هارمونیک در ماشین های الکتریکی

سیم‌پیچ آرمیچر ماشین‌های الکتریکی (موتورها و ژنراتورها) از سیم‌پیچ‌های فاز تشکیل شده است که تقریبا در یک گام قطب بسته شده‌اند. سیم‌پیچ فاز شامل تعدادی سیم‌پیچ به صورت سری است و ‌EMF تولید شده در این سیم‌پیچ‌ها در هر فاز و با زاویه خاصی نسبت به زمان جابه‌جا می‌شود. شکاف در ماشین‌آلات از دو طرف توسط سطوح آهنی محدود شده و دارای شیار‌ها و دهانه‌های مجازی می‌باشد و اریب است (برای تولید ولتاژ سینوسی). روش‌های ساده به منظور تخمین رلوکتانس شکاف برای انتقال شار معین در عرض شکاف قابل استفاده نیست.

شکل ۱ (الف) رئوس مطالب قوس نیم‌قطب و چگالی شار را نشان می‌دهد می‌توان فرض کرد خطوط شار خارج و وارد شده به آهن عمود است. اگر چگالی شار در طول شکاف  برابر %۱۰۰ فرض شود، در سایر نقاط این می‌تواند  در نظر گرفته شود که  طول خطوط شار با در نظر گرفتن امتداد سطح قطب است. همانطور که در شکل ۱ (ب) چگالی شار سینوسی است و می‌تواند با تجزیه و تحلیل فوریه به مولفه‌های هارمونیک تبدیل شود. شکل ۱ (ج) هارمونیک سوم و پنجم را نشان می‌دهد.

چگالی شار سینوسی
شکل۱: ا(الف) خطوط مفناطیسی نیرو در شکاف قطبی (ب) توزیع چگالی شار (ج) تفکیک به هارمونیک

هارمونیک EMF در سیم‌پیچ‌های فاز با مشخصه‌های زیر تحت تاثیر قرار می‌گیرد:

  • مولفه‌های هارمونیک شار
  • گسترش فاز و شیار کسری ( وقتی در هر فاز عدد صحیح نیست)
  • گام سیم‌پیچ
  • اتصالات سیم‌پیچ
  • ریپل دندانه‌ای

سیم‌پیچ‌های سه فاز در ماشین‌های الکتریکی دوار به منظور کاهش هارمونیک با نحوه مناسب شکل‌دهی، شیار، شیار کسری در هر قطب، اریب کردن و غیزه طراحی شده‌اند. گسترش ۱۲۰ درجه، هارمونیک‌های مضرب ۳ را از بین می‌برد، زیرا با گسترش موثر در هارمونیک سوم ۱۲۰*۳=۳۶۰ می‌شود. وقتی یک سیم‌پیچ با  به صورت کوتاه یا بلند پیچیده شود، با اتصال ستاره یا مثلث فازها حذف می‌شود و گام‌های سیم‌پیچ برای کاهش هرچه بیشتر هارمونیک‌های پنجم و هفتم انتخاب می‌شود.

نوشته های مشابه

ضریب گام سیم‌پیچ

پیچیدن کوتاه یا شکل‌دهی سیم‌پیچ‌ها فرکانس مولفه اصلی EMF را کاهش می‌دهد. با اشاره به شکل ۲، ضریب شکل‌دهی برای مولفه اصلی برابر است با:

ضریب شکل‌دهی

برای یک دور سیم‌پیچ با دو سوم از گام قطب،  و ، فرکانس مولفه اصلی با این ضریب کاهش می‌یابد.

برای هارمونیک مرتبه h می‌شود:

فرمول

جدول ۱ تولید هارمونیک را برای ضریب گام %۳/۸۳ نشان می‌دهد. ضرایب هارمونیک پنجم و هفتم کم شده و هارمونیک سوم و نهم به دلیل اتصاات سیم‌پیچ ار بین ‌می روند. سیم‌پیچ شیار کسری و اریب از دیگر روش‌های کاهش هارمونیک است.

