موتورهای پله‌ای – برق

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی برق
نوع ارائه:تحقیق
تعداد صفحات:49
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

موتورهای پله‌ای – برق

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

مقدمه
موتورهای پله‌ای دسته‌ای از ماشینهای الکتریکی هستند که اطلاعات دیجیتالی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کنند. اگر چه موتورهای پله‌ای سالهای قبل از ۱۹۲۰ میلادی مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند، ولی با ظهور کامپیوترهای دیجیتال، استفاده از این موتورها رشد بسیار سریعی پیدا کرد. به عنوان مثال، هنگامی که یک خروجی منطقی ظاهر می‌شود، رتور در موقعیت زاویه‌ای از پیش تعیین شده‌ای قرار می‌گیرد. این نوع موتورها در محرک کاغذ دستگاههای چاپگر و یا دیگر وسایل جانبی کامپیوتر مانند تعیین موقعیت هد بر روی دیسک مغناطیسی به کار می‌روند. در مواقعی که تغییر از یک وضعیت ثابت به موقعیت ثابت دیگری مورد نیاز باشد (چه در کاربردهای صنعتی، نظامی یا پزشکی) از موتورهای پله‌ای استفاده می‌شود. موتورهای پله‌ای از نظر اندازه و ساختمان داخلی، انواع مختلفی دارند ولی به دو دسته مهم موتور پله‌ای رلوکتانس متغیر و موتور پله‌ای مغناطیس دائم تقسیم می‌شوند که هر دو نوع، در این فصل مطالعه می‌شوند. در این فصل، متوجه می‌شویم که خواص عملکرد موتورهای پله‌ای رلوکتانس متغیر، بسیار شبیه ماشینهای رلوکتانسی (که قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته است) می‌باشد. همچنین موتور پله‌ای مغناطیس دائم دارای عملکردی شبیه ماشین سنکرون مغناطیس دائم (که در فصل هفتم بیان گردید) است.

۸-۲- ساختمان اصلی موتورهای پله‌ای رلوکتانس متغیر چند تکه
دو نوع موتور پله‌ای رلوکتانس متغیر به صورت یک تکه و چند تکه است. در اولین تقریب، رفتار این دو نوع موتور را می‌توان با معادلات مشابهی بیان نمود. در واقعی اصول عملکرد موتور پله‌ای رلوکتانس متغیر، مشابه ماشینهای رلوکتانسی است (که در فصلهای قبل تشریح شد) و تنها تفاوت آنها در نحوه عملکردشان است. به همین خاطر، برای بیان عملکرد موتورهای پله‌ای، نیاز به بیان بعضی تعاریف جدید و گسترش بعضی از تعاریف قبلی می‌باشد. در ابتدا موتورهای پله‌ای چند تکه با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار می‌گیرد و پس از آن، توضیح مختصری در مورد موتورهای پله‌ای رلوکتانس متغیر یک تکه داده می‌شود.
در بیشتر مواقع، موتور پله‌ای رلوکتانس متغیر چند تکه، حداقل از سه موتور رلوکتانسی تک فاز تشکیل شده است که بر روی یک محور رتور قرار گرفته‌اند و محورهای مغناطیسی آنها نسبت به یکدیگر اختلاف زاویه دارند. رتور یک موتور سه طبقه ساده در شکل (۸-۲-۱) نشان داده شده است. این رتور، از سه رتور دو قطبی تشکیل شده است که مسیر با حداقل مقاومت مغناطیسی آن در راستای زاویه قرار دارد. در زبان موتورهای پله‌ای، هر یک از این

