موتور های یونیورسال چیست ( UNIVERSAL Motor )
موتور universal موتوری میباشد که ممکن است با جریان مستقیم و یا با جریان متناوب تغذیه شود و سرعت و خروجی یکسان داشته باشد اصولا ساختمان این موتور ها مانند موتورهای ساختمان موتورهای سرس DC می باشند . اصولا این موتور به خاطر سرعت زیاد خود،به ازای هر کیلوگرم وزن،قدرتی بیشتر از سایری موتورهای جریان متناوب( AC ) دارد و مشخصه های آن،هم در جریان متناوب و هم در جریان مستقیم مانند موتور سری میباشد.سرعت بی باری آن زیاد و در حدود ۲۰۰۰۰ دور در دقیقه است و از این رو آرمیچر آن به گونه ای طراحی میشود که در چنین سرعت هایی آسیبب نبیند , معمولا سرعت این موتورها در بار کامل (Full Load) بین ۴۰۰۰ تا ۱۶۰۰۰ دور در دقیقه و در کمتر از بار نامی تا ۲۰۰۰۰ دور در دقیقه می باشد , سیم پیچی آرمیچر موتور های یونیورسال از نوع حلقوی ساده میباشد.
موتور های یونیورسال در تمیز کننده ها و پاک کننده های خلایی ( جارو برقی ) که سرعت موتور با سرعت بار یکسان است ودر جایی که سرعت موتور به وسیله چرخ دنده ها تقلیل داده میشود مانند مخلوط کننده های مایعات و غذا، مته ها ( دریل ها ) ، وسایل برقی خانگی نظیر آسیاب ، مخلوط کن ، چرخ گوشت ، چرخ خیاطی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد .
ساختمان موتور های یونیورسال به دو صورت ساخته میشوند :
- نوع قطب متمرکز یا جبران نشده
- نوع جبران شده با میدان گسترده
موتور قطب متمرکز دارای دو قطب برجسته یا آشکار بوده وعینا شبیه موتور سری جریان مستقیم دوقطبی است.هسته آن ورق ورق شده با ضخامت ۰٫۲۵تا ۰٫۵میلیمتر است . آرمیچر این موتور ها شامل یک هسته ورق ورق شده با ضخامت ۰٫۲۵ تا ۰٫۵ میلیمتربا شیار مستقیم یا مورب و یک کلکتور می باشد.
موتورهایی که از نوع میدان گسترده جبران شده هستند دارای یک هسته استاتور مشابه با هسته استاتور یک موتور با فاز جداگانه موقتی و یک آرمیپر سیم بندی شده مشابه با آرمیچر یک موتور جریان مستقیم کوچک می باشد. سیم بندی جبران کننده جهت کاهش و یا تضعیف ولتاژ القایی ترانسفورماتوری ایجاد شده توسط جریان متناوب بکار می رود. این ولتاژ راکتانسی از فوران متناوب ناشی از عمل ترانسفورماتوری است و هم چنین استفاده از زغال های پراهم کمک موثری در کاهش راکتانس داشته و کموتاسیون را بهبود میبخشد .
شکل های )الف و ج) زیر مدار الکتریکی موتورهای یونیور سال با سیم بندی متمرکز وشکل های ( ب و د ) موتور یونیورسال رل با سیم بندی جبرانگر را نشان میدهند .
طرز کار موتور های یونیورسال :
شکل زیر یک موتور سری دوقطبی یا یونیور سال را نشان میدهد و ازآنجایی که در موتور سری ،جهت گشتاور توسط دو عامل یعنی جهت جریان سیم پیچ و جهت جریان آرمیچر تعیین می شود پس یک موتور DC سری اگر به منبع جریان متناوب وصل سود در یک جهت به چرخش در آمده ، به کار خود ادامه می دهد .
چون یک جریان از سیم پیچی تحریک سیم پیجی آرمیچر میگذرد از این رو تغییرات جریان متناوب از مثبت به منفی و برعکس همزمان روی پلاریته میدان و جهت جریان در سیم پیچی آرمیچر اثر خواهد گذاشت . شکل فوق یک موتور یونیورسال را نشان میدهد که گشتاور باعث چرخش آرمیچر آن در جهت خلاف عقربه ساعت می گردد.
