چکیده

در این پایان نامه ابتدا در فصل اول مبانی و ساختمان یک موتور BLDC بررسی می شود.

در فصل دوم روش های کنترل موتور BLDC بررسی خواهد شد.روش های SOFTSWITCHING و کنترل برداری سرعت و کنترل مستقیم گشتاور (DTC) مورد تحلیل قرار می گیرند.

در فصل سوم محدوده قدرت و سرعت موتورهای BLDC بررسی می شود.

در فصل چهارم یک نمونه واقعی موتور BLDC ازجنبه های گوناگون مانند ساختمان،طرز کار،کاربرد و عملکرد قسمت های مختلف تشریح می شود.و در انتهای این فصل چگونگی ساخت یک استاتور نیز بیان می شود.

در مباحث مربوط به موتورهای BLDC کنترل و بررسی شرایط آنها تحت خطا از اهمیت بالایی برخوردار است.در فصل پنجم ابتدا عملکرد موتور BLDC را تحت تغذیه اینورتر 120 درجه جریان تحلیل می کنیم.خطای تک فاز بوجود آمده بر روی موتور ممکن است در حالت های مختلفی به وقوع بپیوندد.در این فصل بررسی خطاهای تک فاز پیش آمده در حالت بی باری ، بار مکانیکی متوسط و بار مکانیکی سنگین مورد بحث قرار می گیرد.

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                            صفحه

مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………1

فصل اول : شناسایی مبانی و ساختمان ماشینهای DC بدون زغال………………………………………………………2

  • گامی به سوی موتورهای با راندمان بالا……………………………………………………………………………………….3
  • PM ها جایگزین شایسته سیستم های تحریک الکترومغناطیسی…………………………………………….3
  • تاریخچه مغناطیسهای دائم…………………………………………………………………………………………………………4
  • خواص مغناطیسی اجسام…………………………………………………………………………………………………………….5

