تحقیق رایگان b (3432)

1-2-1- تنشهای موثر در خرابی استاتور3
1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور4
1-3 – بررسی عیوب اولیه در ماشین های القایی7
1-3-1- عیوب الکتریکی اولیه در ماشینهای القایی8
1-3-2 عیوب مکانیکی اولیه در ماشینهای القایی14
فصل دوم مبانی نظری و پیشینه تحقیق
1-2-مقدمه19
2-2-سابقه تحقیق19
3-2-مروری بر تحقیقات گذشته19
فصل سوم روش تحقیق

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

3-1-مقدمه24
3-1-1- اهمیت و مزایا26
3-2 تئوری تابع سیم پیچی27
3-2-1 تعریف تابع سیم پیچ27
3-2-2- محاسبه اندوکتانسهای ماشین با استفاده از توابع سیم پیچ31
3-3- شبیه سازی ماشین القایی34
3-3-1- معادلات یک ماشین الکتریکی با m سیم پیچ استاتور و n سیم پیچ روتور36
3-3-1-1- معادلات ولتاژ استاتور36
3-3-1-2- معادلات ولتاژ روتور37
2-3-1-3- محاسبه گشتاور الکترومغناطیسی38
3-3-1-4- معادلات موتور القای سه فاز قفس سنجابی در فضای حالت39
3-4- نتایج شبیه سازی ماشین القایی سالم43
3-5- مدلسازی خطای حلقه به حلقه و خطای کلاف به کلاف45
3-6-نتایج شبیه سازی ماشین القایی در اثر خطای سیم پیچ در شیارهای استاتور48
فصل چهارم تجزیه و تحلیل یافته ها
4-1 مقدمه52
4-2- محاسبه ماتریس اندوکتانس 53
4-3- محاسبه ماتریس اندوکتانس 54
4-4- محاسبه ماتریس اندوکتانس 54
4-5 مدلسازی اثر شیار56
4-6- نتایج شبیه سازی ماشین القایی سالم58
7-4- نتایج شبیه سازی ماشین القایی در اثر خطای سیم پیچ در شیارهای استاتور60
فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 بحث و نتیجه گیری63
پیوست ها64
منابع66
فهرست شکل ها
شکل1- 1موتور القایی با ساختار مجزا شده از هم8
شکل1- 2شمای قسمتی از موتور و فرکانس عبور قطب9
شکل1- 3 (الف) اتصال کوتاه کلاف به کلاف بین نقاط a , b(ب) خطای فاز به فاز13
.
شکل3- 1برشی از وسیله دو استوانه ای با قرار گیری دلخواه سیم پیچ در فاصله هوایی28
شکل3- 2تابع دور کلاف متمرکز با N دور هادی مربوط به شکل 3-129
شکل3- 3تابع سیم پیچ کلاف متمرکز N دوری مربوط به شکل 3-131
شکل3- 4ساختار دو سیلندری با دور سیم پیچ A وB31
شکل3- 5تابع دور کلاف BB? شکل 3-432
شکل3- 6(الف) تابع دور فاز a استاتور(ب) تابع سیم پیچ فاز a استاتور34
شکل3- 7تابع سیم پیچی حلقه اول روتور35
شکل3- 8 (الف) اندوکتانس متقابل بین فاز Aاستاتور و حلقه اول روتور35
شکل3- 9شکل مداری در نظر گرفته شده برای روتور قفس سنجابی[40]37
شکل3- 10روندنمای برنامه شبیه‌سازی ماشین القایی قفس سنجابی سه فازبا فرض هسته ایده آل43
شکل3- 11شکل موج جریان فاز A44
شکل3- 12فرم سیم بندی استاتور وقتی که اتصال کوتاه داخلی اتفاق افتاده است46
شکل3- 13منحنی گشتاور ماشین50
.
شکل4- 1ورقه هسته و شیارهای موجود بر آن در موتور القایی قفس سنجابی 11 kW52
شکل4- 2تابع فاصله هوایی معکوس با در نظر گرفتن شیارها52
شکل4- 3تغییرات اندوکتانس خودی فاز a استاتور نسبت به موقعیت روتور57
شکل4- 4با در نظر گرفتن اثر شیار برای استاتور، منحنی اندوکتانس57
شکل4- 5با اعمال اثر شیارهای روتور و محاسبه اندوکتانس58
شکل4- 6با اعمال اثر شیارهای روتور و محاسبه اندوکتانس58
شکل4- 7شکل موج جریان فاز A59
شکل4- 8جریان ماشین در خطای حلقه به حلقه در حالت راه اندازی و بدون بار60
شکل4- 9منحنی سرعت ماشین61
شکل4- 10منحنی گشتاور ماشین61

فهرست نمودارها
نمودار3- 1نمودار سرعت ماشین بر حسب زمان44
نمودار3- 2نمودار گشتاوری ماشین45
نمودار3- 3جریان ماشین در خطای حلقه به حلقه در حالت راه اندازی و بدون بار49
نمودار3- 4منحنی سرعت ماشین49
.
