این صورت به نظر شما چه باید کرد چرا 37
بحث و نتیجهگیری مشخصه بی باری ماشین را رسم کنید. مشخصه خارجی را برای حالت های مختلف روی یک نمودار رسم کرده با هم مقایسه کنید. مشخصه عکس العمل آرمیچر را برای حالت های مختلف رسم کرده نحوه رسم مشخصه را مفصال توضیح دهید. با توجه به مشخصه خارجی انواع کمپوند هر یک از حالت های کمپوند در چه مواردی کاربرد دارند چگونه میتوان از روی مشخصه بی باری مولد کمپوند مشخصه خارجی آن را رسم کرد )نقطه کار نامی و مقاومت تحریک شنت معین هستند.( میخواهیم پالریته ولتاژ خروجی در یک ژنراتور کمپوند اضافی را عکس کنیم. برای این منظور ماشین را متوقف کرده سیم بندی شنت را باز میکنیم و فلوی پس ماند را در جهت عکس در آن به وجود میآوریم. سپس سیم بندی شنت را دقیقا مانند حالت قبل به مدار متصل میکنیم. برای اینکه پالریته ولتاژ خروجی عکس گردد مولد در چه جهتی باید چرخانده شود در جهت قبلی یا عکس آن در این صورت مولد کمپوند اضافی خواهد بود یا نقصانی.1.2.3.4.5.6 38
آزمایش شماره 5 موتور DC سری آمادگی و گزارش مقدماتی شرح آزمایش را در دستور کار مطالعه کنید و محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که هر یک از وسایل اندازه گیری و رئوستا باید قادر به تعیین و تحمل آن باشند را معین کنید. شکل کلی مشخصه گشتاور الکترومغناطیسی موتور سری را رسم کرده از لحاظ تئوری روی آن بحث کنید. شکل کلی مشخصه الکترومکانیکی موتور سری را رسم کرده از لحاظ تئوری روی آن بحث کنید. چرا نباید موتور سری را بی بار راه انداخت مزایا و معایب موتور سری را بیان کنید..1.2.3.4.5 39
روش آزمایش آزمایش بارداری: مدار موتور سری را مطابق شکل زیر ببندید: از یک مولد شنت که محور آن با محور موتور کوپل شده است به عنوان بار موتور استفاده کنید. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن نموده سپس کلید روی میز را روشن کنید. پس از آنکه موتور راه افتاد از مولد بار بگیرید تا زمانی که سرعت موتور به 1222 rpm برسد )توجه کنید که در لحظه راه اندازی موتور مولد زیر بار باشد. چرا (. حال با استفاده از مقاومت بار مولد جریان بار آن را تدریجا کاهش دهید و از این طریق جریان موتور را کم کنید. به ازای مقادیر مختلف ولتاژ دو سر موتور و دور آن را اندازه بگیرید. دقت کنید که دور موتور از 1822 دور در دقیقه باالتر نرود. 42
سپس با استفاده از رابطه - =2 مقدار 2 را در جدول فوق کنید. در این رابطه مقاومت آرمیچر و برابر 1 15 Ω است. به ازای مقادیر مختلف محاسبه آزمایش بیباری: ابتدا پیوست مکانیکی موتور و مولد را باز کنید. ببندید: سپس مدار آزمایش را مطابق با شکل زیر به صورت مستقل و هدف از این مرحله به دست آوردن تلفات ثابت برای محاسبه راندمان است. برای این منظور باید در هر مرحله شرایطی مشابه با شرایط آزمایش بارداری ایجاد کرد. در این مدار برای تنظیم ولتاژ و 1 1 برای تنظیم دور به کار میرود. با تغییر دادن همزمان مقاومت های مقدار 2 را برابر با آنچه در آزمایش بارداری به دست آوردید قرار داده و دور ماشین را مساوی با دور متناظر با این ولتاژ قرار دهید. به ازای هر یک از مقادیر مقادیر 1 و 2 ( که به ترتیب توسط آمپرمترهای 2 2 و 1 اندازه گیری میشود( و دور را اندازه گیری و یادداشت نمایید. در هر مرحله تلفات چرخشی را محاسبه کنید و در جدول زیر بنویسید. 41
