موتور القایی قفس سنجابی- اصول عملکرد-ساختار و کاربرد

در این مقاله قصدداریم در مورد موتورالقایی قفس‌سنجابی، اصول عملکرد، ساختار و … صحبت کنیم.

فهرست مطالب

• 1- موتورالقایی قفس‌سنجابی چیست؟
• 2- اصول کارکرد موتورالقایی قفس‌سنجابی
• 3- ساختمان موتورالقایی قفس‌سنجابی
• 4- کاربرد، مزایا و معایب  موتورالقایی قفس‌سنجابی
• 5- تفاوت بین موتورالقایی قفس‌سنجابی و  موتورهای با حلقه لغزان ( روتور سیم‌پیچی‌شده )
• 6- طبقه بندی موتورالقایی قفس‌سنجابی

————————————————–

1- موتورالقایی قفس‌سنجابی چیست؟

موتورالقایی قفس‌سنجابی 3 فاز نوعی از موتورالقایی سه فازاست که براساس اصول الکترومغناطیس کارمی‌کند.

آن را موتور “قفس‌سنجابی” می‌نامند زیرا داخل روتورآن که به عنوان یک “روتور قفس‌سنجابی” شناخته می‌شود، مانند قفس سنجاب‌است.

این روتور استوانه ای از ورقه  های فولادی است که فلز بسیار رسانا (معمولاً آلومینیوم یا مس) در سطح آن تعبیه شده‌است.

هنگامی که یک جریان متناوب از طریق سیم‌پیچ های استاتور عبور می‌کند ، یک میدان مغناطیسی دوار تولیدمی‌شود.

این باعث ایجاد جریان در سیم‌پیچ روتور می‌شود ، که میدان مغناطیسی خاص خود را ایجاد می‌کند.

تعامل میدان های مغناطیسی تولید‌شده توسط سیم‌پیچ استاتور و روتور باعث ایجاد گشتاور در روتور قفس‌سنجابی‌می‌شود.

یکی از مزیت های مهم موتور قفس‌سنجابی این‌است که به راحتی می توانید مشخصه های سرعت گشتاور آن را تغییردهید.

این کار را می توان با تنظیم ساده میله های موجود در روتور انجام داد. موتورهای القایی قفس‌سنجابی در صنعت بسیار مورد استفاده‌قرارمی‌گیرند زیرا قابلیت اطمینان ، خود راه اندازی و تنظیم آسان دارند.

موتورالقایی سه فاز

————————————————–

2- اصول کارکرد موتورالقایی قفس‌سنجابی

هنگامی که منبع تغذیه 3 فاز به سیم‌پیچ استاتور داده‌می‌شود ، یک میدان مغناطیسی دوار در فضا ایجاد می‌کند. این میدان مغناطیسی دوار دارای سرعتی‌است که به عنوان سرعت سنکرون شناخته‌می‌شود.

این میدان مغناطیسی دوار باعث ایجاد ولتاژ در میله های روتور می‌شود و از این رو به علت اتصال کوتاه میله های روتور جریان در میله های روتور جریان ایجادمی‌شود.

این جریان های روتور میدان مغناطیسی خود را تولیدمی‌کنند که با میدان استاتور در تعامل‌است. اکنون میدان روتور سعی خواهد کرد که با علت وجود آورنده خود مخالفت کند، و از این رو روتور شروع به دنبال کردن میدان مغناطیسی دوار استاتور میکند .

در لحظه‌ای که روتور به میدان مغناطیسی دوار می‌رسد، جریان روتور به صفر می‌رسد زیرا هیچ حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی دوار و روتور وجود ندارد.

از این رو، در آن لحظه روتور نیروی گشتاور صفر را تجربه‌می‌کند از این رو سرعت روتور برای لحظه ای کاهش می‌یابد.

 

موتورالقایی قفس‌سنجابی

 پس از کند شدن روتور، حرکت نسبی بین روتور و میدان مغناطیسی دوار دوباره برقرارمی‌شود ، از این رو جریان روتور دوباره القامی‌شود.

بنابراین مجدداً نیروی گشتاور برای چرخش روتور بازیابی می‌شود و بنابراین دوباره روتور شروع به دنبال کردن میدان مغناطیسی دوارمی‌کند و از این طریق روتور یک سرعت ثابت را حفظ‌می‌کند که دقیقاً کمتر از سرعت چرخش میدان مغناطیسی یا سرعت سنکرون‌است.

لغزش اندازه گیری تفاوت بین سرعت میدان مغناطیسی دوار و سرعت روتور است.