نمودار4- 1سرعت ماشین بر حسب زمان59
نمودار4- 2عملکرد گشتاوری ماشین60
مقدمه:
موتورهای الکتریکی نقش مهمی را در راه اندازی موثر ماشینها و پروسه های صنعتی ایفا می کنند. بخصوص موتورهای القایی قفس سنجابی را که بعنوان اسب کاری صنعت می شناسند. بنابراین تشخیص خطاهای این موتورها می تواند فواید اقتصادی فراوانی در پی داشته باشد. از جمله مدیریت کارخانه های صنعتی را آسان می کند، سطح اطمینان سیستم را بالا می برد، هزینه تعمیر و نگهداری پایین می آید و نسبت هزینه به سود بطور قابل توجهی کاهش می یابد.
Bonnett وSouk up برای خرابیهای استاتور موتورهای القایی سه فاز قفس سنجابی، پنج حالت خرابی مطرح کردهاند که عبارت اند از: حلقه به حلقه، کلاف به کلاف، قطع فاز، فاز به فاز و کلاف به زمین[1]. برای موتورهای قفس سنجابی، خرابیهای سیم پیچی استاتور و یاتاقانها کل خرابیها به حساب می آیند و همچنین اکثر خرابیهای سیم پیچی استاتور موتور القایی از فروپاشی عایقی حلقه به حلقه ناشی می شود.[2] برخی از محققین خرابیهای موتور را چنین تقسیم بندی کرده اند: خرابی ساچمه ها ( یاتاقانها) %40-50، خرابی عایق استاتور %30-40 و خرابی قفسه روتور %5- 10 [3] که اگر خرابی حلقه به حلقه جلوگیری نشود، منجر به خطای فاز به زمین یا فاز به فاز می گردد، که خطای فاز به زمین شدید تر است. در مقالات[4] [5] نظریه تابع سیم پیچی و کاربرد آن در آنالیز گذرای موتورهای القایی تحت خطا شرح داده شده است. از این نظریه در مدلسازی خطای حلقه به حلقه استاتور استفاده شده است. علاوه بر روشهای فوق خطای استاتور موتور القایی را می توان به کمک بردارهای فضایی مورد مطالعه قرار داد[6].
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1- مقدمه:[7]
خرابیهای یک موتور قفس سنجابی را می توان به دو دسته الکتریکی و مکانیکی تقسیم ‌کرد.هر کدام از این خرابیها در اثر عوامل و تنش های متعددی ایجاد می گردند. این تنشها در حالت کلی بصورت حرارتی، مغناطیسی، دینامیکی، مکانیکی و یا محیطی می باشند که در قسمت های مختلف ماشین مانند محور، بلبرینگ، سیم پیچی استاتور ، ورقه های هسته روتور واستاتور و قفسه روتور خرابی ایجاد میکنند. اکثر این خرابیها در اثر عدم بکارگیری ماشین مناسب در شرایط کاری مورد نظر، عدم هماهنگی بین طراح و کاربر و استفاده نامناسب از ماشین پدید میآید. در این قسمت سعی گردیده است ابتدا انواع تنشهای وارده بر ماشین، عوامل پدید آمدن و اثرات آنها بررسی گردد.
قبل از بررسی انواع تنشهای وارده بر ماشین القایی بایستی موارد زیر در نظر گرفته شود :
1- با مشخص کردن شرایط کار ماشین می توان تنشهای حرارتی، مکانیکی و دینامیکی را پیش بینی نمود و ماشین مناسب با آن شرایط را انتخاب کرد. به عنوان مثال ، سیکل کاری ماشین و نوع بار آن ، تعداد دفعات خاموش و روشن کردن و فاصله زمانی بین آنها ، از عواملی هستند که تاثیر مستقیم در پدید آمدن تنشهای وارده بر ماشین خواهند داشت.
2- وضعیت شبکه تغذیه ماشین از لحاظ افت ولتاژ در حالت دائمی و شرایط راه اندازی و میزان هارمونیکهای شبکه هم در پدید آمدن نوع تنش و در نتیجه پدید آمدن خرابی در ماشین موثر خواهند بود.
