الکتروموتور, مقالات
موتور القایی تک فاز – ساختار، کارکرد ، مدل ها و کاربردها
تیر
در این مقاله قصد داریم در مورد موتور‌القایی تکفاز، ساختار، کارکرد، مدل ها و کاربردها بپردازیم.
فهرست مطالب
1- موتور‌القایی تکفاز
2- ساختار موتور‌القایی تکفاز
3- عملکرد موتور‌القایی تکفاز
4- انواع موتور‌القایی تکفاز
5- کاربردهای موتور‌القایی تکفاز
————————————————–
1- موتور‌القایی یک فاز
موتورهای تکفاز نسبت به موتور‌القایی سه فاز برای مصارف خانگی و تجاری بیشتر ترجیح داده می‌شوند.
در جایی که فقط برق تکفاز موجود‌است، موتور‌القایی سه فاز قابل استفاده نیست.
در ادامه ساختار و انواع موتورهای القایی تکفاز را با کارکرد و برنامه‌های کاربردی نشان خواهیم داد.
————————————————–
2- ساختار موتور‌القایی تکفاز
یک موتور‌القایی تکفاز شبیه به موتور‌القایی قفس سنجابی سه فاز‌است،
به غیر از اینکه دو سیم‌پیچ تکفاز (به جای یک سیم‌پیچ سه فاز در موتورهای 3 فاز) بر روی استاتور نصب شده و روتور در داخل استاتور قرار داده شود.
بطوریکه آزادانه با کمک یاتاقان‌های نصب شده بر روی شافت موتور می‌چرخد.
ساختار موتور‌القایی تکفاز شبیه به ساختار موتور‌القایی سه فاز‌است.
مانند موتور‌القایی سه فاز ، موتور‌القایی تکفاز نیز دو بخش اصلی دارد.
- استاتور
- روتور
استاتور
در استاتور ، تنها تفاوت در سیم‌پیچ استاتور‌است. سیم‌پیچ استاتور به جای سیم‌پیچ سه فاز ، سیم‌پیچ تکفاز‌است. هسته استاتور همان هسته موتور‌القایی سه فاز‌است.
در یک موتور‌القایی تکفاز، دو سیم‌پیچ در استاتور وجود دارد به جز در موتور‌القایی چاکدار.
از میان این دو سیم‌پیچ ، یک سیم‌پیچ اصلی و دیگری سیم‌پیچ کمکی‌است.
هسته استاتور برای کاهش تلفات جریان گردابی لایه لایه ساخته شده‌است.
منبع تکفاز به سیم‌پیچ استاتور (سیم‌پیچ اصلی) وصلمیشود
روتور
روتور موتور‌القایی تکفاز همان روتور موتور‌القایی قفس سنجابی‌است. به جای سیم‌پیچ روتور ، از میله‌های آلمینیومی ریخته گری‌شده در روتور استفادهمیشود و
در انتها توسط حلقه‌های انتهایی اتصال کوتاه‌می‌شود.
از این‌رو ، مسیر کاملی را در مدار روتور ایجاد‌می‌کند. میله‌های روتور برای افزایش مقاومت مکانیکی موتور به رینگ های انتهایی متصل‌می‌شوند.
شکاف‌های روتور به صورت اریب بوده و زاویه بین‌آن برای جلوگیری از کوپلینگ مغناطیسی به کار می‌رود.
و همچنین از آن برای راه‌اندازی آرام و بی صدا موتور استفادهمیشود.
شکل زیر استاتور و روتور موتور‌القایی تکفاز را نشان می‌دهد.
————————————————–
3- عملکرد موتور‌القایی تکفاز
منبع تغذیه تکفاز به سیم‌پیچ استاتور (سیم‌پیچ اصلی) داده‌می‌شود.
جریان متناوب که از طریق سیم‌پیچ استاتور جریان می‌یابد ، شار مغناطیسی ایجاد‌می‌کند.
این شار به عنوان شار اصلی شناختهمیشود.
حال فرض می‌کنیم که روتور در حال چرخش‌است و در یک میدان مغناطیسی تولیدشده توسط سیم‌پیچ استاتور قرار می‌گیرد.
طبق قانون فارادی ، جریان جاری‌شده در مدار روتور در یک مسیر بسته‌است. این جریان به عنوان جریان روتور شناختهمیشود.
به دلیل وجود جریان در روتور ، شار مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ روتور ایجادمیشود. این شار به شار روتور معروف‌است.
دو شار وجود دارد. شار اصلی که توسط استاتور تولید میشود و دوم شار روتور است که توسط روتور تولید میشود .
اثر متقابل بین شار اصلی و شار روتور ، باعث ایجاد گشتاور و گردش روتور‌میشود.
ماهیت میدان استاتور به طورکلی متناوب‌است. سرعت میدان استاتور همان سرعت سنکرون‌است. سرعت سنکرون موتور بستگی به تعداد قطب و فرکانس منبع دارد.
میدان استاتور توسط دو میدان گردان میتواند نشان داده‌شود. این میدان‌ها از نظر اندازه و بزرگی برابر هستند و در جهت مخالف می‌چرخند.
اگر Φm را میدان القا شده در سیم‌پیچ اصلی در نظر بگیریم. بنابراین ، این فوران به دو قسمت مساوی تقسیم میشود و آن عبارتند از Φ m / 2 و Φ m / 2.
از میان این دو قسمت ، یک قسمت Φ f در جهت خلاف جهت عقربه‌های چرخیده و قسمت دوم Φ b در جهت عقربه‌های ساعت در حال چرخش‌است. بنابراین ، میدان برایند این میدان صفر‌است.
موتور
Φ r = Φ f – Φ b
Φ r = 0
اکنون برایند را در زمان های مختلف در نظر بگیرید.
جهت فوران
هنگامی که یک موتور استارت میشود ، دو میدان همانطور که در شکل بالا نشان داده شده‌است القامیشود.
این دو میدان با یک اندازه و جهت مخالف هستند. بنابراین ، شار حاصل صفر‌است.
در این شرایط ، میدان استاتور نمی‌تواند میدان روتور قطع کند و در نتیجه گشتاور حاصل صفر‌است. بنابراین ، روتور نمی‌تواند بچرخد ، اما تولید صدا‌‌می‌کند.
حال بعد از چرخش 90˚ در نظر بگیرید ، هر دو میدان چرخانده شده و به یک سمت هستند. بنابراین ، شار حاصل جمع هر دومیدان‌است.
Φ r = Φ f + Φ b
Φ r = 0
در این شرایط:
برایند میدان برابر‌است با حداکثر میدان ناشی از استاتور. اکنون ، هر دو میدان بطور جداگانه می‌چرخند ودر واقع متناوب هستند.
بنابراین ، هر دومیدان قطع شده توسط مدار روتور و EMF در هادی روتور القا می‌شوند. به دلیل این EMF ، جریان راه‌اندازی در مدار روتور ایجادمیشود و شار روتور را القا‌می‌کند.
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 شده‌است .
حال ، از توضیحات بالا می‌توان نتیجه گرفت که موتور‌القایی تکفاز خود راه‌انداز نیست.
برای خود راه‌انداز کردن این موتور ، باید فوران گرداننده به طور طبیعی در مدار وجود داشته‌باشد. این کار با روشهای مختلفی قابل انجام‌است.
موتور‌القایی تکفاز را می‌توان طبق روشهای راه‌اندازی طبقه‌بندی کرد.
————————————————–
4- انواع موتور‌القایی تکفاز
موتورهای القایی تکفاز به انواع زیر طبقه بندی می‌شوند؛
- موتور‌القایی فازشکسته
- موتور‌القایی قطب چاکدار
- وموتور‌القایی با خازن موقت
- موتور‌القایی خازن موقت وخازن دائم کار
- وموتور‌القایی خازن دائمی
موتور‌القایی فاز شکسته
در این نوع موتور سیم‌پیچ کمکی در همان هسته استاتور پیچیده‌می‌شود. بنابراین ، دو سیم‌پیچ در استاتور وجود دارد.
یکی سیم‌پیچ به عنوان سیم‌پیچ اصلی یا سیم‌پیچ دائم کارشناخته میشود و سیم‌پیچ دوم به عنوان سیم‌پیچ راه‌انداز یا سیم‌پیچ کمکی شناختهمیشود.
کلید گریز از مرکز به صورت سری با سیم‌پیچ کمکی وصلمیشود.
سیم‌پیچ کمکی سیم‌پیچی با خاصیت مقاومتی بیشتر و سیم‌پیچ اصلی سیم‌پیچی با خاصیت القایی بیشتر‌است. سیم‌پیچ کمکی دارای چند دور با قطر کوچک تر‌است.
هدف سیم‌پیچ کمکی ایجاد اختلاف فاز بین هر دو شار تولیدشده توسط سیم‌پیچ اصلی و سیم‌پیچ روتور‌است.
نمودار اتصال همانطور در شکل بالا نشان داده شده‌است.
جریان موجود در سیم‌پیچ اصلی I M است و جریان از طریق سیم‌پیچ کمکیlAاست.
