عکس العمل آرمیچر در مولد یا ژنراتور سنکرون

در این مقاله به موضوع و بررسی عکس‌العمل آرمیچر در مولد یا ژنراتور سنکرون خواهیم پرداخت و روابط مربوطه را مطرح خواهیم کرد.

فهرست مطالب

1- مقدمه

2- عکس‌العمل آرمیچر در مولد

3- عکس‌العمل آرمیچر مولد در ضریب توان واحد

4- عکس‌العمل آرمیچر مولد در ضریب توان صفر پسفاز

5- عکس‌العمل آرمیچر مولد در ضریب توان پیشفاز

6- ماهیت عکس‌العمل آرمیچر

————————————————–

1- مقدمه

هر دستگاه الکتریکی چرخشی بر اساس قانون فارادی کار می‌کند. هر دستگاه الکتریکی نیاز به یک میدان مغناطیسی و یک سیم‌پیچ (معروف به آرمیچر) با حرکت نسبی بین آنها دارد.

در صورت مولد، ما برای تولید میدان مغناطیسی به قطب ها برق و جریان می دهیم و قدرت خروجی از آرمیچر گرفته‌می‌شود.

به دلیل حرکت نسبی بین میدان و آرمیچر ، رسانای آرمیچرها شار میدان مغناطیسی را قطع می‌کنند و از این رو می‌توان پیوند شار را با این رساناهای آرمیچر تغییر داد.

مطابق قانون القاء الکترومغناطیسی فارادی ، EMF در آرمیچر القا می‌شود. بنابراین ، به محض اینکه بار با ترمینال های آرمیچر متصل شد ، جریان در سیم‌پیچ آرمیچر جاری می‌شود.

به محض برقراری جریان از طریق هادی آرمیچر ، یک اثر معکوس از این جریان در شار میدان اصلی مولد (یا ژنراتور سنکرون) ایجاد می‌شود.

این اثر معکوس به عنوان عکس‌العمل آرمیچر در ژنراتور یا مولد سنکرون شناخته می‌شود. به عبارت دیگر ، تأثیر فوران آرمیچر (استاتور) بر شار تولید‌شده توسط قطبهای میدان روتور ، عکس‌العمل آرمیچر نامیده‌می‌شود.

Demagnetizing = ضد مغناطیسی- کاهنده مغناطیسی

Magnetizing= مغناطیس‌کننده – مغناطیسی- افزایش دهنده مغناطیسی

cross-magnetising= متقاطع مغناطیسی

قبلاً می دانیم که یک هادی حامل جریان ، میدان مغناطیسی خاص خود را تولید می‌کند و این میدان مغناطیسی بر میدان مغناطیسی اصلی مولد تأثیر می‌گذارد.

این دو اثر نامطلوب دارد ، میدان اصلی را تحریف می‌کند و یا شار میدان اصلی را کاهش می‌دهد. این عکس‌العمل ها روی عمکلرد دستگاه تاثیر می‌گذارند.

هنگامی که میدان نامنظم می‌شود(به هم می ریزد) ، به عنوان یک تقاطع مغناطیسی متقاطع شناخته می‌شود. و هنگامی که شار میدان کاهش می‌یابد ، به عنوان اثر افت مغناطیسی [1]شناخته‌می‌شود.

تبدیل انرژی الکترومکانیکی از طریق میدان مغناطیسی که یک رابط است صورت می‌گیرد.

به دلیل حرکت نسبی بین رسانا‌های آرمیچر و میدان اصلی ، یک EMF در سیم‌پیچ‌های آرمیچر ایجاد می‌شود که بزرگی آن به سرعت نسبی و همچنین شار مغناطیسی بستگی دارد.

در اثر عکس‌العمل آرمیچر ، شار کاهش‌یافته یا نامنظم می‌شود ، مجموع emf  القا‌شده نیز تحت تأثیر قرار می‌گیرد و از این رو در عملکرد دستگاه مشکلاتی ایجاد می‌کند.

————————————————–

2- عکس‌العمل آرمیچر در مولد

در یک مولد مانند سایر ماشین‌های سنکرون، اثر عکس‌العمل آرمیچر به ضریب قدرت یعنی رابطه فاز بین ولتاژ ترمینال و جریان آرمیچر بستگی دارد.

