می‌دانیم که وظیفه اصلی یک موتور تغییر انرژی از شکلی به شکل دیگر مانند الکتریکی به مکانیکی است. دسته‌بندی موتورها را می‌توان بر اساس نوع عرضه به انواع موتورهای AC و موتورهای DC انجام داد. در زیرمجموعه موتورهای AC و DC، انواع مختلفی از موتورها وجود دارد که شامل موتورهای القایی، موتور رلوکتانس، شنت DC، PMDC، پله‌ای، سنکرون و… می‌شود.
فهرست مطالب
این مقاله مروری بر انواع مختلف موتورهای القایی و عملکرد آنها دارد. این موتور پرکاربردترین موتور AC است که به آن موتور آسنکرون نیز می‌گویند زیرا این موتور در مقایسه با سرعت سنکرون با سرعت کمتری کار می‌کند. در اینجا، سرعت سنکرون چیزی نیست جز سرعت میدان مغناطیسی دوار درون استاتور.
موتور القایی چیست؟
موتوری که فقط سیم‌پیچی آمورتیسور دارد، موتور القایی نامیده می‌شود. موتور القایی از نظر ساخت‌وساز در اکثر موارد، معمول‌ترین ماشین الکتریکی است. موتور القایی بر اساس اصل القایی کار می‌کند که در آن میدان الکترومغناطیسی به روتور القا می‌شود که میدان مغناطیسی دوار استاتور روتور ساکن را قطع می‌کند. ماشین‌های القایی تا حد زیادی رایج‌ترین نوع موتور مورداستفاده در محیط‌های صنعتی، تجاری یا مسکونی هستند. این یک موتور AC سه‌فاز است.
ویژگی‌های بارز آن عبارت‌اند از:
- ساخت‌وساز ساده و مستحکم
- هزینه کم و حداقل تعمیر و نگهداری
- قابلیت اطمینان بالا و مهارت کافی بالا
- نیازی به موتور راه‌اندازی اضافی و همگام‌سازی ندارد.
قطعات اصلی یک موتور القایی چیست؟
یک موتور القایی اساساً دارای دو بخش است: استاتور و روتور.
- استاتور: استاتور از مهر زنی‌های مختلف با شکاف‌هایی برای حمل سیم‌پیچ‌های سه‌فاز تشکیل شده است. برای تعداد مشخصی از قطب‌ها زخم شده است. سیم‌پیچ‌ها به‌صورت هندسی 120 درجه از هم جدا شده‌اند. دو نوع روتور در موتورهای القایی استفاده می‌شود: روتور قفس سنجابی و روتور سیم پیچی شده. هیچ جریان میدان DC برای راه اندازی دستگاه مورد نیاز نیست. ولتاژ روتور در سیم‌پیچ‌های روتور القا می‌شود نه اینکه به صورت فیزیکی توسط سیم وصل شود.
- روتور: روتور قسمت دوار مدار الکترومغناطیسی است. رایج‌ترین نوع روتور قفس سنجابی است. روتور شامل یک هسته چندلایه استوانه‌ای با شکاف‌های موازی محوری برای حمل هادی‌ها است. هر شکاف دارای یک نوار مس، آلومینیوم یا آلیاژ است. روتور موتورهای القایی سه‌فاز اغلب به‌عنوان یک لنگر به کار می‌رود. هدف این نام، شکل لنگر روتورهایی است که در دستگاه‌های الکتریکی بسیار اولیه استفاده می‌شد. در تجهیزات الکتریکی، سیم‌پیچ لنگر توسط میدان مغناطیسی القا می‌شود، اگرچه روتور این قسمت را در موتورهای القایی سه‌فاز می‌گیرد.
یک موتور القایی همان استاتور فیزیکی یک ماشین سنکرون با توسعه روتور جایگزین دارد. موتور القایی ممکن است به‌عنوان موتور یا ژنراتور کار کند. از طرف دیگر، آنها اساساً به‌عنوان موتورهای القایی استفاده می‌شوند.
اصل کار موتور القایی
اصل کار موتور القایی این است که AC در روتور موتور برای تولید گشتاور لازم است که از طریق القای الکترومغناطیسی حاصل از میدان مغناطیسی دوار سیم‌پیچ استاتور به دست می‌آید.
انواع موتورهای القایی
موتورهای القایی به دو نوع موتور القایی تک‌فاز و موتور القایی سه‌فاز تقسیم (اسپلیت) می‌شوند. همان‌طور که از نام آنها پیداست، یک موتور القایی 1 فاز به منبع تغذیه AC تک‌فاز متصل می‌شود درحالی‌که موتور القایی 3 فاز می‌تواند به منبع تغذیه AC سه‌فاز متصل شود. مجدداً این نوع موتورهای القایی به چند زیرمجموعه طبقه‌بندی می‌شوند. تک‌فاز به چهار نوع طبقه‌بندی می‌شود درحالی‌که 3 فاز به دو نوع طبقه‌بندی می‌شود.
موتور القایی تک فاز
موتور القایی تک‌فاز خود راه‌انداز نیست. هنگا‌می‌که موتور به منبع تغذیه تک‌فاز متصل می‌شود، سیم‌پیچ اصلی جریان متناوب را حمل می‌کند. منطقی است که کم‌هزینه‌ترین موتور از بابت خرید و نگهداری به طور منظم مورداستفاده قرار گیرد. این موتورها بر اساس نحوه شروع بکار انواع مختلفی دارند؛ زیرا خود شروع نیستند. اینها موتورهای فاز تقسیم (اسپلیت)، قطب سایه‌دار و موتورهای خازن هستند. مجدداً موتورهای خازن عبارت‌اند از: استارت خازن، کارکرد خازن و موتورهای خازن دائمی. موتور خازن دائمی در زیر نشان‌داده‌شده است.
در این نوع موتورها، سیم‌پیچ استارت می‌تواند یک خازن سری و یا یک کلید گریزازمرکز داشته باشد. هنگا‌می‌که ولتاژ تغذیه اعمال می‌شود، جریان در سیم‌پیچ اصلی به دلیل مقاومت سیم‌پیچ اصلی نسبت به ولتاژ منبع تأخیر دارد و جریان در سیم‌پیچ استارت بسته به مقاومت مکانیزم راه‌اندازی، ولتاژ منبع تغذیه را هدایت می‌کند.
زاویه بین دو سیم‌پیچ به‌اندازه اختلاف‌فاز کافی است تا میدان بزرگ چرخشی برای تولید گشتاور شروع ایجاد کند. در نقطه‌ای که موتور به 70 تا 80 درصد سرعت سنکرون می‌رسد، یک کلید گریز از مرکز روی شفت موتور باز می‌شود و سیم پیچ راه اندازی را قطع می‌کند.
انواع موتور القایی تک فاز
موتورهای القایی تک‌فاز به چهار نوع موتور القایی مانند فاز تقسیم (اسپلیت) شده، استارت خازن، استارت و کار خازن و موتور القایی قطب سایه‌دار طبقه‌بندی می‌شوند.
موتور القایی فاز اسپلیت: نام جایگزین یک موتور القایی فاز تقسیم (اسپلیت) شده یک موتور استارت مقاومتی است. این نوع موتور شامل یک استاتور و روتور تک قفسی است که استاتور شامل دو سیم‌پیچ به نام سیم‌پیچ راه‌اندازی و همچنین سیم‌پیچ اصلی است. این دو سیم‌پیچ 90 درجه در فضا جابه‌جا می‌شوند. سیم‌پیچ شروع شامل راکتانس القایی کمتر و مقاومت بالا است درحالی‌که سیم‌پیچ اصلی دارای مقاومت بسیار کمتر و همچنین راکتانس القایی بالا است.