هر دو سیم‌پیچ موازی هستند و توسط ولتاژ V تغذیه میشود.
سیم‌پیچ کمکی دارای خاصیت مقاومتی‌است.
بنابراین ، جریان IA تقریباً با ولتاژ منبع تغذیه V در هم فاز‌است.
سیم‌پیچ اصلی از نظر ماهیت بسیار القایی‌است.
بنابراین ، جریان I M با زاویه بزرگی از ولتاژ منبع تغذیه عقب می‌ماند.
موتور
شار استاتور کل توسط جریان حاصل از این دو سیم‌پیچ القامیشود. همانطور که در نمودار فازور نشان داده شده‌است، جریان حاصل به عنوان (I) نشان داده‌می‌شود.
این یک اختلاف فاز بین شار ایجاد می‌کند و شار حاصل از آن یک میدان مغناطیسی در حال چرخش تولید می‌کند. و موتور شروع به چرخش‌می‌کند.
سیم‌پیچ کمکی فقط برای راه‌اندازی موتور استفادهمیشود. این سیم‌پیچ در حالت کاری موتور مفید نیست.
هنگامی که موتور به 75 تا 80 درصد سرعت سنکرون می‌رسد، کلید گریز از مرکز باز‌میشود.
بنابراین سیم‌پیچ کمکی از مدار خارج‌می‌شود. و موتور تنها با سیم‌پیچ اصلی کار‌می‌کند.
اختلاف فاز ایجاد شده توسط این روش بسیار اندک‌است. از این رو ، گشتاور راه‌اندازی این موتور ضعیف‌است.
بنابراین، این موتور در کاربردهای کم قدرت گشتاور مانند فن ، دمنده ، خرد کننده ، پمپ و غیره استفادهمیشود.
موتور‌القایی قطب چاکدار
در مقایسه با انواع دیگر موتور‌القایی تکفاز ، این موتور از نظر ساختاری و اصول کارکرد متفاوت‌است .این نوع موتور نیازی به سیم‌پیچ کمکی ندارد.
این موتور از قطب برجسته استاتور یا قطب بیرون زده برخوردار‌است و روتور همان موتور‌القایی قفس سنجابی‌است.
قطب‌های استاتور به طور خاصی برای ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار ساخته شده‌است.
قطب این موتور به دو قسمت تقسیم‌می‌شود.
قسمت چاکدار و بخشی بدون چاک. با برش قطب در فاصله‌های نابرابر ایجادمیشود.
یک حلقه مسی در قسمت کوچک قطب قرار گرفته‌است.
این حلقه یک حلقه بسیار القایی‌است و به عنوان یک حلقه چاکدار شناختهمیشود.
بخشی که حلقه چاکدار در آن قرار گرفته‌است به عنوان بخش چاکدار قطب شناخته شده‌است و قسمت باقیمانده یک قسمت بدون چاک‌است.
ساختار این موتور در شکل زیر نشان داده شده‌است.
موتور
هنگامی که یک منبع متناوب از سیم‌پیچ استاتور عبور‌می‌کند ، یک شار متناوب ناشی از سیم‌پیچ استاتور ایجادمیشود.
به دلیل این شار مقداری از شار با حلقه چاکدار پیوند می‌یابد و جریان از طریق حلقه چاکداربرقرار‌میشود.
طبق قانون لنز ، شار تولیدشده در سیم‌پیچی که جریان از آن عبور می‌کند
با شارتولید شده در سیم‌پیچ اصلی مخالفت‌می‌کند.
حلقه چاکدار یک کویل کاملاً القایی‌است. 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 می‌دهد.
بنابراین ، یک اختلاف فاز بین شار اصلی (شار استاتور) و شار روتور ایجاد می‌کند. با این روش اختلاف فاز بسیار کمتر‌است.
از این رو ، گشتاور راه‌انداز بسیار کمتر‌است. در کاربردهایی مانند موتور اسباب بازی ، فن ، دمنده ، ضبط کننده پخش و غیره استفادهمیشود.
موتور‌القایی با خازن راه‌انداز
این نوع موتور نسخه پیشرفته موتور‌القایی فاز شکسته‌است. معایب موتور‌القایی فاز شکسته تولید گشتاور کم‌است. زیرا در این موتور اختلاف فاز ایجاد شده بسیار کمتر‌است.
این نقطه ضعف در این موتور با کمک خازنی که به صورت سری با سیم‌پیچ کمکی وصلمیشود ، جبران‌می‌شود. نمودار مدار این موتور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده‌است.
خازن مورد استفاده در این موتور خازن از نوع خشک‌است. این برای استفاده با جریان متناوب طراحی شده‌است. اما از این خازن برای کار مداوم استفاده نمی‌شود.
در این روش همچنین از یک کلید گریز از مرکز استفاده میشود که خازن و سیم‌پیچ کمکی را وقتی موتور به 75-80٪ از سرعت سنکرون می رسد از هم جدا می‌کند.
جریان از طریق سیم‌پیچ کمکی باعث‌می‌شود، نسبت به ولتاژ منبع تغذیه پیش فاز شود.
این اختلاف زاویه نسبت به موتور فاز شکسته بیشتر‌است.
بنابراین گشتاورراه‌اندازی این موتور در مقایسه با موتور‌القایی فاز شکسته بسیار زیاد‌است.
گشتاور راه‌اندازی این موتور 300٪ بیشتر از گشتاور بار کامل‌است.
با توجه به گشتاور راه‌اندازی بالا ، این موتور در جایی مورد استفاده قرار می گیرد كه گشتاور راه‌اندازی بالا مانند آن ، ماشین Lath ، كمپرسور ، ماشین‌های حفاری و غیره مورد نیاز‌است.
موتور‌القایی با خازن راه‌انداز وخازن دائم کار
در این نوع موتور ، دو خازن به صورت موازی با هم و به صورت سری در سیم‌پیچ کمکی به هم وصل می‌شوند.
از میان این دو خازن، یک خازن فقط برای راه‌اندازی و خازن دیگر به طور دائم با موتور (خازن در حال کار) وصل میشود.
خازن دائم کار برای اصلاح ضریب توان‌است.
نمودار مدار در شکل زیر نشان داده شده‌است.
خازن راه‌انداز از ظرفیت خازن بالایی برخوردار‌است و خازن دائم کار دارای ظرفیت خازن پایین‌است.
خازن راه‌انداز به صورت سری با کلید گریز از مرکز متصل‌می‌شود که هنگامی که سرعت موتور 70٪ از سرعت سنکرون باشد باز میشود.
در شرایط کاری، هردو سیم‌پیچ دائم کار و سیم‌پیچ کمکی به موتور وصل‌می‌شوند.
گشتاور راه‌انداز و کارایی این موتور بسیار زیاد‌است.
بنابراین، این میتواند در کاربردهایی که گشتاور راه‌انداز بالا مانند یخچال ، تهویه هوا ، پنکه سقفی ، کمپرسور و غیره مورد نیاز‌است استفاده‌شود.
موتور‌القایی خازن دائمی
خازن با مقدار کم به طور مداوم با سیم‌پیچ کمکی وصلمیشود. در حالت ، خازن ظرفیت کمی دارد.
از خازن برای افزایش گشتاور راه‌انداز استفادهمیشود اما در مقایسه با موتور‌القایی مقدار خازن راه‌اندازی کم‌است.
نمودار مدار و نمودار فازور این موتور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده‌است.
ضریب توان و راندمان این موتور بسیار زیاد‌است و همچنین دارای گشتاور راه‌انداز بالا‌است که 80٪ گشتاور بار کامل را دارد.
از این نوع موتور مانند پنکه ، دمنده ، بخاری و غیره در کاربردها‌استفاده میشود.
————————————————–
5- کاربردهای موتور‌القایی تکفاز
موتورهای تکفاز خود راه‌انداز نیستند و بهره وری کمتر از موتورهای القایی سه فاز دارا می‌باشند و در توان‌های 0.5 اسب تا 15اسب بخار در دسترس هستند.
و پهنه استفاده‌وسیعی در کاربردهای مختلف دارند.
بعضی از کاربردهای مختلف آن ها عبارت اند از:
- ساعت
- یخچال ، فریزر و بخاری
- فن ها ، پنکه‌های میز ، پنکه سقفی ، پنکه های اگزوز ، کولرهای هوا و کولرهای آبی.
- دمنده ها
- ماشین لباسشویی
- ابزارهای ماشینی
- خشک کن
- نویسندگان ، فتواستات‌ها و چاپگرها را تایپ کنید
- پمپ های آب و زیر آب
- کامپیوترها
- چرخ
- دستگاههای حفاری سایر ابزارهای خانگی، تجهیزات و دستگاههای دیگر و غیره
مقالات مرتبط:
هارمونیک در موتور‌القایی – خصوصیات گشتاور سرعت شار پایه
معادله گشتاور موتور‌القایی سه فاز
موتور‌القایی سه فاز- ساختمان موتور آسنکرون
لینک زبان اصلی مقاله:
Single-Phase Induction Motor – Construction, Working, Types & Applications