‫מהנדס אייל לוי‬ ‫מהו מנוע חשמלי ?‬ ‫זוהי מכונה להמרת אנרגיה חשמלית באנרגיה מכאנית סיבובית‬ ‫מנוע‬ ‫מאזן אנרגטי במכונה‬ ‫‪ .1‬הספק מכאני ‪ – P2‬זהו ההספק המכאני על ציר המנוע‪.‬‬ ‫הספק זה מבטא את יכולתו המכאנית של המנוע ‪.‬‬ ‫בד"כ הספק זה נתו מהיצר ביחידות כוח סוס ‪.1HP=736W‬‬ ‫‪ .2‬הספק חשמלי ‪ – P1‬זהו ההספק החשמלי שצורכת המכונה מהרשת‬ ‫הספק זה נמדד ביחידות ‪. KW‬‬ ‫נצילות המכונה‬ ‫בתהלי המרת האנרגיה מהספק חשמלי ‪ P1‬להספק מכאני ‪P2‬‬ ‫מאבדי הספק לצור‪:‬‬ ‫• יצירת שדה מגנטי במכונה – הפסדי ברזל‪.‬‬ ‫‪ .2‬הפסדי הספק בסלילי המנוע – הפסדי נחושת‪.‬‬ ‫‪ .3‬הפסדי מכאניי‪.‬‬ ‫חישוב הנצילות‬ ‫‪P1‬‬ ‫‪P2‬‬ ‫מנוע‬ ‫‪P2‬‬ ‫‪η = × 100‬‬ ‫‪P1‬‬ ‫דוגמא‬ ‫נתו מנוע בהספק ‪ 15‬כוח סוס הצור מהרשת הספק ‪. 14.72kw‬‬ ‫מהי נצילות המנוע ?‬ ‫פתרו‪:‬‬ ‫‪P2 = 15 × 736 = 11.04 KW‬‬ ‫‪11.04 K‬‬ ‫=‪η‬‬ ‫‪× 100 = 75%‬‬ ‫‪14.72 K‬‬ ‫יתרונות המנוע החשמלי‬ ‫לעומת מנוע שריפה‬ ‫‪ .1‬נצילות גבוהה – בי ‪ 97%%85%‬לעומת ‪ 40%‬במנוע שריפה‪.‬‬ ‫‪ .2‬זמינות‪.‬‬ ‫‪ .3‬פשטות תפעולית‪.‬‬ ‫‪ .4‬תחזוקה מינימאלית‪.‬‬ ‫‪ .5‬עלות נמוכה‪.‬‬ ‫סוגי מנועים שימושיים בתעשייה‬ ‫מנועי השראה – כ‪70%%‬‬ ‫מנועי ‪ – DC‬כ‪20%%‬‬ ‫מנועי סינכרוניי – כ‪10%%‬‬ ‫באופ כללי כל מכונת חשמל היא דו כיוונית ויכולה לתפקד ג כגנראטור‬ ‫היסטוריה וראשית הדרך‬ ‫מכונות החשמל התפתחו במאה האחרונה הודות למדעני הראשוני‬ ‫שחקרו את תופעת השדה המגנטי ביניה ‪ :‬אמפר ‪ ,‬פאראדי ‪ ,‬לנ‪ , +‬לורנ‪+‬‬ ‫את מסקנותיה אנו מיישמי כיו לצור בניית מכונות החשמל השונות‬ ‫מנועי וגנראטורי‪.‬‬ ‫לכל מכונות החשמל קיי עקרו משות‪ ,‬הדרוש לש פעולת‪.‬‬ ‫עקרו זה מורכב מ‪ 3%‬פרמטרי הכרחיי ‪ ,‬נסכ זאת ב‪ 3%‬כללי זהב ‪.‬‬ ‫שלושת כללי הזהב‬ ‫‪ .1‬חובת נוכחות שדה מגנטי במכונה לכל אור זמ פעולתה‪.‬‬ ‫‪ .2‬אספקת זר למכונה ע"י חיבור המכונה למתח חשמלי‪.‬‬ ‫‪ .3‬מומנט סיבוב‪.‬‬ ‫שלושת הפרמטרי הללו קיימי כל העת בכל מכונת חשמל ‪.