انواع موتورهای سه فاز: موتورهای سنکرون و القایی

در این مقاله نگاهی به تفاوت موتورهای سنکرون و القایی و همچنین دو نوع موتور القایی قفس سنجابی و روتور سیم‌پیچی شده خواهیم داشت.

موتورهای 3 فاز ستون فقرات اتوماسیون و فرآیندهای صنعتی هستند. این موتورها قادر به تامین نیروی کارآمد برای طیف وسیعی از کاربردهای ماشینی و اتوماسیون هستند.

بااین‌حال، همه موتورهای سه‌فاز به طور یکسان ایجاد نمی‌شوند و می‌توان آنها را بر اساس ساختار و فرایندهای آنها برای استفاده از پتانسیل الکتریکی دسته‌بندی کرد.

موتورهای 3 فاز یا سنکرون یا آسنکرون هستند (که به عنوان موتورهای القایی نیز شناخته می شوند). موتورهای آسنکرون (القایی) را می توان بر اساس ساختارشان به دو نوع مختلف تقسیم کرد: موتور القایی قفس سنجابی و موتور القایی روتور ‌سیم پیچی شده.

موتور سنکرون در مقابل موتور القایی

موتور سنکرون چیست؟

یک موتور سنکرون 3 فاز با سرعت سنکرون کار می کند و قطب های روتور با قطب های دوار استاتور هم تراز هستند. هنگامی که قطب ها در یک راستا قرار دارند، گفته می شود که موتور با سرعت سنکرون کار می کند. این نوع موتور همیشه با سرعت سنکرون کار می کند، یعنی سرعت متغیر با موتور سنکرون امکان پذیر نیست.

موتورهای سنکرون به منبع تغذیه DC ثانویه برای تغذیه و مغناطیسی روتور نیاز دارند، جریان DC از طریق استفاده از حلقه‌های تقسیم شده به موتور تغذیه می‌شود. همچنین می‌توان از آهنرباهای دائمی روی روتور استفاده کرد. ازآنجایی‌که موتور برای کارکردن باید با سرعت سنکرون کار کند، معمولاً یک مکانیسم راه‌اندازی لازم است تا موتور در سرعت کار یا نزدیک به آن بچرخد تا موتور بتواند به‌درستی کار کند.

منبع تغذیه DC برای روتور معمولاً از منبع AC اصلی تأمین می‌شود و در مدار DC عرضه شده به روتور یک‌سو می‌شود، بنابراین درحالی‌که دو ولتاژ تغذیه متفاوت موردنیاز است، هر دو از منبع AC ورودی 3 فاز استفاده می‌کنند.

موتور القایی چیست؟

موتورهای القایی بر اساس اصولی متفاوت از موتورهای سنکرون کار می‌کنند.

القا فرایند ایجاد جریان در یک هادی با قراردادن آن در نزدیکی یا داخل یک میدان مغناطیسی متغیر است. القای فقط در مدارهای جریان AC  امکان‌پذیر است؛ زیرا تغییر میدان مغناطیسی در هنگام تغییر جریان بین حالت‌ها است که باعث جریان القایی می‌شود.

آمار موتورهای القایی از این اصل برای ایجاد گشتاور مکانیکی از تغییر مغناطیسی ثابت ایجاد شده با جریان متناوب در سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌کنند. ازآنجایی‌که استاتور با استفاده از سه‌فاز تغذیه می‌شود، یک میدان مغناطیسی دوار تولید می‌شود که دائماً نسبت به روتور تغییر می‌کند.

ازآنجایی‌که چرخش میدان مغناطیسی نسبت به روتور است، روتور در یک حالت ثابت تلاش می‌کند تا میدان مغناطیسی در حال چرخش را بگیرد. این بدان معنی است که یک موتور القایی همیشه کندتر از سرعت میدان مغناطیسی دوار می‌چرخد.

موتورهای سنکرون

بیایید نگاهی دقیق‌تر به موتورهای سنکرون بیندازیم. ازآنجایی‌که یک موتور سنکرون یک موتور القایی نیست، یک منبع الکتریکی باید به روتور متصل شود. برای اینکه سیم‌پیچ‌های روتور به‌درستی انرژی داده شود، نیاز به برق DC دارد. 

علاوه بر منبع تغذیه DC، موتورهای سنکرون به مکانیزم راه‌اندازی نیاز دارند تا موتورها را به‌سرعت سنکرون برسانند تا موتورها بتوانند در شرایط اجرایی کار کنند. 

یک موتور سنکرون را می‌توان به‌گونه‌ای تنظیم کرد که ضریب توان عقب‌مانده، یکپارچه باشد یا با تغییر تحریک در روتور. موتورهای القایی همیشه در حالت تأخیر هستند. 