1-2- بررسی انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی:
1-2-1- تنشهای موثر در خرابی استاتور:[1.7]
الف ـ تنشهای گرمایی :این نوع از تنشها را می توان ناشی از عوامل زیر دانست:
? سیکل راه اندازی: افزایش حرارت در موتورهای القایی بیشتر هنگام راه اندازی و توقف ایجاد میشود. یک موتور در طول راه اندازی، پنج تا هشت برابر جریان نامی از شبکه جریان می کشد تا تحت شرایط بار کامل راه بیفتد. بنابراین اگر تعداد راه اندازی های یک موتور در پریود کوتاهی از زمان زیاد گردد دمای سیم پیچی به سرعت افزایش می یابد در حالی که یک موتور القایی یک حد مجاز برای گرم شدن دارد و هرگاه این حد در نظر گرفته نشود آمادگی موتور برای بروز خطا افزایش می یابد. تنشهایی که بر اثر توقف ناگهانی موتور بوجود می آیند به مراتب تاثیر گذارتر از بقیه تنشها هستند.
? اضافه بار گرمایی: بر اثر تغییرات ولتاژ و همچنین ولتاژهای نامتعادل دمای سیم پیچی افزایش می یابد.
بنابر یک قاعده تجربی بازای هر %2/1-3 ولتاژ فاز نامتعادل دمای سیم پیچی فاز با حداکثر جریان خود، 25% افزایش پیدا می کند .
? فرسودگی گرمایی: طبق قانون تجربی با ?c10 افزایش دمای سیم پیچی استاتور عمر عایقی آن نصف می شود. بنابراین اثر معمولی فرسودگی گرمایی ، آسیب پذیری سیستم عایقی است.
ب ـ تنشهای ناشی از کیفیت نامناسب محیط کار : عواملی که باعث ایجاد این تنشهامی شود به صورت زیر است:
> رطوبت
> شیمیایی
> خراش ( سائیدگی)1
> ذرات کوچک خارجی
ج ـ تنشهای مکانیکی: عواملی که باعث ایجاد این تنشها می شوند به صورت زیر می باشند:
? ضربات روتور: برخورد روتور به استاتور باعث می شود که ورقه های استاتور عایق کلاف را از بین ببرد و اگر این تماس ادامه داشته باشد نتیجه این است که کلاف در شیار استاتور خیلی زود زمین میشود و این به دلیل گرمای بیش از حد تولید شده در نقطه تماس می باشند.
? جابجایی کلاف: نیرویی که بر کلافها وارد می شود ناشی از جریان سیم پیچی است که این نیرو متناسب با مجذور جریان می باشد ( F?). این نیرو هنگام راه اندازی ماکزیمم مقدار خودش را دارد و باعث ارتعاش کلافها با دو برابر فرکانس شبکه و جابجایی آنها در هر دو جهت شعاعی و مماسی میگردد.
1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور :
الف ـ تنشهای گرمایی: عواملی که باعث ایجاد این نوع تنشها در روتور می شود به صورت زیر است:
? توزیع غیر یکنواخت حرارت: این مسئله اغلب هنگام راه اندازی موتور اتفاق می افتد اما عدم یکنواختی مواد روتور ناشی از مراحل ساخت نیز ممکن است این مورد رابه وجود آورد. راه اندازی های مداوم و اثر پوستی، احتمال تنشهای حرارتی در میله های روتور را زیادتر می کنند.
?جرقه زدن روتور: در روتورهای ساخته شده عوامل زیادی باعث ایجاد جرقه در روتور میشوند که برخی برای روتور ایجاد اشکال نمیکنند(جرقه زدن غیر مخرب) و برخی دیگر باعث بروز خطا می شوند(جرقه زدن مخرب ). جرقه زدنهای غیر مخرب در طول عملکرد نرمال2 موتور و بیشتر در هنگام راه اندازی رخ میدهد .
? نقاط داغ و تلفات بیش از اندازه : عوامل متعددی ممکن است باعث ایجاد تلفات زیادتر و ایجاد نقاط داغ شوند. آلودگی ورقه های سازنده روتور یا وجود لکه بر روی آنها، اتصال غیر معمول میله های روتور به بدنه آن، فاصله متغیر بین میله ها و ورقه روتور و غیره می تواند در مرحله ساخت موتور به وجود آید. البته سازندگان موتور، آزمایشهای خاصی مانند اولتراسونیک را برای کاهش این اثرات بکار میبرند.
ب ـ تنشهای مغناطیسی: عواملی مختلفی باعث ایجاد این تنشها بر روی روتور می شوند همانند، عدم تقارن فاصله هوایی و شارپیوندی شیارها، که این عوامل و اثرات آنها در زیر مورد بررسی قرار داده شده است:
? نویزهای الکترومغناطیسی : عدم تقارن فاصله هوایی، علاوه بر ایجاد یک حوزه مغناطیسی نامتقارن باعث ایجاد مخلوطی از هارمونیکها در جریان استاتور و به تبع آن در جریان روتور می گردد. اثرات متقابل هارمونیکهای جریان، باعث ایجاد نویز یا ارتعاش در موتور می شوند. این نیروها اغلب از نا همگونی فاصله هوایی بوجود میآیند
? کشش نا متعادل مغناطیسی: کشش مغناطیسی نامتعادل باعث خمیده شدن شفت روتور و برخورد به سیم پیچی استاتور می شود. در عمل روتورها به طور کامل در مرکز فاصله هوایی قرار نمیگیرند. عواملی همانند، گریز از مرکز3، وزن روتور، سائیدگی یا تاقانها و … همگی بر قرار گیری روتور دورتر از مرکز اثر می گذارند.
