Recommandé
Contenu connexe
Tendances
Tendances (20)
Similaire à الآلات الكهربية
Similaire à الآلات الكهربية (20)
الآلات الكهربية
- 2. اللت الكهربية Electrical Machines مقدمة : يرتكن فعل اللت الكهربية سواء الدوارة منها والساكنة على ظاهرتين أساستين من ظواهر الكهرومغناطيسية induction phenomena 1 – ظاهرة الستنتاج لتوليد قوة دافعة كهربية لبد من وجود عنصرين أساسين : دائرة مغناطيسية وأخرى كهربية متداخلتين مع إحداث حركة نسبية بينهما . هذه الحركة يمكن إحداثها ديناميكيا أو إستاتيكيا : المستنتجة ديناميكيا Dynamically induced e.m.f أ- ق.د.ك يمكن إيجاد قيمة أل ق.د.ك المستنتجة في موصل يقطع عموديا وبسرعة منتظمة الخطوط المغناطيسية لمجال مغناطيسي بالعلقة التية : E = BLµ )1( volts : Where B := Flux density 2webers/m L := Conductor Length m µ := Conductor Speed m/s µn شريطة أن يكون اتجاه الموصل والحركة وخطوط المجال كل عمودي علي الخر وإل ضربت المعادلة ) 1 ( في جيب الزاوية بين آي أثنين منهم : E = BLµsin σ )2( volts Β ويمكن تحديد اتجاه ال ق.د.ك المتولدة طبقا لقاعدة فلمنج لليد اليمنى θ µ المستنتجة استاتيكيا .Statically induced e.m.f t ً ب- ق. د.كك µ n = µ sin θ )1( Fig اعتمادا على معدل التغير الناشئ في قيمة الفيض المغناطيسي الذي يقطع موصلت دائرة كهربية ، يمكن إيجاد قيمة ال ق.د.ك الناشئة بالعلقات التية )E = -Tc (dΦ/dt )3( volts Where Tc: = number of turns in the electric circuit Φ: = magnetic flux webers وكل العلقتين )1( ، )3( تؤديان إلى نفس النتيجة لو طبقتا على حالة بعينها .
- 3. 2 – ظاهرة التفاعل Interaction Phenomena يوضع موصل طوله ) eمتر( يحمل تيارا ) iأمبير( في مجال مغناطيسي كثافته )Bويبر/متر 2( عموديا على اتجاهه فإنه ينشأ قوة ميكانيكية ) Fنيوتن( في اتجاه عمودي على كل ً من التيار والمجال مقدارها (F = BLi Newtons 4( . F F 2 Fig الشكل )2-أ( يبين المجال الصلي والمجال الناشئ عن مرور تيار في الموصل الذي يؤدي تفاعلهما إلى تزاحم المجال المحصل في إحدى جهتى الموصل وخلخلته في الجهة الخرى مما يدفع بالموصل في التجاه المبين شكل ) 2-ب( حيث أن خطوط المجال المغناطيسي هكي خطوط قوة تحاول أن تأخذ أقصر طريق . الشكل )2-جك ( يبين تأثير عكس اتجاه التيار في الموصل . هذا التشويه الحادث في المجال هو خاصية أساسية في نشوء القوى الميكانيكية أو فعل الحركة في المحركات الكهربية . تحويل الطاقة في المولد والمحرك في المولد يفترض أن هناك ملفا يقطع مجال ً مغناطيسيا فتتولد به ق.د.ك تمرر تيارا بالملف عند قفل الدائرة الخارجية ، ويؤدي مرور هذا التيار بالملف إلى تكوين مجال مغناطيسي خاص به يتفاعل بدوره مع المجال الصلي محدثا قوة ميكانيكية تضاد اتجاه حركة الملف والذي يجب أن يدار بقوة أكبر تكفي للتغلب على هذه القوة الناشئة وبذلك نجد أن الطاقة الكهربية تنشأ نتيجة للطاقة الميكانيكية المبذولة علي الملف . في المحرك ينشأ عن التيار الكهربي المار في ملف موضوع في مجال مغناطيسي, مجال مغناطيسي خاص به يتفاعل مع المجال الصلي مسببا حركة الملف. بمجرد دوران الملف في المجال المغناطيسي تنشأ به قوة دافعة كهربية تضاد التيار الصلي .
- 4. ولضمان استمرار مرور التيار بالملف وبالتالي ضمان استمرار الحركة يجب أن يوصل الملف بينبوع خارجي يكفي الضغط الخاص به للتغلب على ال ق.د.ك العكسية المتولدة . ومن هنا يحتاج المحرك الكهربي إلى طاقة كهربية ليعطي طاقة ميكانيكية تناظرها . من ذلك وبالنظر إلى شكل )3( فللة الكهربية الدوارة يمكن تشغيلها بصفة عامة كمولد أو كمحرك .
- 5. المولد البسيط : يتكون المولد الكهربي في أبسط صورة شكل )4( من ملف مكون من لفة واحدة يدور بسرعة منتظمة في مجال مغناطيسي منتظم ويتحدد قيمة واتجاه ال ق.د.ك المتولدة بالملف طبقا لوضعه في المجال حيث يتبع منحنيا جيبا طبقا للعلقة )2( π 2π )شكل ) 4 ( ق.د.ك المتولدة في لفة تدور بسرعة منتظمة في مجال مغناطيسي منتظم( هذه ال ق.د.ك المتغيرة يمكن الستفادة بها في دائرة خارجية عن طريق زوج من حلقات النزلق يلمسها زوج من الفرش الكربونية ، ويكون التيار الناتج تبعا لذلك تيارا متغيرا . وللحصول على تيار مستمر أي ثابت القيمة والتجاه يمكن استخدام عضو التوحيد بدل ً من حلقتي النزلق . ويمثل المولد الحلقي Gramme-ring generatorصورة مبسطة للمولدات سواء منها مولدات التيار المستمر أو المتغير والتي يتغير عدد الوجه بها تبعا لعدد نقط التصال على عضو الستنتاج وعدد حلقات النزلق . شكل ) 5 –أ ( يمثل مولدا بسيطا للتيار ذو وجه واحد وبه نقطتي اتصال متقابلتين متصلتين بحلقتي انزلق ، وللحصول على تيار متغير ذو ثلثة اوجه فيمكن توصيل ثلثة نقط على عضو الستنتاج كل منها تبعد عن الحرى 021 ْ وتتصل بثلث حلقات إنزلق شكل ) 5- ب ( . وبالقياس إلى ألة التيار المستمر التي لبد وأن تبنى من عضو استنتاج دائر وأقطاب ثابتة حتى يمكن للمبدل أن يقوم بوظيفته ، فإنه من الممكن ان تبني مولدات التيار المتغير من عضو
- 6. استنتاج ثابت Stationary armatureوعضو دائر يحمل القطاب المغناطيسية للحصول على الحركة النسبية بين الموصلت والمجال ، وتبنى معظم مولدات التيار المتغير اليوم ثلثية الوجه العلقة بين التردد والسرعة وعدد القطاب : بدوران الموصل في شكل )4( دورة واحدة فإنه تنشأ بذلك موجة واحدة أو ذبذبة للقوة الدافعة الكهربية المتولدة ، ويتناسب عدد الذبذبات مباشرة مع عدد الدورات في الثانية للموصل : فإذا كان عدد الدورات هو 05 دورة /ث فإن عدد الذبذبات الناشئة أو التردد Frequencyيكون 05 ذبذبة /ث وذلك لمولد ذو قطبين ، وبازدياد عدد القطاب إلى أربعة فإنه تنشأ في كل دورة ذبذبتين وذلك لمرور الموصل أمام زوجين من القطاب ، من ذلك نجد ان : f = pn )5( cycle/sec :Where f: = Frequency ,cps 2/p: = no of pole pairs = P N n: = speed = ,rps 06 مثال : ما هو التردد لمولد ذو عشرة أقطاب يدور بسرعة 0003 لفة /ق ؟ )0003()01( PN الحل : = f = التردد 250 cp: s 021 021 مثال : ما هي السرعة التي يجب أن يدار بها المولد ليعطي ضغطا تردده 05 ذ/ث ؟ الحل : 120f =N P السرعة )021()05( = = 006 .rpm 01 .Synchronous Genr ويسمى مولد التيار المتغير بالمولد المتزامن حيث يجب أن يدار بالسرعة المتزامنة Synchronous speed Nوالتي تختلف باختلف عدد القطاب لللة وذلك للحصول على التردد المطلوب :
- 7. Synch. Speed ,rpm No. of poles 60cps 50cps 25cps 2 3600 3000 1500 4 1800 1500 750 6 1200 1000 500 8 900 750 375 10 720 600 300 12 600 500 250 16 375 20 300 30 200 40 150
- 8. ألت التيار المستمر يطلق عادة اسم " دينامو " Dynamoعلى آلة التيار المستمر التي تقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهربية ، أو بتحويل الطاقة الكهربية إلى ميكانيكية – أي أنها أله تصلح لكل الغرضين : للعمل كمولد أو للعمل كمحرك ولو أنه من المستحسن عادة أن تصمم اللة لحد الغرضين فقط لتحسين معاملت الداء والجودة ، ويطلق عليها في هذه الحالة إحدى التسميتين 1 – مولد التيار المستمر Direct current generator 2 – أو محرك التيار المستمر Direct current Motor التركيب الساسي للة التيار المستمر Essential Construction of a.d.c machine ل يختلف التركيب الساسي لمولد التيار المستمر عنه للمحرك ، وتتركب آلة التيار المستمر عامة من جزأين رئيسين : 1 - أقطاب المجال : The Field Poles ويختلف عددها باختلف تصميم اللة , فهناك آلة ذات قطبين , أربعة , ستة أقطاب أو ما يزيد عن ذلك بشرط أن تكون زوجية العدد ليتكون عدد مماثل بين الدوائر المغناطيسية . وينشأ المجال المغناطيسي عادة من ملفات كهربية موضوعة حول قلب القطب . , Pole Coreالذي يصنع من رقائق مغناطيسية للقلل من تأثير التيارات العصارية , كما يساعد حذاء القطب
- 9. على جعل المجال منتظما ويحمل القطاب غلف مغناطيسي Yokeيصنع من الزهر في اللت الصغيرة ومن الصلب المسبوك في اللت الكبيرة. The Armature 2 - عضو الستنتاج وهو الجزء المتحرك في آلة التيار المستمر ويتركب من عامود إدارة من الصلب يحمل بقية الجزاء وهي قلب المنتج armature Coreوالمبدل Commutatorويصنع قلب المنتج من رقائق مغناطيسية معزولة عن بعضها البعض بطبقة رقيقة من الورق أو الورنيش للقلل من الفقد بسبب التيارات العصارية ولخلق مسار مغناطيسي قليل المقاومة حيث أن قلب عضو الستنتاج جزء من الدائرة المغناطيسية باللة . وتوضع الموصلت الخاصة بعضو الستنتاج على هيئة ملفات في المجاري الطولية بسطح المنتج لتتصل أطرافها من المام بالقطاعات النحاسية للمبدل , ويلحظ عزل الملفات جيدا عن قلب المنتج بتكسية المجاري من الداخل بطبقة من الورق العازل كما أنها تثبت في مكانها جيدً بواسطة خوابير من مادة عازلة وأحزمة من الصلب خوفا عليها من القوة الطاردة المركزية أثناء الدوران . وتصنع رقيقة عضو الستنتاج من قطعة واحدة في اللت الصغيرة شكل )1- أ ( أو تكون مصنوعة من عدة أجزاء تحمل على برامق كما في الشكل ) 1- ب ( وتجمع بحيث يكون بينها فتحات للتهوية شكل )1- ج ( . ويصنع المبدل شكل ) 1- ء ( من قطاعات من النحاس ذات غنفاري تعزل عن بعضها البعض وعن محور الدارة برقائق من الميكا والشيلك تسمي الميكانيت micaniteوتثبت مع بعضها البعض لتكون سطحا اسطوانيا أملس تحتك به القطع الكربونية لتوصيل التيار من أو إلى المنتج . والشكل )2( يوضح الجزاء الساسية للة تيار مستمر ذات أربعة أقطاب تحيط بالمنتج تحصر بينها وبينه مسافة صغيرة جدا ما أمكن يطلق عليها الثغرة الهوائية , air gapويلحظ وجود
- 10. أربعة دوائر مغناطيسية وبتتبع إحداها نجد مثل ً أن الخطوط المغناطيسية تخرج من أحد القطاب الشمالية لتعبر الثغرة الهوائية إلى قلب المنتج لتنقسم إلى جزأين يتجه كل جزء منها عبر الثغرة الهوائية مرة أخرى إلى أحد القطاب الجنوبية ليعودا بعد ذلك خلل الغلف الخارجي إلى ذات القطب الشمالي , لذا فالثغرة الهوائية جزء من الدائرة المغناطيسية ويجب أن تكون صغيرة ما أمكن ) 1/61 إلى 1/4 بوصة ( للقلل من القوة الدافعة المغناطيسية اللزمة . بالضافة إلى تلك الجزاء الرئيسية في تركيب آلة التيار المستمر فهناك وجهي اللة وتثبتان بحامل القطاب ويحملن كراسي التحميل للعمود الخاص بعضو الستنتاج ويثبت بأحد هذين الوجهين حامل الفرش من ناحية المبدل بحيث يكون معزول ً عن جسم اللة . وتمتد الطراف الخاصة بالقطاب وعضو الستنتاج حيث تجمع بصندوق الطراف لسهولة توصيل لللة بالدائرة الخارجية . لف أعضاء الستنتاج : يتكون المولد البسيط – كما سبق أن رأينا – من لفة واحدة يتصل جانباها بالتوالي لتضاف ال ق.د.ك المتولدة في جانب إلى جانب الخر , وإذا أريد زيادة قيمة ال ق.د.ك فإنه تضاف إلى هذه اللفة عدد آخر من اللفات يتناسب مع قيمة ال ق.د.ك المطلوبة , ولكن هذه الطريقة غير مرغوبة بالمرة لسباب كهربية حيث تكون ال ق.د.ك المتولدة نبضية وليست بالمستمرة ولخرى ميكانيكية حيث يكون العضو الدائر غير متزنا لذا فإنه يستحسن أن توزع موصلت المنتج على سطحه الخارجي بطريقة أو بأخرى , وما يقال عن المولد يقال أيضا عن المحرك حيث يجب أن تكون قيمة ال ق.د.ك العكسية بما يتناسب مع ضغط المصدر الكهربي الذي سيتصل به المحرك . من ذلك فإنه طرق اللف التي ذكرها تصلح لكل ً من المولد والمحرك ولو أن الشرح سيكون متمشيا مع استعمال اللة كمولد . اللف الحلقي: من أوائل الطرق المستخدمة في لف أعضاء الستنتاج ولو أنه لم يعد مستخدما الن للسباب التي ستذكر فيما بعد , ويكون عضو الستنتاج في هذه الطريقة على هيئة اسطوانة مفرغة تلف حولها الملفات بحيث يكون الجزء الفعال من الموصلت موازيا لمحور السطوانة . وتكون الملفات فيما بينها دائرة كهربية مستمرة وتوصل نقطة اتصال ملف بآخر بإحدى قطاعات المبدل
- 11. .ويعرف عضو استنتاج في مثل هذا النوع من اللف بك Gramme ring armatureويرى في شكل ) 3 - أ , ب ( مثل هذا الملف لمولد ذو قطبين وآخر ذو أربعة أقطاب . ويلحظ أن وضع الفرش يكون بين القطاب حيث تكون ال ق.د.ك المتولدة صفرا, وفي حالة المولد ذو قطبين يكون عدد الفرش أثنين توصل بسلكين للدائرة الخارجية وتكون الفرشة السفلى هي الطرف الموجب لللة حيث يتجه التيار في كل من الموصلت تحت القطب الشمالي وأيضا الجنوبي للخروج منها ليدخل من الفرشة العليا لتكون هي الطرف السالب . أما بالنسبة لللة ذلت الربعة أقطاب فهناك أربعة مواضع تكون فيها ال ق.د.ك المتولدة صفرا وبذا تكون هناك الحاجة إلى أربعة فرش أثنين منها موجبة والخرى سالبة توصل كما بالشكل داخليا للتصال بالدائرة الخارجية ذات الطرفين . ويلحظ من الدوائر المكافئة شكل )4 - أ , ب ( تكون عدد من دوائر التوازي على سطح المنتج مماثل لعدد القطاب : فاللة ذات القطبين يكون عدد الفرش بها اثنتان كذلك عدد دوائر التوازي أثنين وبالمثل اللة ذات الربعة أقطاب لها أربعة فرش وأربعة دوائر توازي وبالمثل تكون أية آلة أخرى ذات عدد مختلف من القطاب عضو الستنتاج بها ذو لف حلقي . وبالنظر إلى الدوائر المكافئة أيضا نجد أن هناك ملفات ل تتولد بها أية ق.ء ك بالرغم من مرور تيار بها- هذه الملفات ذات أهمية بالنسبة لتوصيل التيار من الملفات التي تتولد بها ق.د.ك إلى الفرش كما تساعد أيضا على ثبات الضغط على طرفي الدائرة الخارجية لنه في الوقت الذي
- 12. يستعد فيه أحد الملفات التي تتولد بها ق.د.ك للخروج من تحت أحد القطاب , ويكون هناك ملف آخر ل تتولد به ق.د.ك مستعد للدخول تحت نفس القطب وبذا تظن ال ق.د.ك المتولدة في نفس المستوى . عيوب اللف الحلقي : 1-حيث أن الملفات ملفوفة حول اسطوانة مفرغة فهناك صعوبة في العزل والصلح . 2-الموصلت بداخل السطوانة ل تقطعها أية خطوط مغناطيسية والتي تجد مسارها في جدار السطوانة ول تعبر الفراغ بالداخل , وبذا يكون نصف النحاس على سطع المنتج بدون أية فائدة. 3-المقطع العرضي لمسار خطوط القوى المغناطيسية أصغر مساحة مما لو كانت السطوانة مصمتة . 4-زيادة المقاومة التأثيرية للملفات حيث أنها ملفوفة بالكامل حول المنتج مما ينتج عنه صعوبة عملية التوحيد . وقد أمكن تلفي مثل هذه العيوب في اللف السطواني . Drum winding اللف السطواني وفيه توزع الموصلت على سطح المنتج في داخل مجاري معزولة وتثبت بها جيدا وتشكل الموصلت على هيئة ملفات من أسلك أو قضبان من النحاس تعزل عزل ً جيدا وغالبا ما تشكل هذه الملفات بواسطة فورمة وتسقط في المجاري الواحد تلو الخرى بطريقة معينة , ثم توصل الطراف بالمبدل بإحدى طريقتين لتكون إما لفا انطباقيا Lap windingأو لفا تموجيا Wave Windingوهما الطريقتان المعروفتان في اللف السطواني تعريفات خاصة باللف السطواني
- 14. ملف coil عبارة عن لفة واحدة أو أكثر من السلك المعزول مجمعة فيما بينها لتكون ملفا . جانب ملف coil side أحد جوانب الملف التي تقوم بقطع المجال المغناطيسي وبذلك فكل ملف له جانبي ملف. موصل فعال inductor أحد الموصلت المكونة لجانب الملف : تتولد به ق.د.ك . طرف أمامي front end connection ويوصل إحدى نهايات الملف بقطاع المبدل. وصلة خلفية back end connection عبارة عن سلك أو موصل يوصل ما بين موصل فعال على جانب الملف إلى موصل فعال أخر على الجانب الخر من الملف . الخطوة : )Y ) Pitch طريقة للقياس في عمليات اللف وتقدر به جوانب الملفات , المجاري أو قطاعات المبدل. خطوة قطبية Pole pitch المسافة بين نقطتين متناظرتين على القطاب المتجاورة . خطوة أمامية )Yf) front pitch المسافة على عضو الستنتاج بين جانب ملف وجانب آخر متصلين بنفس قطاع المبدل وتقاس بجوانب الملفات أو المجاري . خطوة خلفية )Yb) back pitch المسافة على عضو الستنتاج مقدرة بجوانب الملفات أو المجاري والتي تمتدها الوصلت الخلفية خطوط المبدل Commutator pitch Yc عدد قطاعات المبدل بين نهاية ملف والنهاية الخرى لنفس الملف
- 15. أنواع اللف السطواني أ – اللف النطباقي 1 – لف إنطباقي مفرد ذو دائرة واحدة The simplex lap singly reentrant winding الشكل )6( يمثل إنفراد ألة ذات أربعة أقطاب لبيان كيفية لف المنتج لفا انطباقيا يبدأ اللف بإسقاط أحد الملفات ) ( Aبحيث يكون أحد جوانب الملف تحت أحد القطاب والجانب الخر تحت نفس النقطة من القطب التالي أي أن الملف يمتد على سطح المنتج بمقدار خطوة قطبية . ثم يسقط الملف ) ( Bمجاورا للملف ) ( Aوبمكا أنكه يجكب أن يمتكد أيضكا بمقدار خطوة قطبيكة نجكد أن الجانكككب الخكككر للملف ) ( Bيجاور الجانككب الخككر للملف ) ( Aوحيككث أن الملفات يجككب أن توصككل فيمككا بينه ككا كم ككا لو كان ككت متص ككلة على ك ك ك ك التوالي فإن نهاية الملف ) ( Aيجب أن تتصكل ببدايكة الملف ) ( Bليتصكل سكككويا مكككن المام بأحكككد قطاعات المبدل . وبإسكقاط الملف ) ( Cمجاورا للملف ) ( Bتوصكل نهايكة الملف ) ( Bببدايكة الملف ) ( Cليتصكل )6( Fig س كويا بالقطاع التالي م كن المبدل .، وهكذا إلى أن يت كم إس كقاط جمي كع الملفات وتوص كل نهاي كة ك ك ك ك ك ك ك الملف الخيككر ببدايككة الملف ) ( Aوتكون جميككع مجاري عضككو السككتنتاج قككد امتلت بجوانككب الملفات . وبالنظر إلى الشكل نجد فرضا أن الملف ) ( Aيشغل المجاري 1 ، 7 والملف ) ( Bيشغل المجاري 2 ، 8 وكذلك الملف ) ( Cيشغل 3 ، 9 وهكذا نجد أن الملفات قد وضعت طبقا للجدول التي : Coil Slot Occupied Coil Slot Occupied A 7 1 and F 21 6 and B 8 2 and G 31 7 and
- 16. C 9 3 and H 41 8 and D 01 4 and I 51 9 and E 11 5 and J ,10 and 16 etc من ذلك فإن كل مجرى يشغلها جانبي ملفين : فالمجرى 7 مثل ً مشغولة بجاني الملف ) ( ، ) A ( Gوالمجرى 8 مشغولة بجانبي الملف ) ( B ) ، ( Hوكذلك المجرى 9 بها جانبي الملف ) ، ) C ( ( Iوهكذا. ويلحظ أنه بوضع الملف ) ( Bعلى يمين الملف ) ( Aو ) ( Cعلى يمين ) ( Bوهكذا فإن اللف يتقدم في اتجاه عقرب الساعة ناظرين من جهة المبدل ، ويسمى اللف في هذه الحالة لفا تقدميا . progressive windingأما إذا وضع الملف ) ( Bعلى يسار ) ( A ) ، ( Cعلى يسار ) ( Bوهكذا فإن اللف الناشئ يتقدم عكس عقارب الساعة ويسمى باللف التراجعي retrogressive windingو اللف المعطي في شكل )6( سواء كان تقدميا أو تراجعيا فهو لف انطباقي مفرد ذو دائرة واحدة : الكلمة انطباقي تأتي من أن الملف ) ( Bيطابق الملف ) ( A أي يكاد يستقر فوقه وكذا الملف ) ( Cيطابق الملف ) ( Bوهكذا .. وكلمة simplexمفرد تأتي من أن الملف ) ( Bقد وضع مجاورا للملف ) ( Aوكذلك ) ( Cمجاورا للملف ) ( Bوهكذا مما يؤدي في النهاية إلى وجود لف واحد على سطح المنتج ، أما كون اللف single reentrantذو دائرة واحدة فإنه يعني أنه عند توصيل نهاية الملف الخير ببداية الملف الول كانت جميع المجاري قد امتلت وكونت الملفات فيما بينها دائرة كهربية واحدة 2 – لف انطباقي مزدوج ذو دائرتين في هذا النوع من اللف النطباقي يوضع الملف ) ( Aكما في النوع السابق بحيث تكون جوانبه على إمتداد خطوة قطبية ويوضع الملف ) ( Bمجرتين إلى اليمين من الملف ) ( A تاركا مجرى خالية ، ثم توصل نهاية الملف ) ( Aببداية الملف ) ( Bلتوصيلهما معا بالتوالي
- 17. ويتصل بأحد قطاعات التوحيد . الملف ) ( Cيوضع أيضا مجرتين إلى اليمين من الملف ) ( B أي بترك أحد المجاري خالية ثم يوصل بالتوالي بالملف ) ( Bوتوصل نقطة التصال بقطاع عضو التوحيد التالي بعد ترك أحد القطاعات خاليا .. وهكذا إلى أن يتم توصيل نهاية الملف الخير باللف ببداية الملف الول ويظهر عضو الستنتاج بحيث تكون أحد المجاري مشغولة بجوانب الملفات والتالية لها خالية وكذا عضو التوحيد وينشأ بذلك اللف دائرة كهربية مستمرة على عضو الستنتاج الن وفي المجاري الخالية يبدأ في وضع ملفات اللف الثاني بطرقة مماثلة للف الول إلى أن يتم توصيل نهاية الملف الخير باللف الثاني ببداية الملف الول من نفس اللف وتنشأ بذلك على عضو الستنتاج دائرة كهربية مستمرة ثانية هذا اللف السابق شرحه ما يسمى باللف النطباقي المزدوج ذو الدائرتين ، The duplex lap doubly reentrant winding وتأتي كلمة مزدوج من أن هناك لفين ) ( Tow windingsعلى سطح عضو الستنتاج أو بمعنى أخر لنه كانت هناك الحاجة للذهاب حول عضو الستنتاج مرتين لتمام لفة ، كما أنه واضح أنه نشأت دائرتين كهربيتين مستمرتين كل منهما منفصلة تماما عن الخرى ويجب ملحظة أنه في اللف النطباقي المزدوج ذو الدائريتين يتضاعف عدد دوائر التوازي على سطح عضو الستنتاج ويتم ذلك بواسطة الفرش وكما يظهر في الرسم اليضاحي شكل ) 7( Duplex lap singly 3 – لف إنطباقي مزدوج ذو دائرة واحدة : reentrant winding يتحقق هذا اللف بالذهاب حول عضو الستنتاج مرتين كما في الطريقة السابقة أي يوضع الملف ) ( Bمجرتين إلى يمين ) ( Aوترك مجرى خالية بينهما وهكذا يتم إسقاط جميع الملفات في الدورة الولى وتوصل بالتوالي مع بعضها البعض كما توصل بالمبدل مع مراعة ترك أحد القطاعات خاليا بين كل نقطتي توصيل إلى أن يتم الوصول إلى الملف ) ( Aفتترك الدائرة مفتوحة أي ل توصل بداية الملف ) ( Aمع نهاية الملف الخير في الدورة الولى وتستمر عملية إسقاط الملفات في المجاري الخالية وتوصيلها ببعضها البعض وبقطاعات عضو التوحيد الخالية في دورة ثانية إلى أن يتم الوصول إلى ألملف ) ( Aمرة ثانية . في هذه المرة يتم توصيل نهاية الملف الخير للدورة الثانية ببداية الملف ) ( Aوينشأ بذلك دائرة كهربية واحدة على سطح عضو الستنتاج وفي هذا اللف النطباقي المزدوج ذو الدائرة الواحدة يزداد أيضا عدد دوائر التوازي على عضو
- 18. الستنتاج وكما يتضح من شكل ) 8 ( حيث تبدو الفرش وكأنها تلمس اللف لتصنع أربعة دوائر توازي . 4 – لف انطباقي ثلثي The triplex lap winding كما يتضح من الشرح السابق يتم هذا اللف بالدوران ثلثة مرات حول عضو الستنتاج ويكون ذلك بإسقاط الملف ) ( Bثلث مجاري إلى يمين الملف ) ( Aأي بترك مجرتين خاليتين بينهما . ويمكن عمل هذا اللف ذو دائرة واحدة Singly reentrantأو ذو ثلثة دوائر Triply reentrant كما بشكل ) 9 أ – ب ( ، كما أن عدد دوائر التوازي يمكن الحصول عليه بضرب عدد دوائر التوازي الصلية في ثلثة . ب – اللف التموجي 1 – لف تموجي مفرد ذو دائرة واحدة The simplex wave singly reentrant winding يلحظ في اللف النطباقي أن جانب ملف تحت القطب الشمالي يتصل بالجانب الخر للملف والموجود تحت قطب جنوبي بالتوالي عن طريق الوصلت الخلفية ، وهذا الملف بدوره يتصل بالتوالي مع ملف أخر تحت نفس الزوج من القطاب ، غير أنه في اللف التموجي سنجد أن أحد الملفات يتصل بالتوالي مع ملف أخر تحت الزوج التالي من القطاب : في شكل )01( الملف ) ( Aيعمل خطوة قطبية على سطح عضو الستنتاج ويتصل بالتوالي مع الملف ) ( B الذي يعمل خطوة قطبية أيضا ولكنه موجود تحت الزوج التالي من القطاب والذي يتصل بدوره بالتوالي مع الملف ) ( Cالموجود تحت زوج تالي من القطاب وحيث أن اللة ذات أربعة أقطاب نجد أن الملف ) ( Cيقع بجوار الملف ) ( Aوكذا الملف ) ( Dالذي يتصل بالتوالي مع
- 19. الملف ) ( Cسيقع بجوار الملف ) . ( Bويتوالى وضع الملفات بهذه الطريقة إلى أن يتم إنهاء اللف وتتصل نهاية أخر ملف ببداية الملف ) ( Aلتتكون على سطح عضو الستنتاج دائرة كهربية مستمرة ويكون اللف بذلك لفا تموجيا مفردا ذو دائرة واحدة . ولو أريد لف آله ذات قطبين لفا تموجيا فأنه يعود ليصبح لفا إنطباقيا . وكما في حالة اللف النطباقي فإنه يمكن اللف التموجي أن يكون تقدميا أو تراجعيا . 2 – أنواع أخرى من اللف التموجي : بالضافة إلى اللف التموجي المفرد ذو الدائرة الواحدة فإنه يمكن عمل اللف التموجي ليكون مزدوج أو ثلثي بنفس الكيفية كما في اللف النطباقي ، كما أنه يمكن أن يكون ذو دائرتين أو ثلثة دوائر طبقا لعدد الدوائر الكهربية المستمرة مع عضو الستنتاج . خواص اللف التموجي : بملحظة جميع أنوع اللف التموجي سنجد أن له خاصية مميزة تتمثل في أن الملفات الموجودة بين القطاب والتي ل تقطع أي مجال مغناطيسي تقوم بتوصيل جميع الفرش ذات نفس القطبية مع بعضها البعض كهربيا شكل )11( وبذلك ل يجب
- 20. ان يزيد عدد الفرش عن إثنتان مهما كان عدد القطاب ولو أنه في بعض اللت الملفوفة لفا تموجيا سيكون أكثر من فرشة واحدة موجبة وكذلك سالبة وذلك فقط لكي ل يكون مقطع الفرشة كبيرا . الخاصية الخرى للف التموجي أن عدد دوائر التوازي ل يزيد عن أثنتان مهما كان عدد القطاب وذلك في حالة اللف المفرد أما في حالة اللف المزدوج فيكون عدد دوائر التوازي أربعة أو يكون ستة في حالة اللف الثلثي بغض النظر عن عدد القطاب . اللف المقصر chorded winding أثناء مناقشة اللف السطواني بنوعية ذكر أن الخطوة الخلفية للملفات يجب أن تكون بمقدار خطوة قطبية ، آي انه لو أن جانب أحد الملفات يقع تحت منتصف القطب الشمالي تماما فإن الجانب الخر يجب أن يكون تحت منتصف القطب الجنوبي التالي تماما هو الخر . ولكن من الملحظ أن القطب الجنوبي يغطي مساحة ل بأس بها بحيث يمكن وضع الجانب الخر للملف إلى اليسار قليل ً من محور القطب بحيث تكون الخطوة المقصرة ل تقل عامة عن 08% من الخطوة القطبية الكاملة وينشأ عن ذلك ما يسمى باللف المقصر وهو يؤدي إلى نقص في أطوال الوصلت الخلفية وبالتالي نقص في كمية النحاس المستعمل ، كما يؤدي على نقص طفيف في قيمة ال ق.د.ك المتولدة . توصيلت التعادل Equalizer Connections ينشأ عن استعمال اللف النطباقي عدد من دوائر التوازي على سطح عضو الستنتاج يتساوى مع عدد القطاب في حالة اللف المفرد ، وهو ما يمكن تمثيله بالدائرة المكافئة شكل )21 - أ ( لمولد ذو أربعة أقطاب ومن المفروض أن ال ق.د.ك المتولدة في كل فرع من أفرع التوازي تساوي بعضها البعض ، أي أن كل موصل في كل دائرة توازي يقطع نفس العدد من الخطوط المغناطيسية