در شکل ۱ ترمینال های بالا و پایین به ترتیب مثبت ومنفی بوده و قطب های بالا و پایین به ترتیب N و S می باشند با عبور جریان از طرف راست به چب در آرمیچر علامت های ضربدر و نقطه را در دایره ها به وجود می آورد , طبق قانون دست چب باز جهت چرخش رتور در جهت مخالف عقربه های ساعت می باشد . موقعی که نیم سیکل دوم پلاریته ترمینال ها عوض میشود نقطه های بالا و پایین به ترتیب S و N می شوند و در این حالت جهت جریان در آرمیچر از چب به راست می باشد و در این وضعیت علامت نقطه و ضربدر در دایره ها عوض میشود و در جهت گردش آرمیچر ثابت می ماند .
مشخصه سرعت گشتاور :
مشخصه سرعت موتورهای یونیورسال با جریان DC و جریان AC روی هم قرار نمی گیرد و دربعضی از موتورها سرعت در جریان AC همیشه بیشتر از سرعت با جریان DC می باشد , در صورتی که برخی دیگر از این موتور ها سرعت با جریان ac کمتر از سرعت با جریان dc بوده و همچنین دو منحنی سرعت گشتاور با برق dc و ac بین بی باری و بار کامل یکدیگر را قطع مینمایند , البته عواملی که باعث ایجاد این مشخصه ها می شوند در موتور یونیورسال با جریان dc عبارتند از :
- افت مقاومتی میدان تحریک و آرمیچر که باعث افزایش بار سرعت را کم می کند .
- عکس العمل آرمیچر که با بفزایش با تمایل به افزایش سرعت دارد .
موقعی که از جریان ac استفاده می شود افت ولتاژ راکتانسی نیز وجود دارد که با افزایش بار سرعت را کاهش می دهد . دراین حالت ولتاژ موثر موتور کاهش یافته و به تبع آن سرعت نیز کاهش می یابد , پس افزایش یا کاهش سرعت موتور یونیورسال بستگی به عوامل فوق دارد .
شکل زیر مشخصه سرعت گشتاور موتور یونیورسال را با جریان های dc & ac نشان می دهد .
تغییر دادن جهت چرخش :
موتورهای یونیورسال از نوع قطب متمرکز یا قطب برجسته را میتوان با معکوس کردن جهت عبور جریان از هر یک از سیم پیچ های آرمیچر یا میدان تحریک معکوس شود روش معمولی تغییر دادن سرهای سیم های واقع روی نگهدارنده ی جاروبک ها دو سر آرمیچر می باشد.
در موتور های با قطب های گسترده جبران شده،یی توان با تغییر دادن هر یک از سرسیم های سم پیچ های آرمیچر یا میدان و یا جاروبک ها برخلاف جهتی که موتور در آن جهت خواهید چرخید جهت جرخش ا عوض کرد , مقدار جابجایی جاروبک ها برای تغییر دادن جهت چرخش در حد چند تیغه کلکتور است .
کنترل سرعت موتور UNIVERSAL :
روشهای زیر برای کنترل سرعت موتور یونیورسال بکارمی رود :
روش مقاومت : همانطور که در شکل زیر میبینید یک مقاومت متغیر مانند R به طور سری با موتور قرار گرفته و کنترل می شود , مانند موتور چرخ خیاطی که با پدال پایی مقدار مقاومت ودر نتیجه سرعت کنترل می شود .
روش میدان منشعب : در این روش یک قطب میدان در نقاط مختلف منشعب شده و به وسیله تغییر دادن شدت میدان سرعت کنترل میشود مانند شکل زیر .
استفاده از مدار الکتریکی نیم موج و کنترل کننده سرعت تمام موج .
