تحقیق مقاله ترسیم نقشه های سیم پیچی موتور

- مشخصات لازم برای طراحی و سیم پیچی موتور:

       برای محاسبه و سیم پیچی یک موتور معلومات زیر مورد نیاز می باشد که از روی      پلاک و پوسته موتور ویا با توجه به نیاز واز طریق محاسبه بدست می آید.

الف : تعداد شیار های استاتور : که آنرا با  z   نشان داده و ازروی پوسته موتور قابل    شمارش می باشد. 

ب : تعداد فازها : موتورهایکه در صنعت استفاده می شوند معمولا بصورت یکفاز و سه فاز می باشند که تعداد فاز ها را با   m   نشان می دهند.

ج : تعداد قطبهای موتور ( p 2  ) تعداد قطبهای موتور را میتوان از رابطه زیر بدست آورد.                                                                                        

و رابطه فوق    ns  دور سنکرون سیدان استاتور می باشد که مقدار آن از دور موتور     

   کnr بر روی پلاک موتور نوشته میشود کمی بیشتر است.

د : گام قطبی   y  : که عبارتست از فاصله بین مرکز و قطب غیر هم نام مجاور بر حسب تعداد شیار گام قطبی را میتوان از رابطه                   بدست آورد.

ه : گام سیم بندی  yz   : عبارتست از فاصله بین دو بازوی یک کلاف بر حسب تعداد شیار.

و : تعداد شیار زیر هر قطب مربوط به هر فاز       حداقل تعداد کلافها برای ایجاد یک جفت قطب در جریان متناوب به اندازه تعداد فازها می باشد اگر بخواهیم در یک ماشین تعداد قطبهای از 2 بیشتر شده  و برابر با    2p  باشد در این صورت حداقل تعداد کلافهای لازم برابر با        p.m  بوده و چون در سیم پیچی یک طبقه هر کلاف دو شیار را پر می کند بنابر این حد اقل تعداد شیار های لازم برای تشکیل  2p    قطب توسط  m   فاز  برابر خواهد بود . zmin= 2p* m                                                                     

      همانطور که ذکر شد این تعداد شیار حداقل تعداد شیار های لازم بوده و در هر یک از قطبها یک شیار به هر فاز اختصاص می یابد اما اگر هر یک از بازوهای

کلافها را در چندین شیار مجاور هم پخش نموده و تعداد این شیارها را که عبارت از تعداد شیار زیر هر قطب مربوط به هر فاز می باشد. ql نشان می دهند.

در این صورت تعداد شیارهای لازم برای تشکیل 2p قطب توسط m فاز برابر خواهد بود با :

بدین ترتیب با مشخص بودن تعداد شیارها و تعداد قطبها، می توان مقدار q را بدست آورد.

در صورتیکه q عدد صحیح 1 و 2 و 3 و . . . باشد سیم پیچی با شیار کامل و اگر یک عدد کسری باشد سیم پیچی با شیار کسری نامیده می شود.

ز : تعداد کلافهای لازم برای هر فاز چون در سیم پیچ های هر یک از فازهای ماشین الکتریکی، باید ولتاژهای یکسان القا شود و یا اینکه این سیم پیچ ها باید به ولتاژهای برابر اتصال یابند لذا باید تعداد کلافهای هر یک از فازها با یکدیگر برابر بوده و همچنین مجموع تعداد حلقه های کلاف هر فاز نیز یکسان می باشد.

تعداد کلافهای مربوط به هر فاز باید یک عدد صحیح مثلا 1 و 2 و 3 و . . . باشد چون در سیم پیچی یک طبقه هر یک از شیارها توسط بازوی کلاف پر می شود بنابراین هر کلاف دو شیار را پر می کند لذا برای m فاز رابطه زیر برقرار خواهد بود.

که در این رابطه  تعداد کلافهای هر فاز در سیم پیچی یک طبقه بوده و برابر با عدد صحیح و بدون اعشاری  می باشد.

اگر در یک استاتور به جای سیم پیچی یک طبقه از سیم پیچی دو طبقه استفاده شود چون تعداد دور هر کلاف در این حالت نصف حالت یک طبقه بوده و در عوض هر شیار توسط دو بازوی دو کلاف مختلف پر می شود لذا تعداد کلافهای مربوط به هر فاز نیز دو برابر تعداد کلافهای در سیم پیچی یک طبقه شده و مقدار آن یعنی 2 برابر است.

