دانلود مقاله ماشینهای سنکرون سه فاز

مقدمه ماشین های سنکرون تحت سرعت ثابتی بنام سرعت سنکرون می چرخند .

و جزء ماشین های جریان متناوب (AC) محسوب می شوند .

در این ماشینها بر خلاف ماشین های القائی ( آسنکرون ) میدان گردان شکاف هوائی ورتور با یک سرعت که همان سرعت سنکروه است می چرخند .

ماشینهای سنکروه سه فاز بر دو نوع اند .

1- ژنراتور های سنکرون سه فاز یا الترناتور ها 2- موتورهای سنکروه سه فاز امروزه ژنراتورهای سنکرون سه فاز ستون فقرات شبکه های برق را در جهان تشکیل می دهد و ژنراتورهای عظیم در نیروگاهها وظیفه تولید انرژی الکتریکی را به دوش می کشند .

موتورهای سنکرون در مواقعی بکار می روند که به سرعت ثابت نیاز داشته باشیم .

البته موتورهای سنکرون تکفاز کوچکی هم وجود دارد که در فصل بعد راجع به ان اشاره می کنیم .

نوع خطی موتورهای سنکرون بنام موتورهای سنکرون خطی یا LSM نیز در سیستم های حمل و نقل بکار می رود .

یکی از مزایای عمده موتورهای سنکرون اینست که می تواند از شبکه توان راکتیو دریافت و یا به شبکه توان راکتیو تزریق کند .

ماشینهای سنکرون اعم از ژنراتور و موتور جزء ماشینهای دو تحریکه محسوب می شوند زیرا سیم پیچ رتور آنها توسط منبع DC تغذیه گشته و از استاتور انها جریان AC می گذرد .

باید دانست ساختمان ژنراتور و موتور سنکرون سه فاز شبیه یکدیگر است .

شار شکاف هوائی در این ماشینها منتجه شارهای حاصله از جراین رتور و جریان استاتور می باشد .

در ماشینهای القائی ( فصل قبل ) تنها عامل تحریک کننده جریان استاتور محسوب می شد ، زیرا جریان رتور بر اثر عمل القاء پدید می امد .

لذا موتورهای القائی همواره در حالت پس فاز مورد بهره برداری قرار می گیرند ، زیرا به جریان پس فاز راکتیوی نیاز داریم تا شار در ماشین حاصل شود .

اما در موتورهای سنکرون اگر مدار تحریک رتور ، تحریک لازم را فراهم سازد ، استاتور جریان راکتیو نخواهد کشید و موتور در حالت ضریب توان واحد کار خواهد کرد .

اگر جریان تحریک رتور کاهش می یابد ، جریان راکتیو از شبکه به موتور سرازیر می شود تا به رتور جهت مغناطیس کننده گی ماشین کمک کند .

در اینصورت موتور سنکرون سه فاز در حالت پس فاز کار خواهد کرد .

اگر جریان تحریک رتور زیاد شود ( میدان رتور افزایش می یابد ) در اینصورت جریان راکتیو پیش فاز از شبکه کشیده می شود تا با میدان رتور به مخالفت برخیزد .

در اینصورت موتور در حالت پیش فاز کار می کند و توان راکتیو به شبکه می فرستد .

از گفتار فوق نتیجه می شود که با تغییر جریان تحریک ( مدار رتور ) که جریانی DC است ، ضریب توان موتور سنکرون سه فاز را می توان کنترل نمود .

باید دانست که در تمامی مراحل موتور از شبکه توان اکتیو (P) می کشد اما توان راکتیو موتور (Q) به نحوه تحریک بستگی دارد .

اگر موتور بی بار باشد تغییر جریان تحریک باعث می گردد که موتور گاهی بصورت مقاومت ، گاهی بصورت سلف و گاهی بصورت خازن عمل نماید .

موتور سنکرون بی بار را کندانسور سنکرون می نامند و در سیستمهای انتقال انرژی جهت تنظیم ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد .

در صنعت نیز گاهی برای بهبود ضریب توان بجای خازن از موتورهای سنکرون در حالت پیش فاز استفاده می شود .

در اینجا لازم است قدری درباره ساختمان ماشینهای سنکرون سه فاز اعم از موتور و ژنراتور بحث شود .

شکل 1 و 6-1 شمای استاتور این ماشینها را نشان می دهد .

درون شیارهای استاتور سیم پیچی سه فاز استاتور جا سازی شده است و استاتور در این ماشینها شبیه استاتور ماشینهای القائی فصل قبل است .