بحث و نتیجهگیری منحنی E(I) را برای حالت بیباری با استفاده از اعداد به دست آمده از آزمایش در دور ثابت 922 rpm رسم کنید. مشخصه الکترومکانیکی ماشین را به دو روش زیر ترسیم و با هم مقایسه کنید:.1.2 الف( با استفاده از آزمایش بارداری.. ب( با استفاده از مشخصه بی باری در دور ثابت = 922rpm و رابطه مشخصه گشتاور الکترومغناطیسی ماشین را رسم کنید. مشخصه گشتاور مفید بر حسب جریان آرمیچر را رسم کنید. )توجه: مقدار ) ( را برای هریک از نقاط.3.4 از رابطه = 2 62 به دست آورید. در این رابطه توان خروجی است. منحنی )I( را برای موتور رسم کنید. گشتاور ماکزیمم در چه نقطه ای روی داده است روی این نقطه بحث کنید. موتورهای سری در چه مواردی کاربرد دارند چگونه میتوان جهت گردش موتور سری را معکوس کرد.5.6.7 42
آزمایش شماره 6 موتور DC شانت آمادگی و گزارش مقدماتی شرح آزمایش را در دستور کار مطالعه کنید و محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که هر یک از وسایل اندازهگیری و رئوستا باید قادر به تعیین و تحمل آن باشند را معین کنید. شکل کلی مشخصه گشتاور الکترومغناطیسی موتور شانت را رسم کرده از لحاظ تئوری آن بحث کنید. شکل کلی مشخصه گشتاور الکترومکانیکی موتور شانت را رسم کرده از لحاظ تئوری روی آن بحث کنید. باز شدن مدار تحریک موتور شانت چه خطراتی را در بردارد علت چیست.1.2.3.4 43
روش آزمایش آزمایش بارداری: مدار موتور شنت را مطابق با شکل زیر ببندید: برای بار موتور از یک مولد که محور آن با محور موتور کوپل شده است استفاده کنید. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن نموده سپس کلید روی میز را روشن کنید. پس از آن موتور را در حالی که جریان تحریک آن حداکثر است ( رئوستای تحریک شنت روی حداقل خود قرار دارد ) راه اندازی کنید )چرا (. در حالی که مولد بی بار است رئوستای تحریک مولد را طوری تغییر دهید که ولتاژی بیش از ولتاژ اسمی در دو سر آن ظاهر گردد. حال بار را به تدریج افزایش دهید. به ازای هر یک از مقادیر جریان آرمیچر جریان تحریک موتور ولتاژ تغذیه و سرعت موتور را اندازهگیری و یادداشت کنید. 44
آزمایش بی باری: پیوست مکانیکی موتور و مولد را باز کنید و موتور را به صورت بی بار به راه اندازید. پس از آن که موتور راه افتاد با استفاده از رئوستای تحریک شنت سرعت را از 1222 rpm تا 1822 rpm تغییر دهید. به ازای هر دور مقدار جریان تحریک و جریان آرمیچر را اندازه گیری و یادداشت کنید. 45
بحث و نتیجهگیری مشخصه الکترومکانیکی موتور را به دو روش زیر رسم و با هم مقایسه کنید:.1 الف( با استفاده از اعداد حاصل از آزمایش ب( با استفاده از رابطه ) ( در این رابطه برای به دست آوردن نسبت جریان تحریک دلخواه را که متناظر با سرعت است در نظر بگیرید. سپس با این جریان تحریک به سراغ مشخصه بیباری E(i) ( مشابه مشخصات بی باری مولد شانت( بروید و یعنی ولتاژ بی باری متناظر با جریان را به دست آورید. بدین طریق میتوانید نسبت را محاسبه کرده در فرمول باال به عنوان یک ضریب ثابت قرار دهید. ( نحوه به دست آمدن رابطه باال را تشریح کنید (. منحنی تغییرات دور بر حسب جریان تحریک را از آزمایش بی باری به دست آورید و روی آن بحث کنید. دو طرفه بودن کار ماشین شانت را از نظر تئوری توضیح دهید. چرا هنگام تغییر حالت ماشین شانت از مولد به موتور و بالعکس جهت گردش آن تغییر نمیکند از این خاصیت در چه مواردی میتوان استفاده نمود کوپل اتصال کوتاه را تعریف کنید. اگر کوپل مقاوم روی محور بزرگتر از کوپل اتصال کوتاه باشد چه اتفاقی میافتد چرا چگونه میتوان جهت گردش موتور شانت را معکوس کرد موتورهای شانت در چه مواردی کاربرد دارند.2.3.4.5.6 46
آزمایش شماره 7 موتور DC کمپوند آمادگی و گزارش مقدماتی شرح آزمایش را در دستور کار مطالعه کرده محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که هر یک از وسایل اندازهگیری و رئوستا باید قادر به تعیین و تحمل آن باشند را معین کنید. مشخصه الکترومکانیکی موتور کمپوند چه حالت هایی میتواند داشته باشد در مورد نحوه و علت پدیدآمدن هر یک از این حاالت بحث کنید. شکل کلی مشخصه گشتاور الکترومغناطیسی موتور کمپوند را برای حاالت مختلف رسم کنید. چگونه میتوان جهت گردش یک موتور کمپوند را عکس کرد.1.2.3.4 47
روش آزمایش مدار موتور را به شکل زیر ببندید: از یک مولد تحریک مستقل که محور آن با محور موتور کوپل شده است به عنوان بار موتور استفاده کنید )همانطور که در شکل نشان داده شده است (. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن نموده سپس کلید روی میز را روشن کنید. در لحظه راه اندازی موتور باید کلید K مربوط به مدار مولد باز باشد. بهتر است در لحظه راه اندازی رئوستای تحریک شنت اتصال کوتاه شده باشد )چرا (. به عالوه بهتر است که دیورتور میدان سری را نیز اتصال کوتاه نمایید. )چرا (. حال موتور را راه اندازی کرده و با استفاده از رئوستای میدان شنت سرعت آن را طوری تنظیم کنید که در حالت بی باری موتور سرعت نامی 1522 rpm را داشته باشد. حال کلید K را ببندید و با استفاده از مقاومت متغیر z شرایطی را فراهم کنید که مولد در بار نامی 12 A ولتاژ 222 V داشته باشد. سؤال: در اینجا چگونه میتوانید تشخیص دهید که این موتور کمپوند اضافی است یا نقصانی اگر موتور به صورت کمپوند اضافی بود دو سر میدان سری را جابجا کنید تا موتور به صورت کمپوند نقصانی درآید. حال به بررسی انواع حالت های کمپوند نقصانی بپردازید: الف( کمپوند تخت: تعریف کمپوند تخت بر برابری سرعت در بیباری و بار نامی استوار است. دیورتور میدان سری را طوری جابهجا کنید که در بار نامی همان سرعت 1522 rpm را داشته باشید )محل تنظیم دیورتور را به خاطر بسپارید چون 48