گام‌های سیم‌پیچ شکل‌دهی شده برای کاهش هارمونیک در سیم‌پیچ ماشین
شکل ۲: گام‌های سیم‌پیچ شکل‌دهی شده برای کاهش هارمونیک در سیم‌پیچ ماشین

جدول ۱: انتخاب ضریب گام‌پیچ برای کاهش هارمونیک در سیم‌پیچ آرمیچر

مرتبه هارمونیکمولفه اصلی۳۵۷۹
ضریب گام سیم‌پیچ۰.۹۶۶۰.۷۰۷۰.۲۵۹۰.۲۵۹۰.۷۰۷

گشتاور القایی هارمونیک

هارمونیک‌ها را می‌توان با توجه به ترتیب هارمونیک‌ها، با مجموعه دیگری از قطب‌های چرخان،EMF روتور، جریان‌ها و گشتاورهای هارمونیگی مشابه فرکانس مولفه اصلی در سرغت سنکرون که وابسته به مرتبه هارمونیک‌ها است، در نظر گرفت.

سپس منحنی گشتاور سرعت حاصل شده ترکیبی از گشتاورهای مولفه اصلی و هارمونیک خواهد بود. این باعث ایجاد یک شکل زینی مانند در مشخصات سرعت گشتاور می‌شود و موتور می‌تواند با سرعت پایین‌تر از  مبنا بچرخد که در شکل ۳ نشان داده شده است. این منحنی سرعت گشتاور را منحنی گشتاور القایی می‌نامند.

 (الف) گشتاور القایی هارمونیک (ب) گشتاور سنکرون در یک ماشین القایی
شکل ۳: (الف) گشتاور القایی هارمونیک (ب) گشتاور سنکرون در یک ماشین القایی

اگر تعداد شیارهای استاتور برابر با تعداد شیارهای روتور باشد، ممکن است موتور به هیچ وجه راه‌اندازی نشود، پدیده‌ای که دندانه‌ای نامیده می‌شود. این پدیده‌ها در موتورهای القایی قفس سنجابی در مقایسه با موتورهای روتور سیم‌پیچی شده بارزتر خواهند شد، زیرا اثر هارمونیک‌ها را می‌توان با حرکت سیم‌پیچ کاهش داد.

در طراحی موتور القایی قفسی، تعداد شیارهای روتور نباید ۵۰-۶۰ درصد تعداد شیارهای استاتور تجاوز کند، در غیر اینصورت تمایل به گشتاورهای هارمونیک زینی وجود دارد.

گشتاور سنکرون هارمونیک

فرض کنید هارمونیک پنجم و هفتم در شکاف یک موتورالقایی سه فاز وجود دارد. با استفاده از این مقدار هارمونیک و با ترکیب خاصی از شیارهای استاتور و روتور، همانند یک موتور سنکرون می‌توان یک گشتاور هارمونیکی در استاتور و روتور ایجاد کرد به گونه‌ای که یک گشتاور سنکرون هارمونیک تولید شود.

تمایل به ایحاد گشتاور سنکرون شدید در برخی از سرعت‌های سنکرون کمتر وجود دارد که در شکل ۳ (ب) قابل مشاهده است. موتور ممکن است بار سرعت کمتری بچرخد.

شیار روتور هارمونیک‌های از مرنبه زیر ایجاد می‌کند:

فرمول هارمونیک

جایی که ‌تعداد شیار روتور است. در اینجا علامت مثبت به معنای چرخش هم جهت با ماشین است. یک موتور چهار قطبی (p برابر است با تعداد اپول‌ها که برابر است با ۲) را با  و  در نظر بگیرید. استاتور هارمونیک معکوس یازدهم (حرکت معکوش) و هارمونیک سیزدهم (حرکت مستقیم) را تولید می‌کند.

روتور یک هارمونیک معکوس سیزدهم و مستقیم پانزدهم را ایجاد می‌کند. هارمونیک سیزدهم توسط استاتور و روتور تولید می‌شود، اما دارای چرخش مخالف است. سرعت سنکرون هارمونیک سیزدهم  سرعت سنکرون مولفه اصلی است.

جهت مشاوره خرید و استعلام قیمت، نصب و راه اندازی، راهنمایی، گارانتی و مشخصات فنی فیلتر هارمونیک با کارشناسان دیزل صنعت تماس بگیرید. (۳۳۳۵۹۸۱۸ – ۰۴۱ ).

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

× تماس با دیزل صنعت