در شکل 1 و 6-1 شمای دو نوع رتور برای ماشینهای سنکرون نشان داده شده است : 1- رتور با قطب های برجسته که در آن برجستگی قطبها مشهود است و قطبها توسط سیم پیچی تحریک یا سیم پیچی میدان تحریک می شوند .

واضح است که در این نوع ماشینها شکاف هوائی ( فاصله بین رتور و استاتور ) غیر یکنواخت است .

در زیر قطبها شکاف هوائی کم و در میان قطبها شکاف هوائی زیادی حاصل می شود شکل 1 و 6-1 .

2- رتور استوانه یا رتور غیر برجسته ، در این نوع ماشینها شکاف هوائی درون ماشین کاملا یکنواخت است و رتور بصورت یک استوانه نسبتا کامل ساخته می شود 0 شل 1 و 6-1) .

شکل (2 و 6-1) شمای بیرون ماشین سنکرون را نشان می دهد .

می بینیم از استاتور سه پایانه خارج می شود که مربوط به سیستم سه فاز استاتور است .

تغذیه جریان DC تحریک مربوط به رتور If نیز از طریق حلقه های لغزان موجود بر روی محور ماشین انجام می شود .

شکل 3 و 6-1 وضعیت سیم پیچی های سه فاز استاتور و سیم پیچ تحریک را نشان می دهد.

ساختمان ماشینهای سنکرون سه فاز استاتور ماشینهای سنکرون سه فاز اعم از ژنراتور و موتور حاوی سیم پیچی سه فازی است که درون شیارهای استاتور جا سازی شده و رد طلو محیط آن پخش و توزیع گردیده اند .

استاتور ماشینهای سنکرون سه فاز شبیه ماشینهای القائی سه فاز است .

استاتور در ژنراتور بار را تغذیه می کند و در موتور سنکرون به شبکه وصل می شود تا جریان به درون موتور سرازیر شود .

در هر دو حال جریان استاتور یک جریان AC است .

به سیم پیچی استاتور سیم پیچی آرمیچر نیز گفته می شود و این امر بر خلاف ماشینهای DC است .

زیرا در ماشینهای DC سیم پیچی آرمیچر بر روی رتور قرار دارد .

سیم پیچی استاتور یا آرمیچر در ماشینهای سنکرون طوری طراحی می شوند که جریان و ولتاژ زیادی را تحمل نمایند .

رتور ماشینهای سنکرون حاوی سیم پیچی تحریک یا سیم پیچی میدان است و این سیم پیچی توسط جریان DC تحریک می گردد .

شکل 6-1 شمای کلی ماشینهای سنکرون را نشان می دهد و قبلا قدری راجع به ان صحبت کردیم .

همانطور که در شکل 6-1 دیدیم رتور این ماشینها بر دو نوع است: 1- رتور قطب برجسته : این رتورها عمدتا در ماشینهائی بکار می رود که سرعت سنکرون آنها کم است .

2- رتور قطب برجسته : این رتورها عمدتا در ماشینهائی بکار می رود که سرعت سنکرون آنها زیاد است .

در اینجا بد نیست بدانید در نیروگاههای بخاری از ژنراتورهای با رتور استوانه ای ( غیر برجسته ) استفاده می شود .

در نیروگاههای دیگر که سعرت چرخش توربین متصل به محور ژنراتور کم است از رتورهای قطب برجسته استفاده می شود.

شکل 6-2 تصویر یک ژنراتور با قطب استوانه ای ( غیر برجسته ) عظیم الجثه را نشان می دهد و شکل 6-3 تصویر یک ژنراتور قطب بر جسته را به نمایش می گذارد .

در این فصل ابتدا راجع به عملکرد ماشینهای سنکرون بارتور استوانه ای در حالت ماندگار مانا بحث می شود و سپس اثر برجستگی قطبها را مطرح می سازیم .

ژنراتور سنکرون شکل 1 و 6-4 را در نظر می گیریم و فرض می کنیم اگر جریان (If) DC از سیم پیچی تحریک رتور بگذرد شاری با توزیع سینوسی در شکاف هوایی ایجاد می کند .

حال اگر رتور توسط محرک اولیه مثل موتور دیزل یا تورین یا موتور DC چرخانده شود یک میدان گردان در شکاف هوائی حاصل می شود .

به این میدان لفظ میدان تحریک نیز اطلاق می شود .

این میدان در سیم پیچهای سه فاز آرمیچر ( cc/,bb/ , aa/ در شکل 6-4 ) ولتاژ القاء می کند و این سه ولتاژ القائی در شکل 2 و 6-4 نشان داده شده است .

این ولتاژها از نظر دامنه یکسان ، اما با هم 120درجه الکتریکی اختلاف فاز دارند .

