عنوان : تاثیر شیارهای استاتور و روتور بر پارامترهای الکتریکی ماشین  (با اعمال خطای سیم پیچ سه فاز)

دانشگاه آزاد اسلامی

علوم تحقیقات واحد یزد

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته برق(M. Sc)

گرایش: قدرت

عنوان

تاثیر شیارهای استاتور و روتور بر پارامترهای الکتریکی ماشین

(با اعمال خطای سیم پیچ سه فاز)

 

استاد راهنما:

دکتر سید امین سعید

استاد مشاور:

دکتر حمیدرضا اکبری

سال تحصیلی: 94-93

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
 
فهرست مطالب
مقدمه. 1
فصل اول کلیات پژوهش
1-1- مقدمه. 3
1-2- مطالعه انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی.. 3
1-2-1- تنشهای موثر در خرابی استاتور. 3
1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور. 4
1-3 – مطالعه عیوب اولیه در ماشین های القایی.. 7
1-3-1- عیوب الکتریکی اولیه در ماشینهای القایی.. 8
1-3-2 عیوب مکانیکی اولیه در ماشینهای القایی.. 14
فصل دوم مبانی نظری و پیشینه پژوهش
1-2-مقدمه. 19
2-2-سابقه پژوهش. 19
3-2-مروری بر تحقیقات گذشته. 19
فصل سوم روش پژوهش
3-1-مقدمه. 24
3-1-1- اهمیت و مزایا 26
3-2 تئوری تابع سیم پیچی.. 27
3-2-1 تعریف تابع سیم پیچ.. 27
3-2-2- محاسبه اندوکتانسهای ماشین با بهره گیری از توابع سیم پیچ.. 31
3-3- شبیه سازی ماشین القایی.. 34
3-3-1- معادلات یک ماشین الکتریکی با m سیم پیچ استاتور و n سیم پیچ روتور. 36
3-3-1-1- معادلات ولتاژ استاتور. 36
3-3-1-2- معادلات ولتاژ روتور. 37
2-3-1-3- محاسبه گشتاور الکترومغناطیسی.. 38
3-3-1-4- معادلات موتور القای سه فاز قفس سنجابی در فضای حالت.. 39
3-4- نتایج شبیه سازی ماشین القایی سالم. 43
3-5- مدلسازی خطای حلقه به حلقه و خطای کلاف به کلاف.. 45
3-6-نتایج شبیه سازی ماشین القایی در اثر خطای سیم پیچ در شیارهای استاتور. 48
فصل چهارم تجزیه و تحلیل یافته ها
4-1 مقدمه. 52
4-2- محاسبه ماتریس اندوکتانس … 53
4-3- محاسبه ماتریس اندوکتانس … 54
4-4- محاسبه ماتریس اندوکتانس ….. 54
4-5 مدلسازی اثر شیار. 56
4-6- نتایج شبیه سازی ماشین القایی سالم. 58
7-4- نتایج شبیه سازی ماشین القایی در اثر خطای سیم پیچ در شیارهای استاتور. 60
فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 بحث و نتیجه گیری.. 63
پیوست ها 64
منابع. 66
فهرست شکل ها
شکل1- 1موتور القایی با ساختار مجزا شده از هم. 8
شکل1- 2شمای قسمتی از موتور و فرکانس عبور قطب.. 9
شکل1- 3 (الف)  اتصال کوتاه کلاف به کلاف بین نقاط  a , b(ب) خطای فاز به فاز. 13
 .
شکل3- 1برشی از وسیله دو استوانه ای با قرار گیری دلخواه سیم پیچ در فاصله هوایی.. 28
شکل3- 2تابع دور کلاف متمرکز با N دور هادی مربوط به شکل 3-1. 29
شکل3- 3تابع سیم پیچ کلاف متمرکز N دوری مربوط به شکل 3-1. 31
شکل3- 4ساختار دو سیلندری با دور سیم پیچ A وB.. 31
شکل3- 5تابع دور کلاف BB΄ شکل 3-4. 32
شکل3- 6(الف) تابع دور فاز a استاتور(ب) تابع سیم پیچ فاز a استاتور. 34
شکل3- 7تابع سیم پیچی حلقه اول روتور. 35
شکل3- 8 (الف) اندوکتانس متقابل بین فاز Aاستاتور و حلقه اول روتور. 35
شکل3- 9شکل مداری در نظر گرفته شده برای روتور قفس سنجابی[40] 37
شکل3- 10روندنمای برنامه شبیه‌سازی ماشین القایی قفس سنجابی سه فازبا فرض هسته ایده آل. 43
شکل3- 11شکل موج جریان فاز A.. 44
شکل3- 12فرم سیم بندی استاتور وقتی که اتصال کوتاه داخلی اتفاق افتاده می باشد.. 46
شکل3- 13منحنی گشتاور ماشین. 50
.
شکل4- 1ورقه هسته و شیارهای موجود بر آن در موتور القایی قفس سنجابی 11 kW… 52
شکل4- 2تابع فاصله هوایی معکوس با در نظر گرفتن شیارها 52
شکل4- 3تغییرات اندوکتانس خودی فاز a استاتور نسبت به موقعیت روتور. 57
شکل4- 4با در نظر گرفتن اثر شیار برای استاتور، منحنی اندوکتانس… 57
شکل4- 5با اعمال اثر شیارهای روتور و محاسبه اندوکتانس… 58
شکل4- 6با اعمال اثر شیارهای روتور و محاسبه اندوکتانس… 58
شکل4- 7شکل موج جریان فاز A.. 59
شکل4- 8جریان ماشین در خطای حلقه به حلقه در حالت راه اندازی و بدون بار. 60
شکل4- 9منحنی سرعت ماشین. 61
شکل4- 10منحنی گشتاور ماشین. 61
 