مدار های سه فاز :
در کشورهای صنعتی ، سه فاز روش عمومی انتقال توان الکتریکی است , این سیستم در واقع نوعی از سیستم چند فاز است در نیروگاههای برق یک ژنراتور الکتریکی توان مکانیکی را به یک دسته از جریانهای الکتریکی متناوب تبدیل می‌کند که از هر کدام از سیم پیچهای الکترومغناطیسی یا سیم پیچ های ژنراتور تولید میشوند . جریان ها همگی توابعی سینوسی از زمان هستند و همگی دارای فرکانسی مشابه اما با زاویه‌های متفاوت. در یک سیستم سه فاز ، زاویه ها دارای اختلاف ۱۲۰ درجه‌ای (که حداکثر جداسازی ممکن بین زاویه‌هاست) هستند . فرکانس معمولاً در اروپا ۵۰ هرتز و در ایالات متحده ۶۰ هرتز است لیست کشورها به همراه پریزهای خطوط برق ، ولتاژها و فرکانسها را مشاهده کنید.) سه فاز معمولاً توسط رنگها نشانه گذاری شده‌اند، که بطور سنتی قرمز ، زرد و آبی هستند.
خروجی ولتاژ ژنراتورها از چند صد ولت تا بالای ۲۰۰۰۰ ولت تغییر می‌کند این ولتاژ معمولاً توسط یک ترانسفورماتور به یک سطح ولتاژ بالاتری تبدیل میشود, علت این افزایش ولتاژ هم کاهش تلفات است و توان برابر حاصلضرب ولتاژ و جریان است، بنابراین برای یک توان داده شده اگر شما ولتاژ را افزایش دهید جریان کاهش می‌یابد .
تلفات گرمایی
تلفات گرمایی در یک خط انتقال با مجذور جریان متناسب است و در نتیجه اگر شما جریان را نصف کنید، تلفات یک چهارم میشود. به همین علت برخی از خطوط انتقال در سطح ولتاژی بیش از ۵۰۰،۰۰۰ ولت کار می‌کنند.
در انتهای خط انتقال ، یک پست برق یا یک ترانسفورماتور ، برق را از ولتاژ زیاد خطوط انتقال به سه جریان متغیر سینوسی با ولتاژ ۱۲۰ ولت (در ایالات متحده) یا ۲۳۰ ولت (در اروپا) جریان متناوب (Vac) تبدیل می‌کند. سپس این برق از طریق چهار سیم به مدارات مصرف کننده‌ها در یک تابلوی فرمان اصلی ، ارائه میشود. یکی از سیمها خنثی است یا در منبع برق زمین شده است، فازها یا سه خط دیگر ، برق را به نقطه مقصد یا ترانسفورماتورهای تغذیه می‌رسانند. با برقراری اتصال بین یک فاز و سیم خنثی ، ولتاژی معادل ۱۲۰ ولت متناوب (یا ۲۳۰ ولت متناوب) برای مدار متصل شده فراهم میشود.
شبکه انتقال توان به گونه‌ای طراحی شده است که هر فاز اندازه جریانی برابر را از خود عبور دهد، همه جریانهای برگشتی از مناطق مسکونی مصرف کننده‌ها به نیروگاه ، در جریان سیم خنثی سهیم هستند، اما سیستم سه فاز تضمین می‌کند که جمع جریانهای برگشتی تقریباً صفر است. اتصال بین دو فاز ولتاژی معادل ۳√ یا ۷۳/۱ برابر ولتاژ تک فاز را ایجاد می‌کند (۲۰۸ ولت متناوب در ایالات متحده ، ۴۰۰ ولت متناوب در اروپا) . شکل موجهای دارای اختلاف فاز ، با یکدیگر جمع میشوند تا یک پیک ولتاژی بالاتری را در شکل موج نهایی ایجاد کنند. چنین اتصالی را اتصال خط به خط می‌نامند و معمولاً با یک مدار شکن دو قطب صورت می‌گیرد. از این نوع اتصال بیشتر برای گرمکنها مانند یک گرمکن قرنیزی ۲ کیلو وات و ۲۰۸ ولت ، استفاده می‌کنند.