این نوع موتور هزینه کمتری دارد و برای بارهایی که به‌راحتی شروع می‌شوند و فرکانس راه‌اندازی را می‌توان محدود کرد مناسب است. این موتور برای درایوهایی که به بیش از 1 کیلووات نیاز دارند به دلیل گشتاور راه‌اندازی کمتر قابل‌استفاده نیست. کاربردهای موتور سلف فاز تقسیم (اسپلیت) عمدتاً شامل ماشین لباسشویی، صیقل دهنده‌های کف، فن‌های AC، آسیاب میکسر، دمنده‌ها، پمپ‌های گریزازمرکز، دستگاه حفاری و تراش است.
موتور القایی استارت خازن: موتور القایی استارت خازن یک موتور تک‌فاز است که شامل یک استاتور و همچنین یک روتور با یک قفس است. استاتور این موتور عمدتاً شامل دو سیم‌پیچی به نام سیم‌پیچ اصلی و یک سیم‌پیچ کمکی است. نام جایگزین یک سیم‌پیچ کمکی در حال شروع سیم‌پیچ است. در موتورسازی چیدمان این دو سیم‌پیچ به‌صورت 90 درجه به صورت مجزا در فضا قابل انجام است.
- موتور القایی استارت خازن در جاهایی استفاده می‌شود که به استارت‌های مکرر مانند بارهای اینرسی بالاتر نیاز است.
- این نوع موتور برای به حرکت درآوردن کمپرسورها، پمپ‌ها، ماشین‌آلات و نوار نقاله‌ها استفاده می‌شود.
- در کمپرسورهای AC و یخچال‌ها استفاده می‌شود
موتور القایی استارت و کارکرد خازن
اصل کار موتور القایی خازن مانند موتور القایی استارت خازن است. ما می‌دانیم که یک موتور القایی 1 فاز خود راه‌اندازی نمی‌شود؛ زیرا میدان مغناطیسی ایجاد شده از نوع چرخشی نیست؛ بنابراین برای تولید میدان مغناطیسی دوار، موتورهای القایی به اختلاف‌فاز نیاز دارند. در موتورهای القایی فاز تقسیم (اسپلیت) شده، مقاومت باید وجود داشته باشد تا اختلاف‌فاز ایجاد شود، اما در این موتورها. خازن تفاوت فاز ایجاد می‌کند.
یک حقیقت وجود دارد که جریانی که در سرتاسر خازن جریان دارد ولتاژ را هدایت می‌کند در موتورهای راه اندازی تک خازن (capacitor start) و دو خازنه (Capacitor-Start Capacitor-Run Motor)، دو سیم‌پیچی مانند سیم‌پیچ اصلی و راه‌اندازی وجود دارد.
در سیم‌پیچ راه‌اندازی، یک پیوند در داخل خازن وجود دارد، بنابراین جریان تأمین شده در خازن، ولتاژ اعمال شده را از طریق برخی از زاویه‌ها هدایت می‌کند. این دو موتور دارای گشتاور راه‌اندازی بالا هستند، بنابراین عمدتاً در آسیاب، نوار نقاله، کمپرسور، تهویه‌مطبوع و غیره استفاده می‌شوند.
موتور القایی قطب سایه‌دار
این یک موتور القایی تک‌فاز خود راه‌انداز است که یکی از قطب‌های آن را می‌توان از طریق حلقه مسی که به آن حلقه سایه‌دار نیز می‌گویند سایه انداخته شود. عملکرد اصلی این حلقه در موتور مانند سیم‌پیچ ثانویه است.
این نوع موتور به‌سادگی به یک روش خاص می‌چرخد و حرکت معکوس موتور امکان‌پذیر نیست. در این موتور تلفات توان بسیار زیاد، ضریب توان کمتر و گشتاور راه‌اندازی القایی نیز می‌تواند بسیار کم باشد. راندمان این موتور به دلیل طراحی کوچک و توان پایین آن ضعیف است. کاربردهای موتور القایی قطب سایه‌دار به دلیل راه‌اندازی آسان و هزینه کم در دستگاه‌های کوچک مانند فن، رله است.
