عنوان : تشخیص خطای حلقه به حلقه سیم پیچی استاتور موتورهای القایی سه فاز قفس سنجابی با در نظر گرفتن اثر اشباع مغناطیسی

دانشگاه زنجان

دانشکده فنی و مهندسی

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی برق – قدرت    

عنوان:

تشخیص خطای حلقه به حلقه سیم پیچی استاتور موتورهای القایی سه فاز قفس سنجابی با در نظر گرفتن اثر اشباع مغناطیسی

اساتید راهنما:

دکتر منصور اوجاقی

پروفسور جواد فیض

استاد مشاور:

دکتر وحید رشتچی

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)
چکیده:
پایش وضعیت موتورهای القائی، یک فناوری کاملاً ضروری و مهم برای تشخیص به هنگام عیوب مختلف در مرحله ابتدائی می باشد. که می‌تواند از شیوع عیب‌های غیرمنتظره در همان مراحل ابتدائی جلوگیری کند. تقریباً 30 تا40% عیوب موتورهای القائی مربوط به عیب‌های استاتور هستند. در این پایان‌نامه مطالعه جامعی از عیوب مختلف موتور القائی، علت های به وجودآورنده و روش‌های مختلف مدلسازی این عیوب صورت گرفته می باشد. در ادامه شاخص‌های مختلف تشخیص عیب اتصال حلقه به حلقه سیم‌پیچی استاتور معرفی گردیده و از جنبه‌های مختلف مورد مطالعه و مطالعه قرار گرفته‌اند.
ایده اصلی این پایان‌نامه شبیه‌سازی موتور القائی معیوب با عیب اتصال حلقه به حلقه سیم‌پیچی استاتور با در نظرگرفتن اثر اشباع مغناطیسی می باشد و شبیه‌سازی موتور القائی سه فاز معیوب با عیب اتصال حلقه به حلقه سیم پیچی استاتور، با و بدون در نظرگرفتن اثر اشباع مغناطیسی انجام گرفته می باشد. سپس شاخص‌های مختلف این نوع عیب استخراج شده و در هر دو شرایط خطی و اشباع با نتایج عملی مقایسه شده‌اند. همچنین در این پایان‌نامه شاخص جدیدی با ویژگی‌های مطلوب‌تری جهت شناسایی عیب حلقه به حلقه سیم پیچی استاتور معرفی گردیده می باشد و در نهایت مطلوب‌ترین شاخص از بین شاخص‌های موجود معرفی شده می باشد.
فصل اول: مقدمه‌ای بر عیوب مختلف موتورهای القایی سه فاز  و معرفی شاخص‌های عیب حلقه به حلقه سیم‌پیچی استاتور
1-1- مقدمه
موتورهای القایی به دلیل سادگی و استحکام ساختمان، ارزانی، محدوده وسیع سرعت و پاره‌ای مزایای دیگر  کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. به همین دلیل پایش وضعیت این نوع موتورها جهت شناسایی خطاها در مراحل اولیه پیدایش آن‌ها، به ویژه در توان‌های زیاد، اهمیت زیادی دارد. پس تشخیص خطای اتصال حلقه در زمان‌های اولیه وقوع آن می‌تواند مزیت‌های زیر را در بر داشته باشد‌:
– جلوگیری از آسیب عمده به موتور و تعمیرات زمان‌بر و پر هزینه آن.
– جلوگیری از توقف غیر منتظره خط تولید.
– کاهش تلفات.
حصول مزیت‌های فوق مستلزم اطلاع به هنگام از شدت و موقعیت (فاز) خطای اتصال حلقه موتور می باشد. این امر معمولا از طریق آشکارسازی بعضی آثار مترتب بر رفتار موتور در اثر بروز خطا میسر می باشد. معایب موتورهای القایی را می‌توان به سه گروه اصلی‌: مکانیکی، روتور و استاتور تقسیم نمود. هر کدام از  این خطاها ریشه در عوامل متفاوتی دارند و آثار مختلفی بر عملکرد موتور می‌گذارند. حتی بعضی از خطاها ممکن می باشد خود منشا بروز خطاهای دیگر شوند.