در مراحل بعدی به آن نیاز دارید.( بدون اینکه به رئوستای شنت دست بزنید بار را تدریجا کاهش دهید تا به بار صفر برسید. به ازای مقادیر مختلف بار سرعت موتور و ولتاژ آرمیچر را اندازهگیری و یادداشت کنید. ب( فوق کمپوند: در فوق کمپوند سرعت در بار نامی بیش از سرعت بیباری است. برای رسیدن به چنین حالتی باید جریان میدان سری را افزایش دهید. برای این منظور دیورتور میدان سری را روی مقاومتی بیش از حالت کمپوند تنظیم کنید. حال جریان بار را به تدریج افزایش دهید. در هر مرحله جریان بار و دور موتور را اندازهگیری و یادداشت کنید. توجه: در این حالت با افزایش جریان از یک حد معین موتور حالت ناپایداری پیدا میکند. بنابراین دقت کنید که جریان از مقدار مشخصی باالتر نرود. سؤ ل:ا علت پدید آمدن چنین وضعیتی را از لحاظ تئوری مفصال توضیح دهید. ج( زیر کمپوند: در زیر کمپوند سرعت در بار نامی کمتر از سرعت بیباری است. در این حالت دیورتور میدان سری را روی مقاومتی کمتر از حالت کمپوند تخت تنظیم کنید. جریان بار را از صفر تدریجا تا حدود 13 A افزایش دهید و در هر مرحله جریان بار و دور موتور را اندازهگیری و یادداشت کنید. 49
کمپوند اضافی: برای رسیدن به چنین حالتی جای دو سر میدان سری را با هم عوض کنید. بار را تدریجا از صفر تا حدودA 13 افزایش دهید و در هر مرحله جریان بار و دور موتور را اندازه گیری و یادداشت کنید. 52
بحث و نتیجهگیری مشخصه الکترومکانیکی را برای کلیه حاالت روی یک نمودار رسم کرده با هم مقایسه کنید. مشخصه گشتاور الکترومغناطیسی را برای حالت کمپوند تخت رسم کنید. انواع مشخصه های کمپوند در چه مواردی کاربرد دارند اگر در موتور کمپوندی که با دور نامی ولتاژ نامی و جریان نامیکار میکند مدار میدان شنت ناگهان پاره شود چه وضعیتی پیش میآید توضیح دهید..1.2.3.4 51
آزمایش شماره 8 اندازهگیری تلفات ثابت و ضریب بهره ماشین DC به روش سوئین برن آمادگی و گزارش مقدماتی 1. شرح آزمایش را در دستور کار مطالعه نموده مدار آزمایش بارداری را رسم کنید و محل قرارگیری وسایل اندازهگیری رئوستا و بار در مدار را تعیین کنید. همچنین برای آزمایش بی باری و بارداری محدوده تقریبی ولتاژ و جریانی که این وسایل باید قادر به تعیین و تحمل آن باشند را با توجه به شرح آزمایش معین کنید. 2. نمودار تلفات در مولد DC را رسم کرده و در مورد هر بخش آن توضیح دهید. 3. شرط راندمان ماکزیمم چیست 52
روش آزمایش آزمایش بارداری مدار مولد و موتور را به صورت شنت ببندید. برای اندازهگیری جریان تحریک شنت جریان بار و ولتاژ ترمینال مولد وسایل اندازه گیری را در جای مناسب خود در مدار قرار دهید. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن نموده سپس کلید روی میز را روشن کنید. پس از آن موتور را راهاندازی کنید و دور آن را روی N 1522= rpm تنظیم نمایید. دقت داشته باشید که در طول این مرحله دور روی این عدد ثابت باقی بماند) توجه داشته باشد که مولد شنت را نباید زیر بار راه انداخت(. با تغییر رئوستای تحریک مولد شرایطی را فراهم کنید که در جریان بار صفر ولتاژ ترمینال مولد 222 V باشد. با تغییر بار ژنراتور جریان بار را تدریجا از صفر تا 13 آمپر افزایش دهید. به ازای مقادیر مختلف جریان بار جریان تحریک و ولتاژ ترمینال مولد را اندازه بگیرید. سپس با استفاده از رابطه = E مقدار E را برای جریان های مختلف بار محاسبه کنید. به این اعداد برای آزمایش بی باری نیاز دارید. در مرحله بعد همین آزمایش را در دور ثابت N = 1222 rpm تکرار کنید. توجه: در این آزمایش را 1 5 Ω در نظر بگیرید. آزمایش بی باری: کوپلینگ اتصال موتور و مولد را باز کنید. در این مرحله باید مولد آزمایش قبل را به صورت موتور مورد استفاده قرار دهید. برای این منظور مدار آزمایش را به شکل زیر ببندید: 53