از این موتور در سشوارها، اگزوز فن‌ها، پنکههای رومیزی، تهویه‌مطبوع، فن‌های خنک‌کننده، دستگاه‌های برودتی، پخش‌کننده‌های ضبط، پروژکتور، ضبط‌صوت، دستگاه‌های فتوکپی استفاده می‌شود. همچنین از این موتورها برای راه‌اندازی ساعت‌های الکترونیکی و همچنین موتورهای زمان‌بندی سنکرون 1 فاز استفاده می‌شود.
برنامه های کاربردی موتور القایی تک فاز
کاربردهای موتور القایی تک‌فاز عبارت‌اند از: کاربردهای کم‌مصرف و به طور گسترده در مصارف خانگی و صنعتی استفاده می‌شود و برخی از آنها در زیر ذکر شده است
- پمپ‌ها
- کمپرسورها
- پنکههای کوچک
- میکسرها
- اسباب‌بازی
- جاروبرقی‌های پر سرعت
- ریش‌تراش‌های برقی
- ماشین‌آلات حفاری
موتور القایی سه فاز
این موتورها خود راه‌انداز هستند و از خازن، سیم‌پیچ استارت، سوئیچ گریزازمرکز یا دستگاه راه‌اندازی دیگر استفاده نمی‌کنند. موتورهای القایی AC سه‌فاز به طور گسترده در کاربردهای صنعتی و تجاری استفاده می‌شوند. اینها دو نوع هستند، موتورهای قفس سنجابی و موتورهای حلقه لغزنده. موتورهای قفس سنجابی به دلیل ساختار ناهموار و طراحی ساده بسیار مورداستفاده قرار می‌گیرند. موتورهای حلقه لغزش برای داشتن گشتاور راه‌اندازی بالا به مقاومت‌های خارجی نیاز دارند.
موتورهای القایی در لوازم‌خانگی و صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرند زیرا در ساختار مقاوم بوده، به‌سختی نیاز به تعمیر و نگهداری دارند، نسبتاً ارزان هستند و فقط به استاتور نیاز دارند.
انواع موتور القایی سه فاز
یک موتور القایی سه فاز شامل دو جزء ضروری استاتور و روتور است. در این موتور قسمت ثابت استاتور است در حالی که قسمت دوار روتور است. در این موتور بار به شفت متصل می‌شود. سیم پیچ آرمیچر سه فاز را می‌توان روی استاتور پیچاند. هنگا‌می‌که جریان 3 فاز متعادل در سراسر این سیم پیچ تامین می‌شود، آنگاه یک میدان مغناطیسی دوار با دامنه پایدار می‌تواند در شکاف هوا تشکیل شود.
این سیم‌پیچ آرمیچر می‌تواند به منبع تغذیه سه‌فاز متصل شود و جریان بار را حمل کند. این نوع موتور بر اساس ساختار خود به دو نوع مانند روتور قفس سنجابی و روتور سیم‌پیچی شده تقسیم می‌شود.
موتور القایی قفس سنجابی
ساخت موتور القایی قفس سنجابی بسیار ساده است. در این موتور، روتور شامل یک هسته استوانه‌ای است که می‌توان آن را لمینیت کرد و دارای شکاف‌هایی در حاشیه خارجی است. این شکاف‌ها قابل‌مقایسه نیستند و در برخی زوایا پیچ‌خورده‌اند.
این شکاف‌ها به جلوگیری از قفل‌شدن مغناطیسی در بین دندانه‌های استاتور و روتور کمک می‌کنند تا عملکرد بهتری داشته باشد و صدا کاهش یابد. این موتورها شامل روتورهای میله‌ها به‌جای سیم‌پیچ روتور هستند که در آن میله‌ها با برنج، آلومینیوم و در غیر این صورت مس ساخته می‌شوند.
در این نوع موتور، سیم‌پیچی روتور شامل یک میله آلومینیومی است که در غیر این صورت مس عایق نشده در شیارهای روتور نیمه‌بسته ثابت شده است. در هر دو سر این موتور، هادی‌ها از طریق حلقه انتهایی مواد مشابه به هم متصل می‌شوند. در نتیجه، این نوع روتور شبیه به قفس سنجاب است، بنابراین به‌عنوان موتور القایی قفس سنجابی شناخته می‌شود.