فهرست نمودارها
نمودار3- 1نمودار سرعت ماشین بر حسب زمان. 44
نمودار3- 2نمودار گشتاوری ماشین. 45
نمودار3- 3جریان ماشین در خطای حلقه به حلقه در حالت راه اندازی و بدون بار. 49
نمودار3- 4منحنی سرعت ماشین. 49
.
نمودار4- 1سرعت ماشین بر حسب زمان. 59
نمودار4- 2عملکرد گشتاوری ماشین. 60
 

مقدمه:

موتورهای  الکتریکی تأثیر مهمی را در راه اندازی موثر ماشینها و پروسه های صنعتی اعمال می کنند. بخصوص موتورهای القایی قفس سنجابی را که بعنوان اسب کاری صنعت می شناسند. پس تشخیص خطاهای این موتورها می تواند فواید اقتصادی فراوانی در پی داشته باشد. مانند مدیریت کارخانه های صنعتی را آسان می کند، سطح اطمینان سیستم را بالا می برد، هزینه تعمیر و نگهداری پایین می آید و نسبت هزینه به سود بطور قابل توجهی کاهش می یابد.
Bonnett وSouk up برای خرابیهای استاتور موتورهای القایی سه فاز قفس سنجابی، پنج حالت خرابی مطرح کرده­اند که عبارت اند از: حلقه به حلقه، کلاف به کلاف، قطع فاز، فاز به فاز و کلاف به زمین[1]. برای موتورهای قفس سنجابی، خرابیهای سیم پیچی استاتور و یاتاقانها   کل خرابیها به حساب می آیند و همچنین اکثر خرابیهای سیم پیچی استاتور موتور القایی از فروپاشی عایقی حلقه به حلقه ناشی می گردد.[2] بعضی از محققین خرابیهای موتور را چنین تقسیم بندی کرده اند: خرابی  ساچمه ها ( یاتاقانها) %40-50، خرابی عایق استاتور %30-40 و خرابی قفسه روتور %5- 10 [3] که اگر خرابی حلقه به حلقه جلوگیری نشود، منجر به خطای فاز به زمین یا فاز به فاز می گردد، که خطای فاز به زمین شدید تر می باشد. در مقالات[4] [5] نظریه تابع سیم پیچی و کاربرد آن در واکاوی گذرای موتورهای القایی تحت خطا تبیین داده شده می باشد. از این نظریه در مدلسازی خطای حلقه به حلقه استاتور بهره گیری شده می باشد. علاوه بر روشهای فوق خطای استاتور موتور القایی را می توان به کمک بردارهای فضایی مورد مطالعه قرار داد[6].
 