دور موتور را روی = 1522 N تنظیم کرده و در طول آزمایش ثابت نگه دارید. با استفاده از مقاومت های متغیر نیروی الکتروموتوری را طوری تنظیم کنید که در هر مرحله ولتمتر مقادیر E به دست آمده از آزمایش بارداری را نشان دهد. برای هر یک از مقادیر V = E مقدار جریانهای تحریک شنت و آرمیچر را اندازهگیری و یادداشت کنید. در مرحله بعد همین آزمایش را در دور ثابت =N 1222 rpm تکرار کنید. توجه: در شروع راهاندازی آمپرمتر ها را اتصال کوتاه کنید. 54
بحث و نتیجهگیری مجموع تلفات مکانیکی و آهنی را برای E های مختلف حساب کنید. یک نمونه از محاسبه را در گزارش کار بنویسید. سپس منحنی ولتاژ بر حسب تلفات ثابت : ) ( E را رسم نمایید. ضریب بهره ( راندمان ) مولد را برای بارهای مختلف که در حالت بارداری از مولد گرفتهاید حساب کنید و یک نمونه از محاسبه را در گزارش کار بنویسید. سپس برای هر دو دور جدول قدرت بر حسب ضریب بهره را کامل کرده و منحنی آن را رسم نمایید. راندمان ماکزیمم در چه جریانی حاصل شده است روی این نقطه بحث کنید. مزایای روش سوئین برن چیست این روش چه معایبی دارد از روش سوئین برن در چه مواردی استفاده میشود با آزمایش هایی که انجام دادید آیا میتوانید برای هر بار دلخواه ضریب بهره مولد را حساب کنید اگر میتوانید نحوه انجام این کار را توضیح دهید. برای یک مقدار دلخواه محاسبات را انجام دهید. سپس نتیجه محاسبه شده را با آنچه روی منحنی به دست آوردید مقایسه کنید..1.2.3.4.5.6 55
آزمایش شماره 9 اندازهگیری تلفات ثابت و ضریب بهره ماشین DC به روش ماشینهای مشابه یا پشت به پشت )روش هاپکینسون( آمادگی و گزارش مقدماتی شرح آزمایش را در دستور کار مطالعه کرده محدوده تقریبی ولتاژ و یا جریانی که هریک از وسایل اندازهگیری و مقاومت ها در مدار باید قادر به تعیین و تحمل آن باشند را معین کنید. نمودار تلفات در موتور را رسم کرده در مورد هر بخش آن توضیح دهید..1.2 56
مختصری درباره روش ماشینهای مشابه در این روش دو ماشین که کامال با هم مشابهند مورد آزمایش قرار میگیرند. محورهای دو ماشین با هم کوپل میشوند و یکی از دو ماشین به عنوان موتور و دیگری به عنوان مولد مورد استفاده قرار میگیرد. مدار آزمایش به شکل زیر بسته میشود: محاسبات آزمایش با دو فرض زیر انجام میگیرد: 1. با فرض اینکه راندمان موتور و مولد با هم برابرند: چون دو ماشین با هم مشابهاند میتوان چنین فرضی را با تقریب به کار برد. مشترک دو سر ماشین ها باشد در اینصورت موتور از شبکه قدرت را روی محور تحویل میدهد. به عالوه مولد قدرت اگر فرض کنیم که V ولتاژ را میگیرد و سپس قدرت را به شبکه میدهد و قدرت مکانیکی میتوانیم بنویسیم: را روی محور تحویل میگیرد. چون محورهای موتور و مولد با هم کوپل شدهاند = 2 = = به این ترتیب راندمان موتور و مولد محاسبه میگردد. 2. با فرض اینکه مجموع تلفات مکانیکی و مغناطیسی در دو ماشین با هم برابر باشد: اگر تلفات وجود نداشتند انرژی که مولد به شبکه تحویل میداد برابر با انرژی ای که موتور از شبکه میگرفت میشد. امابه علت وجود تلفات این دو انرژی با هم برابر نمیشوند. اختالف این دو انرژی برابر با تلفات است. بنابراین اگر مجموع تلفات را با نمایش دهیم خواهیم داشت: 57