شیارهای استاتور توسط کلافهای مربوط به تمام فازها پر می شوند هر چند کلاف از یک فاز با یکدیگر تشکیل یک گروه کلاف را می دهند و بازه های دو طرف هر گروه کلاف نیز در دو قطب مخالف ( در یک جفت قطب ) قرار می گیرند بنابراین تعداد گروه کلافهای مربوط به هر یک از فازها در سیم پیچ یک طبقه برابر با تعداد جفت قطبها می باشد.

به عبارت دیگر در هر جفت قطب مجموعا mn گروه کلاف و در مجموع برای 2p قطب تعداد m.p گروه کلاف لازم میب اشد.

اگر سیم پیچی یک طبقه سه فازه باشد در این صورت مجموع گروه کلافهای لازم برای سه فاز 5/1 برابر تعداد قطبها خواهد بود.

ح : زاویه الکتریکی بین دو شیار مجاور (  )

محیط یک دایره 360 درجه هندسی می باشد و چون استاتور نیز به صورت یک دایره می باشد لذا زاویه هندسی بین دو شیار مجاور هم برابر با  درجه می شود.

در یک سیم پیچی سه فازه دو قطب هر یک قسمت از گروه کلافهای مربوط به هر  محیط استاتور یعنی 60 دجه هندسی را پر می کند یا به عبارت دیگر هر قطب که 180 درجه الکتریکی می باشد به اندازه 180=60*3 درجه هندسی را در بر می گیرد اما اگر تعداد قطبها بیشتر از دو باشد زاویه هندسی مربوط به هر قطب کمتر از 180 درجه می شود مثلا اگر استاتور 6 قطب سیم پیچی شود فقط 20 درجه از محیط استاتور توسط یک سمت هر گروه کلاف هر فاز پر می شود و یا اینکه هر قطب 180 درجه الکتریکی می باشد در  محیط استاتور و یا 6 درجه هندسی جای می گیرد یعنی هر  از محیط استاتور معادل 180 درجه الکتریکی و کل محیط استاتور معادل 1080/180*6 درجه الکتریکی می باشد.

بنابراین زاویه الکتریکی محیط استاتور بر خلاف زاویه هندسی یک عدد ثابت نبوده و بستگی به تعداد قطبهای ماشین دارد بطوریکه اگر ماشین دو قطب باشد زاویه الکتریکی محیط استاتور برابر با  درجه الکتریکی خواهد بود. ( 720=180*4 ) بدین ترتیب مشاهده می شود که در هر حالت می توان زاویه الکتریکی کل را از رابطهpبدست آورد در این صورت بر خلاف زاویه هندسی بین دو شیار مجاور که همیشه ثابت است زاویه الکتریکی بین دو شیار مجاور بستگی به مقدار قطبها داشته و از رابطه زیر بدست می آید.

ط : شیار شروع فازهای R و S و T : شروع فازها در یک سیم پیچی نرمال همیشه می تواند بدون وابستگی به تعداد قطبها روی یک جفت قطب 360 درجه الکتریکی تقسیم شود.

در جریان سه فازه بین هر دو فاز 120 درجه الکتریکی اختلاف فاز می باشد لذا شروع فاز S باید از شیاری انتخاب شود که نسبت به فاز R به اندازه 120 درجه الکتریکی (  شیار ) و شروع فاز T نیز نسبت به شروع S به اندازه 120 درجه الکتریکی ( و یا نسبت به شروع فاز R به اندازه  شیار ) فاصله داشته باشد.

می توان در هر قطب تنها شروع یک فاز را نیز قرار داد مثلا می توان شروع فاز R را از شیار یک در قطب اول و شروع فاز T را از 240 درجه بعد از آن در قطب دوم شروع فاز S را نیز از 240 درجه بعد از شروع فاز T و در قطب سوم قرار داد.

ی : ولتاژ کار موتور : عبارتست از ولتاژ بین دو فاز شبکه که باید موتور به آن ولتاژ اتصال یابد این ولتاژ به همراه نوع اتصال بر روی پلاک موتور نوشته می شود و یا با توجه به محل استفاده بدست می آید و در صورتیکه بر روی پلاک موتور سه فاز نوشته شده باشد (  ) بدین معنی است که سیم پیچهای هر فاز موتور حداکثر ولتاژ 220 ولت را می توانند تحمل نمایند و در صورتیکه اتصال سیم پیچها به صورت ستاره بسته شود می توان آنرا به شبکه 380 ولتی اتصال داد.