فرکانس جریان روتور = فرکانس منبع تغذیه × لغزش

————————————————–

3- ساختمان موتورالقایی قفس‌سنجابی

موتورالقایی قفس سنجاب از قسمتهای زیر تشکیل شده‌است:

• استاتور
• روتور
• فن
• بلبرینگ

اصول کارکرد موتورالقایی قفس‌سنجابی

استاتور

استاتور ترکیبی از یک سیم‌پیچ 3 فاز با یک هسته و محفظه فلزی می‌باشد. سیم‌پیچ ها در فضا به گونه ای قرار گرفته اند که از نظر الکتریکی و مکانیکی 120 درجه از هم فاصله دارند.

سیم‌پیچ بر روی هسته آهنی چند لایه (ورقه ورقه) سوار شده‌است تا مسیر با رلوکتانس کم برای شار تولید شده توسط جریان های AC فراهم شود.

روتور

روتور بخشی از موتور است که دوار است تا بتواند برای مقدار معینی از انرژی الکتریکی ورودی خروجی مکانیکی را تحویل دهد.

 مقدار توان خروجی موتور بر حسب  واحد اسب بخار یا توان نوشته می‌شود. روتور شامل یک شافت، میله های اتصال کوتاه مس / آلومینیوم و یک هسته‌است.

روتور قفس‌سنجابی

هسته روتور برای جلوگیری از اتلاف توان جریانهای گردابی و هیسترزیس ورقه ورقه شده‌است.

در هنگام راه اندازی، هادی ها بصورت اریب قرار میگیرند تا هم جلوگیری از قفل شدن به علت شیارها انجام شود و هم نسبت انتقال بین استاتور و روتور بهتر انجام شود.

فن

یک فن برای تامین تبادل گرما به قسمت عقب روتور وصل شده‌است و از این رو دمای موتور را در دمای معینی حفظ می‌کند.

بلبرینگ

بلبرینگ ها به عنوان پایه حرکت روتور می باشند و چرخش نرم و صاف موتور را حفظ می‌کنند.

————————————————–

4- کاربرد، مزایا و معایب  موتورالقایی قفس‌سنجابی

کاربرد :

موتورهای القایی قفس‌سنجابی معمولاً در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرارمی‌گیرند.

آنها به ویژه برای کارهایی مناسب هستند که موتور باید سرعت ثابت خود را حفظ کند ، خود راه اندازباشد ، یا نیاز به نگهداری کم باشد.

این موتورها معمولاً در موارد زیر استفاده می‌شوند:

• پمپ‌های گریز از مرکز
• درایوهای صنعتی (به عنوان مثال برای اجرای تسمه نقاله)
• دمنده های بزرگ و فن ها
• ابزارهای ماشینی
• ماشین تراش و سایر تجهیزات چرخش

مزایا :

 برخی از مزایای موتورهای القایی قفس‌سنجابی عبارتند از:

• آنها کم هزینه هستند.
• به نگهداری کمتری احتیاج دارید (زیرا هیچ حلقه لغزان یا جاروبکی وجود ندارد).
• تنظیم سرعت خوب (آنها قادر به حفظ سرعت ثابت هستند).
• راندمان بالا در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی (هنگام کار ، نه در هنگام راه اندازی).
• تنظیم گرمای بهتری دارد (یعنی گرم نمی‌شود).
• کوچک و سبک وزن است.
• ضد انفجار (چون هیچ جاروبکی ندارد و خطرات ناشی از جرقه از بین می‌برد).

معایب :

اگرچه موتورهای قفس‌سنجابی بسیار پرطرفدار هستند و از مزایای بسیاری برخوردارند – اما از جنبه های جانبی نیز برخوردار هستند.

برخی از معایب موتورهای القایی قفس سنجاب عبارتند از:

• کنترل سرعت بسیار ضعیف است
• اگرچه در حالی که در جریان بار کامل کار می‌کنند ،راندمان انرژی بالایی دارد ، اما در زمان استارت انرژی زیادی مصرف می‌کنند.
• آنها نسبت به نوسانات ولتاژ منبع تغذیه حساس تر هستند. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه کاهش می‌یابد ، موتورالقایی جریان بیشتری می کشد. در هنگام افزایش ولتاژ ، باعث اشباع بخش های مغناطیسی موتور های قفس‌سنجابی می‌شود.
• آنها دارای جریان راه اندازی بالا و گشتاور راه اندازی ضعیف هستند (جریان راه اندازی می تواند 5-9 برابر جریان بار کامل باشد ؛ گشتاور راه اندازی می تواند 1.5-2 برابر گشتاور بار کامل باشد).