- = اما مجموع تلفات عبارت است از تلفات ثابت ( تلفات مکانیکی و مغناطیسی( موتور و مولد. بنابراین میتوان رابطه زیر را نوشت: به اضافه تلفات اهمی در آرمیچر V.( - ) = 2 + 2 + 2 در نتیجه خواهیم داشت: = 2 2 2 از مجموع این روابط میتوان نتیجه گرفت: = 2 = 2 توجه کنید که در این روابط نشان دهنده تلفات ثابت ماشین است. 58
روش آزمایش مدار آزمایش را مطابق با شکل ببندید و وسایل اندازهگیری را در جای مناسب خود در مدار قرار دهید. پس از اطمینان از درستی مدار کلید مربوط به میز خود را روی تابلوی اصلی روشن نموده سپس کلید روی میز را روشن کنید. موتور را راهاندازی نمایید و دور آن را روی N = 1522 rpm تنظیم کرده و در طول آزمایش دور را روی این مقدار ثابت نگه دارید. حال رئوستای تحریک مولد sh را تغییر دهید تا زمانی که ولتمتر 1 روی صفر قرار بگیرد. به این ترتیب ولتاژ مولد با ولتاژ شبکه برابر میشود. پس از آن رئوستای sh را کمی دیگر تغییر دهید تا زمانی که ولتاژ مولد کمی بیشتر از ولتاژ شبکه گردد )حدود 3 تا 5 ولت(. سپس کلید K را ببندید. حال جریان تحریک مولد را با تغییر رئوستای sh تدریجا افزایش دهید. به ازای مقادیر مختلف جریان تحریک مولد مقادیر و V را اندازهگیری و یادداشت کنید. توجه: اگر در ضمن آزمایش رئوستای تحریک مولد را در خالف جهت بچرخانید امکان دارد مولد به صورت موتور کار کند. آمپرمتر 5 برای تشخیص چنین حالتی در مدار قرار داده شده است. این آمپرمتر در فصل مشترک مولد و موتور واقع گردیده است. اگر مولد و موتور هر دو در وضعیت صحیح کار کنند یعنی موتور به شکل موتور و مولد هم به صورت مولد کار کند آمپرمتر 5 را نشان خواهد داد. مقدار اما چنانچه مولد از وضعیت درست خود خارج شده و به صورت موتور کار کند جهت در آن عوض شده و لذا را نشان میدهد. اگر در طول آزمایش به حالتی رسیدید که مولد به آمپرمتر مقدار صورت موتور کار کرد برگردید و آزمایش را از اول شروع کنید و جهت تغییرات رئوستای تحریک مولد را عکس حالت قبل نمایید. 59
بحث و نتیجه گیری را برای مراحل مختلف آزمایش و با توجه به و از روی اعداد به دست آمده از آزمایش مقادیر روابطی که دیدید محاسبه کنید. با استفاده از دو روش مختلف ( برابری راندمان و برابری تلفات ) منحنی راندمان f(i) = را برای موتور و مولد رسم کرده دو منحنی را با هم مقایسه کنید. به نظر شما کدام یک از این دو روش به حقیقت نزدیکتر است مساوی فرض کردن راندمان موتور و مولد با فرض اینکه دیناموها کامال با هم مشابهند به چه اشکال اساسی برخورد میکند مساوی فرض کردن تلفات هیسترزیس و فوکو برای دو ماشین به چه اشکال اساسی برخورد میکند آیا رفع این اشکال از طریق محاسبه امکان دارد اگر بخواهید آزمایش ماشینهای مشابه را برای دو ماشین سری انجام دهید مدار را چگونه میبندید در مورد روش آزمایش و محاسبات مختصرا توضیح دهید. مزایا و معایب روش ماشین های مشابه چیست.1.2.3.4.5.6 62