الکتروموتور یا دینام بخش بسیار مهمی از سیستم انتقال نیرو است که می‌تواند انرژی الکتریکی را از منبع تغذیه گرفته و به انرژی مکانیکی تبدیل کند. این موتور الکتریکی می‌تواند از نوع تک فاز یا سه فاز باشد. موتورهای تک فاز القایی در طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی و خانگی که تنها منبع تک فاز در دسترس آن‌ها است، استفاده می‌شوند. این موتورها در محدوده کیلووات کوچکی تولید می‌شوند تا نیازهای کاربردهای مختلف مانند پنکه سقفی، میکسر مواد غذایی، یخچال، جاروبرقی، دریل قابل‌حمل، سشوار و… را برآورده کنند. در ادامه قصد داریم ضمن بررسی تفاوت الکتروموتورهای تک فاز و سه فاز، به معرفی انواع الکتروموتور تک فاز و عملکرد آن‌ها بپردازیم.
الکتروموتور تک فاز چیست؟
موتور تک فاز به یک ماشین دوار با نیروی الکتریکی اطلاق می‌شود که می‌تواند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند و تنها با استفاده از منبع تغذیه تک فاز کار می‌کند. بنابراین، به ما این امکان را می‌دهد که انرژی مکانیکی را با استفاده از ساده‌ترین و کارآمدترین روش تأمین کنیم. الکتروموتورهای تک فاز دارای دو نوع سیم‌کشی گرم و خنثی هستند و توان آن‌ها ممکن است تا ۳ کیلووات نیز باشد.
این الکتروموتورها در اغلب موارد، موتورهایی در ابعاد کوچک و گشتاور محدود هستند. بااین‌حال، انواعی از موتورهای تک فاز را می‌توان یافت که تا حداکثر ۱۰ اسب بخار توان تولید می‌کنند و قابلیت کار کردن تا حدود ۴۴۰ ولت را نیز دارند. آن‌ها میدان مغناطیسی ایجاد نمی‌کنند؛ بنابراین، برای استارت به خازن نیاز دارند. با توجه به اینکه تعمیر و نگهداری آن‌ها آسان است، برای استفاده در منازل، ادارات، فروشگاه‌ها و شرکت‌های کوچک غیر صنعتی بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند. بنابراین، از آن‌ها در رایج‌ترین وسایل الکتریکی مانند تهویه هوا، سیستم‌های باز و بسته شدن درب گاراژ، لوازم‌خانگی و… نیز بهره می‌گیریم.
تفاوت الکتروموتور تک فاز و سه فاز
دو نوع الکتروموتور یا دینام وجود دارند که شامل تک فاز و سه فاز هستند. موتورهای تک فاز ساختاری مشابه موتور سه فاز دارند. سیم‌پیچ AC روی استاتور و هادی‌های اتصال کوتاه که در یک روتور استوانه‌ای قرار می‌گیرند، ازجمله این شباهت‌ها هستند. بااین‌حال، تفاوت‌های زیادی نیز میان دو نوع موتور تک فاز و دو فاز وجود دارند. انواع الکتروموتور سه فاز نسبت به موتورهای تک فاز نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند. این در حالی است که الکتروموتورهای تک فاز سال‌ها عمر می‌کنند و نیاز به نگهداری چندانی ندارند.
انواع الکتروموتور تک فاز معمولاً در دستگاه‌ها و تجهیزاتی استفاده می‌شوند که به سطوح پایین‌تری از توان نیاز دارند؛ یا زمانی که استفاده از موتور سه فاز ناکارآمد است. آن‌ها معمولاً برای توان‌های کمتر از ۲ یا ۳ کیلووات استفاده می‌شوند. این در حالی است که موتورهای سه فاز معمولاً در صنعت کاربرد بیشتری دارند؛ زیرا قدرت آن‌ها بیش از ۱۵۰ درصد بیشتر از موتورهای تک فاز است و یک میدان مغناطیسی دوار سه فاز ایجاد می‌شود. الکتروموتورهای تک فاز برخلاف انواع سه فاز سلف استارتر یا خود راه‌انداز نیستند؛ بنابراین، راه‌اندازها را می‌توان ازجمله موارد موردنیاز برای هر دینام تک فاز دانست.
بزرگ‌ترین تفاوت الکتروموتور سه فاز و تک فاز، منبع تغذیه آن‌ها است. علاوه بر این، ازآنجایی‌که فقط یک فاز یا جریان متناوب وجود دارد، ولتاژ تغییر نمی‌کند. درحالی‌که راه‌اندازی یک موتور تک فاز می‌تواند نویز داشته باشد و ارتعاش ایجاد کند، موتورهای سه فاز ارتعاش ایجاد نمی‌کنند و نویز کمتری دارند. ازنظر قیمت الکتروموتورها نیز می‌توان موتورهای سه فاز را گران‌تر و انواع الکتروموتور تک فاز را مقرون‌به‌صرفه تر دانست.
انواع الکتروموتور تک فاز
- الکتروموتور فاز شکسته: یکی از الکتروموتورهای القایی تک فاز، نوع فاز شکسته است که دو پیچه اصلی و پیچه استارت را در ساختار خود جای می‌دهد. به‌منظور ایجاد مقاومت بالاتر، سیم‌های نازک‌تری در ساختار پیچه استارت به‌کاررفته‌اند که تعداد دور نسبتاً کمتری دارند. این پیچه موجب حفظ تداوم در حرکت پیچه اصلی می‌شود و معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شود که گشتاور پایین نیاز دارند و به‌طور مداوم روشن و خاموش نمی‌شوند.
- الکتروموتور با خازن راه‌انداز (استارت خازن): در این نوع دینام مشاهده می‌کنیم که ایجاد اختلاف‌فاز موردنیاز، به کمک خازن راه‌انداز یا همان خازن استارتر (Starter) میسر می‌شود. استفاده از خازن استارتر تنها تا زمانی ادامه دارد که اختلاف‌فاز موردنیاز، میان دو سیم‌پیچ کمکی و اصلی ایجاد شود. ازآنجایی‌که خازن جریان اصلی را می‌کشد، استفاده از خازن باعث افزایش زاویه فاز بین دو جریان (اصلی و کمکی) شده و درنتیجه گشتاور راه‌اندازی می‌شود. در اینجا، خازن از نوع خشک الکترولیتی است که فقط برای استفاده از جریان متناوب طراحی شده است. با توجه به ارزان بودن خازن‌ها، این موتورها در کاربردهای وسیع محبوبیت دارند.
- الکتروموتور رله‌ای (با خازن دائم کار): برخلاف خازن استارتر، استفاده از خازن دائمی در مدار تداوم می‌یابد تا بازدهی موتور و گشتاور تولیدشده به مقدار بهینه برسند. با توجه به نوع کاربرد و عملکرد خازن دائمی در الکتروموتور رله‌ای، نیازی به کلید گریز از مرکز برای خازن نیست. خازن در این الکتروموتور قادر به کار مداوم است. مقاومت این خازن در برابر آسیب‌های احتمالی بیشتر از نوع خازن استارتر است.
باوجوداینکه گشتاور راه‌اندازی تولیدشده توسط این موتورها به‌طور قابل‌توجهی کمتر از گشتاور موتور خازن استارتر است، اما همچنان می‌توان از آن به‌عنوان استارتر نیز بهره گرفت. بااین‌حال، شرایط بالعکس و استفاده از خازن استارتر به‌جای خازن دائمی احتمال خرابی آن را افزایش می‌دهد و انجام آن مناسب نیست. ضریب قدرت و راندمان بیشتر ازجمله ویژگی‌های اصلی الکتروموتور رله‌ای هستند. بااین‌حال، گشتاور راه‌اندازی در این موتورها بسیار کمتر است؛ حدود ۸۰ درصد گشتاور بار کامل. - الکتروموتور کلاچ دار (القایی دو خازنی): بهره‌گیری از هردو نوع خازن (استارتر و دائمی) در یک الکتروموتور، ایده‌ای بود که درنهایت موجب افزایش بهره‌وری بیشتر و بهینه‌سازی عملکردهای مختلف موتور شامل راه‌اندازی، سرعت‌گیری و کار مداوم شد. با توجه به عملکرد بسیار مطلوب الکتروموتور کلاچ دار در مقایسه با دو نوع رله‌ای و خازن استارتر، محبوبیت آن نیز بسیار بیشتر است. لازم به ذکر است که این موتور از آرایش سیم‌پیچی مشابه موتور استارت خازن در هنگام راه‌اندازی و موتور خازن دائمی در شرایط کار استفاده می‌کند. هنگام راه‌اندازی، هردو خازن به‌صورت سری با سیم‌پیچ کمکی متصل می‌شوند. بنابراین، گشتاور راه‌اندازی موتور در مقایسه با دیگر انواع الکتروموتور تک فاز بیشتر است.
هنگامی‌که موتور کمی سرعت پیدا کرد، خازن استارتر توسط سوئیچ گریز از مرکز قطع می‌شود و خازن کار دائم را به‌صورت سری با سیم‌پیچ کمکی رها می‌کند. بنابراین، هردو سیم‌پیچ در طول شرایط کاری باقی می‌مانند. درنتیجه، شرایط ضریب قدرت و راندمان موتور بهبود می‌یابد. الکتروموتورهای کلاچ دار به دلیل گشتاور راه‌اندازی بالا و ضریب قدرت بهتر، پرکاربردترین موتورهای تک فاز هستند. - الکتروموتور القایی قطب چاکدار (قطب سایه‌دار): الکتروموتورهای قطب چاکدار را در بازار با نام دینام قطب سایه‌دار نیز می‌شناسند. این موتور نسبت به سایر الکتروموتورها قیمت کمتری دارد و گزینه مقرون‌به‌صرفه‌تری است؛ اما عملکرد آن در مقایسه با سایر الکتروموتورها چندان رضایت‌بخش نیست. این موتور از تکنیک کاملاً متفاوتی برای راه‌اندازی موتور در مقایسه با موتورهای دیگر استفاده می‌کند. استارت دینام قطب سایه‌دار با بهره‌گیری از روش شار میان قطب‌ها میسر می‌شود. الکتروموتور قطب سایه‌دار از سیم‌پیچ کمکی استفاده نمی‌کند یا حتی میدان چرخشی ندارد؛ اما میدانی که روی قطب‌ها را می‌چرخاند، برای به حرکت درآوردن موتور کافی است. بنابراین، میدان ازیک‌طرف قطب به سمت دیگر حرکت می‌کند.
به دلیل نوع استارت، گشتاور خروجی آن در مقایسه با سایر الکتروموتورهای تک فاز کمتر است. از طرف دیگر، لغزش بیشتری نسبت به سایر انواع الکتروموتور تک فاز دارد. اگرچه این موتورها دارای رتبه‌های کوچک، ناکارآمد و گشتاور راه‌اندازی پایینی هستند، اما به دلیل ویژگی‌های برجسته‌ای مانند استحکام، هزینه اولیه کم، اندازه کوچک و ساختار ساده در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند.
بخش های اصلی الکتروموتور تک فاز
الکتروموتورهای تک فاز القایی ازجمله پرکاربردترین و محبوب‌ترین دینام‌های موجود در بازار به شمار می‌آیند. این دینام‌ها از دو بخش اصلی تشکیل‌شده‌اند که عبارتنداز:
- استاتور: استاتور یک قطعه ثابت و دارای ساختار لمینت است که از مهروموم تشکیل می‌شود. این مهر زنی شامل شکاف‌هایی در حاشیه آن برای حمل سیم‌پیچ استاتور است. این سیم‌پیچ با یک منبع تغذیه AC تک فاز تحریک می‌شود.
- روتور: روتور قسمتی چرخان بوده و ساختار آن از نوع قفس سنجابی است. روتور از میله‌های آلومینیومی یا مسی بدون عایق تشکیل شده است که در شکاف‌ها قرار می‌گیرند. میله‌های روتور در هردو انتها با کمک حلقه‌های انتهایی به‌طور دائمی کوتاه می‌شوند.
رایج ترین و پرکاربرد ترین الکتروموتور تک فاز
الکتروموتورهای القایی تک فاز با منبع AC تک فاز کار می‌کنند و به‌طور گسترده در کاربردهای کم‌مصرف مانند لوازم‌خانگی استفاده می‌شوند. این موتورها ابعاد کوچکی دارند و هزینه ساخت آن‌ها کمتر است. همان‌طور که اشاره شد، دینام‌های القایی تک فاز دارای دو بخش اصلی هستند. استاتور و روتور بکار رفته در ساختار این موتورها، کم‌وبیش شبیه به موتور القایی قفس سنجابی سه فاز است. هیچ ارتباط فیزیکی میان استاتور و روتور نیست؛ اما یک شکاف کوچک و یکنواخت بین آن‌ها وجود دارد.
روتور به‌عنوان یک رسانا عمل می‌کند که وقتی در میدان مغناطیسی استاتور قرار می‌گیرد، یک emf در آن القا می‌شود. به‌این‌ترتیب، میدان مغناطیسی خود را تولید می‌کند که بیشتر با میدان استاتور برای تولید گشتاور تعامل دارد. هرگاه یک منبع AC تک فاز به سیم‌پیچ استاتور داده شود، یک میدان مغناطیسی متناوب در اطراف استاتور ایجاد می‌شود. به دلیل ماهیت ضربانی میدان که برای هر نیم چرخه معکوس می‌شود، نمی‌تواند چرخش را در روتور قفس سنجاب ثابت کند.
الکتروموتورها می‌توانند به‌واسطه انواع گیربکس صنعتی به دستگاه مصرف‌کننده توان متصل شوند. دینام‌های تک فاز مزایای متعددی دارند. ساخت انواع الکتروموتور تک فاز هزینه کمتری نسبت به سایر موتورها دارد. این موتورها معمولاً تعمیر و نگهداری بسیار کمتر و آسان‌تری دارند و در اغلب موارد، اصلاً نیاز به تعمیر پیدا نمی‌کنند. درواقع بیشتر مشکلات و خرابی‌های موتور تک فاز به‌جای نقص در ساخت خود موتور، ناشی از کاربرد نامناسب است. بنابراین، استفاده و نگهداری مناسب از آن‌ها موجب سال‌ها دوام آن‌ها می‌شود.
2 پاسخ
سلام، وقت بخیر. یکی از مشکلات کار با الکتروموتور ها داغ شدنشون هست. ممنون میشم در مورد روش های خنک کاری الکترموتور هم توضیح بدین.
سلام دوست عزیز، برای اشنایی با روش های خنک کاری الکتروموتور ها میتونین به مقاله “روش های خنک کاری الکتروموتور ” مراجعه کنین.