————————————————–

5- تفاوت بین موتورالقایی قفس‌سنجابی و  موتورهای با حلقه لغزان ( روتور سیم‌پیچی شده )

 در حالی که موتورهای القایی حلقه لغزان (همچنین به عنوان موتور روتور سیم‌پیچی شده شناخته می‌شوند) به اندازه موتورهای القایی قفس‌سنجابی محبوب نیستند ، اما اینها چند مزیت دارند.

در زیر جدول مقایسه ای از موتورهای قفس‌سنجابی در مقابل موتورهای نوع روتور سیم‌پیچی شده وجود دارد:

————————————————–

6- طبقه بندی موتورالقایی قفس‌سنجابی

NEMA  (انجمن ملی تولیدکنندگان برق) در ایالات متحده و IEC در اروپا طراحی موتورهای القایی قفس‌سنجابی را بر اساس ویژگی‌های سرعت گشتاور آنها در طبقه بندی‌های مختلفی قرار داده اند.

این کلاس ها : کلاس A ، کلاس B ، کلاس C ، کلاس D ، کلاس E و کلاس Fهستند.

طراحی کلاس A

1- گشتاور راه اندازی نرمال (متوسط).

2- جریان راه اندازی نرمال (متوسط).

3- لغزش کم.

4- در این کلاس ، گشتاور خروجی همیشه از 200 تا 300 درصد گشتاور بار کامل‌است و دارای لغزش کم (کمتر از 5 درصد) می‌باشد.

5- برای این کلاس ، گشتاور راه اندازی برابر با گشتاور نامی برای موتورهای بزرگتراست و در حدود 200 درصد (یا بیشتر) گشتاور نامی برای موتورهای کوچکتراست.

طراحی کلاس B

1- گشتاور راه اندازی متوسط

2- جریان راه اندازی پایین تر

3- لغزش کم

4- موتورالقایی این کلاس تقریباً همان گشتاور راه اندازی موتورالقایی کلاس A را تولید می‌کند.

5- گشتاور خروجی همیشه بیشتر یا مساوی 200 درصد گشتاور بار نامی است. اما نسبت به کلاس A کمتراست زیرا راکتانس روتور این موتور بیشتر است.

6- باز هم لغزش روتور با بار کامل نسبتاً کم (کمتر از 5 درصد)است.

7- کاربردهای کلاس B شبیه به موارد کلاسA هستند اما کلاس B به دلیل پایین تر بودن جریان راه اندازی ترجیح داده می‌شود.

طراحی کلاس C

1- گشتاور راه اندازی بالا.

2- جریان‌های راه اندازی پایین.

3- لغزش پایین در بار کامل (کمتر از 5٪).

4- حداکثر 250 درصد گشتاور بار کامل در زمان راه اندازی می تواند ایجاد کند

5- گشتاور خروجی نسبت به موتورهای القایی کلاس A پایین تر است.

6- در این طراحی موتورها از روتورهای دو قفس ساخته شده اند. آنها گران تر از موتورهای کلاس A و B کلاس هستند.

7- طراحی‌های کلاس C برای بارهای گشتاور بالا (پمپ‌های پر بار ، کمپرسور و نوار نقاله) استفاده می‌شوند.

طراحی کلاس D – موتورالقایی قفس‌سنجابی

1- در این کلاس از طراحی ، گشتاور راه اندازی بسیار بالایی وجود دارد (275 درصد یا بیشتر از گشتاور نامی).

2- جریان راه اندازی کم.

3- لغزش بالا در بار کامل.

4- در این کلاس از طراحی ، راکتانس بالای روتور گشتاور اوج را به سرعت‌های پایین انتقال می دهد(نمودار گشتاور دور موتورالقایی)

5- حتی ممکن است با سرعت صفر (100 درصد لغزش) بالاترین گشتاور در این کلاس از طراحی ایجادشود.

6- لغزش بار کامل (معمولاً 7 تا 11 درصد است ، اما ممکن است تا 17 درصد یا بیشتر نیز پیش برود) در این کلاس از طراحی به دلیل مقاومت روتور بالا راکتانس روتور بسیار بالاست.

طراحی کلاس E

1- گشتاور راه اندازی بسیار پایین.

2- جریان راه اندازی متوسط.

3- لغزش کم.

4- برای کنترل جریان راه اندازی از جبران کننده یا مقاومت راه انداز استفاده می‌شود.

طراحی کلاس F

1- گشتاور راه اندازی کم ، 1.25 برابر گشتاور بار کامل هنگام اعمال ولتاژ نامی.

2- جریان راه اندازی کم.

3- لغزش متوسط.

 

مقالات مرتبط :

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

موتورالقایی(موتور آسنکرون): اصول کار ، انواع و تعریف

تست های موتورالقایی

لینک زبان اصلی مقاله :

Squirrel Cage Induction Motor: Working Principle & Applications