موتور الکتریکی

موتور القایی تک فاز –  ساختار، کارکرد ، مدل ها و کاربردها

موتور القایی تک فاز -  ساختار، کارکرد ، مدل ها و کاربردها

موتور القایی تک فاز –  ساختار، کارکرد ، مدل ها و کاربردها 

موتور القایی تک فاز – ساختار ، بهره برداری و انواع موتورهای القایی یک فاز

موتورهای تک فاز نسبت به موتور القایی سه فاز برای مصارف خانگی و تجاری بیشتر ترجیح داده می شوند.

 در جایی که فقط برق تکفاز موجود است بنابراین ، در این نوع کاربردها ، موتور القایی سه فاز قابل استفاده نیست.

در پست بعدی ساختار و انواع موتورهای القایی تک فاز را با کارکرد و برنامه های کاربردی نشان خواهیم داد.

 ساختار موتور القایی تک فاز

یک موتور القایی تک فاز شبیه به موتور القایی قفس سنجابی سه فاز است ، به غیر از اینکه دو سیم پیچ تک فاز (به جای یک سیم پیچ سه فاز در موتورهای ۳ فاز) بر روی استاتور نصب شده و روتور در داخل استاتور قرار داده شود. بطوریکه آزادانه با کمک یاتاقان های نصب شده بر روی شافت موتور می چرخد.

ساختار موتور القایی تک فاز شبیه به ساختار موتور القایی سه فاز است.

 موتور القایی تکفاز
بخش های موتور القایی

مانند موتور القایی سه فاز ، موتور القایی تک فاز نیز دو بخش اصلی دارد.

  • استاتور
  • روتور

 استاتور

در استاتور ، تنها تفاوت در سیم پیچ استاتور است. سیم پیچ استاتور به جای سیم پیچ سه فاز ، سیم پیچ تک فاز است. هسته استاتور همان هسته موتور القایی سه فاز است.

در یک موتور القایی تک فاز ، دو سیم پیچ در استاتور وجود دارد به جز در موتور القایی چاکدار.

از میان این دو سیم پیچ ، یک سیم پیچ اصلی و دیگری سیم پیچ کمکی است.

هسته استاتور برای کاهش تلفات جریان گردابی لایه لایه ساخته شده است.

منبع تک فاز به سیم پیچ استاتور (سیم پیچ اصلی)  وصل می شود

 روتور

روتور موتور القایی تک فاز همان روتور موتور القایی قفس سنجابی است. به جای سیم پیچ روتور ، از میله های آلمینیومی ریخته گری شده در روتور استفاده می شود و در انتها توسط حلقه های انتهایی  اتصال کوتاه می شود. از این رو ، مسیر کاملی را در مدار روتور ایجاد می کند. میله های روتور برای افزایش مقاومت مکانیکی موتور به رینگ های انتهایی متصل می شوند.

شکاف های روتور به صورت اریب بوده و زاویه بین آن برای جلوگیری از کوپلینگ مغناطیسی به کار می رود.

 و همچنین از آن برای راه اندازی آرام و بی صدا موتور استفاده می شود.

شکل زیر استاتور و روتور موتور القایی تک فاز را نشان می دهد.

روتور و استاتور

عملکرد موتور القایی تک فاز

منبع تغذیه تک فاز به سیم پیچ استاتور (سیم پیچ اصلی) داده می شود.

جریان متناوب که از طریق سیم پیچ استاتور جریان می یابد ، شار مغناطیسی ایجاد می کند.

این شار به عنوان شار اصلی شناخته می شود.

حال فرض می کنیم که روتور در حال چرخش است و در یک میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ استاتور قرار می گیرد. طبق قانون فارادی ، جریان جاری شده در مدار روتور در یک مسیر بسته است. این جریان به عنوان جریان روتور شناخته می شود.

به دلیل وجود جریان در روتور ، شار مغناطیسی در اطراف سیم پیچ روتور ایجاد می شود. این شار به شار روتور معروف است.

دو شار وجود دارد. شار اصلی که توسط استاتور تولید می شود و دوم شار روتور است که توسط روتور تولید می شود .

اثر متقابل بین شار اصلی و شار روتور ، باعث ایجاد گشتاور و گردش روتور می شود.

 ماهیت میدان استاتور به طورکلی متناوب است. سرعت میدان استاتور همان سرعت سنکرون است. سرعت سنکرون موتور بستگی به تعداد قطب و فرکانس منبع دارد.