به این ولتاژها نامهای زیر اطلاق می گردد و با علامت Ef مشخص می شوند.

1- ولتاژ القاء شده 2- ولتاژ تولید شده 3- ولتاژ داخلی 4- ولتاژ تحریک گفتنی است که سرعت رتور سرعت سنکرون و فرکانس ولتاژهای القائی طبق رابطه زیر بهم مربوط می شوند : (6-1) یا : (6-2) N سرعت رتور ( سرعت سنکرون ) بر حسب دور در دقیقه بوده و p تعداد قطبهای رتور است .

مقدار موثر ولتاژ تحریک (Ef) از رابطه 5-27 فصل قبل قابل استحصال است .

(6-3) Ef=4/44f Ff Nkw Ff شار هر قطب بخاطر جراین تحریک If تعبیر می شود .

N تعداد حلقه ها یا دور ها در هر فاز بوده و Kw ضریب سیم پیچی نام دارد .

از روابط (6-2) و (6-3) داریم : (6-4) Ef a nFf می بینیم ولتاژ تحریک (Ef) که همان ولتاژ القائی یا ولتاژ داخلی یا ولتاژ تولید شده می باشد ، با شار تحریک و سرعت متناسب است .

واضح است که شار تحریک (Ff) نیز با جریان تحریک If تناسب دارد .

تغییرات ولتاژ تحریک Ef بر حسب جریان تحریک (If) تحت سرعت ثابت در شکل 6-5 نشان داده شده است .

ولتاژ القائی مربوط به If=0 بخاطر پدیده پس ماند می باشد .

در ابتدا تغییرات Ef بر حسب If خطی است ، اما پس از عبور از مرحله تغییرات خطی اگر If زیاد شود Ff دیگر با If رابطه خطی ندارد مساله اشباع و لذا طبق محنی شکل 6-5 Ef نیز تقریبا ثابت می شود .

به منحنی شکل 6-5 مشخصه مدار باز ژنراتور سنکرون سه فاز نیز اطلاق می شود باید دانست در حالت بی باری یعنی در حالتی که بار به پایانه های استاتور وصل نباشد ، در اینصورت Ef معادل ولتاژ پایانه ژنراتور است که م یتوان انرا با ولت متر اندازه گیری نمود .

بهمین دلیل به مشخصه شکل 6-5 مشخصه مدار باز یا OCC اطلاق می شود .

نام دیگر این منحنی مشخصه مغناطیس شوندگی است .

اگر در شکل 3 و 6-1 پایانه های استاتور ژنراتور سنکرون به بار سه فاز متصل شود جریان های Ic , Ib , Ia برقرار می گردد فرکانس این جریان ها با Ef یکسان است .

این سه جریان نیز میدان گردان در شکاف هوائی پدید می اورند .

لذا متجه شار در شکاف هوائی از مجموع دو شار گردان رتور و استاتور حاصل می گردد .

اید دانست سرعت چرخش این دو شار یکسان بوده و همان سرعت سنکرون است رابطه 6-1 .

گیریم Ff شار حاصله توسط جراین تحریک If و Fa بخاطر جریان استاتور Ia حاصل شود .

به Fa شار عکس العمل آرمیچر نیز گفتهمی شود .

پس : شار منتجه رد شکاف هوائی ( از اشباع صرفنظر شده است ) Fr=Ff+Fa= باید دانست سرعت دوران هر سه شار فوق الذکر در شکاف هوائی همان سرعت سنکرون است ( رابطه 6-1) شکل 6-6 نمودار فازوری فضایی این سه شار را نشان می دهد .

mmf مربوط به رتور Ff که در اثر جریان تحریک If حاصل می شود شار Ff را تولید می کند و همگی در یک امتداد نشان داده شده اند .

ولتاژ تحریک Ef بخاطر اصل فاراده از Ff بمیزان 90 درجه عقب می افتد .

گیریم جریان استاتور Ia از Ef بمیزان q درجه عقب باشد .

mmf مربوط به Ia که با Fa نشان داده می شود شار Fa را تولید می کند و همگی در امتداد Ia در شکل 6-6 نشان داده شده اند .

mmf منتجه یا Fr بقرار زیر است : Fr=Ff+Fa اگر از اشبع صرفنظر شود در اینصورت Fr نیز منتجه Ff و Fa خواهد بود و باید دانست Fr را همان Fr تولید می نماید .

در قسمتهای بعدی درباره رابطه mmf ها و شارها بیشتر صحبت می شود .

اگر از اشبع صرفنظر شود در اینصورت r نیز منتجه f و a خواهد بود و باید دانست r را همان Fr تولید می نماید .

