موتورالقایی تکفاز- ساختار- نحوه کار- انواع و ویژگی ها

در این مقاله قصد داریم در مورد موتورالقایی تکفاز، ساختار، نحوه کار، انواع و ویژگی هایشان صحبت کنیم.

فهرست مطالب

• 1- موتورهای تکفاز AC
• 2- ساختمان موتورالقایی تکفاز
• 3- اصول کارکرد موتورالقایی تکفاز
• 4- چرا موتورالقایی تکفاز خود راه انداز نمی‌باشد؟
• 5- روش های ایجاد موتورالقایی تکفاز خود راه انداز
• 6- مقایسه موتورهای القایی تکفاز و سه فاز

————————————————–

1- موتورهای تکفاز AC 

در این مقاله سعی بر آن است ساختمان وچگونگی کارکرد موتورالقایی تکفاز توضیح داده شود.

ما از سیستم قدرت تکفاز به طور گسترده تری نسبت به سیستم سه فاز برای اهداف خانگی، اهداف تجاری و تا حدی در مصارف صنعتی استفاده می‌کنیم.

زیرا، سیستم تکفاز اقتصادی تر از یک سیستم سه فاز است و نیاز انرژی در اکثر خانه ها، مغازه ها و دفاتر کم است که با یک سیستم تکفاز به راحتی می توان آن را تأمین کرد.

موتورهای تکفاز دارای ساختمان ساده، ارزان قیمت، قابل اطمینان و تعمیر و نگهداری آسان هستند.

با توجه به همه این مزایا، موتور تکفاز کاربردهایی در جاروبرقی، پنکه، ماشین لباسشویی، پمپ های گریز از مرکز، دمنده و غیره دارد.

موتورهای تکفاز AC نیز به شرح زیر طبقه بندی می‌شوند:

• 1- موتورهای القایی تکفاز یا موتورهای آسنکرون.
• 2- موتورهای تکفاز سنکرون
• 3- موتورهای کموتاتوری

————————————————–

2- ساختمان موتورالقایی تکفاز

 مانند هر موتور2 الکتریکی، موتورهای آسنکرون نیز دارای دو بخش اصلی یعنی روتور و استاتور می‌باشند.

استاتور:

همانطور که از نام آن مشخص شده، استاتور بخش ثابت از موتورالقایی‌است.

منبع تغذیه تکفاز به استاتور موتورالقایی تکفاز داده‌می‌شود.

استاتور موتورالقایی تکفاز بصورت ورقه ورقه است تا تلفات جریان گردابی را در حاشیه آن کاهش‌دهد.

شکاف ها یی در استاتور برای قرار گرفتن  سیم‌پیچ استاتور تعبیه‌می‌شود.

ورقه  ها از فلز سیلیکون برای کاهش تلفات هیسترزیس ساخته شده‌اند.

هنگامی که ما یک منبع تغذیه AC  تکفاز را به سیم‌پیچ استاتور اعمال می‌کنیم، میدان مغناطیسی تولید می‌شود و موتور با سرعتی کمتر از سرعت سنکرون N_S می چرخد.

سرعت سنکرون N_S از فرمول زیر بدست می آید :

که،

f =  فرکانس ولتاژ منبع تغذیه،

P =  تعداد قطب های موتور.

ساختمان استاتور موتورالقایی تکفاز شبیه به موتورالقایی سه فازاست .

به جز دو تفاوت که در قسمت سیم‌پیچ موتورالقایی تکفاز وجود دارد.

1- در مرحله اول ، موتورهای القایی تکفاز بیشتر با کویل های متمرکز ارائه می‌شوند.

2- ما به راحتی می توانیم تعداد دور های موجود در هر کویل را با کمک کویل های متحدالمرکز تنظیم کنیم. توزیع mmf تقریبا سینوسی است.

3- به غیر از موتور قطب چاکدار ، موتور آسنکرون دارای دو سیم‌پیچ استاتور یعنی سیم‌پیچ اصلی و سیم‌پیچ کمکی‌است.

4- این دو سیم‌پیچ به صورت عمود بر یکدیگر قرار می‌گیرند.

روتور:

روتور یک قسمت گردان از موتورالقایی است. بار مکانیکی از طریق شافت به روتور وصل می‌شود.

روتور در موتورالقایی تکفاز از نوع روتور قفس سنجابی است.

ساختمان موتورالقایی تکفاز تقریباً شبیه به موتورالقایی سه فاز قفس سنجابی است.

اما در موتورالقایی تکفاز ، در استاتور به جای یک سیم‌پیچ سه فاز ، دارای دو سیم‌پیچ‌است.

ساختمان روتور موتورالقایی تکفاز شبیه به موتورالقایی سه فاز قفس سنجابی‌است.

روتور استوانه ای است و شکاف هایی در سرتاسر حاشیه آن دارد.

شکاف ها به موازات یکدیگر ساخته نمی‌شوند اما کمی اریب هستند زیرا اریب بودن مانع از قفل مغناطیسی دندان های استاتور و روتور می‌شود و کار موتورالقایی را صاف تر و نرم تر می‌کند (یعنی سر و صدای کمتر).

روتور قفس سنجابی از میله های آلومینیومی ، برنجی یا مسی تشکیل شده‌است.

این میله های آلومینیومی یا مسی به عنوان هادی‌های روتور نامیده می‌شوند و در شکاف های موجود در حاشیه روتور قرار می‌گیرند.

حلقه‌های مسی یا آلومینیومی به طور دائم هادی‌های روتور را اتصال کوتاه می‌کنند که حلقه‌های انتهایی نامیده‌می‌شوند.

برای تأمین استحکام مکانیکی، این هادی‌های روتور با حلقه انتهایی مهار می‌شوند و از این رو یک مدار بسته کامل را شبیه به قفس تشکیل می‌دهند و از این رو به عنوان موتورالقایی قفس سنجابی شناخته می‌شوند .

از آنجا که حلقه‌های انتهایی به طور دائمی میله ها را اتصال کوتاه می‌کنند، مقاومت الکتریکی روتور بسیار ناچیزاست و با اتصال کوتاه شدن دائمی میله ها، قرار دادن مقاومت خارجی نیز امکان پذیر نیست.

نبود حلقه‌های لغزان و جاروبک ها ساخت موتورالقایی تکفاز را بسیار ساده و مستحکم‌می‌کند.

موتورالقایی تکفاز

————————————————–

3- اصول کارکرد موتورالقایی تکفاز

توجه: ما می دانیم که برای کار هر موتور الکتریکی خواه موتور AC یا DC ، ما به دو شار نیاز داریم زیرا تعامل این دو شار گشتاور مورد نیاز را تولیدمی‌کند.

هنگامی که ما یک منبع تغذیه تکفاز را به سیم‌پیچ استاتور موتورالقایی تکفاز اعمال می‌کنیم، جریان متناوب از طریق استاتور یا سیم‌پیچ اصلی شروع به جریان‌می‌کند.

این جریان متناوب شار متناوب به نام شار اصلی تولید‌می‌کند. این شار اصلی با هادی‌های روتور نیز پیوند دارد و از این رو هادی‌های روتور را قطع‌می‌کند.

طبق قانون القاء الکترومغناطیسی فارادی ، emf در روتور القا می‌شود.

از آنجایی که مدار روتور اتصال کوتاه شده‌است ، جریان در روتور شروع می‌شود. این جریان را جریان روتور می نامند. این جریان روتور شار خود را به نام شار روتور تولیدمی‌کند.

از آنجا که این شار به دلیل اصول القا تولید می‌شود بنابراین ، این موتور به نام موتورالقایی نامیده می‌شود.  اکنون دو شار وجود دارد یکی شار اصلی و دیگری که شار روتور نام دارد. این دو شار گشتاور مورد نیاز برای چرخش موتور را تولیدمی‌كنند.

————————————————–

4- چرا موتورالقایی تکفاز خود راه انداز نمی‌باشد؟

طبق تئوری چرخش دو میدانی ، ما می توانیم هر مقدار متناوب را به دو مؤلفه تجزیه کنیم.

هر مؤلفه  مقدار بزرگی برابر با نیمی از حداکثر مقدار متناوب را دارد و هر دو این اجزاء در جهت مخالف با یکدیگر می‌چرخند. به عنوان مثال – یک شار ، φ را می توان به دو مؤلفه تجزیه کرد

هر یک از این مؤلفه ها در جهت مخالف می چرخند. به این معنی که اگر یک φ_m / 2 در جهت عقربه‌های ساعت در حال چرخش باشد ، φ_m / 2 دیگر ، در خلاف جهت چرخش  عقربه‌های ساعت می چرخد.

هنگامی که ما یک منبع تغذیه تکفاز را به سیم‌پیچ استاتور موتورالقایی تکفاز اعمال می‌کنیم، شار بزرگی ( φ_m ) را تولید می‌کند.

مطابق تئوری چرخش میدانی دوتایی، این شار متناوب ، φ_m به دو مؤلفه با مقدار φ_m / 2 تقسیم می‌شود. هر یک از این مؤلفه ها با سرعت سنکرون(N_s) در جهت مخالف میچرخند.

بگذارید این دو مؤلفه شار را به عنوان مؤلفه شار رو به جلو ( φ_f ) و مؤلفه شار عقبگرد( φ_b ) بنامیم. حاصل این دو مؤلفه شار در هر لحظه از زمان ، مقدار شار استاتور آنی را در آن لحظه خاص میدهد.

اکنون در شرایط استارت ، هر دو مؤلفه رو به جلو و عقب شار ، دقیقاً مخالف یکدیگر هستند. همچنین هر دو مؤلفه شار از نظر بزرگی برابر هستند.

بنابراین، آنها یکدیگر را خنثی می‌کنند و از این رو گشتاور خالصی که توسط روتور در شرایط راه اندازی ایجاد می‌شود صفر است. بنابراین ، موتورهای القایی تکفاز موتورهای خود راه انداز نیستند.

————————————————–

5- روش‌های ایجاد موتورالقایی تکفاز خود راه انداز

از مبحث فوق به راحتی می توان نتیجه گرفت که موتورهای القایی تکفاز خود راه انداز نیستند،

زیرا شار استاتور تولید شده به طور طبیعی متناوب است و در زمان استارت، دو مؤلفه این شار یکدیگر را لغو می‌کنند و از این رو هیچ گشتاوری وجود ندارد.

راه حل این مشکل این است که اگر ما نوع شار استاتور را به جای نوع متناوب ، نوع دوار بسازیم ، که فقط در یک جهت خاص می چرخد. سپس موتورالقایی، خود شروع به کار می‌کند.

در حال حاضر برای تولید این میدان مغناطیسی دوار، ما به دو شار متناوب نیاز داریم که یک زاویه اختلاف فاز بین آنها وجود دارد.

هنگامی که این دو شار با یکدیگر در تعامل باشند، یک شار حاصل‌می‌شود. این شار حاصل بطور طبیعی در حال چرخش‌است و فقط در یک جهت خاص در فضا می چرخد.

هنگامی که موتور شروع به کار کرد، می توانیم شار اضافی را حذف کنیم. کار موتور تنها تحت تأثیر شار اصلی ادامه خواهدداشت.

بسته به روش‌های ساخت موتور آسنکرون به عنوان موتور خودراه انداز ، به طور عمده چهار نوع موتورالقایی تکفاز وجود دارد ،

1- موتورالقایی فاز شکسته ،

2- موتورالقایی با خازن راه انداز ،

3- موتورالقایی با استفاده از خازن راه ا نداز و خازن دائم کار ،

4- موتورالقایی قطب چاکدار.

5- موتورالقایی فاز شکسته خازنی و یا موتور با خازن تکی.

————————————————–

6- مقایسه موتورهای القایی تکفاز و سه فاز

1- موتورهای القایی تکفاز در مقایسه با موتورهای القایی سه فاز ، دارای ساختمان ساده ، قابل اطمینان و اقتصادی هستند.

2- ضریب توان الکتریکی موتورهای القایی تکفاز نسبت به موتورهای القایی سه فاز کمتراست.

3- برای همان اندازه ، موتورهای القایی تکفاز حدود 50٪ نسبت به موتور سه فاز توان در خروجی ایجادمی‌کنند.

4- گشتاور راه اندازی نیز برای موتورهای آسنکرون / موتورالقایی تکفاز کم‌است.

5- راندمان موتورهای القایی تکفاز نسبت به موتورهای القایی سه فاز کمتراست.

6- موتورهای القایی تکفاز برای توان‌های کوچک ساده ، قوی ، قابل اعتماد و ارزان تر هستند.

7- آنها تا مقدار نامی 1 KW در دسترس هستند.

لینک زبان اصلی مقاله :

Single Phase Induction Motor

مقالات مرتبط:

ویژگی های لغزش گشتاور موتورالقایی

مدار معادل موتورالقایی سه فاز و تکفاز (موتور آسنکرون)

کاربرد موتورالقایی ( موتور آسنکرون) (قفس سنجابی و روتور سیم‌پیچی شده)

تعمیر و نگهداری موتورالقایی

پایین بودن ضریب توان در موتورالقایی

مزایا و معایب موتورالقایی