1-4-1 دیا مغناطیس………………………………………………………………………………………………………………….5

1-4-2پارامغناطیس…………………………………………………………………………………………………………………….5

1-4-3 فرومغناطیس…………………………………………………………………………………………………………………..7

1-5 ضدمغناطیس و فری مغناطیس……………………………………………………………………………………………………………….8

1-6 هیسترزیس……………………………………………………………………………………………………………………………………………….9

1-7 دسته بندی مواد مغناطیسی براساس مساحت حلقه هیسترزیس آنها…………………………………………………11

1-8 پارامترهای مهم یک مغناطیس دائم……………………………………………………………………………………………………..11

1-8-1 چگالی شار پسماند و نیروی بازدارنده………………………………………………………………………………………….11

1-8-2 انرژی دریافتی و انرژی دریافتی ماکزیمم…………………………………………………………………………………….12

1-8-3 درجه حرارت کوری………………………………………………………………………………………………………………………12

1-9 پایداری مواد مغناطیسی دائم……………………………………………………………………………………………………………….12

1-9-1 تاثیر میدانهای مغناطیسی…………………………………………………………………………………………………………….12

أ

1-9-2 تاثیر دما…………………………………………………………………………………………………………………………………………14

1-10 دسته بندی مواد مغناطیسی دائم……………………………………………………………………………………………………….14

1-10-1 آلنیکو………………………………………………………………………………………………………………………………………….14

1-10-2 فریتها………………………………………………………………………………………………………………………………………….15

1-10-3 مواد مغناطیسی دائم کمیاب زمینی…………………………………………………………………………………………..15

1-11 عوامل مؤثر در انتخاب نوع مواد مغناطیسی……………………………………………………………………………………….16

1-12 دسته بندی انواع ماشین های PM …………………………………………………………………………………………………..17

1-13 موتورهای مغناطیسی دائم DC (PMDC )…………………………………………………………………………………….19

1-13-1 ساختار………………………………………………………………………………………………………………………………………..19

1-13-2 دسته بندی موتورهای PMDC ………………………………………………………………………………………………20

1-13-2-1 روتور شیاردار معمولی……………………………………………………………………………………………………….21

1-13-2-2 روتور بدون شیار………………………………………………………………………………………………………………..22

1-13-2-3 روتورهای کلاف متحرک……………………………………………………………………………………………………24

1-14 موتورهای مغناطیس دائم AC(PMAC) ……………………………………………………………………………………….24

1-15 موتورهای DC بدون جاروبک…………………………………………………………………………………………………………….25

1-16 روابط مربوط به ولتاژ و جریان…………………………………………………………………………………………………………….27

1-17 نمودار بلوکی یک موتورBLDC………………………………………………………………………………………………………..29

1-18 عملکرد موتور DC بدون زغال در حالت کار عادی…………………………………………………………………………..29

فصل دوم : بررسی روشهای کنترل موتور BLDC…………………………………………………………………………………….32

2-1 SOFT SWITCHING ………………………………………………………………………………………………………………..33

2-1-1 شیوه کار……………………………………………………………………………………………………………………………………….34

2-2 کنترل برداری سرعت……………………………………………………………………………………………………………………………35

2-2-1 بخش های مدار…………………………………………………………………………………………………………………………….39

2-2-1-1 بخش کنترل کننده………………………………………………………………………………………………………………39

2-2-1-2 مبدل جریان های dq به abc ……………………………………………………………………………………………39

2-2-1-3 اینورتر………………………………………………………………………………………………………………………………….40

2-3 روش کنترل مستقیم گشتاور (DTC)…………………………………………………………………………………………………41

2-3-1 اینورتر موتور BLDC در کنترل مستقیم شار و گشتاور……………………………………………………………41

2-3-2 تخمین مکان شار استاتور در هر پریود نمونه برداری…………………………………………………………………..44

2-3-3 تخمین گر سرعت روتور در هر پریود نمونه برداری…………………………………………………………………….47

2-3-4 کنترل مستقیم دامنه شار استاتور………………………………………………………………………………………………..48

فصل سوم : شناسایی محدوده قدرت و سرعت……………………………………………………………………………………………50

3-1 مشخصه های سرعت و جریان برحسب گشتاور……………………………………………………………………………………51

3-2 خواص موتورهای BLDC …………………………………………………………………………………………………………………..51

3-3 کاربردها…………………………………………………………………………………………………………………………………………………53

3-4 چشم انداز………………………………………………………………………………………………………………………………………………55

فصل چهارم : بررسی نمونه های واقعی……………………………………………………………………………………………………….56

4-1 بررسی پمپ توربومولکولی موجود در شرکت یارنیکان صالح……………………………………………………………….57

4-2 توضیحات فنی……………………………………………………………………………………………………………………………………….57

4-3 استاتور……………………………………………………………………………………………………………………………………………………57

4-4 روتور……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….57

4-5 طرز کار این موتور به هنگام راه اندازی…………………………………………………………………………………………………58

4-6 کاربرد این موتور……………………………………………………………………………………………………………………………………58

4-7 بررسی ورقه های استاتور……………………………………………………………………………………………………………………….62

4-8 بررسی هسته و نقش آن در موتور…………………………………………………………………………………………………………62

4-9 ساختار و عملکرد استاتور………………………………………………………………………………………………………………………65

4-10 بررسی انواع ورقه های استاتور از نظر ضخامت وجنس……………………………………………………………………..66