میدان استاتور توسط دو میدان گردان میتواند نشان داده شود. این میدان ها از نظر اندازه و بزرگی برابر هستند و در جهت مخالف می چرخند.

اگر Φm را میدان القا شده در سیم پیچ اصلی در نظر بگیریم. بنابراین ، این فوران  به دو قسمت مساوی تقسیم می شود و آن عبارتند از Φ / ۲ و Φ / ۲٫

از میان این دو قسمت ، یک قسمت Φ در جهت خلاف جهت عقربه های چرخیده و قسمت دوم Φ در جهت عقربه های ساعت در حال چرخش است. بنابراین ، میدان برایند  این میدان صفر است.

Φ = Φ – Φ b

فرمول فوران

Φ = ۰ 

اکنون  برایند را در زمان های مختلف در نظر بگیرید.

جهت فوران

هنگامی که یک موتور استارت می شود ، دو میدان همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است القا می شود. این دو میدان با یک اندازه و جهت مخالف هستند. بنابراین ، شار حاصل صفر است.

در این شرایط ، میدان استاتور نمی تواند میدان روتور قطع کند و در نتیجه گشتاور حاصل صفر است. بنابراین ، روتور نمی تواند بچرخد ، اما تولید صدا  می کند.

جهت فوران

حال بعد از چرخش ۹۰˚ در نظر بگیرید ، هر دو میدان چرخانده شده و به یک سمت هستند. بنابراین ، شار حاصل جمع هر دومیدان است.

Φ = Φ + Φ b

فرمول فوران

Φ = ۰ 

در این شرایط

برایند میدان برابر است با حداکثر میدان ناشی از استاتور. اکنون ، هر دو میدان بطور جداگانه می چرخند ودر واقع متناوب هستند.

بنابراین ، هر دومیدان قطع شده توسط مدار روتور و EMF در هادی روتور القا می شوند. به دلیل این EMF ، جریان راه اندازی در مدار روتور ایجاد می شود و شار روتور را القا می کند.

با توجه به اثر متقابل بین شار استاتور و  شار روتور موتور چرخش همچنان ادامه دارد. این نظریه خود را به عنوان نظریه گردش مضاعف و یا  تئوری گردش مضاعف شناخته شده است .   

حال ، از توضیحات بالا می توان نتیجه گرفت که موتور القایی تک فاز خود راه انداز نیست.

برای خود راه انداز کردن این موتور ، باید فوران گرداننده به طور طبیعی در مدار وجود داشته باشد. این کار با روشهای مختلفی قابل انجام است.

  • موتور القایی تک فاز را می توان طبق روش های راه اندازی طبقه بندی کرد.

انواع موتورهای القایی تک فاز

موتورهای القایی تک فاز به انواع زیر طبقه بندی می شوند؛

  • موتور القایی فازشکسته
  • موتور القایی قطب چاکدار
  • موتور القایی با خازن موقت
  • موتور القایی خازن موقت وخازن دائم کار
  • موتور القایی خازن دائمی

 موتور القایی فاز شکسته

در این نوع موتور سیم پیچ کمکی در همان هسته استاتور پیچیده می شود. بنابراین ، دو سیم پیچ در استاتور وجود دارد.

یکی سیم پیچ به عنوان سیم پیچ اصلی یا سیم پیچ دائم کارشناخته می شود و سیم پیچ دوم به عنوان سیم پیچ راه انداز یا سیم پیچ کمکی شناخته می شود. کلید گریز از مرکز به صورت سری با سیم پیچ کمکی وصل می شود.

سیم پیچ کمکی سیم پیچی با خاصیت مقاومتی بیشتر و سیم پیچ اصلی سیم پیچی با خاصیت القایی بیشتر است. سیم پیچ کمکی دارای چند دور با قطر کوچک تر است.

هدف سیم پیچ کمکی ایجاد اختلاف فاز بین هر دو شار تولید شده توسط سیم پیچ اصلی و سیم پیچ روتور است.

نمودار اتصال همانطور در شکل بالا نشان داده شده است.

جریان موجود در سیم پیچ اصلی I M است و جریان از طریق سیم پیچ کمکیlA  است.

هر دو سیم پیچ موازی هستند و توسط ولتاژ V تغذیه می شود.

سیم پیچ کمکی دارای خاصیت مقاومتی است.

 بنابراین ، جریان IA  تقریباً با ولتاژ منبع تغذیه V در هم فاز است.

سیم پیچ اصلی از نظر ماهیت بسیار القایی است.

بنابراین ، جریان I با زاویه بزرگی از ولتاژ منبع تغذیه عقب می ماند

شار استاتور کل توسط جریان حاصل از این دو سیم پیچ القا می شود. همانطور که در نمودار فازور نشان داده شده است ، جریان حاصل به عنوان (I) نشان داده می شود. این یک اختلاف فاز بین شار ایجاد می کند و شار حاصل از آن یک میدان مغناطیسی در حال چرخش تولید می کند. و موتور شروع به چرخش می کند.

سیم پیچ کمکی فقط برای راه اندازی موتور استفاده می شود. این سیم پیچ در حالت کاری موتور مفید نیست. هنگامی که موتور به ۷۵ تا ۸۰ درصد سرعت سنکرون می رسد ، کلید گریز از مرکز باز می شود. بنابراین سیم پیچ کمکی از مدار خارج می شود. و موتور تنها با سیم پیچ اصلی کار می کند.

اختلاف فاز ایجاد شده توسط این روش بسیار اندک است. از این رو ، گشتاور راه اندازی این موتور ضعیف است. بنابراین ، این موتور در کاربردهای کم قدرت گشتاور مانند فن ، دمنده ، خرد کننده ، پمپ و غیره استفاده می شود. 

موتور القایی قطب چاکدار

در مقایسه با انواع دیگر موتور القایی تک فاز ، این موتور از نظر ساختاری و اصول کارکرد متفاوت است .این نوع موتور نیازی به سیم پیچ کمکی ندارد.

این موتور از قطب برجسته استاتور یا قطب بیرون زده  برخوردار است و روتور همان موتور القایی قفس سنجابی است. قطب های استاتور به طور خاصی برای ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار ساخته شده است.

قطب این موتور به دو قسمت تقسیم می شود.

 قسمت چاکدار و بخشی بدون چاک. با برش قطب در فاصله های نابرابر ایجاد می شود.

یک حلقه مسی در قسمت کوچک قطب قرار گرفته است.

 این حلقه یک حلقه بسیار القایی است و به عنوان یک حلقه چاکدار شناخته می شود.

بخشی که حلقه چاکدار در آن قرار گرفته است به عنوان بخش چاکدار قطب شناخته شده است و قسمت باقیمانده یک قسمت بدون چاک است.

ساختار این موتور در شکل زیر نشان داده شده است.
موتور القایی قطب چاکدار

هنگامی که یک منبع متناوب از سیم پیچ استاتور عبور می کند ، یک شار متناوب ناشی از سیم پیچ استاتور ایجاد می شود. به دلیل این شار مقداری از شار با حلقه چاکدار پیوند می یابد و جریان از طریق حلقه چاکداربرقرار میشود.

طبق قانون لنز ، شار تولید شده در سیم پیچی که جریان از آن عبور می کند

با شارتولید شده در سیم پیچ اصلی مخالفت می کند.

حلقه چاکدار یک کویل کاملاً القایی است. بنابراین ، هنگامی که هر دو شار در یک جهت قرار داشته باشند با شار اصلی مخالف خواهند بود و هنگامی که هر دو شار در جهت مخالف باشند ، شار اصلی را افزایش می دهد.

بنابراین ، یک اختلاف فاز بین شار اصلی (شار استاتور) و شار روتور ایجاد می کند. با این روش اختلاف فاز بسیار کمتر است. از این رو ، گشتاور راه انداز بسیار کمتر است. در کاربرد هایی مانند موتور اسباب بازی ، فن ، دمنده ، ضبط کننده پخش و غیره استفاده می شود.

موتور القایی با خازن راه انداز

این نوع موتور نسخه پیشرفته موتور القایی فاز شکسته است. معایب موتور القایی فاز شکسته تولید گشتاور کم است. زیرا در این موتور اختلاف فاز ایجاد شده بسیار کمتر است.

این نقطه ضعف در این موتور با کمک خازنی که به صورت سری با سیم پیچ کمکی وصل می شود ، جبران می شود. نمودار مدار این موتور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

موتور القایی با خازن راه انداز

خازن مورد استفاده در این موتور خازن از نوع خشک است. این برای استفاده با جریان متناوب طراحی شده است. اما از این خازن برای کار مداوم استفاده نمی شود.

