مقاله در مورد ماشین های AC

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد ماشین های AC دارای ۴۹ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد ماشین های AC  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد ماشین های AC،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله در مورد ماشین های AC :

ماشین های AC

موتورهای AC
عموماً ما دارای دو نوع از موتورهای AC هستیم: تک فاز و سه فاز.
موتورهای AC تک فاز

معمول ترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه های برقی، اجاق های ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک.
نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می رود. عموماً این موتورها می توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز، ایجاد کنند.
هنگام راه انداز ی، خازن و سیم پیچ راه انداز ی از طریق یک دسته از کنتاکت های تحت فشار فنر

روی کلید گریز از مرکز دوار، به منبع برق متصل می شوند . خازن به افزایش گشتاور راه انداز ی موتور کمک می کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده، دسته کنتاکت ها فعال می شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می سازد. در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می کند.

موتورهای AC سه فاز
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده می کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی های مسی است که در فولاد قرار داده شده اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در

این هادی ها القای جریان می کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید. این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور، بچرخد چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کنندهای در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچ های روتور جریان میدان جدایی اعمال می شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می آید. موتورهای سنکرون را می توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را میتوان با داشتن دسته سیم پیچ ها یا قطب هایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

اساس موتورهای القایی AC

موتورهای القایی AC عمومی ترین موتورهایی هستند که در سامانه های کنترل حرکت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می شوند.طراحی ساده و مستحکم , قیمت ارزان , هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و کامل به یک منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند.انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است.موتورهای مختلف برای کارهای مختلفی مناسب اند.با اینکه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است , ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند درکی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست;

________________________________________
اساس موتورهای القایی AC

مقدمه:
موتورهای القایی AC عمومی ترین موتورهایی هستند که در سامانه های کنترل حرکت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می شوند.طراحی ساده و مستحکم , قیمت ارزان , هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و کامل به یک منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند.انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است.موتورهای مختلف برای کارهای مختلفی مناسب اند.با اینکه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است , ولی کنترل

سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند درکی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست.
این نکته در اساس انواع مختلف , مشخصات آنها , انتخاب شرایط برای کاربریهای مختلف و روشهای کنترل مرکزی یک موتورهای القایی AC را مورد بحث قرار می دهد.
اصل ساخت اولیه و کاربری

مانند بیشتر موتورها , یک موتورهای القایی AC یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور که در درون آن می چرخد دارند , که میان آندو یک فاصله دقیق کارشناسی شده وجود دارد.به طور مجازی همه موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می کنند.یک موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است که در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود.در حالی که موتورهای DC به وسیله ای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند.یک موتور القایی AC تک فاز نیازمند یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است.
در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.در یک موتور القایی AC یک سری از مغناطیس شونده ها به خاطراینکه تغذیه AC به پیچه های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده اند.بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الکترومغناطیسی به روتور وارد می شود (درست شبیه ولتاژی که در ثانویه ترانسفورماتور القا می شود).بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده ها خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند.-نام موتور القایی از اینجاست-.تعامل میان این مگنت ها انرژی چرخیدن یا تورک (گشتاور) را فراهم می آورد.در نتیجه موتور در جهت گشتاو بوجود آمده چرخش می کند.
استاتور
استاتور از چندین قطعه باریک آلومنیوم یا آهن سبک ساخته شده است.این قطعات بصورت یک سیلندر تو خالی به هم منگنه و محکم شده اند(هسته استاتور) با شیارهایی که در شکا یک نشان داده شده اند.سیم پیچهایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی شده اند.هر گروه پیچه با

هسته ای که آن را فرا گرفته یک آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای کار کردن با تغذیه AC شکل می دهد.تعداد قطبهای یک موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه های استاتوربستگی دارد.پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل اند.آنها به صورتی متصل اند که با برقراری تغذیه AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.

روتور
روتور از چندین قطعه مجزای باریک فولادی که میانشان میله هایی از مس یا آلومنیوم تعبیه شده ساخته شده است.در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به صورت الکتریکی و مکانیکی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند.تقریبا ۹۰ درصد از موتورهای القایی دارای روتور قفس سنجابی می باشند و این به خاطر آن است که این نوع روتور ساختی مستحکم و ساده دارد.این روتور از هسته ای چند تکه استوانه ای با محوری که شکافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشکیل شده است.هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود.در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها همچنان که در شکل دو مشاهده می شود مدار کوتاه برقرار است.چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است , این نام برای آن انتخاب شده است.میله ای روتور دقیقا با محور موازی نیستند.در عوض به دو دلیل مهم قدری اریب نصب می شوند.
دلیل اول آنکه موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارکرده و برای آنکه از هارمونیکها در شکافها کاسته شود.

دلیل دوم آن است که گرایش روتور به هنگ کردن کمتر شود.دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می کنند که در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند.این اتفاق هنگامی می افتد که تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.
روتور بوسیله مهار هایی در دو انتها روی محور نصب شده ; یک انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می شود.ممکن است بعضی موتورها محوری فرعی در طرف دیگر(غیر گردنده – غیر منتقل کننده نیرو) برای اتصال دستگاههای حسگر حالت(وضعیت) و سرعت داشته باشند.بین استاتور و روتور شکافی هوایی موجود است.بعلت القا انرژی از استاتور به روتو

ر منتقل می شود.تورک تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو می کند.صرف نظر از روتور استفاده شده قواعد کلی برای دوران یکی است.

سرعت یک موتور القایی
میدان مغناطیسی ای که در استاتور تولید میشود با سرعت سنکرون می چرخد.(Ns)

در روتور میدان مغناطیسی تولید می شود زیرا به طور طبیعی ولتاژ متناوب است.
برای کاهش سرعت نسبی نسبت به (شار)استاتور , روتور چرخش را در همان جهتی که شار استاتور دارد آغاز می کند و تلاش می کند تا به سرعت چرخش فلاکس نایل شود.با اینحال روتور هرگز موفق نمی شود که به سرعت میدان استاتور برسد.روتور از سرعت میدان استاتور کندتر می گردد.این سرعت Base speed نام دارد.(Nb)
تفاوتها میان Ns و Nb Slip نام دارد.اسلیپ مقادیر مختلف فشار(مکانیکی) بستگی دارد.هر افزایشی در فشار موجب کندتر کار کردن روتور و افزایش اسلیپ می شود.برعکس کاهش فشار سبب سرعت گرفتن روتور و کاهش اسلیپ می شود.اسلیپ بوسیله درصد نشان داده ش

ده و با فرمول زیر مشخص می شود.

انواع موتورهای القایی
عموما دسته بندی موتورهای القای براساس تعداد پیچه های استاتور است که عبارتند
موتورهای القایی سه فاز
موتورهای القایی تک فاز
احتمالا بیشتر از کل انواع موتورها از موتورهای القایی AC تک فاز استفاده می شود.منطقی است که باید موتورهای دارای کمترین گرانی و هزینه نگه داری بیشتر استفاده شود. موتور القایی AC تک فاز بهترین مصداق این توصیف است.آن طور که از نام آن برمیاید این نوع از موتور تنها یک پیچه (پیچه اصلی) دارد و با یک منبع تغذیه تک فاز کار می کند.در تمام موتورهای القایی تک فاز روتور از نوع قفس سنجابی است.
موتور القایی تک فاز خود راه انداز نیست.هنگامی که موتور به یک تغذیه تک فاز متصل است پیچه اصلی دارای جریانی متناوب می شود.این جریان متناوب میدان مغناطیسی ای ضربانی تولید می کند.بسبب القا روتور تحریک می شود.چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است تورکی که برای چرخش موتور لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود.از این رو موتور القایی تک فاز به دستگاه آغاز گری نیاز داردکه می تواندضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند.
دستگاه آغاز گر موتورهای القایی تک فاز اساسا پیچه ای اضافی در استاتور است (پیچه کمکی) که در شکل سه نشان داده شده است.پیچه استارت می تواند دارای خازنهای سری ویا سوئیچ گریز از مرکز باشد.هنگامی که ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در پیچه اصلی بسبب مقاومت پیچه اصلی ولتاژتغذیه را افت میدهد (ولتاژ به جریان تبدیل می شود).در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می شود.فعل و انفعال میان میدانهای مغناطیسی که پیچه اصلی و دستگاه استارت می سازند میدان برایندی میسازند که در جهتی گردش می کند.موتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز میکند.

هنگامی که موتور به ۷۵ درصد دور مجاز خود می رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می کند.از این لحظه به بعد موتور تک فاز می تواند تورک کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد.
بجز انواع خاص دارای Capacitor start / capacitor run عموماهمه موتورهای تک فاز فقط برای کاربری های بالای ۳/۴ hp استفاده می شوند.
بسته به انواع تکنیکهای استارت موتورهای القایی تک فاز AC در دسته بندی ای وسیع آن گونه که در شکل زیر توصیف شده قرار دارند.

موتور القایی AC فاز شکسته
موتور فاز شکسته همچنین به عنوان Induction start/Induction run (استارت القایی/کارکرد القایی)هم شناخته می شود که دو پیچه دارد.پیچه استارت از سیم نازکتر و تعداد دور کمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته شده است.همچنین میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه که پیچه اصلی دارد قرار می گیرد که سبب آغاز چرخش موتور می شود.پیچه اصلی که از سیم ضخیم تری ساخته شده است موتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می دارد.

تورک آغازین کم است مثلا ۱۰۰ تا ۱۷۵ درصد تورک ارزیابی شده.موتور برای استارت جریانی زیاد طلب می کند.تقریبا ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درصد جریان ارزیابی شده.تورک بیشینه تولید شده نیز در محدوده ۲۵۰ تا ۳۵۰ درصد از تورک براوردشده می باشد.(برای مشاهده منحنی سرعت – گشتاور به شکل ۹نگاه کنید).
کاربریهای خوب برای موتورهای فاز شکسته شامل سمباده (آسیاب) های کوچک , دمنده ها و فنهای کوچک و دیگر دستگاههایی با نیاز به تورک آغازین کم با و نیاز به قدرت ۱/۲۰ تا ۱/۳ اسب بخار می باشد.از استفاده از این موتورها در کاربریهایی که به دوره های خاموش و روشن و گشتاور زیاد نیازدارند خود داری نمایید.

ماشین‌های جریان متناوب
تئوری میدان چرخان – وجه اشتراک ماشین‌های سنکرون و آسنکرون – تولید میدان مغناطیسی با توزیع سینوسی – ساختمان انواع ماشین‌های القایی سه‌فاز – عملکرد ماشین القایی در بی‌باری و بارداری – مفهوم لغزش – نمودار گشتاورـ سرعت و تشریح نواحی سه‌گانه ترمزی، موتوری و ژنراتوری ماشین القایی – توان فاصله هوایی – استخراج مدار معادل دقیق و تعیین پارامترهای آن با آزمایش سه‌گانه – محاسبه عملکرد موتور القایی سه‌فاز – تغییرات مشخصه گشتاور و سرعت با شکل شیار روتور – کلاس طراحی و کد راه‌اندازی و راه‌اندازی – روش‌های کنترل سرعت از طرف روتور و از طرف استاتور – آشنایی با نحوه عمل و گشتاور راه‌اندازی موتور آسنکرون تک‌فاز – آشنایی با اصول کار ماشین‌های سنکرون – گشتاور و مفهوم زاویه بار در ماشین سنکرون
۱-۳) تعاریف :
۱-۱-۳) هارمونیک : هارمونیک مؤلفه سینوسی یک موج یا مقدار متناوبی است که فرکانس آن مضرب صحیحی از فرکانس موج اصلی می‎باشد .
۲-۱-۳) هارمونیکهای مشخصه : هارمونیک هائی می‎باشند که تجهیزات تولید کننده هارمونیک به خصوص یکسو کننده ها در طول کار عادی خود تولید می نمایند .
۳-۱-۳)هارمونیک های غیر مشخصه : هارمونیکهائی می‎باشند که تجهیزات تولید کننده هارمونیک به خصوص یکسو کننده ها در طول کار عادی خود تولید نمی نمایند ولی ممکن است در اثر عدم تقارن یا تعادل سیستم برق و یا به علت اشکالات یکسو کننده ها ایجاد گردند .
۴-۱-۳) مرتبه یا نوع هارمونیک : مرتبه یا نوع هارمونیک ، حاصل تقسیم فرکانس هارمونیک بر فرکانس موج اصلی است .
۵-۱-۳) محل تغذیه یا نقطه اتصال مشترک : نقطه اتصال مشترک ، شینه ای از شبکه عمومی شرکت برق است که از نظر الکتریکی نزدیکترین نقطه به مصرف کننده جدید یا مورد مطالعه می‎باشد . از این شینه بارهای سایر مصرف کننده های نیز تغذیه شده و یا ممکن است بعداً از آن تغذیه گردند .
۶-۱-۳) اعوجاج هارمونیکی : اعوجاج هارمونیکی ، انحراف یک شکل موج یا مقدار تناوبی نسبت به شکل سینوسی به علت اضافه شدن یک یا چند هارمونیک به موج اصلی سینوسی می‎باشد .
۷-۱-۳) اعوجاج تکی جریان : اعوجاج تکی جریان ، مقدار مؤثر یک جریان هارمونیکی از مرتبه مشخص می‎باشد که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی جریان سینوسی بیان می‎شود .
۸-۱-۳) اعوجاج تکی ولتاژ : اعوجاج تکی ولتاژ ،‌ مقدار مؤثر یک ولتاژ هارمونیکی از مرتبه مشخ

ص می‎باشد که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی ولتاژ سینوسی بیان می‎شود .
۹-۱-۳) اعوجاج کلی جریان : اعوجاج کلی جریان ، مقدار مؤثر کلیه جریانهای هارمونیکی است که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی جریان سینوسی بیان شده و از رابطه زیر محاسبه می گردد .
(۱-۳)
که در آن اعوجاج تکی جریان مرتبه n می‎باشد .

۱۰-۱-۳) اعوجاج کلی ولتاژ : اعوجاج کلی ولتاژ ، مقدار مؤثر کلیه ولتاژهای هارمونیکی است که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی ولتاژ سینوسی بیان شده و از رابطه زیر محاسبه می گردد .
(۲-۳)
که در آن اعوجاج تکی ولتاژ مرتبه می‎باشد .
۲-۳) تعریف و مفهوم هارمونیکها :
امروزه واژه هارمونیک و هارمونیک ها در رابطه با مسائل سیستم قدرت و توزیع زیاد به کارمی رود جهت درک بهتر نسبت به این واژه ابتدا به پاره ای از مفاهیم مربوط به هارمونیک های سیستم می‎پردازیم .
اساساً هر موج تناوبی می‎تواند به وسیله مجموعه ای از موج های سینوسی توصیف گردد که این مجموعه بنام سری فوریه ریاضی دان فرانسوی معروف است . فرکانس هریک از موجهای سینوسی این مجموعه ضریب صحیحی از فرکانس پایه تعریف می گردد . جمله ای که فرکانس آن همان فرکانس پایه است هارمونیک اول یا بعضی اوقات پایه نامیده می‎شود . جمله ای که فرکانس آن دو برابر فرکانس پایه است هارمونیک دوم و بقیه به همین صورت نامگذاری می گردند موجهای متقارن تنها دارای هارمونیک های فرد می باشند در حالیکه موجهای غیر متقارن علاوه بر هارمونیک های فرد دارای هارمونیک های زوج نیز می باشند .
شکل ۱-۳ دو نمونه موج نامتقارن و متقارن را نشان می‎دهد .

