مشخصات و اصول کار موتور رلوکتانسی سوئیج شونده (SR)-بخش 1

مشخصات موتور SR

ازآنجاکه روتور و استاتور هر دو دارای قطب­های برجسته هستند، موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده (SR) بسیار متفاوت از سایر ماشین­های چند فاز است.

این موتور را می­توان فقط به همراه مبدل قدرت مخصوص و کنترل استفاده کرد، درنتیجه تنها مشخصات کلی آن­ها مناسب است.

موتور SR از طریق کشش آهنربایی گشتاور ایجاد می­کند که بین آهنرباهای مغناطیسی استاتور و مجموعه­ قطب­های برجسته اتفاق می­افتد که بر روی یک روتور ساده شکل می­گیرد که از جنس مواد فرومغناطیسی ساخته می­شود.

Reluctance Motor

موتور رلوکتانسی چیست؟

موتورهای رلوکتانسی نوعی از موتورها هستند که ترکیبات آهنربایی یا همان مغناطیس دائم در ساختار روتور یا استاتور آن‌ها به کار نرفته است و تنها با تمایل به کاهش رلوکتانس باعث ایجاد  گشتاور می‌شوند.

در ساختار و فیزیک  یک موتور رلوکتانسی معمولاً روتور فاقد سیم‌پیچ و مواد مغناطیس دائم است.

 بنابراین این موتورها دارای ساختاری بسیار ساده، مقاوم و ارزان هستند.

ویژگی‌های فوق موجب گشته تا این مدل از موتورها در سال‌های اخیر بیشتر موردتوجه قرار گیرند.

موتور رلوکتانسی را به جهت تنوع در ساختار می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

1. موتور رلوکتانسی سنکرون
2. موتور سوئیچ رلوکتانس
3. موتور پله ای رلوکتانس متغیر

موتورهای رلوکتانسی سنکرون دارای استاتوری مشابه موتورهای القایی بوده و دارای روتوری با ساختاری خاص می‌باشند

که رلوکتانس آن ناهمگون و غیریکنواخت است و این ناهمگونی در رلوکتانس موجب تولید گشتاور می‌گردد.

شکل زیر نحوه ی تولید گشتاور را در یک موتور رلوکتانسی به صورت بسیار ابتدایی و ساده نشان می دهد.

اگر جریان وارد سیم­ پیچ شود روتور تا نقطه ­ای که با کویل­ ها همسو شود خواهد چرخید، که در این نقطه اندوکتانس مدار مغناطیسی دارای مقدار حداقل است. تغییرات مشخصه­ ی اندوکتانس یک موتور SR در شکل ۲ ارائه شده است.

اگر ماشین به‌طور آهسته و به‌صورت مغناطیسی بارگذاری شده و سطح متوسطی از گشتاور تولید شود،  فولادی که روتور و استاتور از آن ساخته شده است به‌طور مغناطیسی و تقریباً به‌صورت خطی رفتار خواهد کرد.

یعنی، برای تعداد مشخصی از دورهای سیم‌پیچ، شار مغناطیسی فاز تقریباً متناسب با جریان فاز تغییر می­کند. با فرض خطی بودن، نشان داده خواهد شد که گشتاور به‌صورت تابعی از زاویه‌ی q تولید می­شود:

T = [i² (dL / dθ)] / ۲

معادله‌ی فوق نشان می­دهد که گشتاور مستقل از مسیر جریان است،

اما به جریانی که در زمان افزایش یا کاهش اندوکتانس L با موقعیت زاویه ­ای اعمال می­ شود نیز بستگی دارد.

جریان­های فازی همیشه به‌صورت سنکرون با موقعیت مکانیکی روتور تغییر می­کنند. در سرعت­های کم، فازها در تمام منطقه­ ی اندوکتانس افزایشی برق­دار می­ شوند و محدودسازی جریان اکتیو توسط کنترل‌کننده انجام می‌شود. گشتاور نیز با تنظیم دامنه­ی جریان فاز کنترل می­ شود.

با افزایش سرعت، زمان­های صعود و نزولِ (به ویژه زمان نزول) جریان فاز، زاویه ­ی قابل توجهی از روتور را اشغال می­کند و معمول است که زوایای روشن و خاموش را از قبل بر حسب موقعیت روتور مشخص می­کنند.

اکنون گشتاور توسط هر دو سطح محدودیت جریان و سوئیچینگ زاویه ­ها کنترل می­شود،

اگرچه جریان بطور معمول به عنوان متغیر کنترلی اولیه استفاده می­شود.

با این­حال، در سرعت­های بالا، زمان­های نزول و صعود هنوز زوایای روتوری بزرگتری را اشغال می­کنند.

جریان بصورت طبیعی خود محدود کن است و کنترل گشتاور تنها با استفاده از سوئیچینگ زاویه­ ها معمول است.

شکل­ موج جریان تا حد زیاد تحت تاثیر نسبت بالای تغییر اندوکتانس بر حسب زمان است.

با انتخاب زوایای سوئیچینگ مناسب و سطوح جریان، همراه با طراحی الکترومغناطیسی مناسب، می­توان مشخصه­ ی سرعت گشتاور درایو رلوکتانسی سوئیچ شونده را برای کاربرد متناسب تغییر داد. علاوه بر این، فقط با تغییر انتخاب پارامتر کنترلی با گشتاور و سرعت، طراحی ماشین معین را می­توان به منظور ارائه ­ی انتخاب مشخصات­ مختلف ایجاد کرد.

ماشین تک­فاز ساده در شکل ۱ قابلیت تولید گشتاور تنها بر روی نصف چرخه­ ی الکتریکی را دارد.

کاربردهای مبرم از قطب­های بیشتر روی روتور و استاتور (با قطب­های استاتور سیم ­پیچی شده و متصل به فازهای چندگانه یکسان) استفاده می­کنند.

شکل ۳ سطح مقطع ماشین ۴-۶ سه­ فازی را نشان می­دهد.

در آن قطب­های مخالف بصورت قطری برای تشکیل مدارهای سه­ فاز با A و B و C متصل شده ­اند.

تحریک فازها بطور مساوی در طول دوره­ تناوب برقی ماشین انجام می­شود.

به این معنی که گشتاور با پلاریته­ ی مطلوب را می­توان بصورت پیوسته تولید کرد.

تعداد فازها را بصورت تئوری می­توان بدون محدودیت افزایش داد، اما یک تا چهار فاز برای کاربردهای تجاری و صنعتی بسیار رایج هستند.

ترکیبات مختلف زیادی برای شماره­ ی قطب­ها امکان­پذیر است. در بعضی زمان­ها استفاده از بیش از یک جفت قطب استاتور در هر فاز مفید است.

بطوریکه، به عنوان مثال، ساختار ۸-۱۲ قطبی معمولا برای کاربردهای سه­ فاز استفاده می­شود.

لذا، هر مدار فاز شامل چهار کویل استاتور است که به همراه هم متصل شده و برق­دار می­شوند.

افزایش تعداد فاز باعث صاف­تر شدن گشتاور می­شود.

راه ­اندازی خودی در هر جهت مستلزم حداقل سه فاز است.

 کاربرد و مزایا

این درایوهای موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده در کاربردهای سطح بالایی استفاده می­شوند و برخی کاربردهای صنعتی می­توانند از مشخصات­ آن­ها بخوبی استفاده کنند، بویژه در مواردی که گشتاور راه ­اندازی زیادی مورد نیاز است و به صافی چرخش اهمیت کمی داده می­شود.

پیشرفت­های قابل توجهی برای بهبود مشخصات نویز این درایو انجام شده است،

اما این موضوع  ممکن است عامل محدود ­کننده ­ باشد که محدوده­ ی سرعت عملیاتی گسترده­ ای مورد نیاز است.

برای مطالعه بیشتر توصیه می شود:مشخصات و اصول کار موتور رلوکتانسی سوئیج شونده (SRM)-بخش ۲

تیم مهندسی الکترومارکت در خدمت شما است.