شکل (۸-۲-۱): رتور یک موتور پله‌ای رلوکتانس متغیر سه تکه، دو قطب مقدماتی

رتورهای دو قطبی، به رتور دو دندانه‌ معروف هستند. حال یکی از این رتورها را به تنهایی در نظر بگیرید. هر رتور دارای یک استاتور تک فاز با محور مغناطیسی خاص آن است. در شکل (۸-۲-۱)، این رتورها با حروف b,z و c مشخص شده‌اند. استاتورهای هر یک از این رتورها به طور مجزا در شکل (۸-۲-۲) نشان داده شده است؛ استاتور با سیم‌پیچ این رتورها به طور مجزا در شکل (۸-۲-۲) نشان داده شده است؛ استاتور با سیم پیچ as با رتورa، استاتور با سیم پیچ bs با رتور b و . . . در ارتباط است. در اینجا باید نکات زیادی را بررسی کنیم. اول آنکه هر یک از این استاتورهای تک فاز، دو قطبی است و دارای ساختمانی شبیه ماشینهای dc با دو سیم‌پیچ روی دو قطب خود می‌باشد. در حالت خاص، جهت مثبت جریان از سر as1 وارد و از سر ۱َas خارج می‌شود. سپس به متصل می‌گردد که جهت مثبت جریان سیم پیچ دوم، از سر به است. اگرچه در شکل (۸-۲-۲)، سیم‌پیچها با دوایر و مشخص شده‌اند، ولی هر کدام از کلافهای سیم پیچ استاتور از Ns/2 دور تشکیل شده‌اند که هر دو کلاف و دارای تعداد دور یکسانی هستند. حال می‌خواهیم نکته مهم دیگری را بررسی کنیم. تا کنون زاویه (یا ) در رتور قطب برجسته، زاویه بین محور رتور و محور as استاتور با مسیر حداکثر مقاومت مغناطیس بود (به عنوان مثال، شکلهای (۴-۵-۱)، (۴-۵-۴) و (۶-۲-۱))، ولی در شکل (۸-۲-۲) زاویه با مسیر حداقل مقاومت مغناطیسی معمول و استاندارد است، در نتیجه از قاعده زاویه در ماشینهای سنکرون و رلوکتانسی تبعیت نمی‌کنیم.