توان راکتیو (پس فاز) انرژی میدان مغناطیسی‌است ، بنابراین اگر ژنراتور بار پس فاز را تأمین کند، این بدان معنی‌است که انرژی مغناطیسی بار را تأمین می‌کند.

از آنجا که این توان از تحریک ماشین سنکرون می‌آید مجموع توان راکتیو در ژنراتور کاهش می‌یابد. این حالت از عکس‌العمل را افت مغناطیسی می‌گوییم

از این رو ، عکس‌العمل آرمیچر باعث کاهش مغناطیس شوندگی خواهد‌بود. به طور مشابه ، عکس‌العمل آرمیچر هنگامی که ژنراتور بار پیش فاز را تامین‌می‌کند،

به ژنراتور بار پیش فاز می‌دهد و در واقع عکس‌العمل آرمیچر باعث مغناطیس شوندگی در ژنراتور می‌شود. در صورت بارگذاری مقاومتی خالص ، عکس‌العمل آرمیچر تقاطع مغناطیسی [2]خواهد بود می‌شود.

عکس‌العمل آرمیچر مولد یا ژنراتور سنکرون ، به زاویه فاز بین ، جریان آرمیچر استاتور و ولتاژ ناشی از آن در سیم‌پیچ آرمیچر مولد بستگی دارد.

اختلاف فاز بین این دو مقدار ، یعنی جریان آرمیچر و ولتاژ ممکن‌است از 90- تا 90+ متغیر باشد

اگر این زاویه θ باشد،

برای درک تأثیر واقعی این زاویه بر عکس‌العمل آرمیچر مولد ، سه مورد استاندارد را در نظر خواهیم گرفت ،

1- وقتی θ = 0

2- وقتی θ = 90o

3- وقتی θ = – 90o

————————————————–

 3- عکس‌العمل آرمیچر مولد در ضریب توان واحد

 در ضریب توان واحد ، زاویه بین جریان آرمیچر و emf القا‌شده ، صفر‌است. به این معنی که جریان آرمیچر و emf ناشی از آن در یک فاز قرار دارند.

اما ما از نظر تئوری می دانیم که القاء emf در آرمیچر به دلیل تغییر شار میدان اصلی ، در ارتباط با رسانای آرمیچر است.

از آنجا که این میدان توسط DC تحریک می‌شود ، شار میدان اصلی نسبت به آهنرباهای میدان، ثابت‌است، اما از نظر آرمیچر می‌تواند متناوب باشد زیرا یک حرکت نسبی بین میدان و آرمیچر در مولد وجود دارد.

اگر شار میدان اصلی مولد از نظر آرمیچر به صورت زیر باشد:

سپس emf القا شده در آرمیچر متناسب با ، dφ_f/dt‌است.

از این رو ، از این معادلات فوق (1) و (2) مشخص‌است که زاویه بین ، φ_f و emf القا شده 90 درجه خواهد‌بود.

شار آرمیچر φ_α متناسب با جریان آرمیچر I‌است. از این رو ، شار آرمیچر φ_a با جریان آرمیچر هم فاز‌است.

باز هم در ضریب توان واحد ، I و E هم فاز هستند. بنابراین ، در ضریب توان واحد ، φ_a با E. هم فاز‌است.

بنابراین در این شرایط ، شار آرمیچر با  emf E القا شده هم فاز‌است و شار میدان عمود با E‌است از این رو ، شار آرمیچر φ_a با شار میدان اصلی عمود‌است.

از آنجا که این دو جریان عمود بر یکدیگر هستند ، عکس‌العمل آرمیچر آلترناتور در ضریب توان واحد کاملاً تحریف کننده یا متقاطع مغناطیسی‌است.

از آنجا که شار آرمیچر شار میدان اصلی را به صورت عمودی هل می‌دهد ،

توزیع شار میدان اصلی در زیر قطب توزیع به طور یکنواخت باقی نمی‌ماند.

چگالی شار در نوک قطب‌های پشت سر تا حدودی افزایش می‌یابد

در حالی که در نوک قطب‌های پیشرو آن کاهش می‌یابد.