شین بی نهایت ژنراتورهی سنکرون سه فاز عمدتا به سیستم قدرت متصل اند و بندرت به تنهایی بارهای خاص و محلی را تامین می کنند .

در صورتیکه ژنراتورهای سنکرون سه فاز به شبکه قدرت وصل اند و مشترکا بار مشترکین را تامین می کنند در اینصورت اصطلاحا می گویند که ژنراتورها به شین بی نهایت وصل اند .

از انجائیکه تعداد ژنراتورهای متصل به شبکه زیاد بوده و اندازه این ژنراتورها نسبتا بزرگ و حجیم است لذا ولتاژ و فرکانس شین بی نهایت به سختی قابل تغییر است و ثابت می باشد .

مصرف کننده ها بار از نقاط مختلف شین بی نهایت توسط انشعابهائی تغذیه می شوند .

شکل 6-7 یک شین بی نهایت را که گاهی نیز به آن شبکه بهم پیوسته نیز اطلاق می شود ، نشان می دهد .

معمولا ولتاژ پایانه های ژنراتورهای مدرن امروز حدود 33 کیلو ولت است .

لذا برای وصل ژنراتورها به شین بی نهایت یا شبکه بهم پیوسته از ترانسفور ماتور استفاده می شود .

پس از افزایش ولتاژ ژنراتورها توسط ترانسفورماتورها این ژنراتورها توسط خطوط انتقال انرژی به شین بی نهایت با شبکه بهم پیوسته وصل می شوند .

علت انکه ولتاژ خطوط انتقال انرژی بالاست آنستکه بازده سیستم افزایش یابد و از تلفات کاسته گردد .

همانطور که از شکل 6-7 پیداست خطوط انتقال انرژی فشار قوی از شین بی نهایت با شبکه منشعب شده تا مراکز بار تغذیه نماید .

در مراکز بار از ترانسفور ماتورهای کاهنده استفاده می شود تا بارهای خانگی و بارهای صنعتی و بارهای تجاری تغذیه شوند .

در نیروگاه ژنراتورهای سنکرون بستهب ه شرایط خاص بهره برداری به شین بی نهایت وصل و یا از ان جدا می شوند .

وصل ژنراتور به شین بی نهایت مقوله موازی کردن ژنراتور با شین بی نهایت را مطرح می سازد .

قبل از موازی کردن ژنراتور سنکرون با شبکه ژنراتور سنکرون باید مشخصات زیر را دارا باشد : هم ولتاژ شبکه یا شین بی نهایت باشد.

هم فرکانس شبکه یا شین بی نهایت باشد توالی فاز ژنراتور با توالی فاز شبکه یکسان باشد همفاز شین بی نهایت یا شبکه باشد در نیروگاهها چک کردن صحت شرایط فوق توسط دستگاهی بنام سنکروسکوپ انجام می پذیرد شکل 6-8 وضعیت عقربه در این دستگاه اختلاف فاز ولتاژ ژنراتور و ولتاژ شبکه را نشان می دهد .

جهت حرکت عقربه نشان م یدهد که ژنراتور بسیار سریع و یا بسیار آرام می چرخد .

بعبارت دیگر این امر مشخص می سازد که آیا فرکانس ژنراتور بیشتر یا کمتر از شبکه می باشد ؟

باید دانست مساله چک کردن توالی فازها توسط این دستگاه امکان پذیر نیست و قبل از موازی سازی باید حتما این امر مورد تائید قرار گرفته باشد زیرا خطرات جبران ناپذیری را به دنبال خواهد داشت .

هر گاه عقربه خیلی آرام حرکت می نمود ، بعبارت دیگر فرکانسها تقریبا یکسان اند و به نقطه اختلاف فاز صفر رسید وضعیت عمودی در جهت بالا مدار شکن دژنکتور را می بندیم و ژنراتور را به شکبه بی نهایت وصل می نمائیم .

در آزمایشگاه بجای استفاده از سنکروسکوپ می توان از سه لامپ جهت موازی کردن ژنراتور با شبکه استفاده نمود .

شکل 6-9 شمای مربوط به این آزمایش را نشان می دهد .

در اینجا محرک اولیه یک موتور DC یا موتور القائی است که نقش تورین نیروگاه را ایفا می کند .

سرعت چرخش محور رام یتوان طوری تنیم کرد که فرکانس ژنراتور سنکرون با شین بی نهایت مساوی گردد .

فی المثل می توان گفت اگر ژنراتور سنکرون سه فاز 4 قطبی باشد باید انرا با سرعت 1800 درو در دقیقه بچرخانیم تا فرکانس 60 هرتز حاصل گردد .