خطاهای مکانیکی اکثراٌ از خطای یاتاقان‌ها (بلبرینگ‌ها) ناشی می شوند ]1و2 [. بعضی عوامل ایجاد خطای یاتاقان عبارتند از : روغن کاری نامناسب یا ناکافی، تنش‌های شعاعی و محوری سنگین بدلیل انحراف محور ومونتاژ، تنظیم یا فونداسیون ضعیف. این عوامل سبب تسریع در سایش و فرسایش یاتاقان ها می شوند. معمولا خطای یاتاقان‌ها بروز خطای نا هم‌محوری روتور و استاتور را نیز در پی دارند. تشدید خطای اخیر می‌تواند منجر به تماس سطوح روتور و استاتور شده و معایب روتور و استاتور را پدید آورد.
شکستن میله‌های روتور، شکستن حلقه انتهایی روتور و انواع نا هم‌محوری (استاتیکی، دینامیکی و مرکب) مانند خطاهای روتور هستند ]3[. علت های اصلی بروز این خطاها به تبیین زیرند :
1. اضافه بار حرارتی که می‌تواند حین شتابگیری، کارکرد دایم و یا توقف روتور حاصل گردد.
2. عدم تعادل حرارتی یا اختلاف دما در میله‌های روتور که از راه اندازی‌های مکرر، پدیده پوستی، انتقال حرارت غیر یکنواخت هسته و میله‌های روتور و بعضی عوامل دیگر ناشی می گردد.
3. اثرات مغناطیسی که منجر به وارد شدن نیروهای الکترودینامیکی شعاعی بر میله‌ها می شوند. این نیروها که از تاثیر متقابل شار مغناطیسی و جریان میله‌ها حاصل می شوند، با مربع جریان میله‌ها متناسب بوده و سبب لرزش و خمش میله‌ها در امتداد شعاعی شده و سرانجام ممکن می باشد منجر به شکستن میله‌های روتور شوند.
4. غیر یکنواختی ذاتی در امتداد طولی فاصله هوایی (نا هم‌محوری ذاتی) که از ایده‌آل نبودن فناوری ساخت و مونتاژ موتور ناشی می گردد، باعث کشش مغناطیسی نامتقارن در سطوح مجاور روتور و استاتور می گردد. زیرا روتور در سمتی که فاصله هوایی کوچکتر می باشد تحت نیروهای کششی بزرگتری قرار می‌گیرد. این امر سبب خم شدن روتور، تشدید خطای نا هم‌محوری و در نهایت منجر به برخورد روتور با استاتور می گردد. در نتیجه ممکن می باشد به ساختار روتور و استاتور آسیب جدی وارد گردد.
5. افزایش تنش‌های وارد بر میله‌های روتور در اثر اضافه بار دایم یا نوسانی در طول زمان می‌تواند منجر به شکستن میله‌های روتور گردد.
6. افزایش نیروهای گریز از مرکز در اثر افزایش سرعت موتور به بیش از سرعت اسمی می‌تواند منجر به بروز تنش‌هایی در حلقه‌های انتهایی و شکستن اتصال بین میله‌های روتور و حلقه‌های انتهایی گردد.
استاتور موتورهای القایی نیز همانند بلبرینگ‌ها و روتور می‌تواند تحت تاثیر عوامل مختلفی دچار خطا گردد]3[ . پنج نوع خطا برای سیم پیچ‌های استاتور گزارش شده‌اند که همه آنها ریشه در  خرابی  عایق سیم‌پیچ‌ها  دارند ]4[ این خطاها عبارتند از:
1- خطای حلقه به حلقه در یک کلاف که در آن دو نقطه از یک یا چند حلقه از یک کلاف به همدیگر اتصال پیدا می‌کنند (خطای اتصال حلقه).
2- خطای کلاف به کلاف در یک فاز که در آن یک نقطه از یک کلاف به یک نقطه از کلاف دیگر سیم‌پیچی همان فاز اتصال پیدا می کند.
3- خطای فاز به فاز که در آن نقطه‌ای از سیم‌پیچ یک فاز به نقطه‌ای از سیم‌پیچ یک فاز دیگر اتصال پیدا می کند.
4- خطای مدار باز که در آن به دلیل قطع شدگی سیم، یک فاز یا بخشی از یک فاز مدار باز می گردد.
5- خطای کلاف به زمین که در آن نقطه‌ای از سیم‌پیچ یک فاز به زمین (بدنه) اتصال پیدا می کند.
شکل (1-1) انواع خطای سیم‌پیچ استاتور را نشان داده می باشد. یک موتور معیوب ممکن می باشد دارای ترکیبی از خطاهای سه گانه فوق باشد. به عنوان مثال، در یک موتور ممکن می باشد محور موتور خمیدگی پیدا کند و این امر سبب ایجاد لرزش و آسیب در بلبرینگ‌ها شده، منجر به تماس روتور با استاتور ‌گردد. با ادامه کارکرد موتور در این وضعیت گرمای بیش از حد تولید شده ممکن می باشد میله‌های آلومینیمی روتور ذوب شوند. پخش شدن آلومینیم مذاب روی سیم‌پیچ استاتور خطای سیم‌پیچ را به دنبال می‌آورد.