————————————————–

4- عکس‌العمل آرمیچر مولد در ضریب توان صفر پسفاز

در ضریب توان صفر پسفاز ، جریان آرمیچر 90 درجه عقب تر از EMF القا‌شده در آرمیچر است .

از آنجایی که emf در سیم‌پیچ آرمیچر ناشی از شار میدان اصلی‌است ،

بنابراین EMF نسبت به شار میدان اصلی  90 درجه پیشفاز‌است. از معادله (1) دریافت می‌کنیم،

شار میدان،

از این رو ، در ωt = 0 ، E حداکثر و φ_f صفر‌است.

در ωt = 90^o ، E صفر و φf حداکثر مقدار را دارد.

در ωt = 180^o ، E حداکثر و φ_f صفر‌است.

و در ωt = 270^o ، E صفر و φ_f دارای حداکثر مقدار منفی‌است.

در اینجا ، φ_f به مقدار حداکثر خود ^o90 قبل تر از E  می‌رسد از این رو φ_f نسبت به  E ^o90پیشفاز می‌شود.

 جریان آرمیچر I متناسب با شار آرمیچر φ_α‌است ، و I نسبت به  E 90 درجه عقب‌تر‌است.

از این رو ، φ_a  ازE 90 درجه عقب می‌ماند .

بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که، شار میدان φ_f  نسبت به E 90 درجه پیش فاز‌است.

و شار آرمیچر و شار میدان مستقیماً بر خلاف یکدیگر عمل می‌کنند.

بنابراین ، عکس‌العمل آرمیچر مولد در ضریب توان صفر پسفاز ، کاملا باعث اف مغناطیسی میدان می‌شود.

یعنی شار آرمیچر مستقیماً شار میدان اصلی را تضعیف می‌کند.

————————————————–

5- عکس‌العمل آرمیچر مولد در ضریب توان پیشفاز

 در شرایط ضریب توان پیشفاز ، جریان آرمیچر “I”  نسبت به emf E 90 درجه پیش فاز‌است. باز هم ، ما نشان داده‌ایم ، شار میدان φ_f از emf القایی  ^o90 پیش فاز‌است.

باز هم ، شار آرمیچر φ_α متناسب با جریان آرمیچر است. از این رو ، φ_α هم فاز با I‌است. از این رو فوران آرمچیر φ_a نسبت به E 90 درجه پیشفاز‌است همانطور که I  نسبت به E 90 درجه پیشفاز‌است.

می‌توان گفت فوران میدان و فوران آرمیچر در یک راستا هستند.  از این روی،  شار منتجه مجموع شار میدان و شار آرمیچر است.

از این رو ، در آخر می‌توان گفت که عکس‌العمل آرمیچر مولد به دلیل ضریب توان پیش فاز خالص ، نوع مغناطیسی‌است.

————————————————–

6- ماهیت عکس‌العمل آرمیچر

1- مقدار شار عکس‌العمل آرمیچر ثابت‌است و با سرعت همزمان می‌چرخد.

2- هنگامی که ژنراتور بار را در ضریب توان واحد تأمین می‌کند ، عکس‌العمل آرمیچر متقاطع مغناطیسی‌است.

3- هنگامی که ژنراتور بار را در ضریب توان پیشفاز تأمین می‌کند ،
عکس‌العمل آرمیچر تا حدی کم‌کننده مغناطیسی و متقاطع مغناطیسی‌است.

4- هنگامی که ژنراتور بار را در ضریب توان پسفاز تأمین می‌کند ،
عکس‌العمل آرمیچر تا حدی مغناطیس شوندگی و تا حدودی متقاطع مغناطیسی‌است.

5- شار آرمیچر مستقل از شار میدان اصلی عمل می‌کند.

 

مقالات مرتبط :

کاربرد های ژنراتور DC

ویژگی ژنراتور DC تحریک جداگانه

انواع ژنراتورهای DC  شامل نمودارها و فرمول های مربوطه

تست Hopkinson  (تست هاپکینسون)

لینک زبان اصلی مقاله :

Armature Reaction in Alternator or Synchronous Generator

 

[1] Demagnetizing

[2] cross magnetizing