موتور القایی روتور یا حلقه لغزنده
به موتور القایی حلقه لغزشی، موتور روتور سیم‌پیچی شده نیز گفته می‌شود. در این موتور روتور شامل یک هسته استوانه‌ای چندلایه است. مشابه قفس سنجاب، تعدادی شیار در حاشیه بیرونی وجود دارد. سیم‌پیچ روتور در داخل شکاف‌ها قرار می‌گیرد.
در روتور سیم‌پیچی شده، سیم‌پیچ‌های عایق شده در بالای روتور مانند روی استاتور پیچیده می‌شوند. سیم‌پیچ این روتور را می‌توان به طور یکنواخت توزیع کرد و معمولاً در مدل STAR
(ستارهای) متصل می‌شود. سه پایانه این اتصال STAR را می‌توان در سراسر حلقه لغزش خارج کرد؛ بنابراین به همین دلیل است که این موتور را موتور القایی حلقه لغزنده می‌نامیم.
چرا موتور القایی سه فاز خود راه اندازی می شود؟
در یک موتور سه فاز، 3 خط تک فاز از طریق اختلاف فاز با 120 درجه وجود دارد. بنابراین میدان مغناطیسی دوار شامل یک اختلاف فاز مشابه است، بنابراین این اختلاف فاز روتور را می‌چرخاند.
به‌عنوان‌مثال، a، b و c را سه‌فاز در نظر بگیریم، زمانی که فاز ‘a’ مغناطیسی شده باشد، روتور به سمت فاز a تغییر خواهد کرد. در فاز دوم بعدی، ‘b’ مغناطیسی می‌شود، بنابراین روتور و بعد از آن فاز ‘c’ را مغناطیسی می‌کند. به‌این‌ترتیب روتور به طور مداوم می‌چرخد.
چرا موتور القایی 1 فاز خود راه انداز نمی‌شود؟
هنگا‌می‌که منبع تغذیه یک موتور القایی تک‌فاز است، یک میدان مغناطیسی ضربانی ایجاد می‌کند، نه چرخشی. جریان حاضر در سرتاسر یک هادی شار ایجاد می‌کند که می‌تواند به دو جزء تعیین شود، جایی که هر جزء با سرعت مشابه در جهت معکوس بچرخد.
بنابراین، شار خالص صفر خواهد شد. جریان القا شده در هادی‌‌های روتور صفر و گشتاور صفر می‌شود. در نتیجه موتور القایی تک‌فاز خود راه‌اندازی نمی‌شود.
برای غلبه بر این مشکل و برای اینکه این موتور خود راه‌اندازی شود، می‌توان این موتور را به طور موقت در تمام راه‌اندازی به یک موتور 2 فاز تبدیل کرد. به همین دلیل، استاتور موتور یک‌فاز از طریق سیم‌پیچ اضافی به سیم‌پیچ اصلی مانند سیم‌پیچ راه‌اندازی ارائه می‌شود؛ بنابراین، این سیم‌پیچ‌ها در سراسر منبع تغذیه 1 فاز قرار دارند.
سیم‌پیچی را می‌توان به‌گونه‌ای ترتیب داد که اختلاف‌فاز بین جریان‌های درون دو سیم‌پیچ استاتور بسیار زیاد باشد؛ بنابراین این موتور مانند یک موتور دوفاز عمل می‌کند. این دو جریان یک شار چرخشی ایجاد می‌کند که باعث می‌شود موتور تک‌فاز خود راه‌اندازی شود.
مزایای موتور القایی
ساختار موتور و نحوه تأمین نیروی الکتریکی همه به موتور القایی چندین مزیت می‌دهد که در شکل زیر نشان‌داده‌شده است و به طور خلاصه آنها را ببینیم.
کم‌هزینه: ماشین‌های القایی در مقایسه با موتورهای سنکرون و DC بسیار ارزان هستند. این به دلیل طراحی ساده موتور القایی است؛ بنابراین، این موتورها برای کاربردهای با سرعت ثابت در کاربردهای صنعتی و برای کاربردهای تجاری و خانگی که برق خط AC می‌تواند به‌راحتی وصل شود، به‌شدت ترجیح داده می‌شوند.