فصل اول

کلیات پژوهش

 مقدمه:[7]
خرابیهای یک موتور قفس سنجابی را می توان به دو دسته الکتریکی و مکانیکی تقسیم ‌نمود.هر کدام از این خرابیها در اثر عوامل و تنش های متعددی ایجاد می گردند. این تنشها در حالت کلی بصورت حرارتی، مغناطیسی، دینامیکی، مکانیکی و یا محیطی می باشند که در قسمت های مختلف ماشین مانند محور، بلبرینگ، سیم پیچی استاتور ، ورقه های هسته روتور واستاتور و قفسه روتور خرابی ایجاد می­کنند. اکثر این خرابیها در اثر عدم بکارگیری ماشین مناسب در شرایط کاری مورد نظر، عدم هماهنگی بین طراح و کاربر و بهره گیری نامناسب از ماشین پدید می­آید. در این قسمت کوشش گردیده می باشد آغاز انواع تنشهای وارده بر ماشین، عوامل پدید آمدن و اثرات آنها مطالعه گردد.
قبل از مطالعه انواع تنشهای وارده بر ماشین القایی بایستی موردها زیر در نظر گرفته گردد :
1- با مشخص کردن شرایط کار ماشین می توان تنشهای حرارتی، مکانیکی و دینامیکی را پیش بینی نمود و ماشین مناسب با آن شرایط را انتخاب نمود. به عنوان مثال ، سیکل کاری ماشین و نوع بار آن ، تعداد دفعات خاموش و روشن کردن و فاصله زمانی بین آنها ، از عواملی هستند که تاثیر مستقیم در پدید آمدن تنشهای وارده بر ماشین خواهند داشت.
2- وضعیت شبکه تغذیه ماشین از لحاظ افت ولتاژ در حالت همیشگی و شرایط راه اندازی و اندازه هارمونیکهای شبکه هم در پدید آمدن نوع تنش و در نتیجه پدید آمدن خرابی در ماشین موثر خواهند بود.

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد برق الکترونیک: تشخیص و ردگیری عابرین پیاده در تصاویر مادون قرمز

1-2- مطالعه انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی:

1-2-1- تنشهای موثر در خرابی استاتور:[1.7]

الف ـ تنشهای گرمایی :این نوع از تنشها را می توان ناشی از عوامل زیر دانست:
◄ سیکل راه اندازی: افزایش حرارت در موتورهای القایی بیشتر هنگام راه اندازی و توقف ایجاد  می­گردد. یک موتور در طول راه اندازی، پنج تا هشت برابر جریان نامی از شبکه جریان می کشد تا تحت شرایط بار کامل راه بیفتد. پس اگر تعداد راه اندازی های یک موتور در پریود کوتاهی از زمان زیاد گردد دمای سیم پیچی به سرعت افزایش می یابد در حالی که یک موتور القایی یک حد مجاز برای گرم شدن دارد و هرگاه این حد در نظر گرفته نشود آمادگی موتور برای بروز خطا افزایش می یابد. تنشهایی که بر اثر توقف ناگهانی موتور به وجودمی آیند به مراتب تاثیر گذارتر از بقیه تنشها هستند.
◄ اضافه بار گرمایی:  بر اثر تغییرات ولتاژ و همچنین ولتاژهای نامتعادل دمای سیم پیچی افزایش می یابد.
بنابر یک قاعده تجربی بازای هر  %2/1-3 ولتاژ فاز نامتعادل دمای سیم پیچی فاز با حداکثر جریان خود، 25% افزایش پیدا می کند .
◄ فرسودگی گرمایی: طبق قانون تجربی با ºc10 افزایش دمای سیم پیچی استاتور عمر عایقی آن نصف  می گردد. پس اثر معمولی فرسودگی گرمایی ، آسیب پذیری سیستم عایقی می باشد.
ب ـ تنشهای ناشی از کیفیت نامناسب محیط کار : عواملی که باعث ایجاد این تنشهامی گردد به صورت زیر می باشد:

  • رطوبت
  • شیمیایی
  • خراش ( سائیدگی)[1]
  • ذرات کوچک خارجی

ج ـ تنشهای مکانیکی: عواملی که باعث ایجاد این تنشها می شوند به صورت زیر می باشند:
◄ ضربات روتور: برخورد روتور به استاتور باعث می گردد که ورقه های استاتور عایق کلاف را از بین ببرد و اگر این تماس ادامه داشته باشد نتیجه این می باشد که کلاف در شیار استاتور خیلی زود زمین  می­گردد و این به دلیل گرمای بیش از حد تولید شده در نقطه تماس می باشند.
◄ جابجایی کلاف: نیرویی که بر کلافها وارد می گردد ناشی از جریان سیم پیچی می باشد که این نیرو متناسب با مجذور جریان می باشد ( F∝ ). این نیرو هنگام راه اندازی ماکزیمم مقدار خودش را دارد و باعث ارتعاش کلافها با دو برابر فرکانس شبکه و جابجایی آنها در هر دو جهت شعاعی و مماسی می­گردد.