ک : قدرت نامی موتور : توان مکانیکی یا خروجی موتور ( P2 ) در حالت کار نامی روی پلاک موتور بر حسب کیلووات ( kw ) و یا اسب بخار ( Ps ) نوشته می شود که از روی آن می توان قدرت ورودی موتور را حساب نمود.

با توجه به قدرت ورودی ولتاژ نامی می توان جریان هر یک از سیم پیچها را حساب نمود و از روی آن قطر سیم را بدست آورد.

ل : جریان خط : جریان خط نیز بر روی پلاک موتور نوشته می شود و یا از طریق محاسبه بدست می آید و با توجه به آن می توان جریان هر یک از سیم پیچها را بدست آورده و همچنین وسایل حفاظتی مناسبی را برای موتور بکار گرفت.

فرم کلافهای سیم پیچی

کلافهای یک گروه کلاف می توانند در اندازه های مساوی و یا در اندازه های نامساوی پیچیده شوند که به حالت اول سیم پیچی زنجیری و به حالت دوم سیم پیچی متحدالمرکز گرفته می شود.

 2 - 1 - سیم پیچی متحدالمرکز :

سیم پیچی متحدالمرکز گام کلافهای مربوط به هر گروه کلاف با یکدیگر تفاوت داشته و هر کلاف بزرگ کلاف کوچکتر را احاطه می کند بدین ترتیب در یک گروه کلاف گام کلاف بزرگ از گام کلاف قبلی خود به اندازه دو شیار بیشتر می باشد.

شکل زیر سه کلاف را به صورت متحدالمرکز نشان می دهد.

در این شکل هر سه کلاف با یکدیگر سری شده و مجموعا یک گروه کلاف را تشکیل می دهد.

اتصال موازی کلافهای یک گروه کلاف بخاطر مساوی نبودن طول حلقه کلافها صحیح نمی باشد اما می توان گروه کلافهای یک فاز را با یکدیگر موازی نمود که از آن در موتورهای با قدرت زیاد و ولتاژ کم استفاده می شود در این نوع سیم پیچی برای پیچیدن کلافهای یک گروه کلاف باید از قالبهای نامساوی استفاده نمود.

3-1 -  سیم پیچی زنجیره ای

سیم پیچی زنجیری یا با گام مساوی به نوعی سیم پیچی گفته می شود که در آن تمام کلافهای یک گروه کلاف در نتیجه تمام کلافهایی که در داخل شیار های استاتور جای می گیرند به یک اندازه باشند برای پیچیدن این کلافها از یک قالب ( یا قالبهای یک اندازه ) استفاده می شود.

به علت مشابه بودن کلافها با یکدیگر زمان لازمبرای تهیه قالب و پیچیدن و جا زدن کلافها در داخل شیارها کمتر از حالت متحدالمرکز می باشد علاوه بر آن طول متوسط کلاف نیز در این نوع سیم پیچی کوتاه تر از نوع متحدالمرکز می باشد و به همین جهت در مصرف سیم نیز صرفه جویی شده و اقتصادی تر می باشد.

امکان اتصال موازی کلافهای هر گروه کلاف و یا هر چند کلاف با یکدیگر نیز در این حالت وجود دارد. در سیم پیچی زنجیری پیشانی کلافهای فازهای مختلف در پیرامون استاتور از روی یکدیگر عبور نموده و برای جلوگیری از اتصال کوتاه بین آنها باید حتما بخوبی از یکدیگر عایق شوند اشکال زیر اتصال سه کلاف را به صورت زنجیری به یکدیگر را نشان می دهد.

در رسم دیاگرام گسترده این نوع سیم پیچی کلافها را به هر دو صورت می توان نشان داد.

