برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

مقدمه:
اساس موتورهای القایی AC
اساس موتورهای القایی AC
امروزه در صنعت، ماشینهای متفاوت و با سرعت های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد كه موارد قابل ذكر عبارتند از : ماشین برش فلزات ، چرثقیل الكتریكی ، ماشینهای مربوط به حمل ونقل وانواع مختلف وسایل چاپ ، معدن ذغال سنگ و صنایع دیگر . برای مثال چرخاننده الكتریكی در ماشین برش فلزات ، سرعت سیستم می باید مطابق با نوع كار ، فلز و كیفیت نوع برش واندازه قطعه مورد نظر ، قابل تنظیم باشد . در كلیه ماشین آلات ذكر شده ، چرخاننده باید مجهز به كنترل سرعت باشد تا بتواند كمیت تولید زیاد ، شرایط كار مطلوب و كیفیت محصول خوب باشد . توسط كنترل سرعت می توان سرعت چرخاننده را به میزان مورد نیاز جهت انجام مراحل كار تغییر داد . مفهوم كنترل سرعت یا تنظیم نبا ید شامل تغییر طبیعی در هنگام اخذ بار شود . تغییر سرعت مورد نیاز در روی موتور چرخاننده و یا عنصر مرتبط به موتور چرخاننده انجام می گیرد ، كه ممكن است این عمل با دست توسط اپراتور و یا به طور اتوماتیك توسط وسایل كنترل انجام گیرد . امروزه تنظیم سرعت توسط مدار الكتریكی توسعه یافته و از نظر اقتصادی و نتایج حاصله بر كنترل مكانیكی ارجحیت دارد .
موتورهای آسنكرون سه فاز به خاطر امتیازات چشمگیرشان در صنایع كاربرد متنوعی دارند . از آن جمله در سیستمهای محركه ای كه نیاز به تغییر وتنظیم دور دارند بیشتر وبیشتر بكار گرفته می شوند .

دور موتور آسنكرون به خودی خود حداكثر 1- min 3000 (برایP=1 ،F=50 HZ ) است . اما صنعت اتوماسیون و تنظیم دقیق ، نیاز به دورهایی از حدود1 تاmin -1 100000 و بیشتر ( مثلا min -1 350000 در دندانپزشكی با بلبرینگ مغناطیسی ) می باشد . برخی سیستمهای محركه نظیر جراثقال به دور كمی نیازمنداند. دور موتور آسنكرون وابسته از F فركانس شبكه ، P تعداد زوج قطب موتور و S لغزش آن می باشد :
Nr = (1- S) NS = ( 1-S )

توسط تغییرات این سه عامل می توان دور موتور آسنكرون را تغییر داد . برای این منظور مدارهای متنوعی را می توان تحقق بخشید . در این میان سعی برآنست مدارهائی مورد استفاده قرار گیرند كه با هزینه كمتری تحقق پذیرند ، ساده ترند و نیز تلفاتشان كمتر است. بدین ترتیب تعداد این مدارها عملاً محدود می گردد در ادامه متدهای كلاسیك ومدرن تنظیم دور موتور آسنكرون را مورد بحث قرار خواهیم داد .
موتورهای القایی AC عمومی ترین موتورهایی هستند كه در سامانه های كنترل حركت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می شوند.طراحی ساده و مستحكم , قیمت ارزان , هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و كامل به یك منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند.انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است.موتورهای مختلف برای كارهای مختلفی مناسب اند.با اینكه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است , ولی كنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند دركی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست.
این نكته در اساس انواع مختلف , مشخصات آنها , انتخاب شرایط برای كاربریهای مختلف و روشهای كنترل مركزی یك موتورهای القایی AC را مورد بحث قرار می دهد.

اصل ساخت اولیه و كاربری
مانند بیشتر موتورها , یك موتورهای القایی AC یك قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یك روتور كه در درون آن می چرخد دارند , كه میان آندو یك فاصله دقیق كارشناسی شده وجود دارد.به طور مجازی همه موتورهای الكتریكی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می كنند.یك موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است كه در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود.در حالی كه موتورهای DC به وسیله ای الكتریكی یا مكانیكی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند.یك موتور القایی AC تك فاز نیازمند یك وسیله الكتریكی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است.
در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.در یك موتور القایی AC یك سری از مغناطیس شونده ها به خاطراینكه تغذیه AC به پیچه های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده اند.بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الكترومغناطیسی به روتور وارد می شود (درست شبیه ولتاژی كه در ثانویه ترانسفورماتور القا می شود).بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده ها خاصیت مغناطیسی پیدا می كنند.-نام موتور القایی از اینجاست-.تعامل میان این مگنت ها انرژی چرخیدن یا تورك (گشتاور) را فراهم می آورد.در نتیجه موتور در جهت گشتاو بوجود آمده چرخش می كند.
استاتور از چندین قطعه باریك آلومنیوم یا آهن سبك ساخته شده است.این قطعات بصورت یك سیلندر تو خالی به هم منگنه و محكم شده اند(هسته استاتور) با شیارهایی
كه در شكا یك نشان داده شده اند.سیم پیچهایی از سیم روكش دار در این شیارها جاسازی شده اند.هر گروه پیچه با هسته ای كه آن را فرا گرفته یك آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای كار كردن با تغذیه AC شكل می دهد.تعداد قطبهای یك موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه های استاتوربستگی دارد.پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل اند.آنها به صورتی متصل اند كه با برقراری تغذیه AC یك میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.

روتور از چندین قطعه مجزای باریك فولادی كه میانشان میله هایی از مس یا آلومنیوم تعبیه شده ساخته شده است.در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به صورت الكتریكی و مكانیكی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند.تقریبا 90 درصد از موتورهای القایی دارای روتور قفس سنجابی می باشند و این به خاطر آن است كه این نوع روتور ساختی مستحكم و ساده دارد.این روتور از هسته ای چند تكه استوانه ای با محوری كه شكافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشكیل شده است.هر شكاف یك میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود.در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها مدار كوتاه برقرار است.چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است , این نام برای آن انتخاب شده است.میله ای روتور دقیقا با محور موازی نیستند.در عوض به دو دلیل مهم قدری اریب نصب می شوند.
دلیل اول آنكه موتور با كاهش صوت مغناطیسی بدون صدا كاركرده و برای آنكه از هارمونیكها در شكافها كاسته شود.
دلیل دوم آن است كه گرایش روتور به هنگ كردن كمتر شود.دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می كنند كه در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند.این اتفاق هنگامی می افتد كه تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.
روتور بوسیله مهار هایی در دو انتها روی محور نصب شده ; یك انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می شود.ممكن است بعضی موتورها محوری فرعی در طرف دیگر(غیر گردنده - غیر منتقل كننده نیرو) برای اتصال دستگاههای حسگر حالت(وضعیت) و سرعت داشته باشند.بین استاتور و روتور شكافی هوایی موجود است.بعلت القا انرژی از استاتور به روتور منتقل می شود.تورك تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو می كند.صرف نظر از روتور استفاده شده قواعد كلی برای دوران یكی است.

میدان مغناطیسی ای كه در استاتور تولید میشود با سرعت سنكرون می چرخد.(Ns)

در روتور میدان مغناطیسی تولید می شود زیرا به طور طبیعی ولتاژ متناوب است.
برای كاهش سرعت نسبی نسبت به (شار)استاتور , روتور چرخش را در همان جهتی كه شار استاتور دارد آغاز می كند و تلاش می كند تا به سرعت چرخش فلاكس نایل شود.با اینحال روتور هرگز موفق نمی شود كه به سرعت میدان استاتور برسد.روتور از سرعت میدان استاتور كندتر می گردد.این سرعت Base speed نام دارد.(Nb)
تفاوتها میان Ns و NbSlip نام دارد.اسلیپ مقادیر مختلف فشار(مكانیكی) بستگی دارد.هر افزایشی در فشار موجب كندتر كار كردن روتور و افزایش اسلیپ می شود.برعكس كاهش فشار سبب سرعت گرفتن روتور و كاهش اسلیپ می شود.اسلیپ بوسیله درصد نشان داده شده و با فرمول زیر مشخص می شود.