حدود 75 درصد  از کل خرابی‌های موتورهای القایی قفس سنجابی مربوط به خطاهای استاتور و یاتاقان می باشد خرابی بلبرینگ‌ها (خطاهای مکانیکی) 40 تا 50 درصد، خرابی عایق استاتور (خطای استاتور) 30 تا 40 درصد و خرابی قفسه روتور (خطای روتور) 5 تا 10 درصد گزارش شده می باشد ]6[. اگر از پیشرفت خرابی های حلقه به حلقه جلوگیری نشود، موردها مذکور منجر به خطا فاز به زمین یا فاز به فاز می گردد، که البته خطا فاز به زمین محتمل‌تر می باشد. نتایج مطالعات جامع‌تر که بر پایه یک روش آماری و برای موتورهایی با قدرت‌ها و سرعت‌های مختلف صورت گرفته نیز موید درصد‌های فوق الذکر می باشد ]2و7و8[. پس خطاهای سیم‌پیچ استاتور درصد قابل توجهی از کل معایب موتور القایی را به خود اختصاص می‌دهد. پس این پایان‌نامه بر روی خطای سیم‌پیچ استاتور تمرکز دارد.
انواع خطای سیم‌پیچ استاتور معمولا با اتصال کوتاه چند حلقه مجاور سیم‌پیچ فاز (خطای اتصال حلقه) شروع می گردد. به این ترتیب که جریان گردشی در حلقه‌های اتصال کوتاه موجب تولید گرما و افزایش دما در ناحیه معیوب سیم‌پیچ شده و با تخریب بیشتر عایق در آن محل، منجر به خطاهای شدیدتر یعنی خطای کلاف به کلاف، خطای فاز به فاز و یا خطای فاز به زمین می گردد. . اگرچه اطلاعات تجربی از فاصله زمانی بین وقوع خطای اتصال حلقه تا شکست عایقی و تشدید کامل خطا وجود ندارد، اما قدر مسلم آنست که این فرایند آنی و لحظه‌ای نیست و سرعت آن به شدت خطا، یعنی تعداد حلقه‌های اتصال کوتاه شده، وابسته می باشد.
برای آشکارسازی خطای اتصال حلقه تاکنون شاخص‌های متعددی معرفی شده و روش‌های مختلفی هم برای اندازه گیری آن‌ها و نتیجه‌گیری در خصوص وقوع خطا ارائه شده می باشد که در ادامه مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.
2-1- عوامل پدید آورنده خطاهای سیم‌پیچ:
همه انواع خطای سیم‌پیچ استاتور ریشه در خرابی عایق سیم‌پیچ دارند. تنش‌های مختلفی در ساختار موتور و به ویژه استاتور ممکن می باشد منجر به خرابی عایق سیم‌پیچ و بروز خطا شوند. این تنش‌ها در قالب  تنش‌های حرارتی، الکتریکی، مکانیکی و محیطی قابل دسته‌بندی هستند ]3و4[:
1-2-1- تنش های حرارتی
تنش‌های حرارتی بر اثر افزایش دمای سیم‌پیچ ها به وجودآمده و سبب کاهش طول عمر یا تخریب عایق سیم‌پیچ‌ها می شوند. آزمایش‌های استاندارد نشان می‌دهند که به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دمای سیم‌پیچ از حداکثر مقدار مجاز، طول عمر عایق آن به نصف تقلیل می‌یابد]4[. عوامل افزایش ایجاد تنش حرارتی عبارتند از:
– اضافه ولتاژ : افزایش دامنه ولتاژ موجب افزایش دامنه شار ماشین، افزایش تلفات هسته، افزایش دما و ایجاد تنش حرارتی می گردد.
– عدم تعادل ولتاژهای سه فاز : درصد اندکی عدم تعادلی در ولتاژهای سه فاز، موجب افزایش قابل توجه دامنه جریان سیم‌پیچ فازها شده و افزایش تلفات مسی ناشی از آن، افزایش دمای شدیدی را در سیم‌پیچ‌ها پدید می‌آورد. برای مثال فقط 5/3 درصد عدم تعادلی ولتاژها سبب 25 درصد افزایش دما در سیم‌پیچ‌ها خواهد گردید]4[ .
– توقف و راه اندازی‌های مکرر : در حین راه اندازی، جریان موتور بین 5 تا 8 برابر جریان بار کامل می باشد. پس در زمان راه اندازی تلفات اهمی قابل توجهی در سیم‌پیچ‌ها ایجاد می گردد. حال اگر یک موتور در فواصل زمانی کوتاه بطور متناوب در معرض راه اندازی‌های مکرر قرار گیرد، تجمیع حرارت ناشی از افزایش تلفات اهمی موجب افزایش دمای سیم‌پیچ و بروز تنش حرارتی خواهد گردید. 
– اضافه بار : دمای سیم پیچ بطور تقریب متناسب با توان دوم بار موتور می باشد. به بیانی دیگر دمای سیم‌پیچ با مربع افزایش گشتاور صعود می کند. بعنوان مثال اگر در دمای محیط 40 درجه سانتیگراد یک موتور 100 اسب بخار در دمای 64 درجه سانتیگراد کار کند، با 15 درصد افزایش بار دمای آن به 85 درجه سانتیگراد خواهد رسید. پس طول عمر موتور از 1000000 ساعت مفروض به 1147000 ساعت کاهش خواهد پیدا نمود ]4[.
– دمای محیط : موتورهای استاندارد معمولا برای کار در حداکثر دمای محیط معین (معمولا 40 درجه سانتیگراد) طراحی می شوند.  هر دمای محیطی فراتر از این مقدار، افزایش مشابهی را در دمای کار موتور پدید آورده باعث بروز تنش حرارتی می گردد.
2-2-1- تنش های الکتریکی
تنش‌های ولتاژ الکتریکی سبب تخریب موضعی عایق الکتریکی و یا کاهش عمر عایق و در نهایت بروز خطاهای سیم‌پیچ از نوع اتصال کوتاه می شوند. پس ارتباط مستقیمی بین عمر عایق و تنش‌های ولتاژ اعمال شده به سیم‌پیچ‌ها هست ]9[. انواع تنش‌های الکتریکی موثر در این زمینه عبارتند از:
– پدیده تخریب عایق : در صورتی که در موتورهای با ولتاژ بیش از 600 ولت سیستم الکتریکی موتور از محیط بیرون ایزوله نشده باشد، این پدیده رخ می‌دهد. فرآیند این نوع تخریب عایق بدین ترتیب می باشد که آغاز حفره‌های کوچک با جریان نشتی بین مس سیم و محیط آزاد ایجاد می گردد که کاهش امپدانس بین سیم و زمین در اثر ترکیب رطوبت و مواد خارجی را به دنبال دارد. سپس با تخلیه الکتریکی جزیی به زمین و به وجود آمدن نقاط سوخته ریز در سیستم عایق الکتریکی فرآیند تخریب عایق کامل می گردد.
– اضافه ولتاژهای لحظه‌ای : خطاهای اتصال کوتاه در سیم‌پیچ موتور می‌تواند در اثر اضافه ولتاژهای لحظه‌ای اعمال شده به سیم‌پیچ‌ها رخ دهد. منشا اینگونه اضافه ولتاژها عبارتند از ]9[:
1- در فاز یا خط شبکه تغذیه گاهی اضافه ولتاژهایی تا 5/3 برابر ولتاژ اسمی با زمان خیزش بسیار کم به وجود می‌آیند. این اضافه ولتاژها در صورت رسیدن به سیم‌پیچ‌های موتور، به عایق آنها آسیب وارد می‌کنند.
2- اضافه ولتاژهای ناشی از محدود کننده‌های جریان : زمانی که محدود کننده جریان، مثل (فیوز)، در لحظه‌ای که انرژی در میدان مغناطیسی سیم‌پیچ‌ها ذخیره شده اقدام می کند، سبب ایجاد نوسان یا تشدید ولتاژ می گردد. این امر با اضافه ولتاژهای لحظه‌ای همراه می باشد و سبب آسیب به عایق سیم‌پیچ می گردد.
3- اضافه ولتاژهای ناشی از عملکرد در درایوهای فرکانس متغیر و در لحظات راه اندازی، توقف و نیز در تغییر سیکل‌های کاری امکان وقوع دارند. این اضافه ولتاژها با دامنه 2 تا 5 برابر ولتاژ اسمی و زمان خیزش از 1/0 تا میلی ثانیه می‌توانند به وجود آیند و تهدیدی برای عایق سیم‌پیچ‌ها به حساب می‌آیند.
تعداد صفحه : 108
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق الکترونیک گرایش قدرت:کنترل خودکار تولید سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر- قسمت 8

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