موتور رلوکتانسی

 

موتور رلوکتانسی

موتورهای رلوکتانسی (Reluctance Motors)

موتور رلوکتانسی موتور سنکرون تکفاز است. استاتور این موتور‌ها کاملا شبیه استاتور موتور‌های القایی تکفاز است، ولی از نظر رتور تفاوت جزئی با موتور‌های القایی (رتور قفسی دارد) که بسته به تعداد قطب‌ها برخی از شیار‌ها را حذف میکنند و  ترکیبات آهنربایی یا همان مغناطیس دائم در ساختار روتور یا استاتور آن‌ها به کار نرفته است و تنها با تمایل به کاهش رلوکتانس باعث ایجاد  گشتاور می‌شود. در ساختار و فیزیک  یک موتور رلوکتانسی معمولاً روتور فاقد سیم‌پیچ و مواد مغناطیس دائم است.

طرز کار موتور رلوکتانسی

با توجه به شکل زیر رتور در وضعیت مشخص شده قرار دارد با وصل کلید میدان مغناطیسی برقرار می‌شود و همانطور که در شکل دیده می‌شود خطوط میدان مسیر طولانی را برای رسین به قطب دیگر می‌پیمایند به همین دلیل رتور را به وضعیتی تبدیل می‌کند که کم‌ترین مسیر برای رسیدن خطوط میدان به قطب دیگر فراهم شود در نتیجه به صورت شکل سمت چپ در می‌آید، ولی به خاطر اینرسی یا نیروی حاصل از وزن پس از قطع کلید به وضعیت سمت راست یا وضعیت شروع به کارش در می‌آید حال اگر دوباره کلید را وصل کنیم رتور یک دور دیگر میزند.

موتور رلوکتانسی

موتور رلوکتانسی

در نتیجه به جای اینکه ما به صورت دستی جریان را قطع و وصل کنیم از یک جریان متناوب استفاده می کنیم در ضمن تغییر قطب باعث تغییر جهت چرخش نمی‌شود، چون میدانی که از رتور عبور می‌کند ناشی از استاتور است و خود رتور میدان مجزا ندارد.

نکته: چون رتور از جنس فرو مغناطیس است و فوران پایینی دارد فوران از داخل رتور عبور می کند.

ساختمان داخلی موتور رلوکتانسی

ساختمان داخلی موتور رلوکتانسی

راه اندازی موتور رلوکتانسی:

به طور معمول این نوع موتور‌ها دارای گشتاور راه اندازی نیستند. بلکه همان میله‌های رتور قفسی نیز جهت راه اندازی در این جا وجود دارد که باعث می‌شود ابتدا موتور به صورت القایی راه اندازی شود؛ و به محض آن که سرعت روتور به نزدیک سرعت سنکرون رسید، روتور با سرعت ثابت سنکرونی به ادامه گردش خود می‌پردازد.

یعنی ابتدا موتور به صورت القایی و به شکل موتور‌های القایی شروع به کار می‌کند و پس از آنکه به نزدیکی سرعت سنکرون رسید به صورت رلوکتانسی کار میکند.

انواع موتور رلوکتانسی

موتور رلوکتانسی را به جهت تنوع در ساختار می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

  1. موتور رلوکتانسی سنکرون
  2. موتور سوئیچ رلوکتانس
  3. موتور پله ای رلوکتانس متغیر

موتورهای رلوکتانسی سنکرون دارای استاتوری مشابه موتورهای القایی بوده و روتوری با ساختاری خاص می‌باشند که رلوکتانس آن ناهمگون و غیریکنواخت هست و این ناهمگونی در رلوکتانس موجب تولید گشتاور می‌گردد.

اصول ساده­ تولید گشتاور بصورت شهودی به شکل بسیار ساده­ ای با موتور رلوکتانسی بسیار ساده و بصورت سطح مقطع همان­طور که در شکل زیرنشان داده شده است مشاهده می­ شود.

موتور رلوکتانسی ساده

موتور رلوکتانسی ساده

اگر جریان وارد سیم­ پیچ شود روتور تا نقطه ­ای که همسو با کویل­ ها شود خواهد چرخید، که در این نقطه اندوکتانس مدار مغناطیسی دارای مقدار حداقل است. تغییرات مشخصی اندوکتانس یک موتور SR در شکل زیر ارائه شده است.

تغییرات اندوکتانس با زاویه¬ی روتور

تغییرات اندوکتانس با زاویه ی روتور

اگر ماشین بطور آهسته و بصورت مغناطیسی بارگذاری شود و سطح متوسط گشتاور تولید ­شود، درنتیجه فولادی که روتور و استاتور از آن ساخته شده است بطور مغناطیسی در مد تقریبا خطی رفتار خواهد کرد.

یعنی، برای تعداد مشخصی از دورهای سیم­ پیچ، شار مغناطیسی فاز تقریبا متناسب با جریان فاز تغییر می ­کند. اگر خطی بودن فرض شود، درنتیجه نشان داده خواهد شد که گشتاور بصورت تابعی از زاویه­ی q تولید می­شود:

T = [i۲ (dL / dθ)] / ۲

معادله ­ی فوق نشان می­دهد که گشتاور مستقل از مسیر جریان است، اما به جریانی که در زمان افزایش یا کاهش اندوکتانس L با موقعیت زاویه­ ای اعمال می­ شود بستگی دارد.