موجها ممکن است متوسطی غیر از صفر داشته باشد در اینگونه موارد در مجموعه سری فوریه یک جمله سینوسی با فرکانس صفر وجود خواهد داشت که در مفهوم مهندسی برق نشان دهنده مؤلفه جریان مستقیم موجDC می‎باشد .
بیشتر وسایل و تجهیزات سیستم قدرت متقارن می‎باشد و در نتیجه حالت مانا تنها هارمونیک های فرد بدون مؤلفهDC تولید می گردد . تقارن در اینجا به این معنی است که وقتی جریان از یک وسیله خارج می‎گردد ، همان مشخصه را می بیند که در زمان ورود به وسیله حس کرده است یا بعبارت دیگر پاسخ وسیله به جریانهای مثبت و منفی یکسان است . ولی موارد استثنایی عدم تقارن هم وجود دارد .فرضاً یکسو کننده های نیم موج ، جریانهای نامتقارن تولید می کنند که هم دارای هارمونیک های زوج و هم مؤلفه DC می باشند .
شکل ۲-۳ شکل موج جریان یک یکسو کننده نیم موج را نشان می‎دهد یکسو کننده های تمام موج و اینورتورهای قدرت نیز چنانکه قسمت مثبت و منفی موج تولیدی آنها دقیقاً یکسان نباشد ایجاد هارمونیک های زوج می نمایند .

تجهیزاتی که بر اساس تخلیه الکتریکی و یا ایجاد جرقه کار می کنند ممکن است بعلت صحیح نبودن زمان جرقه زدن آنها تولید هارمونیک زوج نمایند این مسئله در مورد کوره های قوسی در زمان ذوب کردن آهن های قراضه پیش می‎آید .
موج مربعی که در شکل ۳-۳ نشان داده شده است . یکی از شکل موج هایی است که زیاد در بررسی و مطالعات هارمونیک ها بکار می رود تجهیزات بسیاری مانند یکسو کننده ها و کروه های قوسی که تولید هارمونیک می کنند جریان و یا ولتاژ آنها را می‎توان برای بررسیها تقریباً بص

ورت یک موج مربعی در نظر گرفت . سری فوریه یک موج مربعی که پیک آن V می‎باشد بصورت زیر است .

(۳-۳)
ملاحظه می گردد که در سری فوق هارمونیک زوج و مؤلفه DC وجود ندارد و دامنه هارمونیک سوم یک سوم دامنه پایه و دامنه هارمونیک پنجم یک پنجم دامنه پایه و ….. می‎باشد .

در بیشتر محاسبات و بررسیهای سیستم قدرت از مقدار مؤثر(RMS ) موجهای جریان و یا ولتاژ استفاده می‎گردد. برای یک موج سینوسی مقدار مؤثر ۷/۷۰ در صد مقدار پیک موج می‎باشد در مورد موجهای غیر سینوسی مقدار مؤثر از رابطه زیر بایستی بدست آید .
(۴-۳)
که و مقدار مؤثر هارمونیک ۱و ۲ موج اصلی می باشند .

۳-۳) تاریخچه و بررسی مقدماتی هارمونیک ها :
وجود هارمونیک ها در سیستم قدرت مسأله جدیدی نیست هارمونیک ها در دهه ۱۹۲۰ و اواخر ۱۹۳۰ زمانیکه شکل موج های ولتاژها و جریانهای تغییر شکل یافته در خطوط انتقال مشاهده شدند تشخیص داده شدند در آن هنگام موضوع اصلی ، تأثیر هارمونیک ها در ماشینهای سنکرون و القائی ، سیمهای ارتباطی ( تلفن ) و خازنهای قدرت بودند .
نتیجه بعضی از تحقیقات آن زمانها در مورد یک خط انتقال ۲۲۰ کیلو ولت ۴۰۰ کیلومتری و یک موتور القائی بشرح زیر بوده است .
– چنانکه ولتاژ ابتدای خط حاوی ۷ درصد هارمونیک سوم باشد ، ولتاژ انتهای خط در حالت بی باری دارای ۵۳ درصد هارمونیک سوم خواهد بود .
– هارمونیک سوم در انتهای خط بار کامل از ۵۳ درصد به ۲۹ درصد کاهش پیدا
می کند .
– در صورت وجود هارمونیک ضریب قدرت در طرف ژنراتور خط انتقال برابر ۸۴۸/۰ می‎ب