? نیروهای الکترومغناطیسی: اثر شار پیوندی شیارها ناشی از عبور جریان از میله های روتور، سبب ایجاد نیروهای الکترودینامیکی می شوند. این نیروها با توان دوم جریان میله( ) متناسب و یکطرفه میباشند و جهت آنها به سمتی است که میله را به صورت شعاعی از بالا به پائین جابجا می کند. اندازه این نیروهای شعاعی به هنگام راه اندازی بیشتر بوده و ممکن است به تدریج باعث خم شدن میله ها از نقطه اتصال آنها به رینگهای انتهایی گردند.
ج ـ تنشهای دینامیکی: این تنشها ارتباطی به طراحی روتور ندارند بلکه بیشتر به روند کار موتورهای القایی بستگی دارند.
برخی از این تنشها در ذیل توضیح داده میشود:
> نیروهای گریز از مرکز4 : هر گونه افزایش سرعت از حد مجاز، باعث ایجاد این نیروها میشود و چون ژنراتورهای القایی در سرعت بالای سنکرون کار می کنند اغلب دچار تنشهایی ناشی از نیروی گریز از مرکز میگردند.
> گشتاورهای شفت: این گشتاورها معمولاً در خلال رخ دادن اتصال کوتاه و گشتاورهای گذرا تولید می شوند. اندازه این گشتاورها ممکن است تا 20 برابر گشتاور بار کامل باشد .
د ـ تنشهای مکانیکی: برخی از مهمترین خرابی های مکانیکی عبارتنداز:
> خمیدگی شفت روتور
> تورق نامناسب و یاشل بودن ورقه ها
> عیوب مربوط به یاتاقانها
> خسارت دیدن فاصله هوایی
هـ ـ تنشهای محیطی : همانند استاتور تنشهای محیطی مختلفی، می تواند بر روی روتور تاثیر گذار باشد همانند رطوبت، مواد شیمیایی، مواد خارجی و غیره
1-3 – بررسی عیوب اولیه در ماشین های القایی : [8و7]
در این قسمت، عیوب و خطاهایی که ممکن است در یک ماشین القایی پدید آید بررسی گردیده و عوامل بوجود آورنده آنها و تا حدودی تشخیص این خطاها مورد مطالعه قرار گرفته اند . عیوب به دو دسته، خطاهای الکتریکی و مکانیکی تقسیم بندی شده اند البته ممکن است خطاهایی در اثر پدید آمدن هر دو نوع عیب الکتریکی و مکانیکی رخ دهد .
در حالت کلی خطاهای بسیار مهمی که در یک ماشین الکتریکی می تواند اتفاق بیفتد به شرح ذیل است :
> خطای استاتور که در نتیجه باز شدن یا اتصال کوتاه شدن یک تعداد زیادی از سیم پیچها در یک فاز استاتور ایجاد می شود.
> اتصال های نامناسب در سیم پیچی های استاتور
> شکست میله روتور یا شکست حلقه انتهایی روتور5
> اختلالات6 استاتیکی یا دینامیکی شکاف هوایی
> خمیدگی شفت7 که در نتیجه سائیدگی بین استاتور و روتور می تواند ایجاد شود
> خطاهای گیربوکس و یاتاقانها
این خطاها به وسیله یک یا چند تا از عواملی که در زیر آورده شده است می تواند ایجاد شوند .
> نامتعادل بودن ولتاژ و جریان خط فاصله هوایی
> افزایش پالسهای گشتاور
> افزایش تلفات و کاهش در راندمان
> گرمایشی خیلی زیاد
روشهای تشخیص، جهت خطاهایی که در بالا گفته شد ، مستلزم انواع مختلفی از علوم و تکنولوژی ها است که برخی از این روشهای تشخیص در زیر آمده است .
> روشهای کنترلی میدان الکترومغناطیسی، کویل مخصوص تشخیص خطا8
> اندازه گیریهای حرارتی
> بازشناسی9 مادون قرمز
> روشهای کنترلی ، انتشار فرکانسی رادیویی ( RF)
> روشهای کنترلی نوسان و نویز
> اندازه گیریهای نویز صوتی
> آنالیز اثر جریان موتور ( MCSA )10
> مدل هوش مصنوعی11 و تکنیکهایی بر مبنای شبکه های عصبی12
شکل ( 1-1 ) یک موتور القایی که قسمتهای مختلف آن از یکدیگر مجزا شده است را نشان می دهد. خطاهایی که در بالا گفته شد در این قسمتها ایجاد و گسترش می یابند .