- 21. وهو شيء ل يمكن ضمان حدوثه لعدم تساوي المقاومة المغناطيسية لكل دائرة من الدوائر المغناطيسية لحد السباب التية : 1-اختلل وضع كراسي التحميل لعمود الدارة أو تآكلها مما يسبب كبر الثغرة الهوائية في أحد الجوانب. 2-عدم نقاء المادة المغناطيسية المصنوعة منها الجزاء المكونة للدوائر المغناطيسية. 3-عدم الدقة في تثبيت القطاب على السطح الداخلي للغلف. هذه السباب تؤدى إلى اختلف الك ق.د.ك المتولدة في كل دائرة توازي وتؤدي بالتالي إلى حدوث تيارات محلية circulating currentتسبب ارتفاع درجة حرارة المنتج وفقد في الطاقة – كما أن هذه التيارات تمر بالفرش مؤدية إلى زيادة تحميل بعضها كهربيا وحدوث الشرر على سطح المبدل. ولملفاة هذه التيارات توصل النقط التي من المفروض فيها تساوي فرق الجهد لها على كل دائرة من دوائر التوازي بموصل واحد كما بشكل )21– ب ( وتسمى هذه الموصلت بموصلت التعادل وتوجد بالجهة الخلفية من المنتج وتؤدي إلى مرور تيارات عدم التزان داخليا ول تتجه إلى الفرش فتنعدم الشرارة ، كما أن مرور التيار بموصلت التعادل يؤدى إلى نشوء مجال مغناطيسي يضعف من مغناطيسية بعض القطاب القوية وينتج عن ذلك اتجاه ال ق.د.ك لدوائر التوازي أن تتساوى مع بعضها البعض . باستعمال اللف التموجي فإنه ل حاجة إلى موصلت التعادل لنه لن يكون هناك سوى دائرتي توازي بغض النظر عن عدد القطاب وتكون الموصلت المتصلة بالتوالي والمكونة لكل دائرة تقع تحت جميع القطاب ، وبذا فلو كان هناك أي اختلف بين القطاب فأن تأثير ذلك يكون متساويا على كل من الدائرتين وتكون ال ق.د.ك المتولدة لكل منهما تساوى بعضها البعض ول تنشآ أية تيارات محلية . حسابات خاصة باللف winding calculations هناك بعض العلقات الساسية لختيار نوع اللف المناسب وللستعانة بها في رسم إنفراد اللف لعضاء الستنتاج وتتلخص في التي : أ-اللف النطباقي :
- 22. تقدر الخطوة الخلفية Ybبما يساوي خطوة قطبية تقريبا ، أما الخطوة المامية Yfفتعطى بالعلقة التية : Yf = yb ± 2m )in terms of coil sides (1-a and for only 2 coil sides per slot, it becomes Yf = yb ± m in terms of slots )(1-b :Where ,Yf := front pitch in coil sides or slots Yb:= back pitch in coil sides or slots m := multiplicity of winding ( 1 for simplex , 2 for duplex, 3for triplex ).,etc العلقة ) أ – ب ( تعطى الخطوة المامية مقدرة بعدد المجارى وذلك فقط في حالة ما إذا كان هناك جانبي ملف في كل مجرى . للحصول على لف تفدمي تستخدم علمة ) - ( وبذا تكون Yfأقل من .Ybوللحصول على لف تراجعى تستخدم الشارة الموجبة حتى تكون Yfأكبر .Yb لتقدير خطوة المبدل فهى كالتي : 1-عبارة عن قطاع واحد بالنسبة للف المفرد simplexحيث يوصل طرف الملف بأحد القطاعات والطرف الخر لنفس الملف بالقطاع التالي . 2-قطاعين في حالة اللف المزدوج duplexبترك أحد القطاعات خاليا بين القطاعين المتصل بهما طرفي الملف 3-ثلثة قطاعات في حالة اللف الثلثي triplexبترك قطاعين خاليين بين القطاعين المتصل بهما طرفى الملف .... وهكذا بالنسبة لجميع درجات التضاعف ويجب أن تكون خطوة الملف المامية أو الخلفية مقدرة بعدد جوانب الملفات ، يجب أن تكون فردية حتى إذا كان جانب ملف في أعلى مجرى يكون الجانب الخر له في أسفل مجرى أخري والعكس صحيح. كما أنه ل يمكن أن تتساوى الخطوتان في اللف النطباقي . :Example 12 A simplex lap winding is to be installed in a four-pole dynamo that requires )inductors per path. If there are 3 turns per coil and 2 coil sides per slot, determine (a number of coils,(b) number of slots ; (c) number of commutator segments ; (d) back
- 23. pitch ; (e) front pitch,(f) commutator pitch and draw a developed view of the proposed winding. Solution: a) No of parallel paths = no of poles = 4 Total no of inductors = 4 paths x 21 inductors/path = 84 inductors Each coil has 3x2 = 6 inductors 84 ∴ no of coils = = 14 coils 6 b) No of coil sides = 14 x 2 = 28 coil sides, each slot has 2 coil sides: 28 ∴ no of slots = = 14 slots 2 c) Simplex lap winding requires only one commutatar segment per coil, then the no commuter segments is 14. 28 coil sides d) back pitch Yb ≅a pole pitch = = 7 coil sides 4 poles e) Front pitch Yf = Yb ± 2m ,m=1 = 9 coil sides for retrogressive winding = 5 coil sides for progressive winding f) The commutator pitch is the same as the multiplicity of the winding: Yc = 1 commutator segment. : تحديد موضع الفرش يتم افتراض اتجاه الـ ق.د.ك لكل جانب ملف طبقً لتجاه حركة عضو الستنتاج ونوع القطب المؤثر , ويتحدد ا موضع فرشة عند كل قطاع يدخل إليه أو يخرج منه التيار, من أو إلى طرفي الملفين المتصلين به . وكما في . المثال السابق نجد هناك أربعة مواضع لربعة فرش كما هو متوقع : ب- اللف التموجي
- 24. :تعرف الخطوة المتوسطة بأنها متوسط ك ً من الخطوتين المامية والخلفية ل Yb + Yf = Y )2( 2 وبافتراض هذه الخطوة فإن في الملف التموجي يجب أل يقفل اللف بعد دورة واحدة على سطع عضو الستنتاج , أي أنه ل يجب أن PY = Ź ) حيث Pهو عدد القطاب , و Źعدد جوانب الملفات ( بل يجب ان , 2±PY = Ź Or 2±Ź = Y )3( P هذه العلقة في حالة ما إذا كان هناك جانبي ملف لكل مجرى وكان اللف مفرداً , وفي حالة اللف المتعدد فإن : Ź±2m = Y )4( In coil sides P Ź وإذا كان عدد الملفات P = 2pفإن = NC 2 2NC±2m NC± m =Y = and Y In slot )4َ( 2p P ومنها : NC = PY ± m )5( وتؤخذ عادة خطوة المبدل YCمساوية للخطوة المتوسطة Yويجب أن تكون عدداً صحيحاً . NC± m = YC )6( In commutator segments P :Example A simplex wave winding is to be installed in a four-pole dynamo whose armature has 14 slots. Determine (a) Yb , (b) Yf , (c) Yc and draw the developed winding : Solution )(As in the lap winding Yb ≅ one pole span
- 25. Since there are 14 slots , assume that 14 coils will be needed and 14 commutator segments are required : NC± m 14±1 1 1 ∴YC = = = 7 Or 6 Segments P 2 2 2 The commutator pitch is not a whole number; therefour 14 coils can not be used. Reduce the no. of coils by 1 and repeat 13± 1 YC = = 7 segments for progressive winding 2 =6 segments for retrogressive winding ∴The no. of coils required = 13 cols 13*2 1 Yb = 6 Can be taken as 7 coil side 4 2 Ź ±2 2 26± =Y = = 7 or 6 P 4 ∴Yf = 2Y-Yb = 14-7 = 7 for progressive winding = 12-7 = 5 for retrogressive winding Yb = 7 , Yf =7 , Yc =7 ( progressive ) Winding Table No of slot=14 , no of commutater segment=13 Dead or dummy coils الملفات الخاملة في اللف التموجي يرتبط عدد الملفات بعدد قطاعات المبدل ارتباطاً وثيقً بحيث أن خطوة المبدل يجب أن تكون ا عددً صحيحاً وإذا لم يكن كذلك أنقصنا عدد الملفات بمقدار واحد ليجئ اللف مكوناً لدائرة كهربية مقفله كما حدث ا بالمثال المعطي ولكن تظل أحد المجاري خالية ويجب في هذه الحالة وضع جانبي ملف بها ليس لهما أي اتصال , بالدائرة الكهربية ولكن وضعً للمحافظة عل انتظام شكل اللف على عضو الستنتاج والتزان الميكانيكي له ا . وتسمى مثل هذه الملفات بالملفات الخاملة
- 26. استخدامات اللف التموجي والنطباقي : يمتاز اللف التموجي بأنه يمكن عن طريقه الحصول على ق.د.ك أكبر لنفس العدد من القطاب والموصلت , لذا يفضل استخدامه لللت الصغيرة ذات الضغط المرتفع – 006 فولت – كما أنه يمتاز بعدم حدوث تيارات محلية وبذا ليست هناك حاجة إلى وصلت التعادل . كما يفضل اللف التموجي لمحركات الجر حيث يساعد استخدام زوج من الفرش على سهولة الصيانة ورخصها بالنسبة للفرش الكربونية . إما إذا كان المطلوب هو الحصول على تيارات كبيرة يفضل اللف النطباقي لتعدد دوائر التوازي به طبقاً لعدد القطاب خاصة إذا ما علمنا أن 002 أمبير لكل دائرة توازي هو الحد المعقول والذي يؤخذ به أثناء التصميم , لذا فإن هذا النوع من اللف يستخدم لللت الكبيرة ذات التيار الكبير. القوة الدافعة الكهربية المتولدة في عضو الستنتاج e.m.f. induced in the armature يمكن إيجاد قيمة القوة الدافعة الكهربية المتولدة في موصل يقطع عمودياً مجالً مغناطيسياً منتظماً كثافة )( B ويبر/ متر 2 بالعلقة المعروفة e = BLυ Volt حيث Lطول الموصل بالمتر , υسرعته بالمتر/ ث لكنه في مولد حقيقي فإن توزيع المجال المغناطيسي ل يكون منتظمً, حيث يبلغ المجال أقصى قيمة له تحت ا القطاب تتناقص في اتجاه الطراف حيث تبلغ صفراً بين القطاب شكل )31( حيث يرى منحنى الكثافة المغناطيسية تحت القطاب وعلي طول سطح عضو الستنتاج ) المنحنى المتصل ( . وبفرض ثبوت السرعة وطول الموصل فإن قيمة ال ق.د.ك المتولدة في كل موصل تتناسب مباشرة مع كثافة المجال المغناطيسي لحظة وجوده في نقطة معينة تحت سطح قطب ما, كما يتحدد التجاه بنوع هذا القطب من ذلك فإن منحنى ال ق.د.ك المتولدة في مجموعة الموصلت شكل )31( يأتي مشابهاً لمنحنى الكثافة المغناطيسي وكما يرى بالمنحنى , eحيث أن المساحة الموجبة في منحنى الكثافة تمثل فيضاً متجهاً من قطب شمالي Nإلى قطب عضو الستنتاج – والمساحة السالبة تمثل فيضاً متجهً من قلب عضو الستنتاج ليدخل قطباً جنوبيً .S ا ا بالضافة إلى ذلك فإن قيمة ال ق.د.ك المتولدة على سطح عضو الستنتاج تعتمد على عدد الموصلت المتصلة بالتوالي وبالتالي على عدد دوائر التوازي الموجودة على المنتج وليجاد علقة يمكن بواسطتها إيجاد ال ق.د.ك المتوسطة على سطح عضو الستنتاج فإنه يمكن استبدال منحنى الكثافة المغناطيسية شكل ) 31 ( بمستطيلت مساوية لجزائه الموجبة وأخرى مساوية لجزائه سالبة بحيث تكون ) ( Bهي الكثافة المغناطيسية المتوسطة والتي يعبر خللها أحد الموصلت مسافة abمقدارها خطوة قطبية ليجاد ال ق.د.ك المتوسطة المستنتجة بهذا الموصل : Eav = BLυ Volt :Where
- 27. B : = average flux density per pole pitch , weber / m L : = active length of the conductor , in m, ab υ : = velocity of conductor , in m/sec = t t : = time required for the conductor to travel the distance ab , equal to the pole pitch . Bl(ab) φ ∴Eav = = Volts t t Where : φ BL(ab) : = total flux per pole , and 1 t = Sec. np ∴the average e.m.f. per conductor is φ Eav = φnp volts 1/np and the total induced e.m.f. between brushes is Z E = φnp Volts ( 7) a Where Z: = total no. of conductors on the armature a : = number of parallel paths , and Z/a : = no. of conductor in series If the speed in rpm , eq (7) becomes φNPZ E= Volts ( 7`) 60a Example: A 900-rpm 6-pole generator has a simplex lap winding. There are 300 conductors on the armature . the flux per pole is 0.05 weber . Determine the e.m.f. induced between brunches . Solution: 900 φ = 0.05 weber , n= = 15 rps 60 no. of paths = no. of poles = 6 0.05 * 15 *6 * 300 ∴E = 225 volts 6 : حساب الدائر المغناطيسية
- 28. لحساب القوة الدافعة الكهربية على طرفي أحد أعضاء الستنتاج كان من الضروري معرفة مقدار الفيض المغناطيسي ي لكل قطب , أو بطريقة أخرى فإنه للحصول على قيمة معينة للقوة الدافعة الكهربية المتولدة من آلة بعينها يجب أن يكون الفيض لكل قطب مساوياً للقيمة المعطاة بالعلقة aE =φ )8( npZ والمأخوذة من المعادلة ) 7 ( . هذا الفيض ينشأ بسبب لفات التنبيه أو التغذية الموجودة على القطاب والتي يجب حساب قيمة المبير لفات لها بما يتناسب مع قيمة ا المطلوبة . وبالرجوع إلى الشكل ) 2 ( للة ذات أربعة أقطاب مثلً نجد أنه قد تكونت أربعة مسارات مغناطيسية , وبالمثل للة متعددة القطاب سنجد أنه سيتكون عدد مماثل من الدوائر المغناطيسية وأن كل قطب يكون مؤثراً في دائرتين متجاورتين أو أن كل دائرة تقع تحت تأثير قطبين متجاورين . وبالنظر إلى شكل ) 41 ( نجد أن هناك نوعان من الدوائر المغناطيسية أحدهما يمثل الفيض النافع , وهو الفيض الذي يعبر الثغرة الهوائية إلى عضو الستنتاج ليقطع الموصلت الموجودة عليه, والخر يمثل الفيض الهارب وهو الذي ل يأخذ طريقه إلى عضو الستنتاج بل يعبر الفراغ بين أطراف القطاب مباشرة وليجاد القوة الدافعة المغناطيسية ) (mmfلكل قطب فإن هناك عوامل كثيرة يجب أخذها في العتبار مثل الفيض الهارب وشكل القطاب وعدم انتظام الثغرة الهوائية بسبب شكل أسنان المجاري وما إلى ذلك من عوامل أخرى كثيرة يجب أن تراعي عند تصميم حقيقي لقطاب المجال المغناطيسي ولكن يكفي هنا أن نأخذ فكرة بسيطة عن إجراء مثل هذه الحسابات ليجاد المبير لفات اللزمة لحد القطاب التي تؤثر في الدائرة abcdefالمبينة بشكل )41( عن طريق الجدول التي . Ampere Area , Flux Flux density turns ,Length Ampere Part Material square weber 2weber/m per meter turns meter meter Core ab Dynamo steel λφ 1A )1K1(λφ/A 1H 1L 1H1.L sheet Yoke bc Cast steel 0.5λφ 2A 20.5 λφ/A 2H2 L 2H2.L Core cd Dynamo steel λφ 1A )1K1(λφ/A 1H 1L 1H1.L sheet Gap de Air φ 3A 3φ/A 3H 3L 3H3.L Armature .Dyn 0.5φ ef Steel 0.5φ 4A (2K ) 4H 4L 4H4.L sheet 4A
- 29. Gap fQ Air φ A3 φ/A3 H3 L3 H3.L3 Total ampere-turns for 2 – ples = IN Total ampere- turns per pole IN/2 Where: Core Flux λ : = leakage coefficient = 1.1 – 1.2 Armature Flux K : = Correction factor to allow for the thickness of the oxide on the surface of the lamination and the air-duct speed = 1.1-1.25
- 30. مولدات التيار المستمر D.C. Generators Types of Field Excitation طرق تغذية القطاب : هناك طريقتان لتغذية القطاب بالتيار اللزم لتكوين المجال المغناطيسي : الولى وتعتمد على تغذية القطاب من منبع خارجي , أما الثانية فتقوم بتغذية القطاب عن طريق عضو الستنتاج لللة نفسها . في الحالة الولى يسمى المولد بالمولد ذو التغذية المنفصلة شكل ) 51- أ ( Separately Excited d. c. Generators وفي الحالة الثانية يسمى المولد ذو التغذية النفسية شكل ) 51-ب,ج,ء ،هـ ( Self – Excited d. c. Generators التغذية المنفصلة تستخدم في بعض اللت ذات العراض الخاصة , ويلحظ أنه ليس هناك أي اتصال كهربي بين دائرة المجال ودائرتي عضو الستنتاج أو الحمل المتصل به تحتوي ملفات المجال على عدد كبير من اللفات من سلك ذو مقطع صغير ، وتشير bإلى المصدر الخارجي للتيار المستمر ، أما rفتستخدم لضبط قيمة تيار المجال If
- 31. التغذية الذاتية تختلف تسمية مولدات التيار المستمر وكذلك خصائصها باختلف طريقة توصيل ملفات المجال بدائرة عضو الستنتاج فهناك : 1 – مولد التوازي : Shunt generatorفي هذا النوع من المولدات تتصل ملفات المجال ، التي تحتوي على عدد كبير من اللفات من سلك ذو مقطع صغير ، بطرفي عضو الستنتاج ويكون تيار المجال Ifجزءاً من تيار عضو الستنتاج ول يتأثر كثيراً بالتغير في الحمل . كما يمكن تغيير Ifعن طريق مقاومة متغير rبالتوالي مع ملفات المجال شكل ) 51 – ب ( 2 – مولد التولي : Series Generatorشكل ) 51 – جـ ( وتكون ملفات المجال ذات عدد قليل من سلك ذو مقطع كبير ، وتتصل بعضو الستنتاج والحمل المتصل ليتكون من الجميع دائرة توالي ، ومن البديهي أن تيار المجال سيكون مساوياً لتيار الحمل مساوياً لتيار عضو الستنتاج كما أنه لن يمر بدائرة المجال أي تيار قبل اتصال الحمل . 3 – المولد المركب : Compound Generatorيحتوي هذا المولد بالضافة إلى مجال التوازي Fshمجال أخر له خصائص مجال التوالي . Fseويتصل مجال التوالي هذا إما بالتوالي مع عضو الستنتاج ليتصل مجال التوازي على طرفيهما ويسمى المولد في هذه الحالة بالمولد المركب الطويل شكل ) 51 – ء ( ، أو تتصل بالتوالي مع الحمل ليتصل مجال التوازي على طرفي عضو الستنتاج ويسمى المولد في هذه الحالة بالمولد المركب القصير . خواص المولدات : Characteristic of Generators يمكن التعرف إلى خصائص آلة التيار المستمر وسلوكها عند ظروف التشغيل المختلفة عن طريق عدة منحنيات تعرف بمنحنيات الخواص curves Characteristicهذه الخواص يمكن رسمها بواسطة المعلومات المستمرة من إجراء التجارب على اللة أو من المعلومات الخاصة بالتصميم . وقد يختلف الشكل الحقيقي لحد هذه المنحنيات من آلة لخرى يشتركان في أنهما من نوع واحد , ولكن الشكل العام يظل واحدً . ا 1 - منحنى الخواص الداخلية : internal characteristic curve , open – circuit characteristic , or no-load magnetization curve للة بعينها ذات عدد ثابت من القطاب والموصلت , يمكن كتابة المعدلة الخاصة بالقوة الدافعة الكهربية المستنتجة على الصورة التية : E = KφN )9( : Where Z 1 = K ..P : = constant a 06 φ : = Flux per pole , in weber N: = speed of armature , in rpm من ذلك فإن القوة الدافعة الكهربية المستنتجة تعتمد في قيمتها على الفيض المغناطيسي والسرعة . وبفرض ثبوت السرعة وتوصيل اللة كما بشكل ) 61- أ ( فإنه يمكن تغيير قيمة الفيض بتغيير قيمة التيار المار بملفات التغذية .
- 32. وبتتبع العلقة بين القوة الدافعة الكهربية المستنتجة , Eوتيار المجال - Ifنجد أنه عندما يكون هذا التيار صفراً , تكون هناك ق.د.ك مستنتجة – ممثلة بالنقطة )1( على المنحني شكل )61-ب ( صغيرة في المقدار وتنشأ عن المغناطيسية المتبقية residual magnetismبتزايد قيمة تيار المجال تزداد قيمة القوة الدافعة الكهربية المتولدة بطريقة ملحوظة تكاد تتبع خطاً مستقيمً. المسافة من 2 إلى 3 – بعدها تبدأ الزيادة في قيمة ال ا ق.د.ك ل تتناسب مع الزيادة الكبيرة في تيار المجال – المنحني من 3إلى 4 – وهذا راجع إلى خاصية الدائرة المغناطيسية حيث يتزايد المجال المغناطيسي بتزايد القوة الدافعة المغناطيسية إلى أن تصل القطاب إلى حد التشبع بعده تكون الزيادة في مقدار الفيض المغناطيسي ل تناظر الزيادة الكبيرة في القوة الدافعة المغناطيسية. من ذلك فإن منحني الخواص الداخلية يأتي مشابهاً لمنحني التشبع المغناطيسي ويتناقص تيار المجال ابتداء من النقطة )4( فإن المنحني المتناقص ل يأتي مطابقً للمنحني المتزايد , بل أعلى منه نتيجة لظاهرة الحتفاظ ا retentivelyللمادة المغناطيسية . ويكون المنحني المتناقص – من 4 إلى 5 – مع المنحني المتزايد جزءً من ا منحني التعويق المغناطيسي Hystresis loopويلحظ أثناء إجراء هذه التجربة في المعمل أن يتزايد تيار المجال في اتجاه واحد دائماً حتى يصل المنحنى إلى نقطة التشبع بعدها يبدأ التيار في التناقص في اتجاه واحد أيضاً – أي ل رجوع في كلتا الحالتين إلى الوراء حتى ل تنشأ منحنيات تعويق محلية تؤدي إلى اختلل القراءات ومن الصعوبات المعملية التي قد تقابل هذه التجربة , هو عدم إمكانية الحصول على سرعة ثابتة أثناء إجراءها – وهذا يعني أن القراءات المأخوذة للقوة الدافعة الكهربية لن تكون بالدقة الكافية حيث أن تغيير السرعة يغير من قيمتها وللتغلب على هذه الصعوبة يمكن تطبيق العلقة التية . 1At N1 rpm the induced voltage is E1 = KφN and 2At N2 rpm the induced voltage is E2 = KφN 1E 1KφN 1E 1N = ∴ E and 2E = 2N 2 2KφN ثابتة عند ك ً من السرعتين وعن ل حيث أن Kثابت لنفس المولد , كما أن طريق العلقة السابقة يمكن رسم منحني الخواص الداخلية لعدد آخر من السرعات يختلف عن سرعة المولد وكما يرى بشكل )61-ج( وكما هو واضح من توصيل اللة شكل )61-أ ( فإن ملفات المجال تستمد التيار اللزم لها من مصدر خارجي – لنه بتوصيل ملفات المجال على طرفي عضو الستنتاج فإن ال ق.د.ك المستنتجة وتيار المجال يصبح كلهما يعتمد على الخر , كما أن مرور تيار المجال بعضو الستنتاج سيحدث نقدً في الضغط وتكون القراءات ا المأخوذة للضغط على طرفي اللة ل تطابق الق.د.ك المستنتجة .