جریان­ های فازی همیشه بصورت سنکرون با موقعیت مکانیکی روتور تغییر می­ کنند. در سرعت­ های کم، فازها در تمام منطقه­ اندوکتانس افزایشی برق­دار می­ شوند، و محدودسازی جریان اکتیو توسط کنترل کننده انجام می ­شود. گشتاور با تنظیم دامنه­ جریان فاز کنترل می ­شود.

با افزایش سرعت، زمان­ های صعود و نزولِ (به ویژه زمان نزول) جریان فاز زاویه­ قابل توجهی از روتور را اشغال می­ کنند، و معمول است که زوایای روشن و خاموش را از قبل بر حسب موقعیت روتور مشخص می­ کند. اکنون گشتاور توسط هر دو سطح محدودیت جریان و سوئیچینگ زاویه ­ها کنترل می­ شود، اگرچه جریان بطور معمول به عنوان متغییر کنترلی اولیه استفاده می ­شود. با این­ حال، در سرعت­ های بالا، زمان­ های نزول و صعود هنوز زوایای روتوری بزرگتری را اشغال می­ کنند.

جریان بصورت طبیعی خود محدود کن است و کنترل گشتاور تنها با استفاده از سوئیچینگ زاویه­ ها معمول است. شکل­ موج جریان تا حد زیاد تحت تاثیر نسبت بالای تغییر اندوکتانس بر حسب زمان است.

با انتخاب زوایای سوئیچینگ مناسب و سطوح جریان، همراه با طراحی الکترومغناطیسی مناسب، می ­توان مشخصه سرعت گشتاور درایو رلوکتانسی سوئیچ شونده را برای کاربرد متناسب تغییر داد. علاوه بر این، فقط با تغییر انتخاب پارامتر کنترلی با گشتاور و سرعت، طراحی ماشین معین را می ­توان به منظور ارائه­ انتخاب مشخصات­ مختلف ایجاد کرد.

ماشین تک­فاز ساده قابلیت تولید گشتاور تنها بر روی نصف چرخه­ الکتریکی را دارد. کاربردهای مبرم از تعداد قطب­ های بیشتر بر روی روتور و استاتور (با قطب­ های استاتور سیم­ پیچی شده و متصل به فازهای چندگانه یکسان) استفاده می­ کنند. شکل زیر سطح مقطع ماشین ۴-۶ سه ­فازی را نشان می­ دهد که در آن قطب­ های مخالف بصورت قطری با هم برای تشکیل مدارهای سه­ فاز نشان داده شده با A و B و C  متصل شده ­اند.

 

سطح مقطع موتور ۴ تا ۶ SR سه¬فاز

سطح مقطع موتور ۴ تا ۶ SR سه¬فاز

تحریک فازها بطور مساوی در طول دوره­ تناوب برقی ماشین انجام می ­شود. به این معنی که گشتاور با پلاریته مطلوب را می ­توان بصورت پیوسته تولید کرد. تعداد فازها را بصورت تئوری می ­توان بدون محدودیت افزایش داد، اما یک تا چهار فاز برای کاربردهای تجاری و صنعتی بسیار رایج هستند.

ترکیبات مختلف زیادی برای شماره­ قطب­ ها امکان­پذیر است. در بعضی زمان ­ها استفاده از بیش از یک جفت قطب استاتور در هر فاز مفید است، بطوری که، به عنوان مثال، ساختار ۸-۱۲ قطبی معمولا برای کاربردهای سه­ فاز استفاده می ­شود. لذا، هر مدار فاز شامل چهار کویل استاتور است که به همراه هم متصل شده و برق­دار می ­شوند. افزایش تعداد فاز باعث صاف­تر شدن گشتاور می ­شود.

راه ­اندازی خودی در هر جهتی مستلزم حداقل سه فاز است.

 مزایای موتور رلوکتانسی:

ساختمان ساده‌ای دارد

هزینه نگهداری کم

تعمیر نگهداری راحتر

معایب موتور رلوکتانسی:

ضریب توان این موتور کم است

کاربرد:

در ساخت ساعت‌های بزرگ – تایمر ها -ضبط صوت‌ها به کار می‌رود.

 مشخصات موتور رلوکتانسی سوئیج شونده SR

از آنجا که هر دوی روتور و استاتور دارای قطب­ های برجسته هستند، موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده (SR) بسیار متفاوت از سایر ماشین­ های چند فاز است. این موتور را می ­توان فقط به همراه مبدل قدرت مخصوص و کنترل استفاده کرد، و در نتیجه تنها مشخصات کلی آن­ ها مناسب است.

موتور SR از طریق کشش آهنربایی گشتاور ایجاد می ­کند که بین آهنرباهای مغناطیسی استاتور و مجموعه­ قطب ­های برجسته اتفاق می­افتد که بر روی یک روتور ساده شکل می ­گیرد که از جنس مواد فرومغناطیسی ساخته می ­شود.

نمای جلویی موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده

نمای جلویی موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده

 کاربرد و مزایای موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده

این درایوهای موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده در کاربردهای سطح بالایی استفاده می ­شوند و برخی کاربردهای صنعتی می ­توانند از مشخصات­ آن­ ها بخوبی استفاده کنند، بویژه گشتاور راه ­اندازی زیاد و اهمیت کم به صافی چرخش داده می ­شود. پیشرفت­ های قابل توجهی برای بهبود مشخصات نویز این درایو انجام شده است، اما هنوز هم ممکن است این عامل محدودیت ­کننده­ای باشد که در آن محدوده­ی سرعت عملیاتی گسترده­ ای مورد نیاز است.

کاربرد موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده

کاربرد موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده