الكتريسيته ( Electricity )

الكتريسيته ( Electricity ) - 1

الكتريسيته ( Electricity ) – 1

1-5-1 مجموعه اصطلاحات و تعاريف پايه اي (Basic terminology and definitions) در الكتريسيته

جريان متناوبي كه به عنوان مثال براي به كارگيري روشنائي و عملكردهاي موتور مورد استفاده قرار مي گيرد، بطور پيوسته شدت و جهت جريان را تغيير مي دهد. شدت جريان از صفر به حداكثر مقدارش مي رسد، سپس به صفر كاهش مي يابد، جهت را تغيير مي دهد، در جهت مخالف به حداكثر مي رسد و سپس دوباره صفر مي شود. بدين ترتيب جريان يك دوره را به اتمام مي رساند. دوره T ، زمان بر حسب ثانيه است كه جريان طي آن مقادير خود را كسب مي نمايد. فركانس تعداد دوره هاي كامل را در هر ثانيه بيان مي كند.

f = 1 / T

f = فركانس (Hz)

T = زمان براي يك دوره (s)

وقتيكه درباره جريان يا ولتاژ صبحت مي كنيم، معمولاً منظور ما ارزش مؤثر جريان است.

اگر جريان سينوسي باشد، براي ارزش مؤثر ولتاژ جريان مربوطه رابطه زير بكار مي رود:

= ارزش مؤثر

اختلاف پتانسيل زير 50v ، ولتاژ فوق العاده پايين ناميده مي شود. اختلاف پتانسيلي كه زير 1000v قرار دارد، ولتاژ پايين ناميده مي شود. اختلاف پتانسيل بيش از 100v ، ولتاژ بالا ناميده مي شود. اختلاف پتانسيل هاي استاندارد در 50Hz شامل v 230/400 و 40 /690 v هستند.

1-6-2 قانون اهم براي جريان متناوب (Ohm’s law for alternating current) در الكتريسيته

جريان متناوبي كه از يك سيم پيچ برق عبور مي كند باعث ايجاد يك جريان مغناطيسي مي شود. اين جريان مغناطيسي به همان صورت جريان متناوب، شدت و جهت جريان را تغيير مي دهد. وقتي كه جريان تغيير مي كند بر طبق قوانين القايي يك نيروي محركه الكتريكي در سيم پيچ برق بوجود مي آيد. اين نيروي محركه الكتريكي  در جهت مخالف به سمت ولتاژ قطب الكتريكي بسته هدايت مي شود. اين پديده خود القايي ناميده مي شود.

خود القايي در يك واحد جريان متناوب تا اندازه اي باعث جابجايي فاز بين جريان و ولتاژ مي شود و تا حدودي باعث افت ولتاژ القايي مي شود. ظاهراً، مقاومت دستگاه با احتساب جريان متناوب بزرگتر است از مقاومت محاسبه شده يا اندازه گيري با جريان مستقيم.

جابجايي فاز بين جريان و ولتاژ توسط زاويه نشان داده مي شود. مقاومت القايي توسط X نشان داده مي شود. مقاومت بوسيله R نشان داده مي شود. مقاومت ظاهري در يك دستگاه يا هادي توسط Z نشان داده مي شود.

رابطه زير براي مقاومت ظاهري به كار برده مي شود:

Z = مقاومت ظاهري

R = مقاومت

X =  مقاومت القايي

قانون اهم براي جريان متناوب بدين صورت است:

U = I x Z

U = اختلاف پتانسيل  (V)

I = جريان (A)

Z = مقاومت ظاهري

1-6-3 سيستم سه فاز (Three-phase system) در الكتريسيته

جريان متناوب سه فاز در ژنراتوري توليد مي شود كه داراي سه سيم پيچ جداگانه است. تمام مقادير اختلاف پتانسيل سينوسي در رابطه با يكديگر 120˚جابجا مي شوند.

الكتريسيته ( Electricity ) - 2

الكتريسيته ( Electricity ) – 2

دستگاه هاي مختلف را مي توان به يك سيستم سه فاز متصل ساخت. يك دستگاه تك فاز مي تواند به يكي از فازها و اتصال زمين متصل شود. دستگاه هاي سه فاز مي توانند به دو طريق ستاره (Y) يا مثلث (∆) متصل شوند. در اتصال ستاره يك ولتاژ فاز بين خروجي ها قرار دارد. در اتصال مثلث يك ولتاژ اصلي بين خروجي ها قرار دارد.

1-6-4 توان (Power) در الكتريسيته

توان كنشي، P ، توان مفيدي است كه مي تواند براي كار مورد استفاده قرار گيرد. توان واكنشي، Q، توان بيهوده اي است و نمي تواند براي كار مورد استفاده قرار گيرد. توان ظاهري S تواني است كه بايد از ذخيره جريان برق مصرف شود تا به توان كنشي دستيابي پيدا كند.

رابطه بين توان كنشي، واكنشي و ظاهري معمولاً توسط مثلث توان نشان داده مي شود.

رابطه زير به كار مي رود:

تك فاز : P = U x I x Cos

Q = U x I x Sin

S = U x I

Cos = P / S

سه فاز P =  x  x I x Cos

Q = x  x I x Sin

S =  x  x I

Cos = P / S

U = اختلاف پتانسيل (V)

= اختلاف پتانسيل اصلي (V)

= ولتاژ فاز

I = جريان (A)

= جريان اصلي (A)

= جريان فاز (A)

P = توان كنشي (W)

Q = توان واكنشي (V A r)

S = توان ظاهري (V A)

= زاويه فاز

Cos = فاكتور توان

1-6-5 موتور الكتريكي (The electric motor) در الكتريسيته

 

متداول ترين موتور الكتريكي، موتور سه فاز القائي است. اين نوع موتور را مي توان در تمام صنايع پيدا كرد .بي صدا و قابل اتكا، اين موتور قسمتي از بيشتر سيستم ها، به عنوان مثال، كمپرسورها است. موتور الكتريكي شامل دو قسمت اصلي است، استاتور ساكن و روتور گردنده.

الكتريسيته ( Electricity ) - 3

الكتريسيته ( Electricity ) – 3

استاتور ميدان مغناطيسي چرخشي بوجود مي آورد و روتور اين انرژي را به حركت تبديل مي كند، به عنوان مثال انرژي مكانيكي.

استاتور، به منبع جريان برق سه فاز متصل مي شود. جريان در سيم پيچ هاي استاتور باعث ايجاد ميدان نيروي مغناطيسي چرخشي مي شود كه اين ميدان شامل جريان هاي موجود در روتور است و باعث ايجاد ميدان مغناطيسي در آنجا نيز مي شود. رابطه متقابل بين ميدان هاي روتور استاتور گشتاور چرخشي بوجود مي آورد كه باعث چرخيدن محور روتور مي شود.

1-6-5-1 سرعت چرخش (Rotation speed) در الكتريسيته

اگر محور گردنده موتور بايد با سرعتي مشابه با سرعت ميدان مغناطيسي بچرخد، جريان القاء شده در روتور بطور همزمان بايد صفر باشد. با اين وجود به علت اتلاف هاي انرژي به عنوان مثال در محل هاي اصطكاك ، اين امر غير ممكن است و سرعت هميشه تقريبا 1-5% از سرعت همزمان ميدان مغناطيسي پايين تر است. براي اين سرعت همزمان رابطه زير بكار برده مي شود:

 

n = 2 x f x 60 / p

n = سرعت همزمان (r / min)

f = فركانس منبع جريان برق (Hz)

P = تعداد قطب ها

 

1-6-5- 2 راندمان (Efficiency) در الكتريسيته

تبديل انرژي در موتور بدون ايجاد اتلاف صورت نمي گيرد. ايجاد اين اتلاف شامل تلفات مقاومتي، تهويه اي، مغناطيسي و اصطكاكي مي باشد. رابطه زير براي ميزان كارائي به كار مي رود.

= راندمان

= توان محور ، توان معين شده (W)

= توان اعمال شده  (W)

هميشه توان حقيقي، بر روي پلاك مشخصات فني موتور نوشته مي شود.

 

1-6-5-3 طبقه بندي عايق (Insulation class) در الكتريسيته

مواد عايق در سيم پيچي هاي موتور بر طبق IEC 85 (كميته الكترونيكي بين المللي) به دو كلاس عايق تقسيم مي شوند .يك حرف كه معرف درجه حرارت است ، حد بالاي بكار گيري را مشخص مي كند . اين حرف مربوط به حد بالاي عايق محاسبه شده در منطقه مورد مصرف است . اگر حد بالا ي دمااز 10˚C  تجاوز كند  طول عمر عايق نصف مي شود .

كلاس عايقB = 130˚CF = 155˚CH = 180˚C
دماي محيط404040
افزايش دما80105125
حاشيه حرارتي101015
دماي نهايي حداكثر130155180

1-6-5-4 كلاس هاي محافظت ‌( Protection classes ) در الكتريسيته

كلاس هاي محافظت بر طبق IEC 34 – 5   بيان مي كنند كه چگونه موتور در مقابل آب و تماس محافظت مي شود. اين كلاس ها با استفاده از حروف IP و به همراه دو رقم  بيان مي شوند . اولين رقم محافظت در مقابل تماس و نفوذ در مقابل يك شئ جامد را بيان مي كند . دومين رقم محافظت در مقابل آب را بيان مي كند . به عنوان مثال در :

IP 23  : رقم (2) محافظت در مقابل اشياء جامد بزرگتر از 12 mm را بيان مي كند ، رقم (‌3) محافظت در مقابل
پاشش هاي آب تا 60˚ بصورت عمودي را بيان مي كند .