شکل1- 1موتور القایی با ساختار مجزا شده از هم[7]
1-3-1- عیوب الکتریکی اولیه در ماشینهای القایی :
در صورت پدید آمدن این گونه عیب ، ماشین می تواند به کار خود ادامه دهد و در صورت تشخیص ندادن به موقع این خطا، ماشین به مرور زمان از بین خواهد رفت . البته این موضوع بستگی به شدت وقوع خطا، در ماشین خواهد داشت و گاهی اوقات مشاهده می گردد که در اثر یکی از این نوع خطاها، ماشین کاملاً از بین می رود . عمده عیوب الکتریکی در ماشین در ذیل بیان شده است .
الف ـ خروج از مرکزیت استاتور: با استفاده از طیف جریان الکتریکی استاتور و یا طیف ارتعاشات ناشی از لرزش موتور، می توان این عیب را تشخیص داد. بخاطر اینکه میدان مغناطیسی در هر سیکل شبکه، دو سیکل را طی می کند. اکثر خطاهای الکتریکی، معمولاً درهارمونیک دوم از فرکانس شبکه بروز می کنند. این فرکانس در هر دو نوع طیف الکتریکی و ارتعاشی قابل دسترسی می باشند در شکل (1-2) این موضوع نشان داده شده است.
دوبرابر فرکانس منبع فرکانس عبور قطب
شکل1- 2شمای قسمتی از موتور و فرکانس عبور قطب[7]
ب ـ خروج از مرکزیت روتور: این عیب در اثر عواملی مانند خرابی یاتاقانها، شل شدن هسته های روتور و غیره پدید می آیند. خروج از مرکزیت روتور، سبب ایجاد اندازه های ارتعاشی و الکتریکی در فرکانسهای دو برابر فرکانس منبع با وجود باندهای کناری ناشی از فرکانس عبور قطب میگردد. روابط زیر، فرکانسهای موجود در محیطهای جریان الکتریکی استاتور را توصیف مینمایند.
تعداد قطب × فرکانس لغزش روتور = فرکانس عبور قطب
سرعت روتور- سرعت سنکرون = سرعت لغزش روتور
سرعت روتور × تعداد هادیها = سرعت هادیهای روتور
بنابراین بهترین روش جهت تشخیص این گونه خطاها در ماشین، استفاده از یک طیف موج فرکانسی از جریان الکتریکی استاتور در اطراف فرکانس چرخشی روتور می باشد.
ج ـ خطاهای شکست میله روتور و حلقه های انتهایی: [9]
در سالهای اخیر، پیشرفتهای قابل ملاحظه ای در زمینه ساخت و طراحی سیم بندی های استاتور بدست آمده است. از طرفی چون لازم است که موتورهای القایی در محیطهایی که دارای گرد و خاک و فاسد کنندگی بالایی هستند نیز کار بکند، لازمه کار کردن در چنین محیطهایی، نیازمند توسعه وسیع در بهبود مواد عایقی و همچنین نحوه عملکرد این ماشینها می باشد. با این وجود طراحی روتور قفسی و ساخت آن دستخوش تغییرات بسیار کمتری نسبت به استاتور شده است به همین دلیل خطاهای روتور هم اکنون درصد بسیار بالایی از خطاهایی که در ماشین رخ می دهد را شامل می شود که در حدود %10-5 از مجموع کل خطاها می باشد. اکثریت خطاهایی که در روتور یک موتور القایی سه فاز رخ می دهد ، مربوط به شکست میله های روتور و همچنین حلقه های انتهایی روتور است. در واقع شکست میله روتور به عنوان یکی از خطاهای اولیه در ماشین شناخته می شوند و این عیب باعث ایجاد خرابی بیشتر در موتور خواهد شد که تشخیص این نوع خطاها بسیار دشوار است.
همانطوریکه قبلاً گفته شد کلاس خرابی13 روتور به گروهای زیر تقسیم بندی می شوند:
1. شفت
2. یاتاقانها
3. ورقه ها
4. قفس سنجابی
5. سیستم تهویه
6. استاتور
7. هر ترکیبی از موارد بالا
و همچنین الگوی خرابی در روتور نیز به گروهای زیر طبقه بندی می شود که به تنشهایی گوناگون عمل کننده روی ماشین ارتباط داده می شوند:
1. گرمایی
2. مغناطیسی
3. دینامیکی
4. مکانیکی
5. محیطی
قفس های روتور در 2 نوع مجزا می باشند.
