پیشگفتار
موتورهای الکتریکی و بخصوص موتورهای الکتریکی جریان متناوب از مهمترین عملگرهای مورد استفاده در لوازم صنعتی و خانگی هستند. بدون موتورهای الکتریکی خطوط تولید و صنعت معنی و مفهوم پیدا نمیکنند. انواع مختلف و متنوعی از موتورهای الکتریکی در تجهیزات و دنیای اطراف ما مشاهده میشوند. برای مثال در خودرو و اسباب بازیها، نمونههایی از موتورهای جریان مستقیم را میتوانید مشاهده کنید. ولی موتورهای جریان متناوب بخصوص موتورهای 3ø (سه فاز)، به دلیل ساختار و ویژگیهای خاصی که دارند، در صنایع مختلف بکار گرفته میشوند. موتورهای الکتریکی با سرعت (تعداد دور در دقیقه)، جهت چرخش، توان و گشتاوری که تولید میکنند برای انجام فعالیتهای مختلف استفاده میشوند. ولی اگر این پارامترها قابل کنترل نباشند، استفاده از موتورهای الکتریکی ممکن نخواهد بود. برای اینکه با روشهای کنترل این مقادیر و کمیتها آشنا شویم، ابتدا لازم است با ساختمان و نحوه کارکرد موتورهای الکتریکی آشنا شویم. به همین دلیل ابتدا به بررسی ساختمان موتورهای جریان متناوب پرداخته و در ادامه روشهای کنترل آنها بیان میگردد. یکی از تجهیزات مهمیکه در صنایع مختلف مشاهده میکنید، دستگاهی به نام درایو یا اینورتر است. درایو دستگاه و وسیلهای برای کنترل پارامترهای مختلف موتور مانند سرعت، جهت و جریان راهاندازی اولیه است. در این کتاب به بررسی ساختمان درایو و نحوه نگهداری، عیب یابی و تعمیر آن پرداخته میشود. مطالب بهگونهای تهیه گردیده تا مورد استفاده کلیه علاقمندان از سطح کارگران فنی تا استادکاران با تجربه صنعت قرار گیرد. از تمام خوانندگان و صاحبنظران انتظار دارم با ارائه پیشنهادها و انتقادهای خویش، موجب افزایش بار علمیو پربار شدن مطالب این کتاب شوند. در پایان از تمام کسانی که در تهیه این کتاب نقش داشته اند، تشکر و قدردانی مینمایم. بخصوص جناب آقای مجیدرضا زروئی، مدیر محترم انتشارات فدک ایساتیس، که زحمت آماده سازی نشر و پخش این کتاب را تقبل نمودهاند.
داود حبیب زاده
Dhabibzadeh@gmail.com
فهرست
فصل 1 : اهمیت موتورهای الکتریکی و کنترل آنها 1
1-1 سیستمهای کنترل حرکت (Motion Control) 2
1-2 عملگرها و عناصر نهائی (Actuators and Final Elements) 4
1-3 عملگرهای پنیوماتیکی (Pneumatic Actuators) 6
1-4 عملگرهای هیدرولیکی (Hydraulic Actuators) 6
1-5 عملگرهای الکتریکی (Electrical Actuators) 8
فصل 2 : الکتریسیته و مغناطیس در موتورهای الکتریکی 9
2-1 برق سهفاز و تکفاز (power 3ø & 1ø) 11
2-1-1 نیروگاه برق (Power Plant) 11
2-1-2 شبکه برق (Electric Grid) 12
2-1-3 آرایشهای ستاره و مثلث 14
2-2 آهنربا و مغناطیس 17
2-3 قانون جذب و دفع قطبهای آهنربا 17
2-4 قوانین الکترومغناطیسی و آهنربای الکتریکی
فصل 3 : ساختمان موتورهای الکتریکی 21
3-1 انواع موتورهای الکتریکی 23
3-1-1 موتورهای جریان مستقیم (DC Motors) 25
3-1-2 موتورهای DC سری، شنت، مرکب و تحریک مجزا 26
3-1-3 موتورهای جریان مستقیم با استاتور آهنربای دائم 27
3-1-4 موتورهای جریان مستقیم با روتور آهنربای دائم (بدون جاروبک BLDC MOTOR) 27
3-1-5 موتورهای جریان مستقیم سری 29
3-1-6 موتورهای جریان مستقیم موازی یا شنت 30
3-1-7 موتورهای جریان مستقیم مرکب یا کامپوند 31
3-1-8 موتورهای جریان مستقیم تحریک مجزا 31
3-2 رابطه بین تعداد قطب، سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی 32
3-3 آرمیچر (Armature) 33
3-4 موتورهای یونیورسال (Universal Motor) 34
3-5 موتورهای جریان متناوب سه فاز (3ø AC Motors) 35
3-6 موتورهای جریان متناوب سهفاز سنکرون و آسنکرون 36
3-7 موتورهای القائی (Induction Motor) 38
3-8 موتورهای دالاندر (Dahlander Electromotor) 40
3-9 موتورهای جریان متناوب تک فاز (Single Phase Electromotor) 41
3-10 راهاندازی موتورهای سه فاز با تک فاز 41
3-11 موتور القائی با خازن راهانداز (Induction motor with starting capacitor) 43
3-12 کلید گریز از مرکز (Centrifugal switch) 43
3-13 موتور القائی با خازن دائم (Induction motor with permanent capacitor ) 44