‬‬ ‫ההבדלים בין המכונות השונות‬ ‫‪ .1‬מתח עבודה בזר חילופי או בזר ישר‪.‬‬ ‫‪ .2‬אופ יצירת שדה מגנטי‪.‬‬ ‫‪ .3‬שיטות קירור המכונה‪.‬‬ ‫‪ .4‬עבודת המכונה כמנוע או כגנראטור‪.‬‬ ‫‪ .5‬עלויות‪.‬‬ ‫נוסחאות המכונה‬ ‫קיימות ‪ 2‬נוסחאות לבניית מכונה חשמלית‪:‬‬ ‫‪ .1‬נוסחת הכא"מ‬ ‫‪ .2‬נוסחת המומנט‬ ‫‪E = CE × φ × n‬‬ ‫‪M = CM × φ × I‬‬ ‫מתו נוסחאות אילו נית ללמוד על אופ פעולת כל מכונה חשמלית‪.‬‬ ‫מכונה כמנוע‬ ‫סדר הפעולות ‪:‬‬ ‫אספקת מתח חשמלי למכונה‬ ‫צריכת זרם בסלילי המנוע‬ ‫יצירת שדה מגנטי‬ ‫הופעת מומנט סיבוב על הציר‬ ‫מסקנה‪ :‬ע"י אספקת אנרגיה חשמלית ‪ P1‬מתקבל הספק מכני ‪P2‬‬ ‫מכונה כגנראטור‬ ‫סדר הפעולות ‪:‬‬ ‫אספקת מומנט סיבוב לציר המכונה‬ ‫יצירת שדה מגנטי ממקור חיצוני‬ ‫הופעת מתח חשמלי מושרה בהדקי המכונה‬ ‫מסקנה‪ :‬ע"י אספקת אנרגיה מכאנית ‪ P2‬מתקבל הספק חשמלי ‪P1‬‬ ‫מנוע מול גנראטור‬ ‫ההבדל המהותי בי ‪ 2‬מכונות אילו הוא בכיוו זרימת ההספק ‪.P1‬‬ ‫מנוע – צור זר ומייצר מומנט סיבוב‪.‬‬ ‫גנראטור – דרוש לייצר לו מומנט סיבוב ואז הוא מספק זר‪.‬‬ ‫‪P1‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪P1‬‬ ‫‪G‬‬ ‫כוח אלקטרו‪-‬מניע במכונה‬ ‫‪E = CE × φ × n‬‬ ‫נוסחא זו מבוססת על עיקרו שניסח פאראדי ‪:‬‬ ‫על כל מולי שנע בתו שדה מגנטי מתפתח מתח חשמלי מושרה וא‬ ‫המעגל סגור יזרו זר במולי‪.‬‬ ‫מומנט מכאני על ציר המכונה‬ ‫‪M = CM × φ × I‬‬ ‫עיקרו זה הוא ג הפי ‪ ,‬כלומר א מספקי זר למולי הנמצא בתו‬ ‫שדה מגנטי הוא יחל לנוע ‪.‬‬ ‫מבנה‬ ‫המנוע מורכב מ‪ 2%‬חלקי עיקריי‪:‬‬ ‫א‪ .‬סטטור‪ % STATOR %‬זהו החלק הסטטי במכונה שאותו מחברי לרשת ‪ ,‬כא מיוצר‬ ‫השט‪ ,‬של המכונה לצור פעולתה‪.‬‬ ‫ב‪ .‬רוטור‪ – ROTOR %‬זהו החלק המסתובב במכונה ולצירו מחברי עומס מכני‪.‬‬ ‫סטטור‬ ‫רוטור‬ ‫עיקרון פעולה‬ ‫‪ .1‬בעת חיבור הסטטור למתח רשת ‪ ,‬מתפתח שדה מגנטי מסתובב ‪.‬‬ ‫‪ .2‬שדה זה חוצה את מרווח האוויר שבי הסטטור לרוטור ומשרה כא"מ על פני סלילי‬ ‫הרוטור‪.‬‬ ‫‪ .3‬דואגי לקצר את סלילי הרוטור וכ נוצר זר בסלילי הרוטור‪.‬‬ ‫‪ .4‬הזר המושרה בסלילי הרוטור בתוספת השדה המגנטי ‪ ,‬מייצרי כוח על כל אחד‬ ‫מסלילי הרוטור וגורמי לו להסתובב‪.‬‬ ‫למה א‪-‬סינכרוני ?‬ ‫המושג א‪%‬סינכרוני פירושו‪ :‬אי‪%‬תיאו‪.‬‬ ‫כלומר אי שוויו בי מהירות השדה הסינכרונית בסטטור ‪n1‬‬ ‫לבי המהירות בפועל של הרוטור ‪.n2‬‬ ‫חוסר התיאו נובע מהעובדה הפשוטה שהגור הראשוני ליצירת‬ ‫הסיבוב הוא השראת השדה ‪ n1‬ולכ מהירות הרוטור ‪ n2‬תמיד תפגר‬ ‫אחר השדה שייצר אותה מלכתחילה‪.‬‬ ‫חליקה – ‪Slip‬‬ ‫מקובל לבטא את חוסר התיאו בי המהירויות באמצעות פרמטר ‪. S‬‬ ‫פרמטר זה חסר יחידות ו מתאר את ההפסד בערכה של המהירות‬ ‫במעבר מסטטור לרוטור‪:‬‬ ‫‪n1 − n2‬‬ ‫=‪S‬‬ ‫‪n1‬‬ ‫כאשר‪ – n1 :‬מהירות סינכרונית של השדה המסתובב בסטטור‪.‬‬ ‫‪ – n2‬מהירות בפועל של ציר הרוטור‪.‬‬ ‫המהירויות נמדדות ביחידות ‪. r.p.m‬‬ ‫מהירות השדה המסתובב‬ ‫מהירות השדה של מנוע השראה‬ ‫נקבעת לפי הנוסחא ‪:‬‬ ‫‪60× f‬‬ ‫= ‪n1‬‬ ‫‪P‬‬ ‫טבלאות חישוב מהירות סינכרונית‬ ‫סוגי מנועי השראה תלת פאזיים‬ ‫‪ .1‬רוטור כלוב‪.‬‬ ‫‪ .2‬רוטור מלופ‪.,‬‬ ‫מנוע רוטור כלוב‬ ‫אילו מנועי הנפוצי ביותר בתעשייה ‪.‬‬ ‫במנועי מסוג זה הרוטור מקוצר באופ קבוע ע"י פחיות פלדה ולא נית לבצע בו שינויי‪.‬‬ ‫יתרו השימוש במנוע מסוג זה הוא הפשטות שלו‪.‬‬ ‫בניית הרוטור‬ ‫מבט על ציר המכונה‬ ‫מכונת השראה וחלקיה‬ ‫סטטור ורוטור‬ ‫מנוע רוטור מלופף‬ ‫מנועי מסוג זה כמעט ואינ שימושיי בתעשייה ‪ ,‬פרט למערכות הינע‬ ‫מיוחדות הדורשות את תכונות המכונה הזו‪.‬‬ ‫במנועי מסוג זה הרוטור עשוי מסלילי נחושת בחיבור ‪. Y‬‬ ‫ומכא שמו ‪,‬כלומר ג הרוטור מלופ‪ ,‬בסלילי נחושת‪.‬‬ ‫את הקצה של כל סליל מחברי לטבעת החלקה חיצונית‪.‬‬ ‫את הקצר ברוטור מבצעי פיזית ע"י חיבור גשר בי ‪ 3‬הטבעות‪.‬‬ ‫קיימת ג אפשרות לקצר את הרוטור דר נגדי הספק ‪.‬‬ ‫סטטור של מנוע רוטור מלופף‬ ‫ליפופים בסטטור‬ ‫רוטור מלופף‬ ‫טבעות החלקה ברוטור‬ ‫שיטת קרמר‬ ‫שיטות ויסות מהירות‬ ‫חשמלית‬ ‫‪Stand alone‬‬ ‫מיכנית‬ ‫מבוקר‬ ‫שיטות חשמליות‬ ‫‪ .1‬שינוי תדירות מתח ההזנה למנוע‬ ‫‪ .2‬שיטת קרמר‬ ‫‪ .3‬שינוי מתח ההזנה למנוע‬ ‫מהירות השדה המסתובב‬ ‫מהירות השדה של מנוע השראה‬ ‫נקבעת לפי הנוסחא ‪:‬‬ ‫‪60× f‬‬ ‫= ‪n1‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪ .2‬שיטת קרמר‬ ‫מחברים נגדי הספק בטור למעגל הרוטור‬ ‫שיטה זו מוגבלת רק למנועים בעלי רוטור מלופף‬ ‫משתמשים בשיטה זו לצורך בלימה חשמלית של מערכות‬ ‫הינע כגון‪ :‬מעליות ‪ ,‬מנופים ‪.‬‬ ‫‪ .3‬שינוי מתח הרשת‬ ‫שינוי אמפליטודת המתח המזין את סטטור המנוע‬ ‫שיטה זו מגבילה את המומנט המפותח במנוע‬ ‫יתרון השיטה הוא בפשטות שלה ) וריאטור(‬ ‫שיטה מיכנית‬ ‫שימוש במערכת גלגלי שיניים )גיר (‬ ‫‪ .1‬המהירות נקבעת ע"פ יחס התמסורת‬ ‫‪ .2‬ריסו מערכת ההינע‬ ‫‪ .3‬תוספת כח למנוע‬ ‫מהו ווסת מהירות ?‬ ‫זהו התקן חשמלי מבוסס אלקטרוניקת הספק‬ ‫שבעזרתו ניתן לשנות מהירות של מנוע חשמלי‬ ‫על ידי שינוי תדר ומכאן גם שמו "ווסת תדר"‬ ‫סוגי ווסתים‬ ‫לזרם חילופין‬ ‫חד פאזי‬ ‫לזרם ישר‬ ‫תלת פאזי‬ ‫מבנה ועקרון פעולה ווסת ז"ח‬ ‫הווסת מורכב מרכיבים אלקטרוניים תעשייתים שתפקידם‬ ‫לייצר גל בתדירות הרצויה ‪.‬‬ ‫הגל המתקבל הוא תוצאה של הצתת הרכיבים בזוית‬ ‫שמכונה "זוית הצתה" ‪.‬‬ ‫הצתת התריסטורים מתבצעת בעזרת מעגל בקרת רוחב‬ ‫פולס פנימי שמתזמן את הצתת הרכיבים כך שבמוצא‬ ‫הווסת יתקבל התדר שאליו תוכנת הווסת ‪.‬‬ ‫נוסחאת המנוע‬ ‫‪U =4.44× f ×N×φ‬‬ ‫הווסת שומר על היחס בין מתח לתדר באופן הבא ‪:‬‬ ‫‪U‬‬ ‫‪= 4.44× N ×φ‬‬ ‫‪f‬‬ ‫סוגי כרטיסים‬ ‫כרטיס‬ ‫דיגיטלי‬ ‫אנלוגי‬ ‫נתונים חשמליים‬ ‫יש‪/‬אין מתח‬ ‫"‪ "0" / "1‬לוגי‬ ‫זרם ישר ‪ 24 -‬וולט‬ ‫מתח ‪ 0-10 -‬וולט‬ ‫זרם – ‪ 4-20‬מיליאמפר‬ ‫כרטיס דיגיטלי‬ ‫‪ .1‬אפשרות לויסות מהירות המנוע בי ‪ 4‬מהירויות ) ‪.( jog‬‬ ‫‪ .2‬אפשרות הפיכת כיוו סיבוב‪.‬‬ ‫‪ .3‬רגל אפשור ) ‪( enable‬‬ ‫‪ .4‬יציאת מתח עבודה ‪ 24‬וולט על פני הכרטיס ) משמש לצור‬ ‫חיווט אביזרי קצה (‪.‬‬ ‫כרטיס אנלוגי‬ ‫‪ .1‬אפשרות בקרת זר ‪.‬‬ ‫‪ .2‬אפשרות בקרת מתח‪.‬‬ ‫תרשים חיבורים פנימי‬ ‫ציוד קצה‬ ‫נתונים טכניים של ווסתים לזרם חילופין‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫מתח הזנה – חד ‪/‬תלת פאזי‬ ‫מתח יציאה – חד‪/‬תלת פאזי‬ ‫הספק ביחידות ‪KW‬‬ ‫תחו ויסות תדרי‬ ‫דוגמא נתונים חשמליים‬ ‫מידות‬ ‫חיבור מהדקים כח‬ ‫ווסת חד פאזי‬ ‫ווסת תלת פאזי‬ ‫אפשרויות תכנות‬ ‫תצוגת תקלות‬ ‫חיבור מהדקים פיקוד‬ ‫יתרונות שימוש בווסת‬ ‫‪ .1‬שימוש בתחו רחב של מהירויות‬ ‫‪ .2‬נית להפעילו בשיטת ‪ stand alone‬או לשלבו ע בקר מתוכנת‬ ‫‪ .3‬אפשרות לבקרה רציפה אנלוגית‬ ‫‪ .4‬אפשרות לבקרה דיגיטלית‬ ‫‪ .5‬חסכו באביזרי פיקוד ) לחצני ‪ ,‬ממסרי (‬ ‫‪ .6‬עבודה במתח נמו מאוד ‪24v‬‬ ‫‪ .7‬מאפשר חיבור נגד בלימה – שיטת קרמר‬ ‫‪ .8‬נית לתכנות ולעריכת שינויי מיידיי ללא צור בהחלפת חמרה‬ ‫‪ .9‬מאפשר חיבור כרטיסי חכמי ‪/‬תקשורת‬ ‫‪ .10‬כולל מבטח לזר יתר והתנעה רכה‪.‬‬ ‫‪ .11‬בהספקי נמוכי ‪ ,‬מאפשר חיבור ישיר למנוע תלת פאזי מרשת חד פאזית‬ ‫‪ .12‬דיוק‬ ‫‪ .13‬אמינות‬ ‫חסרונות‬ ‫‪ .1‬הווסת מייצר הרמוניות ברשת החשמל‬ ‫‪ .2‬עלות‬ ‫‪ .3‬רגישות לזרמי זליגה‬ ‫‪ .4‬מתאפס בנפילת מתח‬ ‫‪ .5‬חוסר ניסיו של אנשי מקצוע‬ ‫שיקולים בבחירת ווסת‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬ ‫כלכלי‬ ‫יצר בעל מוניטי‬ ‫מתח כניסה לווסת – חד‪/‬תלת פאזי‬ ‫מתח מוצא – חד‪/‬תלת פאזי‬ ‫התאמת חיבור המנוע למוצא הווסת ) משולש ‪/‬כוכב (‬ ‫שיטת בקרה – אנלוגית‪/‬דיגיטלית‬ ‫שיטת התקנה ותנאי סביבה‬ ‫התאמת הווסת למתחי העבודה של מערכת הפיקוד – ממסרי"‬ ‫בקר ‪ ,‬חיישני" ‪ ,‬לחצני" וכו'‪.‬‬ ‫התאמת הספק הווסת להספק המנוע‬ ‫צעדים ראשונים בתכנות ווסת‬ ‫‪ .1‬יש להקליד נתוני המנוע – מתח ‪ ,‬זר ‪,‬מקד הספק‬ ‫ומהירות בערכי נקובי‪.‬‬ ‫‪ .2‬יש לקבוע שיטת בקרה – דיגיטלי ‪,‬אנלוגי ‪,‬משולב‪.‬‬ ‫בווסת קיימת פונקציה מתאימה‬ ‫‪ .3‬במידה והבקרה דיגיטלית יש לקבוע דרגות מהירות‪.‬‬ ‫‪ .4‬במידה והבקרה אנלוגית יש לקבוע ערכי של זר‬ ‫או מתח אנלוגי ‪.‬‬ ‫דוגמא לבקרה דיגיטלית‬