1. نوع ریخته شده
2. نوع ساختگی
قبلاً موتورهای با قفس ریخته شده در ماشینهای کوچک مورد استفاده قرار می گرفته است. در حال حاضر ماشینهایی با این نوع قفس می توانند تا رنج kw 3000 مورد استفاده قرار گیرند. قفس روتور نوع ساختگی اغلب در ماشینهای با کاربرد ویژه و رنج وسیع مورد استفاده قرار می گیرند . با این حال روتورهای از نوع ساختگی بسیار بیشتر از نوع ریخته شده دچار شکست روتور و همچنین حلقه انتهاییمی شوند. به عبارت دیگر تعمیر کردن شکست های مربوط به روتور نوع ریخته شده بسیار دشوارتر و مشکلتر از نوع ساختگی می باشد. زمانی که یک میله ای دچار شکست شود، به دلیل افزایش استرسهای ناشی از این شکست، میله های کناری نیز تحت تاثیر قرار می گیرند و به تدریج وضعیت این میله ها نیز بدتر میشوند.
برای جلوگیری از چنین فرایند مخرب تجمعی (یکجا) عیوب ایجاد شده باید به سرعت تشخیص داده شوند، در همان مراحلی که محور شروع به ترک خوردن می کند. مطالعات آزمایشگاهی جهت تشخیص خطاهای میله روتور بسیار گران قیمت است و ممکن است باعث خسارات جبران ناپذیری به روتور شود. بنابراین وجود روشی بر مبنای ایجاد یک مدل با استفاده از تاج سیم پیچی جهت شبیه سازی خطاهای در ارتباط با میله روتور و همچنین درجات مختلفی از شکست میله، بسیار لازم و ضروری است.
تکنیکهای مختلفی جهت تعیین شکستگیهای میله روتور به طور خلاصه در ذیل آورده شده است:
> آنالیز ولتاژ القایی در حوزه زمان و فرکانس در بوبینهای مخصوص تشخیص خطا که به طور ذاتی در اطراف نوک دانه استاتور و همچنین یوغ قرار گرفته است
> آنالیز در حوزه زمان و فرکانس شار محور که به وسیله بوبینهای مخصوص تشخیص خطای خارجی در اطراف محور ماشین کنترل میشود
> آنالیز طیف جریان خط ماشین، یا آنالیز اثر جریان موتور ( McsA )
> آنالیز هارمونیکهای گشتاور و سرعت موتور
> تخمین پارامتر
که از میان این روشها، روشی McsA یکی از مهمترین روشهائی است که جهت تشخیص خطای شکست میله و حلقه انتهایی روتور مورد استفاده قرار می گیرد .در این روش از سیم بندی استاتور به عنوان بوبین تشخیص خطا استفاده می شود. به علاوه این روش به وسیله انواع بارها و همچنین سایر نامتقارینهای موجود تحت تاثیر قرار نمی گیرد. شکست میله سبب می شود که مولفه های طیف در شار شکاف هوایی که از رابطه (1-1) بدست می آید افزایش یابد .
(1- 1)
f(b) : فرکانس قابل تعیین در خطای شکست میله روتور
k : شاخص هارمونیک ( … ، 3 ، 2 ، 1K = )
P : تعداد جفت قطبهای اصلی در موتور
s : لغزش
روشهای المان محدود نیز جهت مدل کردن این نوع از خطاها مورد استفاده قرار می گیرند .
د ـ خطاهای استاتور :
خطاهای استاتور معمولاً مربوط به خطاهای عایقی هستند . در اصطلاح، این خطاها به صورت خطاهای فاز به فاز و فاز به زمین شناخته شده است . اعتقاد بر این است که این خطاها در ابتدا با خطای حلقه به حلقه شروع شده که در نهایت گسترش می یابد و باعث ایجاد بقیه خطاها در ماشین می شود. تشخیص خطای حلقه به حلقه معمولاً بسیار مشکل است. تقریباً حدود % 40-30 از خطاهایی که در ماشینهای القایی گزارش شده است در این طبقه قرار دارند .برای پی بردن به علت واقعی خرابی ماشین روش آنالیز خرابیهای ماشین پیشنهاد می شود.
گام های اساسی آنالیز عبارت اند از :
1. پیدا کردن کلاس یا مد خرابی14
2. پیدا کردن نوع یا الگوی خرابی15
3. بررسی شکل و مشخصات ظاهری موتور
4. دانستن شرایط عملکرد موتور در زمان بوجود آمدن خرابی
5. دانستن سابقه تعمیر و نگهداری موتور و کاربرد آن
اگر هر کدام از این گامها حذف شود یعنی در نظر گرفته نشود به یک نتیجه غلط از علت واقعی خرابی می رسیم. از این رو مشکل بوجود آمده برطرف نمی شود و خرابی هایی از همان نوع در آینده بدون شک رخ خواهد داد. کلاس یا مد خرابی موقعیت خطا را مشخص می کند، یعنی بیان می کند که خطا در کدام قسمت از موتور رخ داده است. الگو یا نوع خرابی، نوع خطا را مشخص می کند. در سیم پیچی استاتور پنج مد خرابی مطرح می شود که عبارت اند از حلقه به حلقه، کلاف به کلاف، قطع فاز، فاز به فاز ، و کلاف به زمین، در شکل زیر برای یک سیم پیچی اتصال ستاره، دو تا از این مدها نشان داده شده است.

