دانلود pdf مباحث ماشین‌ های الکتریکی کمیاب و عالی

جزوه حاضر به تفصیل به مباحث ماشین‌ های الکتریکی می‌پردازد و یکی از مهم‌ترین آن‌ها، ترانسفورماتور است که در سیستم‌های قدرت نقش حیاتی دارد.

برخلاف مدل ایده‌آل، ترانسفورماتور واقعی دارای تلفات و ویژگی‌های غیرخطی است که باید در تحلیل‌ها لحاظ شوند.

برای تحلیل عملکرد آن، می‌توان مدارهای معادل ترانسفورماتور را از دیدگاه سیم‌پیچی ورودی یا سیم‌پیچی خروجی ترسیم کرد. طراحی مدار معادل ترانسفورماتور برای یک ورودی سینوسی، امکان بررسی دقیق‌تر رفتار آن را فراهم می‌کند.

در این مدل‌سازی، تلفات اهمی ترانسفورماتور که ناشی از مقاومت سیم‌پیچ‌هاست، به همراه تلفات هسته که شامل هیسترزیس و جریان‌های گردابی است، لحاظ می‌شوند. استفاده از مدار معادل الکتریکی یکا-شده ترانسفورماتور، محاسبات را ساده‌تر می‌کند و مقایسه این مباحث ماشین‌ های الکتریکی با توان نامی متفاوت را آسان می‌سازد.

معادلات الکتریکی در حالت ماندگار با ورودی سینوسی، رفتار ترانسفورماتور را به طور کامل توصیف می‌کنند و پس از یکا-سازی، به فرم استاندارد و قابل تحلیل درمی‌آیند. مروری بر مدارهای معادل ترانسفورماتور، به ما کمک می‌کند تا دید جامعی از مدل‌سازی این دستگاه به دست آوریم.

اغلب برای ساده‌سازی تحلیل، از مدارهای معادل تقریبی ترانسفورماتور استفاده می‌شود که شامل انواع مختلفی از تقریب‌ها برای حذف یا جابجایی شاخه‌های موازی است. ترسیم دیاگرام برداری جریان‌ها و ولتاژهای ترانسفورماتور، ابزاری بصری برای درک روابط فازوری در مدار است.

هنگامی که ترانسفورماتور زیر بار می‌رود، رفتار آن تغییر می‌کند که می‌توان با روش‌های تقریبی مختلف، این عملکرد را ارزیابی نمود. در بسیاری از مسائل عملی، لازم است که با طرح یک مسئله مشخص، عملکرد ترانسفورماتور تحت شرایط خاص مورد بررسی قرار گیرد.

این تحلیل‌ها اغلب با فرض اینکه پارامترها یکا شده‌اند، انجام می‌شوند تا به نتایج دقیق‌تر و قابل تعمیم دست یابیم. برای دسترسی به پارامترهای مدار معادل الکتریکی ترانسفورماتور، انجام آزمایش‌هایی ضروری است تا درک عمیق‌تری از عملکرد این مباحث ماشین‌ های الکتریکی به دست آید.

آزمایش بی‌باری یکی از این روش‌هاست که با اعمال ولتاژ نامی در سمت ولتاژ پایین و باز نگه داشتن سمت دیگر، تلفات هسته و امپدانس مغناطیسی را مشخص می‌کند. برای انجام آزمایش بی‌باری، دو راه اصلی وجود دارد که هر یک مزایا و محدودیت‌های خود را دارند.

چنانچه ترانسفورماتور در فشار قوی تغذیه کرده باشد، ملاحظات ایمنی و فنی ویژه‌ای برای انجام آزمایش‌ها و تحلیل‌ها باید در نظر گرفته شود. راندمان شبانه‌روزی ترانسفورماتور معیاری مهم برای ارزیابی عملکرد آن در طول یک چرخه ۲۴ ساعته است که شامل تلفات بار و بی‌باری می‌شود.