4-10-1 ورقه های فولادی نورد سرد……………………………………………………………………………………………………….67

4-10-2 ترکیبات فولاد با سیلیکون…………………………………………………………………………………………………………68

4-10-3 آلیاژ آهن – نیکل……………………………………………………………………………………………………………………….69

4-10-4 آلیاژ آهن – کبالت……………………………………………………………………………………………………………………..70

4-10-5 آلیاژهای آمورف………………………………………………………………………………………………………………………….71

4-10-6 آلیاژهای پودر شده……………………………………………………………………………………………………………………..71

4-11 نحوه برش و چگونگی سر هم کردن لایه ها……………………………………………………………………………………….72

4-11-1برش لایه ها(ورقه ها)…………………………………………………………………………………………………………………..72

4-11-1-1روش اول……………………………………………………………………………………………………………………………..73

4-11-1-2 روش دوم……………………………………………………………………………………………………………………………73

4-11-1-3 روش سوم…………………………………………………………………………………………………………………………..73

4-12 سر هم کردن لایه ها ………………………………………………………………………………………………………………………….75

4-12-1 اتصال از طریق چسب و لاکتیت ……………………………………………………………………………………………….75

4-12-2 اتصال از طریق پرچ…………………………………………………………………………………………………………………….76

4-12-3 اتصال از طریق جوش ………………………………………………………………………………………………………………..77

4-12-4 اتصال از طریق خودگیری و خطوط شیار …………………………………………………………………………………77

فصل پنجم : شبیه سازی……………………………………………………………………………………………………………………………..79

5- 1  شبیه سازی شتاب گیری و حالت کار دائمی در حالت تغذیه بوسیله اینورتر جریان ناپیوسته120 درجه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….80

5-2 عملکرد موتور BLDC با تغذیه اینورتر 120 درجه……………………………………………………………………………80

5-3 نمودارهای شبیه سازی توسط اینورتر جریان 120 درجه……………………………………………………………………82

5-4 بررسی بروز خطای تک فاز در حالت بی باری موتور…………………………………………………………………………….87

5-4-1 خطای تک فاز در حالت بی باری موتور……………………………………………………………………………………….87

5-4-2 تحلیل بروز خطای تک فاز بر روی موتور BLDC در حالت وجود بار مکانیکی………………………..96

5-4-2-1 قطع یک فاز در حالت وجود بار مکانیکی متوسط……………………………………………………………….97

5-4-2-2 قطع یک فاز در حالت وجود بار مکانیکی سنگین…………………………………………………………….104

5-5 مقایسه بروز خطا در حالت موتور با قطب های بیشتر……………………………………………………………………….108

5-6 مشخصات موتور تحت شبیه سازی…………………………………………………………………………………………………….110

5-7 شماتیک مدار شبیه سازی شده توسط نرم افزار MATLAB ………………………………………………………111

5-8 بلوک دیاگرام مربوط به مدار کنترل زاویه آتش کلیدها…………………………………………………………………….111

فصل ششم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..112

6-1نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………..113

فهرست منابع و مراجع………………………………………………………………………………………………………………………………..115

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                                  صفحه

شکل 1-1: اجسام پارامغناطیسی…………………………………………………………………………………………………………………….6

شکل 1-2: اجسام فرومغناطیسی…………………………………………………………………………………………………………………….8

شکل 1-3: آرایش گشتاورهای اتمی………………………………………………………………………………………………………………..9

شکل 1-4: پدیده هیسترزیس……………………………………………………………………………………………………………………….10

شکل 1-5: تاثیر میدان مغناطیسی خارجی بر نقطه کار مغناطیس…………………………………………………………….13

شکل 1-6: منحنی ضد مغناطیس شوندگی در انواع مواد مغناطیس دائم…………………………………………………..17

شکل 1-7: موتور PMDC با PM های تیغه ای………………………………………………………………………………………..20

شکل 1-8: ساختمان موتور PMDC با هسته مورق…………………………………………………………………………………..22

شکل 1-9: سیستم تحریک موتورPMDC با هسته هایمورق روتور و انواع مختلف PM…………………………23

شکل 1-10: شمای کلی یک موتور بدون جاروبک 2 قطب…………………………………………………………………………26

شکل 1-11: نمودار بلوکی موتور BLDC…………………………………………………………………………………………………..29

شکل 1-12: نمودارهای مربوط به راه اندازی موتور bldc بوسیله منبع سینوسی ایده آل…………………………30

شکل 2-1: مدار ZCS…………………………………………………………………………………………………………………………………..33

شکل 2-2: مراحل مختلف عملکرد مدار رزنانس…………………………………………………………………………………………..33

شکل 2-3: جریان ZCS          ……………………………………………………………………………………………………………………………..33

شکل 2-4: مدار قدرت نمونه………………………………………………………………………………………………………………………..33

شکل 2-5: ولتاژ و emf  برگشتی………………………………………………………………………………………………………………..34

شکل 2-6:شماتیکی از سیستم درایو…………………………………………………………………………………………………………….35

شکل 2-7: گشتاور برای دو حالت سرعت……………………………………………………………………………………………………..36

شکل 2-8:فلوچارت کنترل موتور…………………………………………………………………………………………………………………38

شکل 2-9: پیاده سازی فلوچارت کنترل موتور در محیط سیمولینک…………………………………………………………38

شکل 2-10:بلوک تبدیل oqd به abc…………………………………………………………………………………………………………40

شکل 2-11:بلوک اینورتر………………………………………………………………………………………………………………………………40

شکل 2-12: نحوه اتصال کلید های سه فاز…………………………………………………………………………………………………..42

شکل 2-13:محل بردارهای شیار استاتور در دستگاه مختصات ساکن استاتور…………………………………………….43

شکل 2-14: مقادیر شار فاز های مختلف……………………………………………………………………………………………………..45

شکل 2-15:کنترل رأس حرکت شار استاتور با استفاده از 6 بردار ولتاژ……………………………………………………..49

شکل 3-1:مشخصه های اندازه گیری شده یک موتور DC بدون جاروبک………………………………………………….52

شکل 3-2:موتور سوئیچ رلاکتانس………………………………………………………………………………………………………………..55

شکل 4-1: پمپ موتور …………………………………………………………………………………………………………………………………59

شکل 4-2: پمپ موتور که در مکان نصب شده است…………………………………………………………………………………..59

شکل 4-3:استاتور………………………………………………………………………………………………………………………………………….59

شکل 4-4:استاتور………………………………………………………………………………………………………………………………………….59

شکل 4-5: استاتور در جایگاهش………………………………………………………………………………………………………………….60

شکل 4-6: روتور به همراه پره هایش …………………………………………………………………………………………………………60

شکل 4-7: پره ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………..60

شکل 4-8: قسمت های دیگری از  موتور  مثل درایور و سنسور هال…………………………………………………………61

شکل 4-9: یوغ ودندانه…………………………………………………………………………………………………………………………………63

شکل 4-10: استاتوریک نوع  موتور الکتریکی……………………………………………………………………………………………..65

شکل 4-11: یک نمونه از ورق های فولادی نورد سرد…………………………………………………………………………………67

شکل 4-12: نمونه ای از ورق smc………………………………………………………………………………………………………………72

شکل 4-13: نمونه ای دیگراز ورق smc………………………………………………………………………………………………………72

شکل 4-14: دستگاه وایر……………………………………………………………………………………………………………………………….74

شکل 4-15: دستگاه لیزری…………………………………………………………………………………………………………………………..74

شکل 4-16: قالب های دستگاه …………………………………………………………………………………………………………………..74

شکل 4-17: دستگاه سر هم کردن لایه ها از طریق اپوکسی………………………………………………………………………75

شکل 4-18: لایه های استاتور……………………………………………………………………………………………………………………….76

شکل 4-19: قالب  شیار………………………………………………………………………………………………………………………………..78

شکل 4-20: قالب  شیار………………………………………………………………………………………………………………………………..78

شکل 4-21: نمونه ای از شیار استاتور که  دارای دندانه شیار می­باشد……………………………………………………….78

شکل 4-22: نمونه ای از  DoveTail……………………………………………………………………………………………………….78

شکل 4-23: Clamping Plate……………………………………………………………………………………………………………..78

شکل 5-1: نمودارهای مربوط به سوئیچ زنی کلیدها برحسب زاویه روتور……………………………………………………81

شکل 5-2: شمای کلی موتور BLDC به همراه میدان روتور و میدان های ممکن استاتور………………………81

شکل 5-3: نمودار مربوط به سرعت روتور در حالت بی بار با تغذیه اینورتر 120 درجه……………………………..82

شکل 5-4: نمودارهای مربوط به جریان های محورهای dq و ولتاژ محور d………………………………………………84

شکل 5-5: نمودار مربوط به ولتاژ محور q در حالت بی باری با تغذیه اینورتر 120 درجه…………………………85

شکل 5-6: نمودار مربوط به گشتاور الکتریکی در حالت بی باری با تغذیه اینورتر 120 درجه………………….85

شکل 5-7: نمودارهای مربوط به جریان های محور dq در حالت بی باری…………………………………………………86

شکل 5-8: شمای کلی یک موتور BLDC پس از قطع یک فاز………………………………………………………………..87

شکل 5-9: نمودار مربوط به سرعت روتور در حالت بی باری……………………………………………………………………….89