(الف) (ب)
شکل1- 3 (الف) اتصال کوتاه کلاف به کلاف بین نقاط a , b(ب) خطای فاز به فاز [9]
الگوهای خرابی برای سیم پیچی استاتور به 4 گروه تقسیم می شود:
1. متقارن
2. تک فازه
3. نامتقارن به همراه زمین شدن
4. خطاهای نامتقارن گوناگون به استثنای زمین شدن
جهت رسیدن به تشخیص صحیحی از خطا بایستی مد خرابی و الگوی خرابی با هم در نظر گرفته شود. این الگوی خرابی است که بیشتر بر علت خرابی دلالت دارد. مثلاً ممکن است در چندین موتور، مد خرابی حلقه به حلقه باشد، اما الگوی خرابی برای هر کدام متفاوت باشد، چون علت خرابی برای هرکدام متفاوت است.
روشها و تکنیکهای مختلفی جهت تعیین خطاهای استاتور وجود دارد. برای ژنراتورها و موتورهای بزرگ با سیم بندی استاتور kv4 و بالاتر روشهای تست تخلیه جزئی16on – Line استفاده میکنند که دارای قابلیت اطمینان بسیار بالایی است . حتی دستگاههای اندازه گیری قابل حمل17 نیز برای چنین هدفهایی وجود دارند. برای موتورهای با ولتاژ پایین، روشهای تعیین خطای استاتور به صورت استاندارد شده وجود دارد، که قادر هستند خطاهای حلقه به حلقه را به وسیله آنالیز مولفه شار محوری در یک ماشین، که دارای بوبین های متحد المرکز بزرگ در دو طرف شفت هستند را تعیین بکنند. Toliyat در]4[ از طریق مدلسازی و آزمایش نشان داده است که این خطاها در نتیجه عدم تقارن در امپدانس ماشین است، که سبب می شود جریان در فازها به صورت نامتعادل باشد، و این در نتیجه جریانات متوالی منفی که در خطوط جاری هستند ناشی می شود. با این وجود جریانات متوالی منفی باعث نامتعادل شدن ولتا‍‍ژها، اشباع ماشین و غیره میشود .
روش دیگری که برای تعیین این نوع از خطاها استفاده می شود، روش MCSA است .این روش میتواند مولفه های قابل قبولی را از جریانهای خطی حالت ثابت، با وجود حلقه های اتصال کوتاه شده در استاتور ایجاد بکند. عیب مهمی که این روش دارد این است که، می تواند تحت تاثیر نامتعادلی های ولتاژ نیز قرار گیرد. روش مناسبی که در ادامه بررسی خواهیم کرد، تحت تاثیر نامتعادلی های ولتاژ قرار نمیگیرد و حساسیت کمتری برای هارمونیک های زمانی موجود دارند. این روش بر مبنای حوزه فرکانس است که جهت تعیین خطاهای اولیه در inter-turn استاتور مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش ولتاژ خط به خط ماشین به جای جریان خط ، جهت کنترل مولفه های فرکانسی، بلافاصله بعد از اینکه ماشینswitched-off شد مورد استفاده قرار می گیرد. هنگامی که شار ماشین کاملاٌ سینوسی باشد ، حتی زمانی که محرکهای حالت جامد مورد استفاده قرار می گیرد این روش ها بر خلاف MCSA نتایج بسیار خوبی خواهد داد. هارمونیک ها در ولتاژهای خط به خط با استفاده از فرمول (1-2) بدست میآید که با مقدار K=1 بهترین قابلیت تشخیص را خواهد داشت .
, k =1,2,3,…… (1-2)
r شیارهای روتور می باشد.هنگامی که ماشین به وسیله یک محرک سرعت قابل تنظیم تغذیه شده باشد ؛ استفاده از این روش مشخصات مطلوب بسیار زیادی را جهت تعیین خطای ایجاد شده به ما خواهد داد .

ه- ضعیف شدن وضعیت ایزولاسیون سیم پیچی ها : در اثر پدید آمدن این عیب ممکن است سیم پیچی ماشین بسوزد . بنابراین نمی توان این عیب را به عنوان یکی از خطاهای اولیه در ماشین در نظر گرفت ولی این عیب نیز بر حسب شدت ضعیف شدن ایزولاسیون موتورقابل تشخیص است .