شکل (۸-۲-۲): ساختمان استاتور موتور پله‌ای رلوکتانس متغیر سه تکه، دو قطب مقدماتی
اغلب در موتورهای پله‌ای، هر تکه را یک فاز می‌نامند. به عبارت دیگر یک ماشین سه تکه به نام ماشین سه فاز معروف است. البته این نام ممکن است باعث گمراهی شود؛ زیرا ماشینهای سه فاز را جزء سیستمهای سه فاز ac می‌دانیم. با توجه به اینکه در موتورهای پله‌ای، عملکرد آنها براساس قطع و وصل ولتاژ از یک سیم‌پیچ به سیم‌پیچ دیگر استاتور استوار است، در نتیجه این نوع موتورها را می‌توان از ماشینهای dc مجزا دانست. اگر چه تعداد تکه‌های (فازهای) یک موتور پله‌ای از سه فاز بیشتر است و گاهی به ۷ فاز هم می‌رسد، ولی تحلیل موتورهای پله‌ای رلوکتانس متغیر سه فاز معمول می‌باشد. پس در موتورهای پله‌ای، تعبیر ما از کلمه فاز باید تغییر کند.
قبل از بیان معادلات این موتورها، بررسی کنیم که آیا از نحوه عملکرد این ماشینها درک درستی پیدا کرده‌ایم. بر این اساس، ابتدا فرض می‌کنیم که سیم پیچهای bs و cs مدار باز هستند و یک ولتاژ ثابت dc (که یک جریان dc را تولید می‌کند) به سیم پیچ as اعمال می‌شود. با توجه به اینکه سیستمهای مغناطیسی این موتور سه فاز مجزا هستند، لذا سیم‌پیچها با یکدیگر هیچ گونه تزویج مغناطیسی ندارند. هنگامی که فقط سیم پیچ ac تحریک می‌شود، شار مغناطیسی ایجاد شده فقط در جهت محور ac می‌باشد. از مطالب فصل دوم متوجه می‌شویم که بر طبق شکل (۸-۲-۱)، مسیر با حداقل مقاومت مغناطیسی هنگامی است که محور فاز a رتور با محور as استاتور در یک راستا باشد. در این شرایط، یک نقطه تعادل با گشتاور بار صفر ایجاد می‌شود و زاویه در تمام قسمتهای شکل (۸-۲-۲) یکسان است که مقدار صفر یا ۱۸۰ درجه می‌باشد و برای بحث ما آسانتر است که زاویه صفر درجه را در نظر بگیریم. (اگر به طور لحظه ای جهت جریان ias عوض شود، چه اتفاقی برای رتور به وجود می‌آید؟)
موتورهای پله‌ای به منظور تبدیل اطلاعات دیجیتال (گسسته) به تغییر در موقعیتهای زاویه‌ای به کار می‌روند. یکی از موارد کاربرد این موتورها در دستگاههای چاپگر و روباتها است. حال نحوه ایجاد تغییر وضعیت در این موتورها چگونه است؟ برای این منظور، تغذیه سیم پیچ as به طور لحظه‌ای قطع می‌شود و فوراً جریان dc در سیم پیچ bs جاری می‌گردد. در این وضعیت، مسیر با حداقل مقاومت مغناطیسی در راستای محور سیم‌پیچ bs استاتور قرار می‌گیرد و در نتیجه رتور در جهت عقربه‌های ساعت از موقعیت ْ۰= به
ْ۶۰-= می‌چرخد. توجه کنید که محور mmf، از محور مثبت as به محور مثبت bs منتقل می‌شود؛ به عبارت دیگر، محور mmf به مقدار ْ۱۲۰ درخلاف جهت عقربه‌های ساعت به چرخش در می‌آید ولی رتور در جهت عقربه‌های ساعت و به مقدار ْ۶۰ می‌چرخد. به نظر می‌رسد که اشتباهی رخ داده است. همان‌گونه که از فصل چهارم می‌دانیم، در صورتی که به سیم‌پیچهای شکل (۸-۲-۲) جریانهای سینوسی با توالی abc تزریق شود، یک mmf شکاف هوایی ایجاد می‌گردد که در خلاف جهت عقربه‌های ساعت به چرخش در می‌آید. به عبارت دیگر، ابتدا mmf شکاف هوایی در جهت مثبت محور as و سپس در جهت محورهای bs و cs ایجاد می‌شود. اما در موتورهای پله‌ای رلوکتانس متغیر خواهیم دید که جهت چرخش می‌تواند در جهت mmf و یا در خلاف جهت mmf دوار شکاف هوایی باشد و این موضوع به تعداد فازها (طبقات رتور)، تعداد قطبهای استاتور (که توسط سیم‌پیچهای استاتور ایجاد می‌گردد) و تعداد دندانه‌های رتور بستگی دارد.
اگر به جای اعمال ولتاژ به سیم‌پیچ bs، ولتاژ به سیم‌پیچ cs اعمال شود، مطابق شکل (۸-۲-۲) رتور از موقعیت ْ۰= به زاویه ْ۶۰= در خلاف جهت عقربه‌های ساعت به چرخش در می‌آید. بنابراین با اعمال ولتاژ dc به طور مجزا به سیم‌پیچهای …,as,cs,bs,as رتور با پله‌های ْ۶۰ در جهت عقربه‌های ساعت به چرخش در می‌آید. برای چرخش (تغییر پله‌ای) رتور در دو جهت، نیاز به یک رتور حداقل سه فازه (سه تکه) می‌باشد.
قبل از بیان بعضی مفاهیم در مورد موتور پله‌ای، درباره اعمال ولتاژ به سیم پیچها بیشتر توضیح می‌دهیم. اگر در شکل (۸-۲-۲) به هر دو سیم پیچ as و bs ولتاژی اعمال شود، چه اتفاقی پیش می‌آید؟ به عبارت دیگر با تغذیه سیم پیچ as، رتور در زاویه ْ۰= قرار می‌گیرد و سپس بدون قطع منبع as، سیم پیچ bs نیز تغذیه می‌شود. در این حالت، رتور در جهت عقربه‌های ساعت از زاویه ْ۰= به زاویه ْ۳۰-= منتقل می شود. در نتیجه موقعیت پله‌های رتور به نصف تقلیل می‌یابد که به این نحوه کارکرد موتور، عملکرد نیم‌پله‌ای می‌گویند.
اکنون زمان آن است تا بعضی تعاریف موتور پله‌ای را بیان کنیم. در این موتور، تعداد دندانه‌های رتور هر تکه را با RT و تعداد دندانه‌های استاتور در هر تکه را با ST نشان می‌دهیم. به عنوان مثال، در شکلهای (۸-۲-۱) و (۸-۲-۲) تعداد دندانه‌های رتور و استاتور هر فاز، ۲ عدد است و بنابراین ۲RT=St= می‌باشد. معمولاً در موتورهای پله‌ای رلوکتانس متغیر چندتکه، مقادیر RT و ST با یکدیگر مساوی می‌باشند. همچنین تعداد تکه‌های (فازهای) هر موتور، با N نشان داده می‌شود که به عنوان مثال در این موتور ۳=N است. اکنون زاویه دندانه را با TP نشان می‌دهیم که به صورت زاویه بین دو دندانه متوالی تعریف می شود. در شکل (۸-۲-۲)، ْ۱۸۰=TP می‌باشد. پس می‌توان نوشت:
(۸-۲-۱)
تعریف دیگری که در موتورهای پله‌ای وجود دارد، طول پله‌ای می‌باشد که با SL مشخص می‌گردد. مقدار SL بیانگر زاویه چرخش رتور در هنگام تغییر در وضعیت تحریک سیم‌پیچ استاتور (ولتاژ dc) از یک فاز به فاز دیگر است. در شکل (۸-۲-۲) مقدار SL برابر ۶۰ درجه می‌باشد. در این شکل، اگر هر فاز به طور مجزا تحریک شود، رتور از محور as به bs و سپس cs و.‌.‌. تغییر زاویه می‌دهد که این زاویه چرخش با زاویه دندانه برابر است. به عبارت دیگر، حاصل ضرب تعداد تکه‌ها (فازها) در طول پله‌ای رتور، برابر زاویه دندانه است.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط