موتور القایی ، تک فاز و موتور القایی سه فاز

موتور القایی (همچنین به عنوان یک شناخته شده موتور ناهمزمان ) یک معمولا استفاده می شود AC است موتور الکتریکی . در موتور القایی ، جریان الکتریکی موجود در روتور مورد نیاز برای تولید گشتاور از طریق القاء الکترومغناطیسی از میدان مغناطیسی در حال چرخش سیم پیچ استاتور بدست می آید. روتور موتور القایی می تواند یک روتور قفس سنجابی و یا زخم نوع روتور.

موتورهای القایی به عنوان موتورهای ناهمزمان شناخته می شوند ، زیرا آنها با سرعتی کمتر از سرعت همزمان آنها کار می کنند. بنابراین اولین چیزی که باید بفهمید – سرعت همزمان چیست؟

سرعت همگام

موتور القایی خطی

موتورهای القایی خطی ، که بر روی همان اصول کلی کار می کنند مانند موتورهای القایی چرخشی (غالباً سه فاز) ، برای تولید حرکت مستقیم خط طراحی شده اند. موارد استفاده شامل آبگیری مغناطیسی ، پیشرانه‌ی خطی ، محرک خطی و پمپاژ فلز مایع است .

در اینجا چند مورد از موتورهای القایی تک فاز و سه فاز وجود دارد که می توانیم در زندگی روزمره پیدا کنیم.

کاربردهای موتورهای القایی تک فاز

• طرفداران برقی در خانه
• دستگاه های حفاری
• پمپ ها
• چرخ
• اسباب بازی ها
• جارو برقی
• فن های اگزوز
• کمپرسورها و ریش تراش برقی

برنامه های کاربردی از سه موتور القایی فاز

• صنایع کوچک ، در مقیاس متوسط ​​و بزرگ.
• آسانسور
• جرثقیل
• ماشینهای تراش رانندگی
• کارخانه های استخراج روغن
• بازوهای رباتیک
• سیستم کمربند نقاله
• سنگ شکن های سنگین

موتورهای القایی در بسیاری از اندازه و اشکال داشتن ویژگی های نسبی و رتبه بندی های الکتریکی آمده است. اندازه آنها از چند سانتی متر تا چند متر متغیر است و دارای توان مصرفی از ۰٫۵ اسب بخار تا ۱۰۰۰۰ اسب بخار هستند. کاربر می تواند مناسب ترین مورد را از اقیانوس مدل ها برای پاسخگویی به خواسته خود انتخاب کند.

ما قبلاً در مقاله های قبلی اصول موتور و کارکرد آن را مورد بحث قرار داده ایم . در اینجا ما در مورد ساخت و ساز Induction Motor به تفصیل صحبت خواهیم کرد.

برای درک اصل کار یک موتور القایی ، بگذارید یک مجموعه ساده را ابتدا در شکل در نظر بگیریم.

اینجا،

• دو هسته آهن یا فریت به اندازه مساوی گرفته شده و در هوا با فاصله معلق می شوند.
• یک سیم مسی مینا در هسته فوقانی زخمی شده و به دنبال آن یک قسمت زیرین قرار دارد و همانطور که در شکل نشان داده شده است ، دو انتهای آن به یک طرف گرفته می شوند.
• هسته در اینجا به عنوان وسیله ای برای حمل و تمرکز شار مغناطیسی ایجاد شده توسط کویل در حین کار ، عمل می کند.

حال اگر یک منبع ولتاژ متناوب را در دو انتهای مس وصل کنیم ، چیزی شبیه به زیر خواهیم داشت.

در طول چرخه مثبت AC : 

در اینجا در نیمه اول چرخه ، ولتاژ مثبت در نقطه A به تدریج از صفر به حداکثر می رسد و سپس به صفر می رسد. در این دوره می توان جریان فعلی در سیم پیچ را به عنوان نشان داد.

اینجا،

• در طی چرخه مثبت منبع تغذیه AC ، جریان در هر دو سیم پیچ به تدریج از صفر به حداکثر افزایش می یابد و سپس به تدریج از حداکثر به صفر برمی گردد. دلیل این امر آن است که طبق قانون Ohms ، جریان در یک هادی مستقیماً با ولتاژ ترمینال متناسب است و ما در مقالات قبلی بارها مورد بحث قرار دادیم.
• سیم پیچ ها به گونه ای پیچیده می شوند که جریان در هر دو سیم پیچ در یک جهت جریان داشته باشد ، و می توانیم همان شکل را در نمودار مشاهده کنیم.

حال به یاد داشته باشید قانونی به نام قانون لنز را که قبلاً قبل از ادامه آن مطالعه کردیم. طبق قانون لنز ، ” هادی که دارای جریان است ، مغناطیسی پر از سطح خود ایجاد می کند” ،

و اگر این مثال را در مثال بالا بکار گیریم ، در این صورت یک میدان مغناطیسی توسط هر حلقه در هر دو سیم پیچ ایجاد می شود. اگر شار مغناطیسی ایجاد شده توسط کل سیم پیچ را اضافه کنیم ، آنگاه مقدار قابل توجهی دریافت می کند. تمام این شارها هنگام سیم پیچ بر روی بدنه هسته روی هسته آهن ظاهر می شوند.

برای راحتی ، اگر خطوط شار مغناطیسی متمرکز بر هسته آهن را در هر دو انتها بکشیم ، در این صورت چیزی شبیه به زیر خواهیم داشت.

در اینجا می توانید خطوط مغناطیسی را در هسته های آهنی و حرکت آن از طریق شکاف هوا متمرکز کنید.

این شدت شار به طور مستقیم متناسب با جریان جاری در سیم پیچ ها در هر دو بدن آهن است. بنابراین در طول نیم چرخه مثبت ، شار از صفر به حداکثر می رسد و پس از آن از ماکزیمم به صفر کاهش می یابد. هنگامی که چرخه مثبت شدت میدان را در شکاف هوا تکمیل کرد به صفر نیز می رسد و پس از این ، یک چرخه منفی خواهیم داشت.

در طول چرخه منفی AC : 

در طی این چرخه منفی ولتاژ سینوسی ، ولتاژ مثبت در نقطه “B” به تدریج از صفر به حداکثر می رسد و سپس به صفر می رسد. طبق معمول ، به دلیل این ولتاژ ، یک جریان جریان خواهد یافت و می توان جهت این جریان را در سیم پیچ ها در شکل زیر مشاهده کرد.

از آنجا که جریان از نظر خطی متناسب با ولتاژ است ، بزرگی آن در هر دو سیم پیچ به تدریج از صفر به حداکثر افزایش می یابد و سپس از حداکثر به صفر می رسد.

اگر قانون لنز را در نظر بگیریم ، به دلیل جریان فعلی شبیه به مورد مورد بررسی در چرخه مثبت ، یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ ها ظاهر می شود . این میدان همانطور که در شکل نشان داده شده است در مرکز هسته های فریت متمرکز می شود. از آنجایی که شدت شار مستقیماً با جریان جاری در سیم پیچ ها در هر دو جسم آهن متناسب است ، این شار نیز از صفر به حداکثر می رسد و پس از بزرگی جریان ، از حداکثر به صفر پایین می آید. اگرچه این شبیه به یک چرخه مثبت است ، اما یک تفاوت وجود دارد و آن جهت جهت خطوط میدان مغناطیسی است. می توانید این تفاوت را در جهت شار در نمودارها مشاهده کنید.

پس از چرخه منفی او چرخه ای مثبت به دنبال می آید و یک چرخه منفی دیگر به وجود می آید و تا زمانی که ولتاژ سینوئید AC برداشته شود ادامه می یابد. و به دلیل این چرخه ولتاژ در حال تعویض ، میدان مغناطیسی در مرکز هسته های آهنی از نظر بزرگی و جهت تغییر می کند.

در پایان با استفاده از این تنظیمات 

• ما در مرکز هسته های آهن ، یک منطقه متمرکز از میدان مغناطیسی ایجاد کرده ایم.
• شدت میدان مغناطیسی در شکاف هوا از نظر بزرگی و جهت تغییر می کند.
• قسمت زیر شکل موج ولتاژ سینوسی AC را دنبال می کند.

Faradays قانون القای الکترومغناطیسی

این مجموعه ای که تاکنون در مورد آن صحبت کردیم برای تحقق قانون Faradays القای الکترومغناطیسی مناسب است . دلیل این امر این است که یک میدان مغناطیسی که به طور مداوم در حال تغییر است اساسی ترین و مهمترین الزام القایی الکترومغناطیسی است.

ما این قانون را در اینجا مورد مطالعه قرار می دهیم زیرا موتور القایی براساس قانون القاء الکترومغناطیسی فارادی کار می کند.

حال برای مطالعه پدیده القای الکترومغناطیسی ، بگذارید مجموعه زیر را در نظر بگیریم.

• یک هادی گرفته شده و آن را به یک مربع شکل می دهیم که هر دو انتهای آن کوتاه است.
• میله فلزی در مرکز مربع هادی تثبیت شده است که به عنوان محور تنظیمات عمل می کند.
• اکنون مربع هادی می تواند آزادانه در امتداد محور بچرخد و روتور نامیده می شود.
• روتور در مرکز شکاف هوا قرار گرفته است تا حلقه رسانا بتواند حداکثر میدان تولید شده توسط کویل های روتور را تجربه کند.

ما مطابق قانون القاء الکترومغناطیسی فارادی می دانیم ، ” وقتی یک میدان مغناطیسی متغیر ، یک هادی فلز را قطع می کند ، یک جریان الکتریکی یا ولتاژ در هادی القا می شود . “

حال ، اجازه دهید این قانون را برای درک کار از موتور القایی اعمال کنیم:

• مطابق این قانون القای الکترومغناطیسی ، یک EMF به دلیل تغییر میدان مغناطیسی که در اثر آن تغییر می یابد ، باید در هادی روتور قرار داده شده در مرکز القا شود.
• به همین دلیل EMF و هادی القایی که کوتاه است جریان را در تمام حلقه جریان می دهد همانطور که در شکل نشان داده شده است.
• در اینجا کلید کار موتور القایی آمده است. ما می دانیم که طبق قانون لنز یک جریان رسانای جریان الکتریکی میدان مغناطیسی را در اطراف خود تولید می کند که شدت آن متناسب با بزرگی جریان است.
• از آنجا که این قانون جهانی است ، بنابراین حلقه هادی روتور نیز باید یک میدان مغناطیسی تولید کند زیرا جریان به دلیل القاء الکترومغناطیسی از طریق آن جریان می یابد.
• اگر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ استاتور و تنظیم هسته آهن را به عنوان شار اصلی یا شار Stator بنامیم. سپس می توانیم میدان مغناطیسی تولید شده توسط حلقه هادی روتور را به عنوان شار روتور بنامیم.
• به دلیل تعامل بین شار اصلی و شار روتور ، نیرویی توسط روتور تجربه می شود. این نیرو سعی می کند با تنظیم موقعیت روتور با القای EMF در روتور مخالفت کند. از این رو ما در این زمان حرکتی را در موقعیت شافت تجربه خواهیم کرد.
• در حال حاضر میدان مغناطیسی به دلیل ولتاژ متناوب تغییر می کند و نیرو همچنین می تواند موقعیت روتور را بطور مداوم و بدون توقف تنظیم کند.
• بنابراین روتور به دلیل ولتاژ متناوب در حال چرخش است و از این طریق ما در محور یا محور روتور خروجی مکانیکی داریم.

با این کار ، دیدیم که چگونه به دلیل القاء الکترومغناطیسی به روتور ، ما در محور بازده مکانیکی قرار داریم. بنابراین نام داده شده برای این تنظیم ، Induction Motor نامیده می شود.

تاکنون آنچه مورد بحث ما قرار گرفته است اصل کار موتور القایی است اما به یاد داشته باشید که هم تئوری و هم عملی متفاوت هستند. و برای کار با موتور القایی یک راه اندازی اضافی مورد نیاز است که در زیر بحث خواهیم کرد.

موتور القایی تک فاز

موتور القایی که با قدرت AC تک فاز کار می کند ، موتور تک فاز (Induction ) نامیده می شود .

خط برق موجود برای ما در خانه ها خط برق تک فاز ۲۴۰ ولت / ۵۰ هرتز AC است و موتورهای القایی که در زندگی روزانه ما در خانه های خود استفاده می کنیم موتورهای القایی تک فاز نامیده می شوند.

برای درک بهتر اصول کار موتور القایی تک فاز ، بگذارید به ساخت موتور القایی تک فاز بپردازیم.

اینجا،

• ما چندین هادی را خواهیم گرفت و همانطور که در شکل نشان داده شده است ، آنها را روی شافت چرخان آزاد چرخانده می کنیم.
• همچنین ، انتهای همه هادی ها را با یک حلقه فلزی کوتاه خواهیم کرد و بدین ترتیب حلقه های رسانای متعددی ایجاد می کنیم که قبلاً مورد مطالعه قرار داده ایم.
• این راه انداز روتور مانند یک قفس سنجاب با نگاهی دقیق تر به نظر می رسد ، از این رو به آن یک موتور قفس سنجاب (Induction Motor) گفته می شود. در اینجا اجازه خواهیم داد به ساختار سه بعدی روتور قفس سنجاب بپردازیم.

• استاتور که قطعه ای کامل از آهن محسوب می شد در واقع گروهی از ورق های آهنی نازک است که در کنار هم جمع شده اند. آنها چنان از نزدیک تحت فشار قرار گرفته اند که به معنای واقعی کلمه هوایی بین آنها وجود نخواهد داشت. ما به همین دلیل از ورقهای نورد آهنی در مورد ترانسفورماتور نیرو استفاده می کنیم که به منظور کاهش تلفات آهن از ورق های آهنی به جای یک قطعه آهنی منفرد استفاده می کنیم. با استفاده از روش انباشته باعث کاهش قابل توجهی در مصرف انرژی و در عین حال با عملکرد مشابه می شویم.

کار این تنظیم شبیه به تنظیمات مورد استفاده در توضیح اصل کار موتور القایی است.

• ابتدا ولتاژ AC را تأمین می کنیم و به دلیل این ولتاژ ، جریان از طریق زخم سیم پیچ استاتور در هر دو بخش بالا و پایین جریان می یابد.
• به دلیل جریان ، یک میدان مغناطیسی در هر دو سیم پیچ بالا و پایین تولید می شود.
• بخش عمده ای از ورق های آهن به عنوان یک ماده اصلی برای انتقال میدان مغناطیسی تولید شده توسط کویل ها عمل می کنند.
• این میدان مغناطیسی متناوب که توسط هسته آهن انجام می شود به دلیل طراحی ساختاری عمدی در شکاف هوای مرکزی متمرکز می شود.
• اکنون از آنجا که روتور در این شکاف هوا قرار می گیرد ، هادی های کوتاه شده ثابت روی روتور نیز این قسمت متناوب را تجربه می کنند.
• به دلیل زمینه ، یک جریان در هادی های روتور القا می شود.
• از آنجا که جریان از طریق رسانای روتور عبور می کند ، یک میدان مغناطیسی نیز در اطراف روتور تولید می شود.
• پس از تعامل بین میدان مغناطیسی روتور تولید شده و میدان مغناطیسی استاتور ، نیرویی توسط روتور تجربه می شود.
• این نیرو روتور را در امتداد محور حرکت می دهد و در نتیجه حرکت چرخشی خواهیم داشت.
• از آنجا که ولتاژ به طور مداوم ولتاژ سینوسی را تغییر می دهد ، روتور نیز بطور مداوم در امتداد محور خود می چرخد. در نتیجه ما یک خروجی مکانیکی مداوم برای ولتاژ ورودی تک فاز داده شده خواهیم داشت.

اگرچه ما فرض کرده ایم که روتور پس از دادن نیرو به موتور تک فاز که به طور خودکار اتفاق نمی افتد بطور خودکار چرخش خواهد کرد. از آنجا که زمینه تولید شده توسط موتور القایی تک فاز یک میدان مغناطیسی متناوب است و یک میدان مغناطیسی دوار نیست. بنابراین در شروع موتور ، روتور بر روی موقعیت خود قفل می شود زیرا نیرویی که به دلیل سیم پیچ پایین و سیم پیچ بالا توسط آن تجربه می شود از همان اندازه و در جهت مخالف خواهد بود. بنابراین در آغاز ، نیروی خالص تجربه شده توسط روتور صفر است. برای جلوگیری از این امر از سیم پیچ کمکی برای موتور القایی استفاده می کنیم تا آن را به صورت موتور خودران تبدیل کند. این سیم پیچ کمکی زمینه لازم را برای حرکت روتور در شروع فراهم می کند. نمونه این مورد ، فن برقی است که در زندگی روزمره ما می بینیم 

موتور القایی سه فاز

موتور القایی که روی برق سه فاز AC کار می کند ، موتور فاز سه فاز نامیده می شود. معمولاً موتورهای القایی سه فاز در صنایع استفاده می شوند و برای مصارف خانگی مناسب نیستند.

خط برق موجود برای صنایع ۴۰۰ ولت / ۵۰ هرتز از سه خط برق چهار خطی و موتورهای القایی است که در این صنعت در صنایع کار می کنند ، موتورهای القایی سه فاز نامیده می شوند.

برای درک بهتر اصول کار موتور القایی سه فاز ، اجازه دهید ما به ساخت موتور القایی سه فاز بپردازیم.

اینجا،

• سیم پیچ فاز A از قسمت بالا شروع می شود و بخش پایین آن همانطور که در شکل نشان داده شده است.
• در مورد دو انتهای فاز ، سیم پیچ سیم وصل به خط فاز A از منبع تغذیه سه فاز و انتهای دیگر به خنثی منبع تغذیه چهار خطه در همان سه مرحله متصل است. این امر ممکن است زیرا در منبع تغذیه سه فاز چهار خطه ما سه خط اول داریم که سه ولتاژ ولتاژ دارند در حالی که خط چهارم خنثی است.
• سیم پیچ های دو فاز دیگر از همان الگوی فاز A. پیروی می کنند. سیم پیچ در دو انتهای فاز B یکی از آنها به خط فاز B منبع تغذیه سه فاز وصل می شود در حالی که انتهای دیگر به خنثی همان سه فاز وصل می شود منبع تغذیه چهار خط
• ساختار روتور شبیه به قفس سنجاب است و همان روتور است که در موتور القایی تک فاز استفاده می شود.

حال اگر نیروی الکتریکی را به سیم پیچ های سه فاز استاتور ارائه دهیم ، جریان در هر سه سیم پیچ شروع می شود. به دلیل این جریان فعلی ، یک میدان مغناطیسی توسط کویل ها تولید می شود و این میدان از طریق مسیر مقاومت مغناطیسی کمتری که توسط هسته چند لایه ارائه شده است ، جریان می یابد. در اینجا ساختار موتور به گونه ای طراحی شده است که میدان مغناطیسی که توسط هسته انجام می شود در شکاف هوا در مرکزی که روتور قرار دارد متمرکز می شود. بنابراین میدان مغناطیسی که توسط هسته در فاصله مرکزی متمرکز شده است ، رسانای موجود در روتور را تحت تأثیر قرار می دهد و از این طریق جریان را در آنها القا می کند.

در حضور جریان هادی ، روتور همچنین یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که در هر زمان معین با میدان استاتور در تعامل است. و به دلیل این تعامل ، روتور نیرویی را تجربه می کند که منجر به چرخش موتور می شود.

در اینجا میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط استاتور از نوع چرخشی به دلیل قدرت سه فاز است ، برخلاف نوع متناوب که در یک موتور تک فاز مورد بحث قرار دادیم. و به دلیل این میدان مغناطیسی در حال چرخش ، روتور حتی در صورت وجود فشار اولیه ، چرخش به خودی خود شروع می شود. این امر باعث می شود موتور سه فاز از نوع خود شروع به کار باشد و ما نیازی به سیم پیچ کمکی برای این نوع موتور نداریم.

انواع موتورهای القایی

انواع موتورهای القایی بسته به اینکه یک موتور القایی تک فاز یا سه فاز هستند ، می توانند طبقه بندی شوند.

موتور القایی تک فاز

انواع موتورهای القایی تک فاز عبارتند از:

1. تقسیم موتور القایی فاز
2. خازن شروع موتور القایی
3. خازن شروع و خازن موتور موتور القایی را اجرا کنید
4. موتور القایی سایه بان

موتور القایی سه فاز

انواع موتورهای القایی سه فاز عبارتند از:

1. موتور القایی قفس سنجاب
2. موتور القایی حلقه

قبلاً هم اشاره کردیم که موتور القایی تک فاز یک موتور خودران نیست و موتور القایی سه فاز از خود شروع می کند. بنابراین یک موتور خودران چیست؟

هنگامی که موتور شروع به کار به طور خودکار و بدون نیروی خارجی بر روی دستگاه می کند ، به موتور “خود شروع” گفته می شود. به عنوان مثال ، می بینیم که وقتی سوئیچ را نصب می کنیم ، فن شروع به چرخش اتوماتیک می کند ، بنابراین این یک ماشین خود استارت است. نکته قابل ذکر این است که پنکه مورد استفاده در وسایل منزل یک موتور القایی تک فاز است که ذاتاً از خود شروع به کار نمی کند. چطور؟ آیا سوالی در مورد چگونگی عملکرد ایجاد می شود؟ اکنون درباره آن بحث خواهیم کرد.

چرا موتور فاز سه مرحله ای شروع به کار می کند؟

در یک سیستم سه فاز ، سه خط تک فاز با اختلاف فاز ۱۲۰ درجه وجود دارد. بنابراین میدان مغناطیسی دوار دارای اختلاف فاز یکسان است و باعث می شود روتور حرکت کند. اگر سه فاز a ، b و c را در نظر بگیریم که فاز a مغناطیس شود ، روتور به سمت فاز با سیم پیچ a حرکت می کند ، در لحظه بعدی فاز b مغناطیسی می شود و باعث جذب روتور و سپس فاز c می شود. بنابراین روتور چرخش خود را ادامه خواهد داد.

چرا موتور القایی تک فاز شروع به کار نمی کند؟

این تنها یک فاز دارد اما باعث چرخش روتور می شود ، بنابراین بسیار جالب است. قبل از آن ، باید بدانیم که چرا یک موتور القایی تک فاز یک موتور خودران نیست و چگونه بر این مشکل غلبه می کنیم. ما می دانیم که منبع تغذیه یک موج سینوسی است و در سیم پیچ استاتور توزیع شده یکنواخت ، یک میدان مغناطیسی پالس کننده ایجاد می کند.

از آنجا که می توانیم میدان مغناطیسی پالس کننده را به عنوان دو میدان مغناطیسی با چرخش متضاد فرض کنیم ، در شروع کار هیچ گشتاور نتیجه ای حاصل نمی شود و از این رو موتور کار نمی کند. پس از تهیه منبع ، اگر روتور ساخته شده باشد که در هر جهت با یک نیروی خارجی بچرخد ، موتور شروع به کار می کند. ما می توانیم این مشکل را با ساخت سیم پیچ استاتور به دو سیم پیچ حل کنیم – یکی سیم پیچ اصلی ، و دیگری سیم پیچ کمکی.

ما یک خازن را به صورت سری با سیم پیچ کمکی وصل می کنیم. خازن یک اختلاف فاز را زمانی که در حال حاضر جریان از طریق هر دو کویل. هنگامی که اختلاف فاز وجود داشته باشد ، روتور گشتاور اولیه تولید می کند و چرخش آن شروع می شود. از نظر عملی می بینیم که فن هنگام قطع شدن خازن از موتور نمی چرخد ​​، اما اگر با دست بچرخیم ، شروع به چرخش می کند. به همین دلیل است که از یک خازن در موتور القایی تک فاز استفاده می کنیم.

با توجه به مزایای مختلف موتور القایی ، طیف گسترده ای از کاربردهای یک موتور القایی وجود دارد . یکی از بزرگترین مزایای آنها راندمان بالای آنها است – که می تواند تا حد ۹۷٪ بالا برود. نقطه ضعف اصلی موتور القایی این است که سرعت موتور با بار اعمال شده متفاوت است. جهت چرخش موتور القایی به راحتی می توان با تغییر دنباله فاز تامین سه فاز تغییر کرد ، یعنی اگر RYB در جهت رو به جلو باشد ، RBY باعث می شود موتور در جهت معکوس بچرخد. این در مورد موتور سه فاز است ، اما در یک موتور تک فاز ، با معکوس کردن پایانه های خازن در سیم پیچ می توان جهت را معکوس کرد.