موتورهای سنکرون چیست؟
ژنراتور سنکرون: ژنراتور یا مولد جریان برق، دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. ژنراتورها انواع گوناگونی دارند که از جمله آن ها ژنراتور سنکرون است.
موتور سنکرون: عمل کردی معکوس ژنراتور سنکرون دارد؛ یعنی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. به موتور سنکرون، موتور هم زمان نیز گفته می شود.
توان موتورهای سنکرون: بزرگ تر مساوی ۵۰ کیلووات است؛ زیرا اگر توانی کمتر از این مقدار داشته باشند؛ فاقد صرفه اقتصادی خواهند بود.
مدار معادل موتور سنکرون: این مدار در شکل ۱ نمایش داده شده است. روشن است که مدار معادل ژنراتور سنکرون نیز مشابه شکل ۱ است؛ با این تفاوت که جهت جریان آن معکوس است.
- مدل آرمانی: مقاومت پیچه آرمیچر صفر است.
- مدل واقعی: مقاومت پیچه بزرگ تر از صفر است.
نمودار برداری موتور و ژنراتور سنکرون: شکل ۲ این نمودارها را نمایش می دهد. بنابر شکل ۲، در موتور سنکرون، میدان روتور (Bf) از میدان استاتور (Bs) عقب تر است.
معایب و مزایای موتورهای سنکرون
معایب:
۱- نیاز به منبع DC برای میدان تحریک: موتورهای سنکرون، نیازمند دو منبع جریان متمایز هستند؛ حال آن که موتورهای سنکرون، تنها با یک منبع جریان کار می کنند.
۲- راه اندازی، کنسروانیزاسیون و کنترل گران
۳- حساسیت موتور به اغتشاش سیستم: یعنی در صورت وجود نویز در سیستم، عمل کرد موتور دچار افت خواهد شد.
مزایای موتور سنکرون
۱- تنظیم آسان و ارزان ضریب توان با تغییر جریان
۲- بازده بالا
۳- سرعت ثابت از بی باری تا بار کامل
۴- صرفه اقتصادی بیشتر نسبت به موتورهای القایی در بارهای بالا و سرعت های پایین
کاربردها
۱- به کارگیری در سرعت های کاری کمتر از rpm۵۰۰ (۵۰۰ دور بر دقیقه) و توان های بیشتر از KW۶۰۰
۲- چرخاندن پمپ های بزرگ، کمپرسورها، قرقره ها، غلطک ها، ماشین های سنگ شکن و نورد گرم
۳- اصلاح توان
روش های راه اندازی موتورهای سنکرون
۱- کاهش سرعت میدان مغناطیسی استاتور (کاهش فرکانس تغذیه استاتور)
این کاهش سرعت باید به اندازه ای باشد که بر اینرسی روتور غلبه کرده و روتور بتواند با نیم دور چرخش میدان مغناطیسی، شتاب گرفته و با استاتور قفل شود. این امر، با ایجاد تغذیه AC دارای فرکانس های پایین تر از Hz۵۰ (۵۰ هرتز) با سطح ولتاژ پایین و به کمک کنترل کننده های حالت جامد (یا اینورتر) انجام می شود.
فرکانس: تعداد دورهای چرخش در واحد زمان بوده و یکای آن هرتز است.
۲- به کارگیری راه انداز یا گرداننده کمکی:
راه انداز، خود یک موتور القایی سه فاز است که سرعت موتور سنکرون را تا اندکی بیشتر از فرکانس سنکرون بالا برده و با موازی کردن، ماشین همانند ژنراتور روی خط آورده می شود. پس از بالابردن سرعت موتور، استاتور به شبکه AC وصل شده و سیم پیچ تحریک نیز به منبع تغذیه DC متصل گشته و گرداننده کمکی از موتور جدا می شود.
مشکل این روش: موتور سنکرون، زیر بار نمی تواند راه اندازی شود؛ زیرا برای راه اندازی زیر بار، گرداننده کمکی باید دارای توانی بیشتر از توان موتور سنکرون باشد که مقرون به صرفه نیست.
۳- راه اندازی القایی
متداول ترین روش برای راه اندازی موتور سنکرون است. در این روش، از دمپر (سیم پیچ میراکننده) استفاده می شود.
سیم پیچ میرایی یا میراکننده: مشابه سیم پیچ قفسه سنجابی موتور القایی سه فاز بوده و در شیارهای کفش قطب روتور جای می گیرد. انتهای این سیم پیچ ها به کمک حلقه فلزی اتصال کوتاه می شوند.
توان در موتور سنکرون
نمودار زیر توان اکتیو در موتور سنکرون را برای حالت ایده آل نمایش می دهد؛ یعنی هنگامی که مقاومت آرمیچر برابر صفر باشد.
توان محور خروجی (توان خالص) موتور
توان مکانیکی تولیدی یا همان توان ناخالص تولیدی، منهای تلفات گردشی
انواع تلفات گردشی: اصطکاک – بادخوری – تلفات هسته
بازده: توان مکانیکی ناخالص تولیدی بخش بر توان خالص خروجی
اثر افزایش توان بار بر موتور سنکرون در تحریک ثابت:
پس فاز شدن ضریب توان و مصرف توان راکتیو بیشتر توسط موتور
اثر تغییرات جریان تحریک بر موتور سنکرون
با تغییر جریان، یکی از سه حالت زیر رخ خواهد داد:
۱- موتور زیرتحریک یا پس فاز می شود و جذب توان راکتیو خواهیم داشت.
۲- ضریب توان موتور سنکرون برابر واحد خواهد بود.
۳- موتور فراتحریک یا پیش فاز می شود و تحویل توان راکتیو خواهیم داشت.
اثر افزایش جریان تحریک بر موتور سنکرون در بار ثابت
این افزایش دو پیامد زیر را در پی خواهد داشت:
۱- تغییر حالت کاری موتور از حالت پس فازی به پیش فازی و تولید توان راکتیو
۲- ابتدا کاهش جریان آرمیچر و سپس افزایش آن (نمودار زیر).
منحنی های V شکل موتور سنکرون
- منحنی های تغییرات جریان آرمیچر بر حسب جریان تحریک (Ia بر حسب If)
- برای هر منحنی، کمینه جریان به ازای ضریب توان واحد (بیشینه ضریب توان) رخ می دهد (نمودار زیر).
همان گونه که در نمودار زیر دیده می شود؛ کاهش جریان با افزایش ضریب توان و افزایش جریان با کاهش ضریب توان همراه است. همچنین هرچه بار بیشتر شده و به سمت کامل شدن پیش برود؛ نمودار جریان آرمیچر بالاتر قرار می گیرد؛ یعنی جریان آرمیچر بیشتر می شود.