شکل 5-10: نمودار مربوط به گشتاور الکترومغناطیسی در حالت بی باری…………………………………………………90

شکل 5-11: نمودار مربوط به جریان محور d در حالت بی باری…………………………………………………………………91

شکل 5-12: نمودار مربوط به جریان محور q در حالت بی باری…………………………………………………………………92

شکل 5-13: نمودارهای بزرگنمایی شده مربوط به گشتاور، Id  و Iq پس از قطع فاز در حالت بی باری…..94

شکل 5-14: نمودار مربوط به جریان فاز b در لحظات بعد از قطع فاز در حالت بی باری………………………….95

شکل 5-15: نمودار مربوط به سرعت روتور در حالت وجود بار مکانیکی…………………………………………………….97

شکل 5-16: نمودار بزرگنمایی شده از سرعت روتور در حالت وجود بار مکانیکی پس از قطع فاز…………….98

شکل 5-17: نمودار مربوط به گشتاور الکترومغناطیسی روی روتور برای بار مکانیکی در حالت قطع یک فاز……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………99

شکل 5-18: نمودار بزرگنمایی شده از گشتاور الکترومغناطیسی پس از قطع فاز در حالت بار مکانیکی..100

شکل 5-19: نمودارهای مربوط به جریان محور d در حالت وجود بار مکانیکی و بزرگنمایی مربوطه……..101

شکل 5-20: نمودارهای جریان های محور dq و بزرگنمایی مربوط به آنها……………………………………………..102

شکل 5-21: نمودارهای مربوط به جریان های فازهای b و c در حالات قبل و بعد از قطع فاز………………103

شکل 5-22: نمودار مربوط به سرعت روتور در حالت وجود بار مکانیکی سنگین…………………………………….104

شکل 5-23: نمودار مربوط به گشتاور الکتریکی در حالت وجود بار سنگین…………………………………………….105

شکل 5-24: نمودار مربوط به جریان محور d در حالت وجود بار سنگین مکانیکی…………………………………106

شکل 5-25: نمودارهای مربوط به جریان های محور q و فاز b در حالت وجود بار مکانیکی سنگین…….107

شکل 5-26: نمودار مربوط به سرعت و گشتاور الکتریکی موتور دارای 4 زوج قطب تحت بار مکانیکی….108

شکل 5-27: نمودار مربوط به سرعت و گشتاور الکتریکی موتور 4 زوج قطب تحت بار مکانیکی سنگین.109

شکل 5-28: مدار شبیه سازی شده در نرم افزار MATLAB………..ا……………………………………………………..111

شکل 5-29: شماتیک مربوط به مدار کنترل زاویه آتش کلیدها……………………………………………………………….111

فهرست جدول ها

جدول1-1: پارامترهای انواع مختلف مواد مغناطیس دائم…………………………………………………………………………….16

جدول4-1: استاندارد ورق فولاد نورد سرد…………………………………………………………………………………………………….67

جدول4-2: استاندارد ورق فولاد سیلیکون…………………………………………………………………………………………………….68

جدول4-3: استاندارد ورق فولاد سیلیکون…………………………………………………………………………………………………….68

جدول4-4: استاندارد ورق فولاد سیلیکون…………………………………………………………………………………………………….68

جدول4-5: استاندارد ورق نیکل 80 %………………………………………………………………………………………………………….69

جدول4-6: استاندارد ورق نیکل 49 %………………………………………………………………………………………………………….69

جدول4-7: استاندارد ورق آهن- کبالت………………………………………………………………………………………………………..70

 

مقدمه :

تحقیقات نشان می دهد که در هر سال بیش از 5 میلیارد از انواع مختلف ماشین های الکتریکی)ازمیکروموتورها گرفته تا ماشین های سنکرون بزرگ( مورد استفاده قرار می گیرد. این بدان معناست که بهبود عملکرد ماشین های الکتریکی تاثیر فوق العاده ای بر کاهش مصرف انرژی و به تبع آن کاهش آلودگی های محیطی خواهد داشت .