در این روش همچنین از یک کلید گریز از مرکز استفاده می شود که خازن و سیم پیچ کمکی را  وقتی موتور به  ۷۵-۸۰٪ از سرعت سنکرون می رسد از هم جدا می کند.

جریان از طریق سیم پیچ کمکی باعث می شود، نسبت به ولتاژ منبع تغذیه پیش فاز شود.

 این اختلاف زاویه نسبت به موتور فاز شکسته بیشتر است.

بنابراین گشتاورراه اندازی این موتور در مقایسه با موتور القایی فاز شکسته بسیار زیاد است.

 گشتاور راه اندازی این موتور ۳۰۰٪ بیشتر از گشتاور بار کامل است.

با توجه به گشتاور راه اندازی بالا ، این موتور در جایی مورد استفاده قرار می گیرد كه گشتاور راه اندازی بالا مانند آن ، ماشین Lath ، كمپرسور ، ماشین های حفاری و غیره مورد نیاز است.  

موتور القایی با خازن راه انداز وخازن دائم کار

در این نوع موتور ، دو خازن به صورت موازی با هم و به صورت سری در سیم پیچ کمکی به هم وصل می شوند. از میان این دو خازن ، یک خازن فقط برای راه اندازی و خازن دیگر به طور دائم با موتور (خازن در حال کار) وصل می شود.  خازن دائم کار برای اصلاح ضریب توان است.

نمودار مدار در شکل زیر نشان داده شده است.

موتور القایی با خازن راه انداز و دائمی

موتور القایی با خازن راه انداز و خازن دائم کار

خازن راه انداز از ظرفیت خازن بالایی برخوردار است و خازن دائم کار دارای ظرفیت خازن پایین است.

 خازن راه انداز به صورت سری با کلید گریز از مرکز متصل می شود که هنگامی که سرعت موتور ۷۰٪ از سرعت سنکرون باشد باز می شود.

در شرایط کاری، هردو سیم پیچ دائم کار و سیم پیچ کمکی به موتور وصل می شوند.

گشتاور راه انداز و کارایی این موتور بسیار زیاد است.

بنابراین ، این می تواند در کاربردهایی که گشتاور راه انداز بالا مانند یخچال ، تهویه هوا ، پنکه سقفی ، کمپرسور و غیره مورد نیاز است استفاده شود.

موتور القایی خازن دائمی

خازن با مقدار کم به طور مداوم با سیم پیچ کمکی وصل می شود. در حالت ، خازن ظرفیت کمی دارد.

از خازن برای افزایش گشتاور راه انداز استفاده می شود اما در مقایسه با موتور القایی مقدار خازن راه اندازی کم است.

نمودار مدار و نمودار فازور این موتور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

موتور القایی خازن دائمی

ضریب توان و راندمان این موتور بسیار زیاد است و همچنین دارای گشتاور راه انداز بالا است که ۸۰٪ گشتاور بار کامل را دارد.

از این نوع موتور مانند پنکه ، دمنده ، بخاری و غیره در کاربردها استفاده می شود.

کاربردهای موتورهای القایی تک فاز

موتورهای تک فاز خود راه انداز نیستند و بهره وری کمتر از موتورهای القایی سه فاز  دارا می باشند و در توان های ۰٫۵ اسب  تا ۱۵اسب بخار در دسترس هستند.  و پهنه استفاده وسیعی در کاربردهای مختلف دارند.

بعضی از کاربردهای مختلف آن ها عبارت اند از:

  • ساعت
  • یخچال ، فریزر و بخاری
  • فن ها ، پنکه های میز ، پنکه سقفی ، پنکه های اگزوز ، کولرهای هوا و کولرهای آبی.
  • دمنده ها
  • ماشین لباسشویی
  • ابزارهای ماشینی
  • خشک کن
  • نویسندگان ، فتواستات ها و چاپگرها را تایپ کنید
  • پمپ های آب و زیر آب
  • کامپیوترها
  • چرخ
  • دستگاه های حفاریسایر ابزارهای خانگی ، تجهیزات و دستگاههای دیگر و غیره

     مقالات مرتبط:

هارمونیک در موتور القایی – خصوصیات گشتاور سرعت شار پایه
معادله گشتاور موتور القایی سه فاز
موتور القایی سه فاز- ساختمان موتور آسنکرون

               لینک زبان اصلی مقاله:

Single-Phase Induction Motor – Construction, Working, Types & Applications

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن