دانلود تحقیق دینام

دینام دستگاهی که نیروی مکانیکی را به نیروی الکتریکی تبدیل کند و بالعکس .

ژنراتورها وموتورهای الکتریکی مقدمه: ژنراتورها و موتورهای الکتریکی گروه از وسایل استفاده شده جهت تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی یا برعکس .

توسط وسایل الکترومغناطیس هستند .

یک ماشینی که انرژی الکتریکی به مکانیکی تبدیل می کند موتورنام دارد.و ماشینی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند ژنراتور یا آلترناتور یامتناوب کننده یا دینام نامیده می شود .

دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکردموتورهاوژنراتور ها وجود دارد.

اولین اصل فیزیکی اصل القایی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فارادی دانشمند بریتانیایی است.

اگر یک هادی در میان یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یک حلقه ی القایی ساکنی جهت تغییر استفاده شود.

یک جریان ایجاد می شود یا القا می شود در کنتاکنتور بحث این اصل این است که در مورد واکنش الکترومغناطیسی بحث می کند و این که این واکنش در ابتدا توسط آندر مری آمپر در سال 1820 که دانشمند فرانسوی است کشف شد.اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفتند عبور کند .

میدان نیروی مکانیکی بر آن وارد می کند .

ساده ترین ماشینی های دیناموالکتریک دیسک دینامیکی است که توسعه یافته توسط افرادی است که آن شامل یک صفحه ی مسی پیچیده شده است.

که این پیچش از مرکز تالبه وجود دارد .و بین قطبهای یک آهنربای سمبر اسبی است .

وقتی دیسک می چرخد یک جریان بین مرکز دیسک ولبه ی آن توسط عملکرد میدان آهنربا القا می شود که دیسک یا صفحه میتواند ساخته شود.

جهت عمل کردن به عنوان یک موتور توسط بکار بردن یک ولتاژ بین لبه ی دیسک و مرکزش که این به علت چرخش دیسک به دنده بدلیل نیروی تولید شده توسط واکنش مغناطیس است .

میدان مغناطیسی آهن ربای دائم به اندازه ی کافی برای کار کردن کافی است .

که حتی به عنوان یک موتور یا دینام کوچک بکار می رود ( کار می کند).

در نتیجه برای ماشین های بزرگتر آهنربای بزرگتری بکار می رود.

هم موتور ها وهم ژنراتورها دارای دو اصل هستند : قسمتها ومیدان که آهنربای الکترومغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتور حمایت می کند و کار قطع میدان مغناطیسی وحمل جریان القا شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است.

آرمیچر معموﻸ هسته ی نرم آهنی اطراف سیم های القایی که دور سیم پیچ ها پیچیده شده اند است.

موتور های AC: دو نوع اساسی موتور ها طراحی شده اند برای عمل کردن بر روی جریان متناوب پولی فاز موتور های سنکرون و موتور های القایی موتور های سنکرون اساسآ یک تناوب گر(آلترناتور) سه فاز است که بصورت معکوس کار می کند.

آهنربا های میدان روی رتور پیچیده شده اند توسط جریان مستقیم تحریک شده اند و سیم پیچ آرمیچر به سه قسمت تقسیم می شود و با جریان متناوب سه فاز تغذیه می شوند .

تغییر موج های سه فاز جریاندر آرمیچر واکنش متغییر مغناطیس را با قطبهای آهنربا های میدان سبب می شوند.

و چرخش میدان با یک سرعت ثابت که ای سرعت ثابت توسط فرکانس جریان در خط قدرت AC تعیین می شود را سبب می گردند سرعت موتور سنکرون در وسایل خاصی سودمند است.

همچنین در کاربدهایی که بار مکانیکی روی موتور خیلی زیاد می شود و نیز موتور های سنکرون نمی توانند استفاده شوند.

بخاطر اینکه اگر موتور سرعتش کاسته شود تحت بار آن یک مرحله عقب می ماند .

در واقع یک پله کاسته می شود با فرکانس جریان و منجر به توقف موتور می شود موتور های سنکرون می توانند ساخته شوند برای عملکرد از یک منبع قدرت تک فاز توسط با شاکل شدن عناصر مدار مناسب که یک میدان مغناطیسی چرخش را سبب می شود ساده ترین موتور های الکتریکی نوع قفس سنجابی موتور های القایی استفاده شده باید یک تغذیه سه فاز می باشد استاتور یا ارمیچر ساکن از موتور قفس سنجابی شامل سه سیم پیچ ثابت مشابه با آرمیچر موتور سنکرون می باشد عصر چرخشی متشکل از یک هسته: در قسمتی که یک سری از کنتاکتور ها سنگین نظم داده ومنظم شده اند وقرار گرفته اند بصورت یک دایره در اطراف شافت (میله) و موازی با آن برداشتنی هستند کنتاکتور های روتور به شکل قفسه ای استوانه ای و مشابه به ان استفاده می شوند بصورت سنجابی (کار می کنند) جریان سه فاز در سیم پیچ های استاتور جاری می شوند و یک میدان مغناطیسی چرخشی تولید می کند.

این میدان یک جریان در کنتاکتور های نوع قفسه ای القا می کند .

واکنش مغناطیسی بین میدان چرخشی و کنتاکتور های حامل جریان روتور روتور را به حرکت در می اورند.

اگر روتور دقیقآ با سرعت یکسانی به مانند میدان مغناطیسی بچرخد هیچ جریانی در آن القا نخواهد شد.

و از این رو روتور با سرعت سنکرون نباید به حرکت دراید.

در عمل سرعتهای چرخش روتور و میدان در حدود 2 تا 5 درصد با هم تفاوت دارند.

این تفا وت سرعت بعنوان لغزش معروف است.

متور ها با روتور های قفس سنجابی می توانند استفاده شوند روی جریان متناوب تکفاز بوسیله نظم های مختلفی از القا و ظرفیت و بر اساس این دو مورد که ولتاژ تکفاز را اصلاح می کند و تغییر می دهد و آن را به ولتاژ فاز تبدیل می کند چنین موتور هایی بعنوان موتور های فاز شکاف (Spelat Phase) مشخص و معروفند یا موتور های تعدیل کننده یا کند از سر(متور های خازنی) بر اساس نظم و ترتیب آن ها استفاده می شوند.

موتور های قفس سنجابی تکفاز گشتاور شروع(راه اندازی) زیادی ندارند.

و برای به کار انداختن در حالی که گشتاور زیاد است موتور های خنثی القایی استفاده می شود .

یک موتور خنثی القایی ممکن است از نوع فاز شکاف باشد.

یا از نوع تعدیل کننده اما یک سوئیچ یا اتو ماتیک یا دستی دارد که اجازه می دهد جریان بین جاروبک های کموتاتور وقتی موتور شروع به حرکت می کند.

جاری شود و اتصالات کوتاه همه اجزای کموتاتور بعد از اینکه موتور به یک سرعت تقسیم می شوند .

موتور های دفع القایی یا خنثی القایی به ای خاطر نامیده شده اند .

که گشتاور راه اندازیشان وابسته است به دفع بین روتور و استاتور و گشتاورشان در زمان راه اندازی وابسته است به القا موتورهای سیم پیچی شده ی سری با کموتاتور ها که بر روی جریان متناوب با جریان مستقیم عمل می کنند.

موتور های یونیورسال نامیده می شوند.

آن ها معمولآ فقط در اندازه های کوچک ساخته می شوند و معمولآ در مصارف خانگی کاربرد دارند.

آلتر ناتور های جریان متناوب(AC)(آلتر ناتور ها) ژنراتوها: همانتور که در بالا گفته شد یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور تولید خواهد کرد که یک جریان الکتریکی که متناوب می شوند.در مسیر همانطور که آرمیچر می چرخد چنین جریان متناوبی مزیت زیادی دارد .

برای اتقال توان الکتریکی و از این رو بشترین ژنراتور های اللتریکی بزرگ از نوع AC هستند.در ساده ترین شکلش یک ژنراتور AC فقط در دو حالت خاص فرق می کند با ژنراتور DC پایانه های سیم پیچ آرمیچرش بیرون هستند.

برای حلقه های لغزان جزئی شده جامد روی شافت(میله)ژنراتو بجای کموتاتور و سیم پیچ های میذان توسط یک منبع DC خارجی تغذیه انرژی می شوند.

تا اینکه توسط خود ژنراتور این کار انجام می شود.

ژنراتور های AC سرعت پایینی با تعداد زیادی در حدود 100 قطب ساخته می شوند.

هم برای بهبود بازده شان و هم برای دست یافتن به فرکانس دلخواه به آسانی.

آلترناتور ها با توربین های سرعت بالا راه اندازی می شوند.