اشد ( در حالتیکه بدون وجود هارمونیک ضریب قدرت برابر ۹۶/۰ است . )
– در طرف مصرف کننده خط انتقال وقتی ولتاژ دارای هارمونیک است ضریب قدرت برابر ۸۲/۰ می‎باشد . در صورتیکه توسط دستگاه اندازه گیری ۷۵/۰ اندازه گیری می گردد .
– برای یک موتور القائی که در سال ۱۹۳۰ ساخته شده است هارمونیک ها باعث غییر می کنند و همچنین جریانهای رتور نیز بخاطر مقادیر مختلف هارمونیک های موجود متفاوت هستند .
مسائل فوق که در دهه ۱۹۳۰ وجود داشته اند ممکن است امروزه هم وجود داشته باشند .عکس العمل سازندگان در برابر هارمونیک ها ، ساختن تجهیزاتی بوده است تا تحمل هارمونیک های بیشتر کاهش اثرات متقابل را داشته باشند. همچنین هارمونیک ها کاهش داده شده و گاهی از طریق نوع اتصالات ترانسفورماتورها حذف شده اند . البته نوع اتصالات ترانسفورماتورها ، هارمونیک مؤلفه صفر را کاهش می‎دهد . بعنوان فیلتر دو مسیره عمل می‎کند و در نتیجه بار و سیستم را محافظت می‎کند معذالک بنظر می رسد که هارمونیک ها دوباره یک مسئله جدی شده اند و بعنوان یک عامل خسارت زننده به مصرف کنندگان و شبکه قدرت امروزه مسأله هارمونیک ها را در عوامل زیادی می‎توانند جستجو کرد مطرح می‎شوند .
۱-۳-۳) افزایش اساسی بارهای غیر خطی :
در نتیجه تکنولوژی جدید ، وسایلی مثل یکسو کننده های کنترل شده ترانزیستوری و کنترل کننده های میکروپروسسوری تولید بار حاوی هارمونیک درسیستم می نمایند .
۲-۳-۳) تغییر در فلسفه طراحی تجهیزات :
در گذشته تجهیزات بر اساس ضریب اطمینان های بزرگ و بالاتر از ظرفیت مورد نیاز طراحی نمی‎شده‎اند ولی در حال حاضر به علت رقابت شدید میان سازندگان دستگاه های برق ، تجهیزات دقیقتر طراحی شده و بر اساس ظرفیت خواسته شده می‎باشد .
فرضاً تجهیزاتی که هسته آهنی دارند نقطه کار آنها بیشتر در ناحیه غیر خطی می‎باشد . عمل نمودن آنها در این ناحیه باعث افزایش سریع هارمونیک ها می‎شوند . بیشتر از ۵۰ سال اس

ت که هارمونیک ها عامل ایجاد اشکالات مختلف بوده اند .
بعضی از آنها عبارتند از :
– خرابی بانکهای خازنی بعلت شکست عایقی یا افزایش بار
– تداخل هارمونیک ها با کنترل بار مصرف کننده ها و سیستم PLC . این تداخل باعث عملک