- 33. خط مقاومة المجال Field – resistance line بتوصيل ملفات المجال كما في بشكل ) 71- أ ( بمصدر خارجي للتيار المستمر عن طريق مقاومة متغيرة , فإنه باتخاذ هذه المقاومة عدة أوضاع يمكن رسم علقة بين الضغط مع طرفي لفات المجال والتيار المار بها لكل وضع على حده كما هو بين بشكل )71- ب ( – تطبيق مباشر لقانون أوم -. ويلحظ أنه كلما كانت قيمة المقاومة أكبر كلما كان ميل المستقيم المناظر أكبر , كما أنه لقيمة معينة من الضغط على طرفي المجال فإن قيمة التيار المار تكون أكبر في حالة المقاومة القل . وتسمى هذه الخطوط بخطوط مقاومة المجال . بناء الضغط في المولدات ذات التغذية النفسية : The build –up process باتخاذ مولد التوازي وسيلة ليضاح كيفية بناء الضغط في المولدات ذات التغذية النفسية شكل )81- أ (, نجد أنه عند بدء حركة المولد من السكون تكون هناك قيمة ملحوظة للضغط على طرفي المولد ولو أنها صغيرة – هذه القيمة هي oaعلى منحني الخواص الداخلية لللة . وبرسم خط مقاومة المجال مع منحني الخواص الداخلية , وباسقاط abموازياً للحداثي الفقي على خط المقاومة تكون `obهي قيمة تيار المجال المناظرة والتي سوف تمر في ملفات المجال – هذا التيار سيزيد بالتالي من المجال المغناطيسي لتكون ال ق.د.ك المتولدة مساوية ل . `cbهذه الزيادة في الضغط على طرفي عضو الستنتاج , مع إهمال الفقد في الضغط بداخل عضو الستنتاج , ستدفع بتيار المجال للزيادة ليصبح `odوتكون ال ق.د.ك المستنتجة المقابلة لهذا التيار الجديد هي .... `edوهكذا يستمر بناء الضغط على طرفي عضو الستنتاج إلى أن نصل إلى النقطة Fوهي نقطة تقاطع خط المقاومة مع منحني التشبع , بعدها يتوقف بناء الضغط على طرفي اللة لنه فرضاً لو أردنا الوصول إلى النقطة gعلى منحني التشبع فإن تيار المجال المناظر يجب أن يكون , `0gولكن بالرجوع إلى خط المقاومة نجد أن الضغط اللزم لدفع هذا التيار يجب أن يكون `Kgوهو أكبر من `ggلذا فإنه بعد نقطة التقاطع fفإن المولد لن يستمر في زيادة الضغط علي طرفيه .
- 34. ويلحظ أن بناء الضغط على طرفي المولد لن يكون بطريقة مفاجئة , وبملحظة الفولتميتر فإن زيادة الضغط سيكون بطريقة متأنية حيث أن التغير في المجال ل يستطيع بأي حال من الحوال أن يكون لحظيا . مقاومة المجال الحرجة : Critical Field Resistance مما سبق فإنه بزيادة مقاومة المجال ليصبح oaهو خط المقاومة المناظر . فإنه المولد سيتوقف عن بناء الضغط بعد النقطة `aوهي نقطة تقاطع oaمع منحني التشبع . وبإنقاص المقاومة تدريجياً ليصبح خط المقاومة المناظر obمماساً لمنحني الخواص الداخلية فإنه بعد النقطة bلن يزداد الضغط على طرفي المولد وتسمي مقاومة المجال المناظرة للخط ob بمقاومة المجال الحرجة شكل )81- ج ( وبزيادة مقاومة المجال عن القيمة الحرجة لن يستطيع المولد بناء أي ضغط وللوصول إلى قيمة مناسبة للضغط على طرفي المولد يجب أن تكون مقاومة المجال أقل من المقاومة الحرجة وفي بعض الحيان قد ل يتمكن المولد من بناء الضغط وذلك لحد السباب التية : 1- توصيل خاطئ ئ لطرفي المجال على عضو الستنتاج يؤدي إلى أن المجال الناشئ عند مرور التيار بملفات المجال يضعف من المغناطيسية المتبقية . 2- قد يكون مقاومة المجال أكبر من المقاومة الحرجة . 3- تلمس غير جيد للفرش الكربونية على المبدل مما يزيد مقاومة المجال حيث أنه الحمل الوحيد على طرفي عضو الستنتاج , وبذا نصل إلى حالة متشابهة للحالة السابقة .. 4- قد ل تكون هناك مغناطيسية متبقية علي الطلق نتيجة لمرور فترة كبيرة من الزمن منذ آخر مرة تم فيها تشغيل المولد . 5- قد تكون دائرة المجال مفتوحة . Armature Reaction رد فعل عضو الستنتاج : من الظواهر التي لها تأثير فعال على تشغيل المولدات , ظاهرة رد فعل عضو الستنتاج وهي تحدث نتيجة للتفاعل المتبادل بين المجال الخاص بعضو الستنتاج نتيجة لمرور تيار به , والمجال الرئيسي للقطاب . رد فعل عضو الستنتاج للة ذات قطبين : الشكل ) 91- أ ( يعطي المجال الخاص بالقطاب والناتج عن مرور التيار بها بفرض أن تيار عضو الستنتاج يساوي صفرً . هذا المجال الرئيسي ينتشر بانتظام حول محور القطاب عموديً على مستوى الحياد وكما يرى ا ا من المتجه Fالذي يمثل القوة الدافعة المغناطيسية لمجال القطاب قيمة واتجاها. بتحميل المولد يمر التيار بموصلت عضو الستنتاج في التجاهات المبينة يشكل ) 91- ب ( حيث يرى أن الموصلت الموجودة على يسار مستوي الحياد يمر فيها التيار في اتجاه واحد ,
- 35. كذلك الموجودة على يمين المستوى يمر فيها التيار في اتجه واحد أيضاً ولكنه التجاه المضاد , وبفرض أن تيار المجال الرئيسي يساوي صفراً أي ل وجود لمجال القطاب فإن مجموعتي الموصلت على يسار ويمين مستوى الحياد تكون مجالً مغناطيسياً متجه إلى أسفل منطبقا على محور الفرش التي يجب أن توضع في منطقة الحياد لتلمس الموصلت التي ل تتولد بها أية قوة دافعة كهربية المتجه FAإلى يمن الشكل بين القوة الدافعة المغناطيسية لعضو الستنتاج قيمة واتجاها . ولدراسة تأثير التفاعل بين المجالين , مجال القطاب ومجال عضو الستنتاج , نجد أن مجال عضو الستنتاج يدفع بالمجال الرئيسي للتزاحم ويقويه عند الطراف المتأخرة للقطاب . , , Trailing Pole Tipsويضعفه عند الطراف المتقدمة Leading Pole Tipsوكما يرى بشكل )91-ج ( حيث نجد أن المجال المحصل يأخذ نفس اتجاه FRوأن مستوى الحياد قد انحرف في اتجاه الدوران وبالتالي فإن محور الفرش يجب أن يتقدم إلى نفس الوضع حتى ل يؤدي وجوده في مكانه الصلي أن تقوم الفرش بقصر مجموعة من الملفات تتولد بها ق .ء.ك فيؤدي ذلك حدوث شرر على سطح المبدل . بتقدم محور الفرش في اتجاه الدوران شكل )02-أ ( فإن توزيع التيار بالموصلت على سطح المنتج يكون كما بالشكل ليأخذ مجال عضو الستنتاج نفس اتجاه محور الفرش الجديد ويمكن تحليل القوة الدافعة المغناطيسية لعضو الستنتاج FAفي وضعها الجديد إلى مركبتين : FD : = demagnetizing component of armature reaction FC : = Cross-magnetizing component of armature reaction
- 36. وتعمل المركبة الولى على إضعاف المجال الرئيسي للقطاب حيث أنها في التجاه المعاكس ، أما المركبة الثانية فتعمل على تشويهه وانحرافه . ويمكن من الشكال )02ب- جـ ( تحديد الموصلت على سطح المنتج المسببة لكل من المركبتين : حيث تسبب الموصلت المحصورة داخل الزاويتين ,2βأعلى وأسفل المنتج للمركبة المضادة – أما الموصلت الخرى خارج تلك الزاويتين تسبب المركبة المتعامدة . ويلحظ أن عدد المبير لفات المسببة لكل من المركبتين يساوي نصف عدد المبير موصل المسببة لكل منهما . ويرى في الشكل )12( القوة الدافعة المغناطيسية FRالمحصلة لمجالي عضو الستنتاج والقطاب , ويلحظ أن اتجاه مجال المنتج يكون دائما في اتجاه محور الفرش – كما ترى المركبتين FC, FDولن FAتنتج عن موصلت موزعة على سطح عضو الستنتاج , و Fتنتج عن موصلت مركزة حول القطاب فإنه ل يمكن اعتبار FRمحصلة لكل المجالين إل بعد ضرب FAفي معامل يقوم بتصحيح التوزيع الفراغي . :Example A 4-pole generator has 288 surface conductors. The armature is lap wound, and .the armature current is 120 amp. The brunches are advanced 15 space degrees .Determine demagnetizing and cross-magnetizing armature ampere-turns :Solution