IP 54  : رقم (5) مقاومت در مقابل گرد و خاك ، و رقم (4) محافظت در مقابل آبي كه از تمام جهات پاشيده مي شود را بيان مي كند. IP 55  رقم (5) محافظت در مقابل گرد و خاك ، و رقم (5) محافظت در مقابل جريان هاي آب كم فشار از تمام جهات را بيان ميكند .

1-6-5-5     روش هاي خنك كاري ( Cooling methods ) در الكتريسيته

روش هاي خنك كاري بر طبق IEC 34-6 بيان مي كند كه چگونه موتور بايد خنك شود . اين روش بوسيله حروف  C I به همراه دو رقم بيان مي شود . به عنوان مثال IC 01 نشان دهنده گردش آزاد و تهويه خاص خود و IC 41 خنك كاري جداره اي و تهويه خاص خود است  .

1-6-5-6     روش نصب تجهيزات ( Installation method ) در الكتريسيته

روش نصب تجهيزات بر طبق IEC 34-7 بيان مي كند كه موتور چگونه بايد نصب شود . . اين روش بوسيله حروف M I به همراه چهار رقم بيان مي شود . به عنوان مثال IM 1001 نشان دهنده دو ياتاقان ، ميله گردنده به همراه ياتاقان گرد با انتهاي آزاد است . به عنوان مثال ،IM 3001 نشان دهنده دو ياتاقان ، ميله گردنده به همراه ياتاقان گرد با انتهاي آزاد ، بدنه استاتور بدون پايه ، درپوش بزرگ به همراه سوراخ هاي محفوظ مسطح است .

1-6-5-7     اتصالات ستاره ( Y ) و مثلث ( Δ ) ( Star (Y) and delta () connections ) در الكتريسيته

موتور الكتريكي سه فاز به لحاظ سيم پيچي ، مي تواند به دو صورت بسته شود ، روش ستاره ( Y ) و يا مثلث ( Δ ) . فازهاي سيم پيچي در موتور سه فاز به صورت W و V و U  ( U1-U2 , V1-V2 ,W1-W2 )  مشخص مي شوند . با اتصال ستاره ( Y ) قسمتهاي انتهايي فازهاي سيم پيچي موتور به يكديگر متصل مي شوند تا نقطه صفري بوجود آورند كه شبيه يك ستاره است .

ولتاژ فاز (   /  ولتاژ اصلي   = ولتاژ فاز  ،  به عنوان مثال 400 V = 690 /     ) در سراسر سيم پيچ ها بر قرار خواهد شد . جريان اصلي    به سمت نقطه صفر تبديل به جريان فاز مي شود و متناسب با آن يك جريان فاز در سراسر سيم پيچي عبور خواهد كرد  .

با اتصال مثلث ( Δ ) قسمت آغازين و قسمت هاي انتهايي را به فازهاي متفاوت متصل مي كنيم كه بعداً شبيه مثلث مي شود . سپس يك ولتاژ اصلي در سراسر سيم پيچ ها برقرار مي شود. جريان  در داخل موتور جريان اصلي است و اين جريان بين سيم پيچ ها تقسيم خواهد شد و از طريق  جريان فاز را ايجاد مي كند . يك موتور مي تواند به صورت اتصال ستاره 690V يا اتصال مثلث 400V  متصل شود . در هر دو مورد ولتاژ موجود در سيم پيچ ها 400V خواهد بود .جريان موجود در موتور با اتصال ستاره 690V نسبت به اتصال مثلث 400V ، پايين تر خواهد بود. رابطه بين سطوح جريان  است .

به عنوان مثال بر روي پلاك موتور 690/400 V  درج مي شود. اين عدد به اين معني است كه براي اتصال ستاره نياز به ولتاژ بالاتر و در اتصال مثلث نياز به ولتاژ پايين تر است .جريان نيز بر روي پلاك درج ميگردد كه بيانگر ، مقدار پايين تر براي اتصال ستاره و مقدار بالاتري براي اتصال مثلث است.

1-6-5-4 گشتاور ( Torque ) در الكتريسيته

گشتاور چرخشي يك موتور الكتريكي ، اصطلاحي است كه براي ظرفيت چرخشي روتور به كار ميرود. هر موتور داراي يك گشتاور حداكثر است . اگر بار وارده بالاي اين گشتاور باشد به اين معني است كه موتور توان چرخش را ندارد .   با يك بار وارده معمولي ، موتور به طور چشمگيري زير حداكثر گشتاورش كار مي كند ، با اين وجود ، در لحظه شروع بار زيادي به موتور وارد مي شود .مشخصات موتور معمولاً در يك منحني گشتاور توضيح داده مي شوند.