رد نادرست سیستم کنترل از راه دور و اندازه گیری می گردد .
– ایجاد تلفات اضافی و گرم کردن ماشینهای القایی و سنکرون
– اضافه ولتاژ و اضافه جریان در سیستم به علت رزونانس سیستم در اثر هارمونیک های ولتاژ جریان در شبکه
– شکست عایقی کابلها در نتیجه اضافه ولتاژ ناشی از هارمونیکها
– تداخل با سیستم ارتباطات ( تلفن )
– ایجاد خطا در کنتورهای اندازه گیری مصرف و تولید انرژی
– تداخل و ایجاد عملکرد غلط رله ها ، به خصوص در سیستم کنترل و حفاظت میکروپروسسوری
– تداخل در کنترل کننده های موتورهای بزرگ
– نوسان مکانیکی در ماشینهای سنکرون و القایی
– عملکرد ناپایدار مدار آتش در کنترل کننده هایی که بر اساس مقدار ولتاژ صفر عمل می کنند .
این اثرات بستگی به منابع هارمونیک ها ، موقعیت آنها در سیستم و خصوصیات شبکه دارد .

۴-۳) منابع قدیمی ایجاد هارمونیک :
علت ایجاد هارمونیک ها وجود عناصر غیر خطی در سیستم قدرت می‎باشد . عناصر غیر خطی جزئی از مدار الکتریکی است که در آن ولتاژ متناسب با جریان نمی باشد .
دو مقاومت را که دارای مشخصه V-I مطابق شکل ۴ هستند در نظر بگیریم یکی از مقاومتها خطی است و مشخصه V-I یک خط مستقیم است و دیگری یک مقاومت غیر خطی است . اگر یک ولتاژ سینوسی به هر دو مقاومت اعمال شود، متوجه خواهیم شد که جریان در مقاومت غیر خطی تغییر شکل خواهد داد . این یک پدیده اساسی در ایجاد هارمونیک ها به خصوص به وسیله ترانسفورماتورها می باشد .

غیر خطی بودن نباید با وابستگی فرکانس اشتباه شود . بعنوان مثال امپدانس خط انتقال با تغییر فرکانس تغییر می نماید ولی این امپدانس در هر فرکانس یک المان خطی است و وابستگی فرکانس باعث انحراف شکل موج نمی‎شود .
در یک سیستم قدرت تقریباً کلیه امپدانسهای سری خطی هستند . این امپدانسها اغلب امپدانس خطوط ، کابلها و ترانسفورماتورها می‎باشند .
در مورد ترانسفورماتورها مسئله کمی فرق می‎کند زیرا هر دو مشخصه خطی و غیر خطی را دارا می‎باشد امپدانس ( اتصال کوتاه ) ترانسفورماتورها که بصورت سری در مدار قرار می گیرد غیر خطی است .
بیشترین تولید هارمونیک در سیستم قدرت به علت وجود بارهای غیرخطی و یا تجهیز

اتی است که در آنها قطع و وصلهای مکرر و سریع انجام می‎گیرد .
سه دسته عنصر غیر خطی در سیستم قدرت وجود دارد .
– وسایل فرو مغناطیس
– مبدلهای قدرت الکترونیکی
– تجهیزات تخلیه ای
۱-۴-۳) وسایل فرو مغناطیس :
این دسته وسایل و تجهیزاتی هستند که بر اساس وجود یک سیم پیچ دور یک هسته آهنی ساخته می شوند ترانسفورماتورها و موتورها عمومی ترین وسایل از این نوع هستند .
خاصیت مغناطیسی موتورها به خاطر فاصله هوائی خطی تر از خاصیت مغناطیسی ترانسفورماتورها است. شکل ۵-۳ مدار معادل T موتورها و ترانسفورماتورها را نشان می‎دهد که معمولاً اساس محاسبات و بررسی این تجهیزات است . امپدانسهای سری خطی هستند ولی امپدانسهای موازی بطور فاحش غیر خطی می باشند .