از آنجایی که موتورهای سنکرون اغلب پیچیده‌تر هستند، معمولاً به قطعات بیشتری نیاز دارند و بنابراین گران‌تر هستند. اگرچه هزینه آنها ممکن است در ابتدا بیشتر باشد، اما آنها تمایل دارند کارآمدتر از موتورهای القایی باشند، که امکان جبران تفاوت در هزینه را در طول زمان فراهم می کند. 

انواع موتورهای القایی

حال بیایید دو نوع موتور القایی را بررسی کنیم.

موتورهای قفس سنجاب 

موتور قفس سنجابی یک موتور القایی است که نام خود را از شکل و پیکربندی روتور داخل آن گرفته است. موتورهای قفس سنجابی هیچ منبع الکتریکی متصل به روتور ندارند، آنها پتانسیل الکتریکی را در روتور صرفاً از طریق القای به دست می‌آورند.

این موتورها بسیار ساده هستند و به همین دلیل می‌توان هزینه‌های نگهداری و هزینه‌های ساخت را تا حد زیادی کاهش داد. آنها نیازی به جاروبک یا واردکردن جریان DC ندارند. این موتورها برای کاربرد در محیط‌های سخت مقاوم هستند. 

موتورهای قفس سنجابی موتورهای کوچک مؤثری هستند؛ اما وقتی به‌عنوان موتورهای بزرگ‌تر کیلووات بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند، به دلیل جذب گشتاور بالا در هنگام راه‌اندازی، دارای یک نقطه‌ضعف هستند. به همین دلیل، آنها در کاربردهای راه‌اندازی با گشتاور بالا کارایی کمتری دارند، اما به‌طورکلی کارآمدتر از موتورهای روتور پیچشی در سایر کاربردها هستند. بدون وجود مقاومت متغیر در روتور، موتورهای قفس سنجابی توانایی کنترل سرعت را ندارند. 

موتورهای روتور سیم ‌پیچی شده

مشابه موتورهای قفس سنجابی، موتورهای روتور سیم‌پیچی شده هیچ منبع الکتریکی متصل به روتور ندارند، آنها پتانسیل الکتریکی را در روتور صرفاً از طریق فرایند القایی به دست می‌آورند.

استاتور در موتور روتور سیم‌پیچی شده شبیه موتور قفس سنجابی است، اما روتور متفاوت ساخته شده است. روتور شامل حلقه‌های لغزشی و جاروبک‌هایی است که الکتریسیته را به آن هدایت می‌کنند، چراکه روتور درون یک موتور روتور سیم‌پیچی شده، عایق شده است.

هدف از حلقه‌های لغزش ایجاد مقاومت به‌صورت سری با سیم‌پیچ‌های روتور در حین راه‌اندازی موتور است. این به کاهش مقدار جریان موتور هنگام راه‌اندازی کمک می‌کند.

هنگامی که موتورهای قفس سنجابی راه‌اندازی می‌شوند، جریان حاضر می‌تواند نزدیک به 1000٪ باشد که باعث ایجاد مشکل در راه اندازی موتورهای بزرگ می شود.

موتورهای روتور سیم‌پیچی شده پیچیده‌تر و گران‌تر از موتورهای قفس سنجابی هستند، با مکانیسم‌های اضافه شده برای برس‌ها و حلقه‌های لغزنده. این هزینه برای موتورهای بزرگ‌تر که ممکن است در هنگام راه‌اندازی جریان بیش از حد تولید کنند، ضروری است.

افزایش گشتاور موجود در یک موتور روتور سیم‌پیچی شده باعث می‌شود که آنها در کاربردهای با گشتاور بالا مانند آسانسورها و نوار نقاله‌ها مفیدتر باشند. آنها همچنین در مواردی که سرعت موتورهای متفاوتی ضروری است سودمند هستند؛ زیرا سرعت موتور را می‌توان با افزودن مقاومت متغیر به مدار روتور مشابه فرایند مورداستفاده در راه‌اندازی موتور تغییر داد.  

موتورهای سه فاز در یک نگاه

درحالی‌که قطب‌های یک روتور در یک موتور سنکرون با سرعت قطب‌های استاتور مطابقت دارد، موتورهای القایی دارای روتورهایی هستند که سعی می‌کنند میدان مغناطیسی را در قطب‌های استاتور  بگیرند.

هنگام انتخاب یک موتور سه فاز، مهم است که نحوه استفاده از موتور، نوع محیطی که در آن استفاده می شود، بازده انرژی موتور و البته هزینه آن در نظر گرفته شود. موتورهای سه فاز برای تعدادی از فرآیندهای اتوماسیون و تولید مفید هستند، اگرچه همه آنها یکسان عمل نمی کنند.