همچنین اغلب ماشین های دو قطبی هستند.

فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتو AC مساوی است با نیمی از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرمیچر در هر ثانیه.

اغلب مطلوب است در مورد ژنراتور که واتژ بالایی وجود داشته باشد و آرمیچر های در حال چرخش در چنین کاربرد هایی صرف عمل نمی کنند.

بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبکها و حلقه های لغزان و خطر شکستهای مکانیکی که ممکن است سبب اتصال کوتاه شود .

آلترناتور ها بنا بر این با یک سیم پیچ ساکن که بدور یک روتور می چرخد .

و این روتور شامل تعدادی اهنربای مغناطیسی میدان هستندساخته می شوند اصل عملکرد آنها دقیقآ مشابه عملکرد ژنراتور های AC توصیف شده اند.

بجز اینکه میدان مغناطیسی(نسبت به کنتاکتور های آرمیچر) به حرکت در می ایند.

جریان تولید شده توسط آلترناتور های توصیف شده در بالا به یک پیک می رسد و به صفر ختم می شوند و به یک پیک منفی افت می کنند.

و دوباره به سمت صفر می آیند.

و در چند زمان در واقع چندین بار در هر ثانیه بسته به فرکانس که ماشین طراحی شده چنین جریان را جریان متناوب تکفاز نامیده اند.

همچنین اگر آرمیچر در داخل دو سیم پیچ قرار گیرد.

که این سیم پیچ ها از زاویه ها و گوشه های راست یکدیگر کشیده شده اند و با اتصالات خارجی مجزا تهیه شده اند.

دو موج جریان تولید خواهد شد.

هر کدام در ماکزیممش خواهد بود وقتی که دیگری به صفر برسد .چنین جریانی را جریان متناوب سه فاز نامیده اند.

اگر سه سیم پیچ ارمیچر با زوایای 120درجه با یکدیگر قرار گیرند جریان به شکل موج سه برابر و کریپل تولید خواهد شد که به آن جریان متناوب سه فاز گفته می شود.

یک تعداد زیادتری از فازها ممکن است با افرایش تعداد سیم پیچها بدست آمده باشند و گرفته شوند در ارمیچر اما در مهندسی برق مدرن جریان متناوب سه فاز بسیا پر کاربرد است و آلترناتور سه فاز ماشینی دینامو الکتریکی است که بطور کلی برای تولید قدرت الکتریکی (یا توان الکتریکی) بکار می رود.

ولتاژ خای بالای 13200 در آلترناتور ها رایج ترند.

انواع موتورهای الکتریکی موتورهای DC : یکی از اولین موتورهای دوار، اگر نگوییم اولین، توسط میشل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه ور بود، می شد.

یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود.

وقتی که جریانی از سیم عبور می کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می آمد و نشان می داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایرهای اطراف سیم می شود.

این موتور اغلب در کلاس های فیزیک مدارس نشان داده می شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه، از آب نمک استفاده می شود.

موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است.

یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند.

سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است.

معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپ ها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می شود.

بدلیل اینکه این نوع از موتور می تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می کنند.

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیت ها ناشی از نیاز به جاروبک هایی برای اتصال به کموتاتور است.

سایش جاروبک ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می کند و هرچه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک ها می بایست محکم تر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند.

نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می کند و به این معنی است که جاروبک ها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می کنند.

اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می کند.

این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچ ها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور DC را میتوان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد.

با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم.

اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت.

می توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر، جریان میدان را کمتر هم کنیم.

این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده آل است و کاربرد این تکنیک می تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای خطی یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد.

موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله ای اند.

می توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می کند.

یک موتور خطی در واقع یک موتور الکتریکی است که استاتورش غیر استوانه شده است تا به جای اینکه یک گشتاور چرخشی تولید کند، یک نیروی خطی در راستای طول استاتور ایجاد کند.

طرح‌های بسیاری برای موتورهای خطی ارائه شده است که می‌توان آنها را به دو دسته تقسیم کرد: موتورهای خطی شتاب بالا و شتاب پایین.

موتورهای شتاب پایین برای قطارهای مگلیو و دیگر کاربردهای حمل و نقلی روی زمین مناسب هستند.

موتورهای شتاب بالا معمولاً خیلی کوتاه هستند و برای شتاب دادن به جسمی تا سرعت بسیار زیاد و سپس رها کردن آن به کار می‌روند.