تحقیقات نشان داده است که % 3 افزایش راندمان موتور می تواند % 2 انرژی مصرفی را کاهش دهدکه مسلماٌ یکی از روشهای بهبود عملکرد ماشین های الکتریکی ، طراحی و ساخت   موتورهای الکتریکی با راندمان بالاتر می باشد که موتور های بدون جاروبک DC امروزه  بخاطر راندمان بالا و نسبت گشتاور تولیدی به وزن موتور ، در بعضی از کاربردها مورد توجه جدی قرار گرفته اند که دراین پروژه سعی شده اساس کار این موتورها و روش کموتاسیون آنها مورد بررسی قرار گیرد.

فصل اول:

شناسایی مبانی و ساختمان ماشینهای DC بدون جاروبک

1-1 گامی به سوی موتورهای با راندمان بالا

کاربرد مواد مغناطیسی دائم در ساختمان ماشینهای الکتریکی سبب بهبود راندمان آنها به سبب حذف تلفات تحریک می گردد. برای آن که اهمیت استفاده ازPM ها در ماشین های الکتریکی آشکارگردد کافی است به این مثال توجه کرد :

همانگونه که می دانیم بیشتر انرژی مصرفی به وسیله موتورهای القایی سه فاز زیر10 KW می باشد،چرا که این موتورها در صنعت کاربرد فراوانی یافته اند. اگر یک موتور القایی سه فاز قفس سنجابی بامشخصات چهار قطب،1.5 KW و 50HZ  را در نظر بگیریم، در بار کامل راندمان این موتور معمولا در حدود 74% می باشد. اگر این موتور با یک موتور سنکرون مغناطیسی دائم تعویض گردد، راندمان می تواند تا حدود % 88 افزایش یابد. این به معنای آن است که موتور سنکرون مغناطیس دائم تنها ،704 Wتوان از شبکه می کشد، در حالی که موتور القایی سه فاز 2207 W توان می کشد،لذا ذخیره توان 323 W خواهد بود.حال اگر در کشوری یک میلیون از این موتورها جایگزین گردد کاهش توان مصرفی323 MW می باشد که معادل حذف یک توربو آلتر ناتور کاملا بزرگ از شبکه MW قدرت آن کشور می باشد و این نیز به نوبه خود  سبب کاهش در  NOX وCO2   منتشر شده در هوا خوامد شد.

 

1-2  PM هاجایگزین شایسته سیستمهای تحریک الکترومغناطیسی

اگر مواد مغناطیس دائم در ساختمان ماشینهای الکتریکی به جای سیستمهای تحریک الکترومغناطیس مورد استفاده قرار گیرد، علاوه بر افزایش راندمان موتور، مزایای زیر را نیز به همراه خواهد داشت:

1.گشتاور و یا قدرت خروجی نسبت به حالتی که تحریک الکترومغناطیسی استفاده می گردد، بالاترخواهد بود.

2.کارایی دینامیکی نسبت به موتور تحریک الکترومغناطیسی بالاتر خواهد بود (چگالی شار مغناطیسی بالاتر در شکاف هوایی.)

3.سبب سادگی ساختار و در نتیجه تعمیرات ماشین می گردد .

  1. در برخی از انواع ماشینها، سبب کاهش قیمت نیز می گردد.

 

1-3 تاریخچه مغناطیسهای دائم :

در حدود 600 سال پیش از میلاد مسیح فیلسوف یونانی تالس یک ماده مغناطیسی سخت را معرفی کرد که سنگ معدن طبیعی مغناطیسیFe3O4 بود. این ماده به آن علت که در منطقه مگنزیا کشف گردید مگنت نام گرفت.

اولین مغناطیس مصنوعی یک میله آهنی بود که به وسیله مالش با آهن ربا خاصیت مغناطیسی پیداکرد. شاید بتوان گفت که نخستین استفاده عملی از مغناطیسها در ساخت قطب نما بوده است .مدارک موجود حاکی از آن است که در حدود قرن پنجم میلادی، مواد مغناطیسی مرغوب در چین موجود بوده اند، اما اولین گزارش رسمی موجود درمورد مغناطیسها مقاله ای است که توسط گیلبرتدر حدود سال 1600 پس از میلاد نگاشته شده است. پیشرفت بزرگ بعدی اختراع الکترومغناطیس توسط استورگون در سال 1825 بود.

اولین کاربرد مغناطیسهای دائم در ساختمان ماشینهای الکتریکی به کارهای هانری (1831)،

پیکسی ( 1832 ) ، ریچی ( 1933 ) ، واتکینز ( 1835 ) ، داون پورت ( 1837 ) و ژاکوبی ( 1839 ) برمی گردد. در برخی ماشینهای الکتریکی ساخته شده در آن سالها برای ایجاد میدان مغناطیسی ازمغناطیس دائم استفاده کردند. این مغناطیسهای اولیه از جنس فولاد بوده که به علت عدم قابلیت لازم تبدیل انرژی را تنها در مقیاس های پایین میسر می ساخت. این ایراد سبب گردید که در نسل بعدی ماشینهای الکتریکی به جای مغناطیس از سیم پیچ های مسی و هسته هایی از آهن نرم استفاده شد و مغناطیس دائم به طور موقت از ساختمان ماشینها حذف گردید. در سال 1931 باساختن آلنیکو (آلیاژ آهن، نیکل، کبالت و آلومینیوم) در ژاپن، بار دیگر ایده استفاده از مغناطیس دائم در ساختمان ماشینهای الکتریکی مطرح گردید.

 

1-4 خواص مغناطیسی اجسام

همان گونه که می دانیم وقتی که جسمی در معرض میدان مغناطیسی واقع می شود، ذرات باردار دراتمهای جسم از خود واکنشی نشان می د هند که به شکل پدید آمدن میدان جدیدی بروز می کند،و ویژگیهای این میدان جدید به خواص مغناطیسی جسم بستگی دارد.

به طور کلی سه پدیده مغناطیسی اصلی شناخته شده اند که عبارت اند از: دیامغناطیس، پارامغناطیس و فرو مغناطیس.

وقتی که جسمی تحت تاثیر یک میدان خارجی قرار می گیرد، یکی از پدیده های مذکور درجسم رخ خواهد داد که برحسب این که تاثیر کدام پدیده جنبه غالب داشته باشد، جسم از حیث خاصیت مغناطیسی به اسم آن پدیده نامگذاری می گردد.

 

1-4-1 دیامغناطیس

اجسامی که گشتاور مغناطیسی خالص هر یک از اتمهایشان درغیاب یک میدان خارجی برابر صفربوده و مغناطیس شدن آنها برخلاف میدان اعمالی باشد، اجسام دیامغناطیسی نامیده می شوند.میدان مغناطیسی دراجسام دیامغناطیسی معمولا به میزان بسیار ناچیزی از میدان اعمال شده کوچکتر است. مس ، روی، سیلیسیوم، نقره و جیوه نمونه هایی از مواد دیامغناطیسی هستند. در این مواد، قابلیت نفوذپذیری نسبی µrکوچکتر از واحد می باشد.

1-4-2 پارامغناطیس

در برخی از اجسام گرچه هر یک از اتمها دارای گشتاور خالص غیر صفر است ولی به دلیل اغتشاشات حرارتی موجود در درون آنها، دو قطبی های مغناطیسی فاقد هرگونه آرایش منظم بوده ودر کلیه جهات بطور تصادفی توزیع می شوند، به طوری که جسم از نظر مغناطیسی خنثی است.اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی دو قطبی های اتمی را تحت گشتاور قرار داده و آنها را به طورنسبی با خود هم جهت می سازد. هرچه میدان اعمالی قوی تر باشد، دو قطبی ها بهتر و بیشتر بامیدان هم جهت می شوند. در اجسام پارامغناطیسی، آرایش دو قطبی های مغناطیسی اتمها به گونه ای است که میدان کل حاصل از آنها هم جهت با میدان خارجی ولی بسیار ضعیفتر ازآن است .بنابراین میدان مغناطیسی در اجسام پارامغناطیس به میزان ناچیزی بزرگتر از میدان خارجی است.نمونه هایی از اجسام پارامغناطیسی شامل آلومینیوم، کرم، منگنز، قلع و پلاتین می باشند. در این اجسام قابلیت نفوذ نسبیrµ کمی بزرگتر از واحد می باشد.


مقطع : کارشناسی

بلا فاصاه بعد از خرید به ایمیلی که در مرحله بعد وارد می کنید ارسال می شود.

فایل word