تلفات مغناطیسی در هسته ترانسفورماتور معمولاً ثابت در نظر گرفته می‌شوند زیرا به ولتاژ و فرکانس سیستم بستگی دارند که در حالت عادی تغییر نمی‌کنند. درصد تنظیم ولتاژ یا رگولاسیون ولتاژ، نشان‌دهنده تغییرات ولتاژ خروجی ترانسفورماتور از حالت بی‌باری تا بار کامل است.

برای ساده‌سازی محاسبات این پارامتر، گاهی از شاخه‌های موازی در مدار معادل صرف‌نظر می‌شود تا تحلیل‌ها سریع‌تر انجام گیرند. موازی کردن ترانسفورماتورها راهکاری است برای افزایش ظرفیت انتقال توان یا بهبود قابلیت اطمینان سیستم.

این عمل در صنعت مباحث ماشین‌ های الکتریکی رایج است و نیاز به رعایت شرایط خاصی مانند نسبت تبدیل، امپدانس و جابجایی فاز دارد تا از گردش جریان‌های ناخواسته جلوگیری شود. در سیستم‌های سه‌فاز، ترانسفورماتورها می‌توانند با اتصالات مختلفی مانند دلتا-ستاره (Δ-Y) به کار روند.

این نوع اتصال برای تغذیه بارهای سه‌فاز و تک‌فاز از یک سیستم چهار سیمه بسیار رایج است؛ همچنین اتصال ستاره-ستاره (Y-Y) نیز کاربردهای خاص خود را دارد. اتصالات دلتا-دلتا (D-D) بیشتر برای بارهای موتوری و جایی که نیاز به نقطه خنثی نیست، استفاده می‌شوند.

در مقابل، اتصال ستاره-دلتا (Y-D) به دلیل ایجاد شیفت فاز ۳۰ درجه، در کاربردهای خاصی مانند تبدیل ولتاژ برای شبکه‌های انتقال به کار می‌رود. اتوترانسفورماتور نوع خاصی از ترانسفورماتور است که تنها یک سیم‌پیچ مشترک برای ورودی و خروجی دارد.

نحوه کارکرد اتوترانسفورماتور به گونه‌ای است که بخشی از توان را به صورت القایی و بخشی را به صورت رسانایی منتقل می‌کند و در نسبت تبدیل‌های نزدیک به یک، بسیار کارآمد است. اتصال مثلث (D, دلتا, d) یکی از پیکربندی‌های رایج سیم‌پیچ‌ها در سیستم‌های سه‌فاز است که جریان خط و فاز در آن متفاوت است.

بررسی سیستم ستاره-مثلث نشان‌دهنده مزایا و معایب هر یک است؛ در شرایط اضطراری نیز می‌توان از اتصال مثلث باز (اوپن دلتا) برای تغذیه موقت استفاده کرد. پس از بررسی ترانسفورماتورها، نوبت به یکی دیگر از مهم‌ترین مباحث ماشین‌ های الکتریکییعنی موتورهای القایی می‌رسد.

این موتورها به دلیل سادگی ساختار، قابلیت اطمینان بالا و هزینه نسبتاً پایین، کاربرد فراوانی در صنعت دارند. مجموعه سیم‌پیچی سه‌فاز استاتور موتورهای القایی می‌تواند به‌صورت ستاره یا به‌صورت مثلث متصل شود که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند.

فهم عمیق ساختار این مباحث ماشین‌ های الکتریکی برای عملکرد بهینه آنها حیاتی است و مفهوم لغزش در موتورهای القایی، تفاوت سرعت میدان دوار استاتور و سرعت روتور را بیان می‌کند که برای تولید گشتاور ضروری است.

برای تحلیل دقیق‌تر رفتار موتورهای القایی، از مدار معادل یک فاز از سه‌فاز استاتور در حالت بی‌باری استفاده می‌شود. این مدار معادل، پارامترهای اصلی موتور را در شرایط عدم وجود بار مکانیکی نشان می‌دهد و به درک تلفات و جریان مغناطیس‌کننده کمک می‌کند.