مقدمه
شاید بی‌اغراق باشد که بگوییم ترانسقورماتورها یکی از پرکاربردترین ابزارهای انتقال و تبدیل انرژی الکتریکی‌هستند.ترانسفورماتور را ماشین الکترومغناطیسی ساکن می‌نامند.
یک ترانسفورماتور می‌تواند، سطح ولتاژ یا جریان الکتریکی را از مقداری اولیه، افزایش یا کاهش دهد. ترانسفورماتور هم در شبکه سه‌فاز و هم در شبکه تک‌فاز کاربرد دارد. ابتدا ترانسفورماتورهای تک‌فاز ایده‌آل را مطالعه می‌کنیم. سپس ترانسفورماتورهای واقعی، بر اساس ترانسفورماتورهای ایده‌آل، مدلسازی می‌شوند. و در پایان، مطالعه ترانسفورماتورهای سه‌فاز، اتوترانسفورماتورها و ترانسفورماتورهای موازی را خواهیم داشت.

ساختمان ترانسفورماتور
ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها به سه دسته کوچک متوسط و بزرگ دسته بندی کرد. ساختن ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط به دلیل مسایل حفاظتی و عایق بندی و امکانات موجود ، کار ساده ای نیست ولی ترانسفورماتورهای کوچک را می توان بررسی و یا ساخت. برای ساختن ترانسفورماتورهای کوچک ، اجزای آن مانند ورقه آهن ، سیم و قرقره را به سادگی می توان تهیه نمود.

اجزای تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور به شرح زیر است؛

هسته ترانسفورماتور:

هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه های نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه می شود. برای کم کردن تلفات آهنی هسته ترانسفورماتور را نمی توان به طور یکپارچه ساخت. بلکه معمولا آنها را از ورقه های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق‌اند، می سازند. این ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلیاژی از سیلیسیم (حداکثر ۴۵ درصد) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی و قابلیت هدایت مغناطیسی زیاد است ساخته می شوند.

در اثر زیاد شدن مقدار سیلیسیم ، ورقه‌های دینام شکننده می شود. برای عایق کردن ورقهای ترانسفورماتور ، قبلا از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانده می شود، استفاده می کردند اما امروزه بدین منظور در هنگام ساختن و نورد این ورقه ها یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت ۲ تا ۲۰ میکرون به عنوان عایق در روی آنها می مالند و با آنها روی ورقه ها را می پوشانند. علاوه بر این ، از لاک مخصوص نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه ها استفاده می شود. ورقه های ترانسفورماتور دارای یک لایه عایق هستند.

بنابراین ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد. ورقه‌های ترانسفورماتورها را به ضخامت های ۰۳۵ و ۰۵ میلی متر و در اندازه های استاندارد می سازند. باید دقت کرد که سطح عایق شده ى ورقه های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند (مثلا همه به طرف بالا) علاوه بر این تا حد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند. لازم به ذکر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نیز جلوگیری شود.

سیم پیچ ترانسفورماتور :

معمولا برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور از هادی های مسی با عایق (روپوش) لاکی استفاده می‌کنند. اینها با سطح مقطع گرد و اندازه‌های استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص می‌شوند. در ترانسفورماتورهای پرقدرت از هادیهای مسی که به صورت تسمه هستند استفاده می‌شوند و ابعاد این گونه هادی‌ها نیز استاندارد است.

توضیح سیم پیچی ترانسفورماتور به این ترتیب است که سر سیم پیچ‌ها را به وسیله روکش عایقها از سوراخهای قرقره خارج کرد، تا بدین ترتیب سیم ها قطع (خصوصا در سیمهای نازک و لایه‌های اول) یا زخمی نشوند. علاوه بر این بهتر است رنگ روکش‌ها نیز متفاوت باشد تا در

ترانسفورماتورهای دارای چندین سیم پیچ ، را به راحتی بتوان سر هر سیم پیچ را مشخص کرد. بعد از اتمام سیم پیچی یا تعمیر سیم پیچهای ترانسفورماتور باید آنها را با ولتاژهای نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بدنه و سیم پیچ اولیه ، بدنه و سیم پیچ ثانویه و سیم پیچ اولیه آزمایش کرد.