جریان تحریک IF را می توان طوری تنظیم نمود که دو دولتمتر V1 و V2 یک عدد را نشان دهند شکل 6-9 در اینحال اگر توالی فازها یکسان باشند در اینصورت لامپها درخشندگی یکسانی خواهند داشت زیرا هنوز از اختلاف فاز صفر ولتاژها مطمئن نیستیم اگر فرکانسها کاملا یکسان نباشند لامپها همگام با یکدیگر روشن و خاموش می شوند زیرا هنوز از اختلاف فاز صفر ولتاژها مطمئن نیستیم .

حال ببینیم اگر شرایط فوق برقرار نباشد چه رخ م یده .

برای توجیه مطلب از نمودار فاز روی استفاده می کنیم گیریم : فاز ورهای ولتاژهای شین بی نهایت EA , EB , EC فازورهای ولتاژهای ژنراتور سنکرون Ea , Eb , Ec فازروهای ولتاژهای دو سر لامپها ، دامنه EAa , EAb , ECc الف – توالی فازها و فرکانسها مشابه اند .

اما ولتاژها یکسان نیستند .

شکل 1 و 6-10 را در نظر می گیریم .

در اینصورت با دو مجموعه فازوری دروبرو هستیم که این دو مجموعه با سرعت یکسان می چرخند : 1- EC , EB , EA مربوط به شبکه بی نهایت 2- Ec , Eb , Ea مربوط به ماشین ولتاژ دو سر لامپها یعنی ECc , Ebb , EAa با هم مساویند و لذا در این شرایط هر سه لامپ روشن و درخشندگی یکسان دارند .

برای آنکه ولتاژها یکسان شود ، باید جریان تحریک ژنراتور If افزایش یابد.

ب- ولتاژ ها و توای فازها یکسان اند .

اما فرکانسها متفاوت می باشند.

در اینصورت با دو مجموعه فاز ئری مطابق شکل ( 2 و 6-10) روبرو هستیم و سرعت چرخش فازورها به فرکانسها بستگی دارد .

گیریم در t=t1 همچون شکل ( 2 و 6-10) ولتاژها همفاز باشند در اینحالت ولتاژ دو سر لامپها صفر است و همگی خاموش اند .

اگر f1>f2 باشد در لحظه ای بعد t=t2 در شل 2 و 6-10 با نمودار فازوری دیگری روبرو می شویم که در شکل 2 و 6-10 نشان داده شده است .

در اینصورت ECc , Ebb , EAa بر دو ر لامپها ظاهر شده و با درشخندگی یکسان روشن می وشند .

لذا در صورتیکه f1f2 باشد لامپها همگام با یکدیگر خاموش و روشن می شوند .

در این شرایط باید سرعت چرخش ژنراتور را افزایش داد تا خاموش شدن و روشن شدن همگام لامپها به آرامی صورت می پذیرد .

باید دانست تغییر سرعت ژنراتور ، ولتاژهای ماشین را تغییر می دهد ، لذا باید If را تنظیم نمود تا ولتاژها مشابه باقی بمانند .

ج – فرکانسها و ولتاژها برابراند اما توالی فازها مشابه نیستند.

در اینصورت با نمودار فازوری شکل 3 و 6-10 روبرو هستیم .

توالی فاز شین بی نهایت Ec , EB , EA بوده و توالی فاز ژنراتور Eb , Ec , Ea است .

در اینصورت ولتاژ دو سر لامپها یکسان نبوده و درخشندگی آنها متفاوت است .

دراینحالت اگر فرکانسها با هم قدری متفاوت باشند ، در اینصورت خاموش و روشن شدن لامپها همگامی خود را از دست م یدهد .

برای تصحیح توالی فاز فی المثل می توان در شکل 6-9 پایانه a را به پایانه B و پایانه b را به پایانه A متصل نمود.

د – ولتاژها فرکانسها و توالی فازها یکسان اند اما ولتاژها همفاز نیستند.

در اینصورت با نمودار فازوری شکل 4 و 6-10 روبرو هستیم و لامپها با درخشندگی یکسان روشن می مانند .

بر آنکه اختلاف فاز بین ولتاژها را از بین ببریم باید فرکانس ژنراتور را بمیزان ناچیزی تغییر دهیم .

در هنگامیکه اختلاف فاز بین ولتاژها صفر است تمامی لامپها خاموش می شوند .

اگر در این حالت لامپهای خاموش مدار شکن را ببندیم ماشین به شبکه بی نهایت وصل می شود .

هر گاه ژنراتور وصل شد فرکانس آن از فرکانس شبکه تبعیت می کند .

باید دانست انتقال توان اکتیو از ماشین به شبکه بی نهایت توسط کنترل توان محرک اولیه ( توربین ) صورت می پذیرد .