ولتاژهای استاندارد در آمریکا
ولتاژهای استاندارد دیگر موجود در آمریکای شمالی شامل ولتاژهای ۲۴۰ ولت فاز به فاز ، ۲۷۷/۴۸۰ ولت و ۳۴۷/۶۰۰ ولت میشود. ولتاژ فاز به زمین (سطح ولتاژ پایین تر) دو مورد آخر عموماً تنها برای روشنایی به کار می رود. ولتاژ ۶۰۰ ولت در کانادا بسیار بیشتر از آمریکا ، معمول است. در موتورهای سه فاز یا هواسازهای کارا (برای مثال اکثر بخش های York که بالای ۵/۲ تن هستند، سه فاز اند) هر سه فاز برق مورد استفاده قرار می‌گیرد، چرا که این بهترین راه انتقال مقادیر بزرگ توان الکتریکی است. گفتنی است که راه اندازی موتور ، توان بیشتری را نیاز دارد.
برخی دستگاه‌هایی ساخته شده‌اند که یک سه فاز مصنوعی را از یک برق تک فاز تپ وسط (۲۴۰ ولت متناوب در ایلات متحده ، با تفکیک زاویه ۱۸۰ درجه) ایجاد می کنند. این عمل با ایجاد یک “زیر فاز” سوم بین دو قطب انجام می شود که منجر به یک تفکیک فاز ۹۰=۹۰ ۱۸۰ درجه‌ای میشود. بسیاری از دستگاه‌های سه فاز بر این اساس کار می کنند، اما با یک فرکانس پایین‌تر. برخی اوقات برق تک فاز تپ وسط۲۴۰ ولت متناوب، به غلط برق “دو فاز” خوانده می شود. باید توجه شود که یک سیستم دو فاز سیستمی است که در آن دو ولتاژ دارای اختلاف ۹۰ درجه‌ای هستند.
برای مثال ، اگر یکی از ولتاژها برابر :
Cos 2п ) * ۶۰ ) و دیگری sin 2п ) * ۶۰t )
سیستم دو فاز
است، آنگاه شما یک سیستم دو فاز دارید که به عنوان سیستم عمود (یکی به عنوان بخش حقیقی و دیگری به عنوان بخش مهم ی در نظر گرفته می شود) نیز شناخته می شود. یک سیستم دو فاز به ازای ۱۲۰ ولت متناوب خط به خنثی تقریباً ولتاژی معادل ۷/۱۶۹ ولت متناوب خط به خط را ایجاد می‌کند. سیستمهای دو فاز تنها برای توان بالا به کار می‌روند چرا که آنها نیاز به سیم هایی به همان تعداد سیم های ارتباطی اتصال مثلث سه فاز دارند (برای مثال یکی برای سینوس ، یکی برای کسینوس و یک سیم مشترک) و نیز سیستم دو فاز مقدار انرژی یکسان را در هر یک از سه سیم توزیع نمی‌کند (اگر چه سینوس و کسینوس متعادل‌اند، اما سیم خنثی مانند دو تای دیگر نیست).
گفته میشود که یک سیستم دو فاز توان مختلط ایجاد می‌کند و چنین سیستمهایی در ولتاژهای پایین‌تر به کار می‌روند (برای مثال برای کاربردهای ارتباطی ، یا راه انداختن موتورهای پله‌ای و مانند این) و عموماً در سطح توان های بالا توزیع نشده‌اند.
در عمل ، اگر ما فازورهای یک سیستم دو فاز یا سه فاز را حول دایره واحد در صفحه مختلط رسم کنیم، دارای یک نوع از توان مختلط خواهیم بود. یک سیستم فاز شکسته (تپ ـ وسط) ۲۴۰ ولت متناوب ، وقتی که به صورت فازورها روی صفحه مختلط رسم شود، می تواند کاملاً در طول محور حقیقی وجود داشته باشد. در واقع ، این کمبود قابلیت توان مختلط است که توانایی یک سیستم تغذیه را برای تولید یک میدان دوار مغناطیسی تضعیف می‌کند و این میدان دوار مغناطیسی است که موجب گردش مؤثر موتورها میشود. چنین برقی (فاز شکسته) برای گرمایش خوب است، اما مثلاً برای گرداندن یک هوا ساز خیلی بهتر است تا از توان مختلط استفاده کنیم.
انواع اتصالات مدارهای سه فاز :
اتصال ستاره ستاره :
اتصال ستاره مثلث :
اتصال مثلث مثلث :
توان در سیستم های سه فاز :