این موتورها معمولاً برای مطالعات برخورد سرعت بالا به عنوان تسلیحات نظامی یا به عنوان راه‌اندازنده جرمی برای پیشرانه فضاپیما به کار می‌رود.

موتور خطی‌ای که برای شتاب دادن به یون ها یا ذره‌های زیر اتمی به کار می‌رود، یک شتاب دهنده ذره نامیده می‌شود.

با نزدیک شدن ذره‌ها به سرعت نور، طراحی موتورها معمولاً متفاوت می‌شود و این ذره‌ها نیز عموماً داری بار الکتریکی هستند.

شتاب پایین ایده موتور خطی اولین بار توسط پرفسور اریک لیتویت از کالج امپریال در لندن مطرح شد.

در طرح وی و در اکثر طرح‌های شتاب پایین، نیرو توسط یک میدان مغناطیسی خطی سیار که بر روی هادی‌ها موجود در میدان عمل می‌کند، ایجاد خواهد شد.

در هر هادی‌ چه یک حلقه، چه یک سیم‌پیچ یا یک تکه از فلز تخت که در این میدان قرار گیرد جریان‌های گردابی القا شده وجود خواهد داشت و بنابراین یک میدان مغناطیسی مخالف را ایجاد خواهد کرد.

دو میدان مغناطیسی همدیگر را دفع خواهند کرد و بنابراین جسم هادی را از استاتور دور خواهند کرد و آن را در طول جهت میدان مغناطیسی سیار حمل خواهند کرد.

به علت این ویژگی‌ها، موتور خطی اغلب در پیشرانه قطار مگلیو به کار می‌رود هر چند که می‌توان صرف نظر از پرواز مغناطیسی از آنها استفاده کرد، مانند استفاده در فن‌آوری انتقال پیشرفته و سریع نور که در سیستم ترن آسمانی ونکوور ، Scarborough RT تورنتو، ترن هوایی فرودگاه JGK نیویورک و Putra RTL کووالالامپور به کار می‌رود.

از این فن‌آوری با تغییراتی در برخی از قطار‌های بازی نیز استفاده می‌شود.

موتورهای خطی عمودی نیز برای مکانیسم‌های بالابر در معدن های عمیق پیشنهاد شده است.

شتاب بالا موتورهای خطی شتاب بالا برای کاربرهای متعددی پیشنهاد شده‌اند.

به علت اینکه مهمات ضد زرهی کنونی بایستی گلوله‌های کوچکی با انرژی جنبشی بسیار بالا باشند یعنی دقیقاً آنچه که این موتورها فراهم می‌کنند، از آنها به عنوان تسلیحات استفاده شده‌ است.

این موتورها همچنین برای استفاده در پیشرانه فضا پیماها به کار گرفته می‌شود.

در چنین شرایطی به این موتورها راه‌اندازهای جرمی گفته می‌شود.

ساده‌ترین روش استفاده از راه‌انداز جرمی برای پیشرانه فضا پیما، ساخت یک راه‌انداز جرمی بزرگ است که بتواند محموله را تا سرعت گریز شتاب دهد.

طراحی موتورهای شتاب بالا به دلایل متعددی مشکل است.

آنها مقادیر بزرگ انرژی را در مدت زمان کوتاه نیاز دارند.

که برای هر پرتاب در فضا نیاز به 300GJ در مدت زمان کمتر از یک ثانیه دارد.

ژنراتورهای الکتریکی معمولی برای چنین نوع از باری طراحی نشده‌اند اما روش‌های ذخیره انرژی الکتریکی کوتاه مدت را می‌توان مورد استفاده قرار داد.

خازن ‌ها پر حجم و گران هستند اما می‌توانند به سرعت مقادیر بزرگ انرژی را فراهم کنند.

ژنراتورهای هم قطب را می‌توان برای تبدیل سریع انرژی جنبشی یک چرخ طیار به انرژی الکتریکی به کار برد.

موتورهای خطی شتاب بالا نیازمند میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی‌ای نیز هستند، در واقع میدان‌های مغناطیسی اغلب آنقدر قوی اند که اجازه استفاده از ابر رساناها را نمی‌دهند.

اما با طراحی دقیق می‌توان این مشکل را حل کرد.

دو طرح متفاوت پایه‌ای از موتور‌های خطی شتاب بالا ابداع شده است: تفنگ‌های ریلی و تفنگ های کویلی.