موتورهای  الکتریکی نقش مهمی را در راه اندازی موثر ماشینها و پروسه های صنعتی ایفا می کنند. بخصوص موتورهای القایی قفس سنجابی را که بعنوان اسب کاری صنعت می شناسند. بنابراین تشخیص خطاهای این موتورها می تواند فواید اقتصادی فراوانی در پی داشته باشد. از جمله مدیریت کارخانه های صنعتی را آسان می کند، سطح اطمینان سیستم را بالا می برد، هزینه تعمیر و نگهداری پایین می آید و نسبت هزینه به سود بطور قابل توجهی کاهش می یابد.
Bonnett وSouk up برای خرابیهای استاتور موتورهای القایی سه فاز قفس سنجابی، پنج حالت خرابی مطرح کرده­اند که عبارت اند از: حلقه به حلقه، کلاف به کلاف، قطع فاز، فاز به فاز و کلاف به زمین[1]. برای موتورهای قفس سنجابی، خرابیهای سیم پیچی استاتور و یاتاقانها   کل خرابیها به حساب می آیند و همچنین اکثر خرابیهای سیم پیچی استاتور موتور القایی از فروپاشی عایقی حلقه به حلقه ناشی می شود.[2] برخی از محققین خرابیهای موتور را چنین تقسیم بندی کرده اند: خرابی  ساچمه ها ( یاتاقانها) %40-50، خرابی عایق استاتور %30-40 و خرابی قفسه روتور %5- 10 [3] که اگر خرابی حلقه به حلقه جلوگیری نشود، منجر به خطای فاز به زمین یا فاز به فاز می گردد، که خطای فاز به زمین شدید تر است. در مقالات[4] [5] نظریه تابع سیم پیچی و کاربرد آن در آنالیز گذرای موتورهای القایی تحت خطا شرح داده شده است. از این نظریه در مدلسازی خطای حلقه به حلقه استاتور استفاده شده است. علاوه بر روشهای فوق خطای استاتور موتور القایی را می توان به کمک بردارهای فضایی مورد مطالعه قرار داد[6].
 

فصل اول

 

 

کلیات تحقیق

 

 

 [7]
خرابیهای یك موتور قفس سنجابی را می توان به دو دسته الكتریكی و مكانیكی تقسیم ‌كرد.هر كدام از این خرابیها در اثر عوامل و تنش های متعددی ایجاد می گردند. این تنشها در حالت كلی بصورت حرارتی، مغناطیسی، دینامیكی، مكانیكی و یا محیطی می باشند كه در قسمت های مختلف ماشین مانند محور، بلبرینگ، سیم پیچی استاتور ، ورقه های هسته روتور واستاتور و قفسه روتور خرابی ایجاد می­كنند. اكثر این خرابیها در اثر عدم بكارگیری ماشین مناسب در شرایط كاری مورد نظر، عدم هماهنگی بین طراح و كاربر و استفاده نامناسب از ماشین پدید می­آید. در این قسمت سعی گردیده است ابتدا انواع تنشهای وارده بر ماشین، عوامل پدید آمدن و اثرات آنها بررسی گردد.
قبل از بررسی انواع تنشهای وارده بر ماشین القایی بایستی موارد زیر در نظر گرفته شود :
1- با مشخص كردن شرایط كار ماشین می توان تنشهای حرارتی، مكانیكی و دینامیكی را پیش بینی نمود و ماشین مناسب با آن شرایط را انتخاب كرد. به عنوان مثال ، سیكل كاری ماشین و نوع بار آن ، تعداد دفعات خاموش و روشن كردن و فاصله زمانی بین آنها ، از عواملی هستند كه تاثیر مستقیم در پدید آمدن تنشهای وارده بر ماشین خواهند داشت.
2- وضعیت شبكه تغذیه ماشین از لحاظ افت ولتاژ در حالت دائمی و شرایط راه اندازی و میزان هارمونیكهای شبكه هم در پدید آمدن نوع تنش و در نتیجه پدید آمدن خرابی در ماشین موثر خواهند بود.

 

 

1-2- بررسی انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی:

 

 

1-2-1- تنشهای موثر در خرابی استاتور:[1.7]

 

 

الف ـ تنشهای گرمایی :این نوع از تنشها را می توان ناشی از عوامل زیر دانست:
◄ سیكل راه اندازی: افزایش حرارت در موتورهای القایی بیشتر هنگام راه اندازی و توقف ایجاد  می­شود. یك موتور در طول راه اندازی، پنج تا هشت برابر جریان نامی از شبكه جریان می كشد تا تحت شرایط بار كامل راه بیفتد. بنابراین اگر تعداد راه اندازی های یك موتور در پریود كوتاهی از زمان زیاد گردد دمای سیم پیچی به سرعت افزایش می یابد در حالی كه یك موتور القایی یك حد مجاز برای گرم شدن دارد و هرگاه این حد در نظر گرفته نشود آمادگی موتور برای بروز خطا افزایش می یابد. تنشهایی كه بر اثر توقف ناگهانی موتور بوجود می آیند به مراتب تاثیر گذارتر از بقیه تنشها هستند.
◄ اضافه بار گرمایی:  بر اثر تغییرات ولتاژ و همچنین ولتاژهای نامتعادل دمای سیم پیچی افزایش می یابد.
بنابر یك قاعده تجربی بازای هر  %2/1-3 ولتاژ فاز نامتعادل دمای سیم پیچی فاز با حداكثر جریان خود، 25% افزایش پیدا می كند .
◄ فرسودگی گرمایی: طبق قانون تجربی با ºc10 افزایش دمای سیم پیچی استاتور عمر عایقی آن نصف  می شود. بنابراین اثر معمولی فرسودگی گرمایی ، آسیب پذیری سیستم عایقی است.

 

ب ـ تنشهای ناشی از كیفیت نامناسب محیط كار : عواملی كه باعث ایجاد این تنشهامی شود به صورت زیر است:

 

 

 

• رطوبت

 

 

• شیمیایی

 

 

• خراش ( سائیدگی)[1]

 

 

• ذرات كوچك خارجی

 

 

ج ـ تنشهای مكانیكی: عواملی كه باعث ایجاد این تنشها می شوند به صورت زیر می باشند:
◄ ضربات روتور: برخورد روتور به استاتور باعث می شود كه ورقه های استاتور عایق كلاف را از بین ببرد و اگر این تماس ادامه داشته باشد نتیجه این است كه كلاف در شیار استاتور خیلی زود زمین  می­شود و این به دلیل گرمای بیش از حد تولید شده در نقطه تماس می باشند.
◄ جابجایی كلاف: نیرویی كه بر كلافها وارد می شود ناشی از جریان سیم پیچی است كه این نیرو متناسب با مجذور جریان می باشد ( F∝ ). این نیرو هنگام راه اندازی ماكزیمم مقدار خودش را دارد و باعث ارتعاش كلافها با دو برابر فركانس شبكه و جابجایی آنها در هر دو جهت شعاعی و مماسی می­گردد.

 

 

1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور :

 

 

الف ـ تنشهای گرمایی: عواملی كه باعث ایجاد این نوع تنشها در روتور می شود به صورت زیر است:
◄ توزیع غیر یكنواخت حرارت: این مسئله اغلب هنگام راه اندازی موتور اتفاق می افتد اما عدم یكنواختی مواد روتور ناشی از مراحل ساخت نیز ممكن است این مورد رابه وجود آورد. راه اندازی های مداوم و اثر پوستی، احتمال تنشهای حرارتی در میله های روتور را زیادتر می كنند.
◄جرقه زدن روتور: در روتورهای ساخته شده عوامل زیادی باعث ایجاد جرقه در روتور می­شوند كه برخی برای روتور ایجاد اشكال نمی­كنند(جرقه زدن غیر مخرب) و برخی دیگر باعث بروز خطا می شوند(جرقه زدن مخرب ). جرقه زدن­های غیر مخرب در طول عملكرد نرمال[2] موتور و بیشتر در هنگام راه اندازی رخ می­دهد .
◄ نقاط داغ و تلفات بیش از اندازه : عوامل متعددی ممكن است باعث ایجاد تلفات زیادتر و ایجاد نقاط داغ شوند. آلودگی ورقه های سازنده روتور یا وجود لكه بر روی آنها، اتصال غیر معمول میله های روتور به بدنه آن، فاصله متغیر بین میله ها و ورقة روتور و غیره می تواند در مرحله ساخت موتور به وجود آید. البته سازندگان موتور، آزمایشهای خاصی مانند اولتراسونیك را برای كاهش این اثرات بكار می­برند.
ب ـ تنشهای مغناطیسی: عواملی مختلفی باعث ایجاد این تنشها بر روی روتور می شوند همانند، عدم تقارن فاصله هوایی و شارپیوندی شیارها، كه این عوامل و اثرات آنها در زیر مورد بررسی قرار داده شده است:
◄ نویزهای الكترومغناطیسی : عدم تقارن فاصله هوایی، علاوه بر ایجاد یك حوزه مغناطیسی نامتقارن باعث ایجاد مخلوطی از هارمونیكها در جریان استاتور و به تبع آن در جریان روتور می گردد. اثرات متقابل هارمونیكهای جریان، باعث ایجاد نویز یا ارتعاش در موتور می شوند. این نیروها اغلب از نا همگونی فاصله هوایی بوجود می­آیند
◄ كشش نا متعادل مغناطیسی: كشش مغناطیسی نامتعادل باعث خمیده شدن شفت روتور و برخورد به سیم پیچی استاتور می شود. در عمل روتورها به طور كامل در مركز فاصله هوایی قرار  نمی­گیرند. عواملی همانند، گریز از مركز[3]، وزن روتور، سائیدگی یا تاقانها و … همگی بر قرار گیری روتور دورتر از مركز اثر  می گذارند.
 
◄ نیروهای الكترومغناطیسی: اثر شار پیوندی شیارها ناشی از عبور جریان از میله های روتور، سبب ایجاد نیروهای الكترودینامیكی می شوند. این نیروها با توان دوم جریان  میله(  )  متناسب و یكطرفه  می­باشند و جهت آنها به سمتی است كه میله را به صورت شعاعی از بالا به پائین جابجا می كند. اندازه این نیروهای شعاعی به هنگام راه اندازی بیشتر بوده و ممكن است به تدریج باعث خم شدن میله ها از نقطه اتصال آنها به رینگ­های انتهایی گردند.
ج ـ تنشهای دینامیكی: این تنشها ارتباطی به طراحی روتور ندارند بلكه بیشتر به روند كار موتورهای القایی بستگی دارند.
برخی از این تنشها در ذیل توضیح داده می­شود:

 

 

 

• نیروهای گریز از مركز[4] : هر گونه افزایش سرعت از حد مجاز، باعث ایجاد این نیروها می­شود و چون ژنراتورهای القایی در سرعت بالای سنكرون كار می كنند اغلب دچار تنشهایی ناشی از نیروی گریز از مركز می­گردند.

 

 

• گشتاورهای شفت: این گشتاورها معمولاً در خلال رخ دادن اتصال كوتاه و گشتاورهای گذرا تولید می شوند. اندازه این گشتاورها ممكن است تا 20 برابر گشتاور بار كامل باشد .

 

 

د ـ تنشهای مكانیكی: برخی از مهمترین خرابی های مكانیكی عبارتنداز:

 

 

 

• خمیدگی شفت روتور

 

 

• تورق نامناسب و یاشل بودن ورقه ها

 

 

• عیوب مربوط به یاتاقانها

 

 

• خسارت دیدن فاصله هوایی