همچنین کنترل راکتیو منتقله از ماشین به شبکه توس تنظیم جریان تحریک IF صورت می پذیرد .

بعدا درباره این موضوعات بیشتر صحبت می شود .

در اینجا متذکر میشویم برای موازی کردن ژنراتورها با شبکه همواره پس از یک سری عملیات خود را به بند د فوق الذکر می رسانیم .

سپس با همفاز کردن ولتاژها مرحله موازی سازی را کامل می کنیم .

موتور سنکرون سه فاز همانطور که در بحث موتورهای DC و موتورهای القائی دیدیم با وصل اینگونه موتورها به بکه انها چرخش خود را آغاز می کنند بعبارت دیگر این موتورها خود راه انداز هستند .

اما موتورهای سنکرون سه فاز خود راه انداز نیستند .

بعبارت دیگر اگر استاتور موتور که شبیه استاتور ژنراتور سنکرون می باشد به شبکه برق سه فاز AC وصل شود و جریان تحریک IF نیز وارد مدار رتور گردد باز موتور راه اندازی نمی شود بلکه ارتعاش پیدا می کند .

این امر را می توان چنین توجیه کرد .

گیریم استاتور یک موتور سنکرون سه فاز دو قطبی به شبکه سه فاز 60 هرتزی وصل شود .

در اینصورت استاتور یک میدان گردان ایجاد می کند .

که با سرعت 3600 دور در دقیقه می چرخد .

میدان گردان استاتور را با یک آهن ربای دو قطبی چرخان مدل سازی می کنیم شکل 6-11 گیریم در ابتدای امر موقعیت راه اندازی یا t=0 وضعیت رتور مطابق شکل 1- و 6-11 باشد .

در اینصورت به رتور گشتاور T اعمال شده و جهت این گشتاور همان جهت عقب ساعت است .

این گشتاور بخاطر این امر پدید می اید که قطبهای غیر همنام استاتور و رتور یکدیگر را جذب می نمایند .

لذا رتور در جهت میدان گردان بچرخش در میاید .

حلا شرایطی را در t=t1 مورد بررسی قرار می دهیم شکل 2 و 6-11 در این صورت میدان استاتور نیم درو چرخیده است در این شرایط میدان گشتاوری در جهت خلاف عقربه ساعت به رتور اعمال می وشد چرا ؟

این ارم در کل 2 و 6-11 نشان داده شده است .ب ا توجه به نکات فوق گشتاور خالص اعمال شده به رتور در طی یک دور کامل از چرخش میدان گردان استاتور صفر خواهد بود .

بالنتیجه در موتورهای سنکرون گشتاور راه اندازی حاصل نخواهد شد .

گفتنی است که سرعت چرخش میدان گردان استاتور انقدر سریع است که رتور نمی تواند خود را با ان هماهنگ سازد و بالنتیجه ارتعاشاتی در مدار رتور پدید می اید .

برای راه اندازی موتورهای سنکرون سه فاز از دو روش استفاده می شود .

1- استفاده از مبدل فرکانس یا منبع تغذیه با فکرانس متغییر 2- راه اندازی موتور سنکرون بصورت موتور القائی ( آسنکرون) راه اندازی به کمک منبع تغذیه با فرکانس متغییر ( مبدل فرکانس) مبدل فرکانس قادر است موتور سنکرون سه فاز را از حالت سکون بدر اورده و به سرعت مطلوب برساند .

شکل 6-12 نمودار جعبه ای چنین سیستمی را نشان می دهد که در سر راه موتور قرار دارد .

در مرحله راه اندازی فرکانس منبع تغذیه کم است و لذا میدان گردان استاتور با سرعت کمی می چرخد .

بالنتیجه قطبهای رتور قادر به تعقیب قطبهای استاتور است .

سپس با افزایش تدریجی فرکانس سرعت موتور بحد مطلوب رسانده می شود .

این سیستم گران است اما اگر بخواهیم سرعت موتور را کنترل کرده و بعبارت دیگر به سرعتهای سنکرون گوناگون دست یابیم استفاده از آن الزامی است.

راه اندازی بصورت موتور القائی سه فاز اگر مبدل فرکانس در دسترس نباشد یا نخواهیم به سرعتهای سنکرون گوناگون دست یاببیم مسئله کنترل سرعت از روش ذکر شده در این قسمت استفاده می کنیم .

در این روش سیم پیچی اضافی شبیه قفس سنجابی موتور القائی بر روی رتور نصب می شود .

این سیم پیچها بنام سیم پیچهای میراکننده معروفند .

این سیم پیچها در شکل 6-13 نشان داده شده اند .