3-14 موتور القائی با خازن دائم و راهانداز (Induction motor with permanent capacitor and starter) 45
3-15 موتور القائی با قطب چاکدار (Induction motor with slotted pole) 46
3-16 موتور القائی فاز شکسته (Broken phase induction motor) 46
3-17 تغییر جهت موتورهای القائی تک فاز 47
3-18 خازنهای دائم کار و راهانداز در موتورهای الکتریکی 48
3-19 خازنهای الکترولیتی و خازنهای روغنی (کاغذی) 49
3-20 خازن کاغذی یا پلی استر 50
3-21 تشخیص خازن راهانداز از خازن دائم 50
فصل 4 : انتخاب و حفاظت موتورهای الکتریکی 53
4-1 حفاظت موتور الکتریکی (Electromotor Protection) 55
4-1-1 توان موتور الکتریکی 55
4-1-2 پلاک موتورهای الکتریکی 55
4-2 سرعت چرخش موتور (PM: Rotation Per Minute) 58
4-2-1 گشتاور T (torque) 58
4-2-2 ولتاژ (Voltage) 58
4-2-3 فرکانس (Frequency) 59
4-2-4 کلاس عایقی موتور (Isolation Class) 59
4-3 درجه حفاظت بدنه موتور (IP یا Enclosure) 59
4-4 فیوز (FUSE) 61
4-4-1 فیوزهای ذوبشونده (Melting Fuses) 62
4-4-2 فیوزهای اتوماتیک (آلفا) 63
4-5 بی متال (Bi Metal) 64
4-6 فیوز یا کلید مینیاتوری (Miniature circuit breaker – MCB) 64
4-7 کلید حفاظت جان (RCD یا RCCB) 66
4-8 حفاظتهای داخلی موتور 68
4-9 محافظ حرارتی یا ترموگارد (Thermoguard) 68
4-10 ترموستات (Thermostat) 69
4-11 کلید اضافه جریان (Over Load Switch) 69
4-12 مقاومت تابع دما یا ترمیستور (Thermistor) 70
4-13 رله حفاظت موتور (Motor Protection Relay) 71
4-14 مدار کنترل فاز (Phase Control Circuit) 72
فصل 5 : کنترل موتورهای الکتریکی (Electro Motor Control) 73
5-1 کنترل جریان راهاندازی موتور (Start Current یا Inrush Current) 77
5-2 راهاندازی مستقیم (Direct on-line starting) DOL 79
5-3 راهاندازی با رئوستا (Starting with rheostat and variable resistance) 79
5-4 راهاندازی با روش نیم موتور (Starting Half Motor) 80
5-5 استفاده از اتوترانس در راهاندازی موتور (Variac or Auto Trans Starting) 81
5-6 راهاندازی ستاره – مثلث موتور (Starting the star-delta motor) 81
5-7 سافت استارتر (Soft Starter) 83
5-8 ترمز موتورهای الکتریکی (Electric motor Brake) 85
5-9 ترمز جریان معکوس (Reverce Current Brake) 87
5-10 ترمز جریان مستقیم (Direct Current Brake) 87
5-11 ترمز فوق سنکرون (Ultra-Synchronous Brake) 88
5-12 ترمز مادون سنکرون (Infra-Synchronous Brake ) 88
5-13 ترمز دینامیکی (Dynamic Brake) 89
5-14 ترمز الکترومغناطیسی (Electromagnetic Brake) 89
5-15 درایو موتورهای الکتریکی (Electromotor Drive) 90
5-16 درایو موتورهای DC (DC motor Drive) 93
5-17 درایو موتورهای AC (Alternative Current Motor Drive) یا اینورتر (Inverter) 97
5-18 درایو موتورهای AC القایی 99
5-19 درایوهای فرکانس متغییر یا VFD (Variable Frequency Drive) 100
5-20 اتصال درایو به کلیدهای فرماندهنده خارجی 108
5-21 اتصال درایو به سایر تجهیزات کنترل 108
فصل 6 : موتورهای پلهای، سروو موتورها و ایزی سروو موتورها 111
6-1 موتورهای پلهای (Step Motor) و انواع آن 113
6-2 موتورهای پلهای تک قطبی و دو قطبی 115
6-3 سروو موتورها (servo Motors) 120
6-4 ایزی سروو موتور (Easy servo Motor) 123
6-5 انکودر دورانی و سنسور اثرهال (Rotary Encoder and Hall effect Sensor) 124
فصل 7 : درایوها و کنترلکنندههای شرکت زیمنس 127
7-1 شرکت زیمنس 128
7-2 درایوهای شرکت زیمنس (Siemence Motor Drive) 129
7-3 طبقهبندی درایوهای زیمنس 131
7-4 درایوهای سینامیکس یا زینامیکس زیمنس (Sinamics Drive) 133
7-5 اجزاء یک درایو 135
7-6 بررسی اجزا درایوهای میکرومسترزیمنس سری 400 136
7-7 سروو درایو V90 زیمنس 141
7-8 مراحل راهاندازی و تنظیمات سروو درایو V90 143
7-9 فرکانس Jog 144
فصل 8: عیبیابی موتورهای الکتریکی و سیستمهای کنترل
حرکت 147
8-1 عیب ظاهری و عیب اصلی 149
8-2 علل خرابی موتور الکتریکی 150
8-2-1 گرما و حرارت 150
8-3 عیبیابی موتورهای الکتریکی 153
8-4 معایب رایج موتورهای الکتریکی 156
8-5 موتورهای الکتریکی در شبکههای صنعتی 157