برای سیم پیچی یک موتور باید ابتدا دیاگرام گسترده سیم پیچی را رسم نموده و سپس با کمک آن استاتور را سیم پیچی کرده برای ترسیم دیاگرام گسترده سیم پیچی روشهای متفاوتی وجود دارد که نتیجه نهایی تمام روشها یکسان بوده و به کمک آن یک سیم پیچی کاملا متقارن و یا در حد قابل قبول بدست می آید در هر یک از این روشها سعی می شود که شیارهای استاتور توسط سه دسته سیم پیچ مساوی پر شده و طریق صحیح به یکدیگر اتصال یابند تا حتی الامکان یک میدان دوار متقارن بوجود آید.

گاهی می توان با بکارگیری چند قاعده ساده و یا با استفاده از یک جدول به این هدف دست یافت اما گاهی نیز باید از روشهای خاصی استفاده نمود و دیاگرام گسترده مطلوب را رسم نمود.

4-1- روش استفاده از جدول شیارها

1-4-1- موتورهای با شیار کامل یک طبقه

در صورتیکه تعداد شیارهای هر فاز زیر هر قطب یعنی q عدد صحیح و بدون اعشاری ( 1 و 2 و 3 و . . . ) باشد سیم پیچی با شیار کامل نامیده می شود.

در سیم پیچی یک طبقه تعداد کلافهای بکار رفته در موتور  و تعداد کلافهای مربوط به هر فاز برابر با  و تعداد گروه کلافهای مورد استفاده برای هر سه فاز یک و نیم برابر تعداد قطبها می شود که باید در شیارهای استاتور به طور صحیح جای گیرند.

محل قرار گرفتن گروه کلافهای مربوط به هر یک از فازها را می توان با استفاده از جدول شیارها بدست آورد.

مثال :

استاتوری دارای 24 شیار بوده و باید بصورت سه فاز 4 قطب یک طبقه سیم پیچی شود برای تر سیم دیاگرام گسترده این استاتور به روش زیر عمل می کنیم .

در سیم پیچی یک طبقه کلافها به صورت متحدالمرکز یا زنجیری می توانند پیچیده شوند در هر صورت گام قطبی برابر است با :

سپس هر شش شیار تشکیل یک قطب را می دهند و باید توسط سه فاز پر شوند بنابراین :

چون q عدد صحیحی است بنابراین سیم پیچی با شیار کامل می باشد در اینجا q=2 بدین معنی است که هر گروه کلاف از دو کلاف تشکیل شده است.

یک روش ساده برای پیدا کردن شیارهای مربوط به شروع هر فاز استفاده از زاویه الکتریکی بین هر دو شیار می باشد در این مثال زاویه الکتریکی بین دو شیار مجاور برابر است با :

اگر شروع فاز R از شیار یک باشد شروع فاز S از شیار  و شروع فاز T نیز از شیار  خواهد بود.

شروع فازها از شیارهای دیگر که در قطبهای مخلتف قرار گرفته باشند نیز می توانند باشد مثلا شروع فاز R از شیار یک و شروع فاز  T از شیار 9 و شروع فاز S از شیار 17 ( 240 – درجه بعد از فاز T ) باشد.

بدین ترتیب در مورد فاز R چون تعداد شیارها زیر هر قطب مربوط به هر فاز برابر با 2 می باشد بنابراین شیار شماره 1 و 2 باید توسط بازوی کلاف مربوط به فاز  R پر شود.

دو شیار ابتدای قطب بعدی یعنی شیارهای 7=6+1 و 8=6+2 نیز مربوط به فاز R می باشد به همین ترتیب دره ر قطب باقی مانده نیز شیارهای مربوط به فاز R عبارت خواهند بود از شیارهای 13=6+7 و 14=6+8 در قطب سوم و شیارهای 19=6+13 و 20=6+14 در قطب چهارم پس شیارهای ( 2-1 ) و ( 8-7 ) و ( 14-13 ) و (20-19 ) متعلق به فاز R می باشد.

شروع فاز S نیز همانطور که توضیح داده شد از شیار شماره 5 بوده و شیارهای مربوط به آن در هر چهار قطب عبارتند از :

(6-5 ) ، ( 12-11 ) ، ( 18-17 ) ، ( 24-23 )

در مورد فاز T نیز که شروع آن از شیار 9 می باشد می توان شیارهای مربوط به آنرا به ترتیب ( 10-9 ) ، ( 16-15 ) ، ( 22-21 ) ، ( 4-3 ) نوشت .

با مشخص شدن شیارهای مربوط به هر سه فاز می توان آنها را مطابق جدول زیر مرتب نمود.