1-3-2 عیوب مکانیکی اولیه در ماشینهای القایی[7]:
این عیوب را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد : دسته اول عیوبی هستند که ناشی از اثرات مکانیزم متصل به روتور می باشند و در اثربار متصل به موتور، بر روی ماشین ظاهر می گردند. تشخیص این عیوب در مکانیزم اتصالی به موتور، در بهبود کاری موتور تاثیر بسزایی خواهد داشت. عمده عیوب موجود عبارت اند از : ناهم محوری موتور با بار متصل به آن ، خمش شفت و … .
دسته دوم از عیوب مکانیکی، مسائلی هستند که ناشی از خود موتور میباشد. با جداسازی موتور از مکانیزم نیز، این عیوب مشاهده میگردند. عمده عیوب موجود عبارت اند از خرابی یاتاقانها، نامتقارنی روتور و … .
الف) خطاهای یاتاقان: اکثر ماشینهای الکتریکی دارای ساچمه ها و یا عناصر غلطنده در یاتاقانها می باشند. هر یک از یاتاقانها شامل دو حلقه که یکی در داخل و دیگری در بیرون قرار دارند. یک دسته از ساچمه ها یا عناصر غلطنده، در جدار یاتاقانها در بین این حلقه ها قرار گرفته اند. حتی در شرایط عادی و با بارهای متعادل نیز خطاهای خستگی و فرسودگی در ماشین ممکن است اتفاق بیفتد. این خطاها ممکن است که منجر به افزایش نوسانات وسطوح پارازیتها و نویزها شوند.
به غیر از فشارها و استرس های ناشی از عملکردهای داخلی ماشین در حالت عادی که به دلیل ، نوسانات و خروج از مرکزهای ذاتی است، یاتاقانها ممکن است توسط عوامل خارجی بسیار زیادی از بین بروند همانند:
> آلودگی ها، زنگ زدگیها، خوردگیها به وسیله خواص خورندگی که آب، اسید و غیره دارند.
> روغن کاریهای نامناسب، که شامل روغنکاریهای حلقه بیرونی و حلقه درونی یاتاقانها می باشد که سبب گرم کنندگی و خراشیدگی سطوح می شود.
تقریباٌ حدود %50-40 از خطاهای ایجاد شده در ماشینهای الکتریکی در ارتباط با یاتاقانها میباشد . این نوع از خطاها معمولاً توسط خطاهای وابسته به خروج از مرکز، پوشش داده میشوند. به عبارت دیگر خطاهای وابسته به بلبرینگها میتوانند، همانند خطاهای قاب یاتاقان بیرونی، خطاهای قاب یاتاقان درونی و خطاهای ساچمهها طبقه بندی شوند، که فرکانسهای نوسانی جهت تشخیص این خطاها به صورت زیر بدست میآید.
که در این معادلات fr فرکانسی چرخشی ، N تعداد ساچمه ها ، گام قطری گلوله ها ، زاویه تماس ساچمه ها (‌با جدار قاب یاتاقان ) ، قطر ساچمه هامی باشد.
در مرجع [10]Yazici یک روش فرکانس ـ زمان آماری را جهت تعیین خطاهای یاتاقان بیان کرده است.
ب) نامتقارنی روتورماشین القایی:
نامتقارنی مشکل عمده و مشترک قطعات دوّار است. ارتعاشات ناشی از نامتقارنی محور عمدتاً ارتعاشات در جهت شعاعی بروی بلبرینگ های موتور می باشند. مشکل نامتقارنی در موتور، بیشتر به علت نامتقارنی در فن خنک کننده آن و یا نامتقارنی به علت تعمیرات سیم پیچی و یا هسته روتور می باشد. نامتقارنی اجزاء گردنده به دو نوع استاتیکی و دینامیکی تقسیم بندی می شوند.
> نامتقارنی استاتیکی: در این نوع نامتقارنی سراسر قسمت دوار دارای تراکم جرم در یک نقطه می باشد و معمولاً با اندازه گیری ارتعاشات روی دو یاتاقان دیده می شود، که اندازه ارتعاشات یاتاقانها در راستای شعاعی دارای فاز یکسانی خواهند بود.
> نامتقارنی دینامیکی: در این نوع نامتقارنی، قسمت دوّار دارای تراکم جرم در نقاط مختلف می باشند در اثر عدم همگن بودن جرم، یک گشتاور دینامیکی در محور روتور پدید می آید. لذا اندازه گیریهای ارتعاشی روی دو یاتاقان نشان می دهد که ارتعاشات در راستای شعای دارای اختلاف فازی معادل 180 درجه خواهند بود.

دیدگاهتان را بنویسید