برای راه اندازی سیم پیچی تحریک رتور را با جریان If تحریکی نمی کنیم If=0 حال سیم پیچی سه فاز استاتور را به برق AC سه فاز وصل میکنیم.

موتور بصورت موتور القایی راه اندازی می شود .

علت این امر انستکه سیم پیچهای میرا کننده بمثابه رتور قفس سنجابی عمل می کنند .

لذا با وجود سیم پیچهای میرا کننده گشتاور راه انداز حاصل می گردد .

پس از سرعت گیری موتور بالاخره به شرایطی می رسیم که سرعت رتور محور نزدیک سرعت سنکرون میدان گردان استاتور می شود و جهت چرخش هر دو مشابه یکدیگر است .

حال اگر جریان DC مدار تحریک If برقرار شود در اینصورت قطبهای رتور و استاتور که یکدیگر را از نزدیک تعقیب می کنند بیکدیگر قفل شده و رتور نیز با سرعت سنکرون به دوران خود ادامه می دهد .

در این شرایط چون سرعت میدان گردان استاتور و سرعت دوران رتور یکی می شود سرعت سنکرون لذا دیگر جریان القائی در سیم پیچ میرا کننده وجود نخواهد داشت .

بنابراین این سیم پیچی فقط برای مرحله راه اندازی نقش خود را ایفا می کند .

گفتنی است که اگر بخاطر تغییرات ناگهان باربر روی محور موتور یا شرایط دیگر گذرا ، سرعت سنکرون رتور تغییر کند در اینصورت در سیم پیچی مستهلک کننده جریان القاء شده و این جریان گشتاوری حاصل می سازد تا سرعت سنکرون را مجددا برقرار نماید .

علت اینکه نام این سیم پیچ را میرا کننده گذاشته اند نیز بهمین خاطر است که نوسانات و حالات گذرا را میرا می نماید .

باید دانست امروزه هم ژنراتورهای سنکرون سه فاز و هم موتورهای سنکرون سه فاز به این سیم پیچی که بر روی رتور استوار است مجهز می باشند تا نوسانات گذرا زودتر مستهلک و میرا شوند.

راکتانس سنکرون اشباع شده قبل از وصل ژنراتور سنکرون به شین بی نهایت یا شبکه Ef را در حد ولتاژ اسمی ماشین تنظیم میکنیم .

از شکل 3 و 6-15 این ولتاژ با Eca نشان داده شده که معادل ولتاژ اسمی پایانه ماشین یا Vt است .

مشاهده می وشد که در این شرایط مسئله اشباع خود را نمایان می سازد .

اگر ژنراتور به شبکه وصل شود ولتاژ پایانه Vt معادل ولتاژ شین بی نهایت خواهد بود .

حال اگر جریان تحریک If تغییر کند Ef نیز تغییر می کند .

اما دیگر این تغییرات در راستای قسمتی خطی مشخصه OCC نخواهد بود بلکه تغییرات Ef در راستای خط OC صورت می گیرد شکل 3 و 6-15 .

خط OC را خط شکاف هوائی تعمیمی یافته می نامند .

این خط در حقیقت اثر اشباع را مدل سازی می نماید .

این موضوع را می توان اینچنین توجیه کرد .

از مدار معادل شکل 4 و 6-14 داریم : (6-10) Er=Vt+Ia(Ra+jXal) اگر از افت ولتاژهای دو سر Ra و Xal صرفنظر کنیم داریم : ( 1 و 6-10) ErVt از انجائیکه Vt ثابت است ولتاژ شکاف هوائی Er نیز اساسا ثابت می ماند و در قبال تغییرات If از خود واکنشی نشان نمی دهد .

این امر نشان دهنده آنستکه شار در شکاف هوائی یا بالمال اشباع مغناطیسی در قبال تغییرات If تقریبا ثابت می مانند و لذا بسیار منطقی است که فرض کنیم Rf در راستای خط OC در شکل 3 و 6-15 تغییر می کند .

پس بطور خلاصه اثر اشباع را نیز با خط شکاف هوائی تعمیم یافته مدل می نمائیم .

بسهولت از شکل ( 3 و 6-15) داریم .

ژنراتورهای سنکرون مستقل همانطور که قبلا گفتیم ژنراتورهای سنکرون عمدتا به شبکه بی نهایت وصل اند و شبکه بهم پیوسته را تغذیه می کنند .

اما ژنراتورهای کوچکی هم یافت می شوند که بار محلی و مستقلی را تغذیه می نمایند .

مثال بارز در این رابطه ژنراتورهای اضطراری در کارخانجات ادارات بیمارستانها و غیره است .