1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور :

الف ـ تنشهای گرمایی: عواملی که باعث ایجاد این نوع تنشها در روتور می گردد به صورت زیر می باشد:
◄ توزیع غیر یکنواخت حرارت: این مسئله اغلب هنگام راه اندازی موتور اتفاق می افتد اما عدم یکنواختی مواد روتور ناشی از مراحل ساخت نیز ممکن می باشد این مورد رابه وجود آورد. راه اندازی های مداوم و اثر پوستی، احتمال تنشهای حرارتی در میله های روتور را زیادتر می کنند.
◄جرقه زدن روتور: در روتورهای ساخته شده عوامل زیادی باعث ایجاد جرقه در روتور می­شوند که بعضی برای روتور ایجاد اشکال نمی­کنند(جرقه زدن غیر مخرب) و بعضی دیگر باعث بروز خطا می شوند(جرقه زدن مخرب ). جرقه زدن­های غیر مخرب در طول عملکرد نرمال[2] موتور و بیشتر در هنگام راه اندازی رخ می­دهد .
◄ نقاط داغ و تلفات بیش از اندازه : عوامل متعددی ممکن می باشد باعث ایجاد تلفات زیادتر و ایجاد نقاط داغ شوند. آلودگی ورقه های سازنده روتور یا وجود لکه بر روی آنها، اتصال غیر معمول میله های روتور به بدنه آن، فاصله متغیر بین میله ها و ورقه روتور و غیره می تواند در مرحله ساخت موتور به وجود آید. البته سازندگان موتور، آزمایشهای خاصی مانند اولتراسونیک را برای کاهش این اثرات بکار می­برند.
ب ـ تنشهای مغناطیسی: عواملی مختلفی باعث ایجاد این تنشها بر روی روتور می شوند همانند، عدم تقارن فاصله هوایی و شارپیوندی شیارها، که این عوامل و اثرات آنها در زیر مورد مطالعه قرار داده شده می باشد:
◄ نویزهای الکترومغناطیسی : عدم تقارن فاصله هوایی، علاوه بر ایجاد یک حوزه مغناطیسی نامتقارن باعث ایجاد مخلوطی از هارمونیکها در جریان استاتور و به تبع آن در جریان روتور می گردد. اثرات متقابل هارمونیکهای جریان، باعث ایجاد نویز یا ارتعاش در موتور می شوند. این نیروها اغلب از نا همگونی فاصله هوایی به وجودمی­آیند
◄ کشش نا متعادل مغناطیسی: کشش مغناطیسی نامتعادل باعث خمیده شدن شفت روتور و برخورد به سیم پیچی استاتور می گردد. در اقدام روتورها به گونه کامل در مرکز فاصله هوایی قرار  نمی­گیرند. عواملی همانند، گریز از مرکز[3]، وزن روتور، سائیدگی یا تاقانها و … همگی بر قرار گیری روتور دورتر از مرکز اثر  می گذارند.
 
◄ نیروهای الکترومغناطیسی: اثر شار پیوندی شیارها ناشی از عبور جریان از میله های روتور، سبب ایجاد نیروهای الکترودینامیکی می شوند. این نیروها با توان دوم جریان  میله(  )  متناسب و یکطرفه  می­باشند و جهت آنها به سمتی می باشد که میله را به صورت شعاعی از بالا به پائین جابجا می کند. اندازه این نیروهای شعاعی به هنگام راه اندازی بیشتر بوده و ممکن می باشد به تدریج باعث خم شدن میله ها از نقطه اتصال آنها به رینگ­های انتهایی گردند.
ج ـ تنشهای دینامیکی: این تنشها ارتباطی به طراحی روتور ندارند بلکه بیشتر به طریقه کار موتورهای القایی بستگی دارند.
بعضی از این تنشها در ذیل تبیین داده می­گردد:

  • نیروهای گریز از مرکز[4] : هر گونه افزایش سرعت از حد مجاز، باعث ایجاد این نیروها می­گردد و زیرا ژنراتورهای القایی در سرعت بالای سنکرون کار می کنند اغلب دچار تنشهایی ناشی از نیروی گریز از مرکز می­گردند.
  • گشتاورهای شفت: این گشتاورها معمولاً در خلال رخ دادن اتصال کوتاه و گشتاورهای گذرا تولید می شوند. اندازه این گشتاورها ممکن می باشد تا 20 برابر گشتاور بار کامل باشد .

د ـ تنشهای مکانیکی: بعضی از مهمترین خرابی های مکانیکی عبارتنداز:

  • خمیدگی شفت روتور
  • تورق نامناسب و یاشل بودن ورقه ها
  • عیوب مربوط به یاتاقانها
  • خسارت دیدن فاصله هوایی

هـ ـ تنشهای محیطی : همانند استاتور تنشهای محیطی مختلفی، می تواند بر روی روتور تاثیر گذار باشد همانند رطوبت، مواد شیمیایی، مواد خارجی و غیره
Abrasion -1
[2]- عملکرد نرمال تعریف می گردد به صورت هر موتوری که  در معرض افت ولتاژ، تغییر بار (نوسانات بار)، اغتشاشات سوئیچینگ و غیره قرارمی گیرد.
– Eccentricity3
Centrifugal  Force-4
تعداد صفحه :82
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

دسته‌ها: مهندسی برق