هزینه نگهداری کم: موتورهای القایی برخلاف موتورهای dc و موتورهای سنکرون موتورهایی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند. ساخت یک موتور القایی بسیار ساده است و ازاین‌رو تعمیر و نگهداری نیز آسان است و در نتیجه هزینه نگهداری پایینی دارد.
سهولت کار: کارکرد موتور القایی بسیار ساده است، زیرا به روتور اتصال الکتریکی وجود ندارد که به دلیل مقاومت کم سیم‌پیچ‌های دوار، برق و جریان الکتریکی توسط حرکت ترانسفورماتور روی روتور ایجاد شود. موتورهای القایی موتورهای خود راه‌انداز هستند. این می‌تواند منجر به کاهش تلاش موردنیاز برای تعمیر و نگهداری شود.
تغییرات سرعت: تغییرات سرعت موتور القایی تقریباً ثابت است. سرعت معمولاً فقط چند درصد تغییر می‌کند و از حالت بدون بار به بار مجاز تغییر می‌کند.
گشتاور راه‌اندازی بالا: گشتاور راه‌اندازی موتور القایی بسیار زیاد است که باعث می‌شود موتور برای عملیاتی که بار قبل از راه‌اندازی موتور اعمال می‌شود مفید باشد. موتور القایی سه‌فاز برخلاف موتورهای سنکرون دارای گشتاور خود راه‌اندازی خواهند بود. بااین‌حال، موتورهای القایی تک‌فاز دارای گشتاور خود راه‌اندازی نیستند و برای چرخش با استفاده از برخی وسایل کمکی ساخته می‌شوند.
دوام: یکی دیگر از مزایای اصلی موتورهای القایی دوام آن است. این باعث می‌شود دستگاه ایده‌آل برای بسیاری از مصارف باشد. این باعث می‌شود که موتور برای سال‌ها بدون هزینه و تعمیرکار کند.
تمام این مزایا باعث می‌شود که موتور القایی در بسیاری از کاربردها مانند صنعتی، خانگی و در بسیاری از کاربردها مورداستفاده قرار گیرد.
معایب موتور القایی
از معایب موتور القایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- در سراسر وضعیت بار سبک، ضریب توان بسیار کمتر است و جریان عظیمی را می‌کشد؛ بنابراین، تلفات مس می‌تواند زیاد باشد که باعث کاهش راندمان در سراسر وضعیت بار سبک می‌شود.
- گشتاور اولیه موتور القایی قفس سنجابی کم نیست.
- این یک موتور با سرعت ثابت است و این موتور در مواردی که سرعت متغیر نیاز است قابل‌استفاده نیست
- کنترل سرعت این نوع موتور آسان نیست
- این موتور دارای جریان هجومی راه‌اندازی بالایی است که باعث کاهش ولتاژ در ابتدای زمان می‌شود.
برنامه های کاربردی موتور القایی
از کاربردهای انواع موتور القایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- آسانسور
- جرثقیل‌ها
- بالابرها
- فن‌های اگزوز با ظرفیت بالا
- راه‌اندازی ماشین‌های تراش
- سنگ‌شکن‌ها
- کارخانه‌های استخراج روغن
- نساجی و…
بنابراین، این‌همه در مورد مروری بر انواع موتورهای القایی است. اساساً اینها بر اساس منبع ورودی به دو نوع اصلی مانند موتور القایی تک‌فاز و سه‌فاز تقسیم (اسپلیت) می‌شوند. باز هم این دو نوع موتور نیز به انواع مختلفی تقسیم (اسپلیت) می‌شوند که در بالا موردبحث قرار گرفت. در اینجا، موتور القایی تک‌فاز خود راه‌انداز نیست درحالی‌که موتور القایی سه‌فاز یک موتور خود راه‌انداز است. در اینجا یک سؤال از شما وجود دارد که وظیفه اصلی یک موتور القایی چیست؟