در اینگونه ژنراتور موتور دیزل اغلب جهت چرخاندن محور بکار می رود و محور را تحت سرعت ثابت سنکرون بچرخش در م یاورند .

با تغییر بار ژنراتور مستقل ولتاژ پایانه Vt آن تغییر می کند .

بر روی این ژنراتورها معمولا تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک AVR نصب می شود تا جریان تحریک را جهت حصول به Vt ثابت کنترل نماید .

برای دست یابی به مشخصه پایانه ژنراتورهای مستقل ( تغییرات Vt بر حسب Ia مدار معادل شکل 1 و 6-25 را در نظر می گیریم که در آن از مقاومت استاتور آرمیچر صرفنظر شده است .

در حالت بی باری یا مدار باز داریم : Ef= Vt , Ia=0 در حالت اتصال کوتاه داریم : Vt=0 , اگر جریان بار بین صفر و تغییر کند ، در اینصورت ولتاژ پایانه Vt بین Ef و صفر تغییر خواهد نمود .

لذا اگر جریان تحریک If در ازاء تغییرات جریان بار ثابت بماند ولتاژ پایانه Vt در محدوده وسیعی تغییر خواهد کرد و تنظیم ولتاژ جالبی حاصل نمی گردد .

برای بار اندوکتیو ( یا سلفی ) داریم : ZL=XL Vt=Ef-IaXs =IscXs-IaXs (6-33) =Xs(Isx-Ia) برای بار مقاومتی داریم ( 6-34) (6-35) Vt=IaRL از روابط ( 6-34) و ( 6-35) داریم : (6-36) رابطه (6-33) تغییرات خطی Vt بر حسب Ia را نمایان می سازد و معادله (6-36) یک ربع بیضی را نشان می دهد .

این دو رابطه در شکل (2 و 6-25) رسم شده اند .

این منحنی ها نشان می دهد که در تحت ضریب توانها کم اگر Ia زیاد شود ، ولتاژ پایانه بشدت سقوط می کند .

برای ثابت نگه داشتن Vt درباره های مختلف ، جریان تحریک را تغییر می دهیم و لذا بالمال Ef را کنترل می نمائیم .

شکل 3 و 6-25 تغییرات جریان تحریک مورد نیاز جهت ثابت نگه داشتن Vt در ازاء جریانهای مختلف استاتور را نشان می دهد .

تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک AVR ولتاژ پایانه ژنراتور را حس کرده و جریان تحریک If را طوری تغییر می دهد تا ولتاژ پایانه ماشین ثابت نگه داشته شود .

ماشینهای سنکرون قطب بر جسته ماشینهای سنکرون چند قطبی و کم سرعت حاوی قطبهای برجسته هستند .

در این ماشینها سرعت سنکرون کم است .

و با شکاف هوائی غیر یکنواخت روبرو هستیم .

لذا عکس العمل ارمیچر یا mmf آرمیچر شار بیشتری در امتداد محور قطبها که به محور مستقیم یا محور d معروف است تولید می کند علت این امر انستکه طول شکاف هوائی در این امتداد بسیار کم است .

پر واضح است که عکس العمل ارمیچر یا mmf ارمیچر شار کمتری در امتداد محور متعامکد که به محور عرضی یا محور q معروف است تولید می کند .

زیرا طول شکاف هوائی در این امتداد نسبتا زیاد است .

در ماشینهای بارتور استوانه ای که قبلا مورد بحث قرار گرفت شار در کلیه نقاط شکاف هوائی یکسان است زیرا در این ماشینها شکاف هوائی یکنواخت می باشد .

در نتیجه راکتانس Xar که مدل عکس العمل ارمیچر در ماشینهای با رتور استوانه ایست دیگر جهت مدل سازی عکس العمل ارمیچر در ماشینهای قطب برجسته قابل قبول نخواهد بود .

شکل 1 و 6-26 را در نظر می گیریم که در ان جریان آرمیچر با Ef همفاز است.

mmf ناشی از میدان قطبها (تحریک) یا Ff و شار وابسته به آن یعنی f در امتداد محور d عمل می کنند .

mmf آرمیچر یا Fa شار وابسته به آن ar در امتداد محور q عمل می نمایند .

باید دانست طبق قانون فاراده اگر میدان رتور در جهت محر d باشد ولتاژ Ef در امتداد محور q خواهد بود .

در شکل 2 و 6-26 فرض بر آنستکه جریان آرمیچر بمیزان 90 درجه از Ef عب است .

در این شرایط fa و ar در امتداد محور d عمل می کند اما جهت انها مخالفت ff و f .

گییم fa در هر دو شکل 1 و 6-26 و 2 و 6-26 یکسان باشد .