عموما دسته بندی موتورهای القای براساس تعداد پیچه های استاتور است كه عبارتند از:
موتورهای القایی تك فاز
موتورهای القایی سه فاز
) موتورهای AC :
موتورهای AC تک فاز:
معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.
هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند
موتورهای AC سه فاز:
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.
این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.
سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم. روشهای كنترل سرعت در موتورهای القایی : همانطور كه در گذشته نیز گفته شد از معایب اصلی موتورهای آسنكرون نسبت به موتورهای DC در عدم امكانات مناسب در كنترل سرعت آنها می باشد كه به همین دلیل در صنعت كه احتیاج به كنترل دور موتور با دقت زیاد و در رنج وسیعی می باشد استفاده از ماشینهای DC ترجیح داده می شود و این مسئله در هنگامی كه گشتاور راه اندازی بزرگی نیز مورد احتیاج باشد ، تشدید می گردد . به همین دلیل برای كنترل سرعت ماشینهای القایی نیز تمهیداتی انجام گرفته
است كه توسط آنها بتوان تا حد امكان به كنترل سرعت این موتورها پرداخت0 به طور كلی به چهار روش می توان به كنترل دور موتورهای القایی پرداخت كه این موارد عبارتنداز : 1-كنترل دور به وسیله كنترل ولتاژ 2-كنترل دور توسط كنترل فركانس 3-كنترل دور به وسیله كنترل ولتاژ و كنترل فركانس به صورت همزمان 4-كنترل سرعت از طریق كنترل جفت قطب در بین این روشها بهترین روش كنترل دوربه وسیله كنترل همزمان ولتاژ و فركانس می باشد چون مقدار فوران میدان مغناطیسی دوار موتورهای القایی متناسب با نسبت ولتاژ به فركانس می باشد بنا براین در صورتی كه به همان نسبت كه ولتاژ را تغییر می دهیم مقدار فركانس را نیز تغییر دهیم نتیجتاً مقدار دامنه‏ی میدان مغناطیسی دوار موتور تغییری نمی‎نماید و در نتیجه در كار ماشین اختلالی وجود نخواهد داشت. از طرف دیگر با تغییر مشخصات منبع تغذیه منحنی گشتاور بر حسب سرعت تغییر خواهد نمود . عیب این روش در قیمت بسیار بالای مبدلهایی می باشند كه به صورت همزمان فركانس و ولتاژ را كنترل می نمایند و همچنین دارای ساختمان پیچیده ای هستند و تعمیر و نگهداری آنها مشكل می باشد و بعضاّ هزینه های مربوط به این مبدّل ها از هزینه مربوط به خود موتور بیشتر می گردد . بنابراین در بسیاری از مواقع از لحاظ اقتصادی استفاده از این روش برای كنترل سرعت موتور القایی مقرون به صرفه نمی باشد.
موتورهای پله‌ای :
نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی
از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.
موتورهای خطی :
یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند.

احتمالا بیشتر از كل انواع موتورها از موتورهای القایی AC تك فاز استفاده می شود.منطقی است كه باید موتورهای دارای كمترین گرانی و هزینه نگه داری بیشتر استفاده شود. موتور القایی AC تك فاز بهترین مصداق این توصیف است.آن طور كه از نام آن برمیاید این نوع از موتور تنها یك پیچه (پیچه اصلی) دارد و با یك منبع تغذیه تك فاز كار می كند.در تمام موتورهای القایی تك فاز روتور از نوع قفس سنجابی است.
موتور القایی تك فاز خود راه انداز نیست.هنگامی كه موتور به یك تغذیه تك فاز متصل است پیچه اصلی دارای جریانی متناوب می شود.این جریان متناوب میدان مغناطیسی ای ضربانی تولید می كند.بسبب القا روتور تحریك می شود.چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است توركی كه برای چرخش موتور لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود.از این رو موتور القایی تك فاز به دستگاه آغاز گری نیاز داردكه می تواندضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید كند.
دستگاه آغاز گر موتورهای القایی تك فاز اساسا پیچه ای اضافی در استاتور است (پیچه كمكی) .پیچه استارت می تواند دارای خازنهای سری ویا سوئیچ گریز از مركز باشد.هنگامی كه ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در پیچه اصلی بسبب مقاومت پیچه اصلی ولتاژتغذیه را افت میدهد (ولتاژ به جریان تبدیل می شود).در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می شود.فعل و انفعال میان میدانهای مغناطیسی كه پیچه اصلی و دستگاه استارت می سازند میدان برایندی میسازند كه در جهتی گردش می كند.موتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز میكند.
هنگامی كه موتور به 75 درصد دور مجاز خود می رسد یك سوئیچ گریز از مركز پیچه استارت را از مدار خارج می كند.از این لحظه به بعد موتور تك فاز می تواند تورك كافی را برای ادامه كاركرد خود نگه دارد.
بجز انواع خاص دارای Capacitor start / capacitor run عموماهمه موتورهای تك فاز فقط برای كاربری های بالای 3/4 hp استفاده می شوند.
بسته به انواع تكنیكهای استارت موتورهای القایی تك فاز AC در دسته بندی ای وسیع قرار دارند.

AC فاز شكسته
موتور فاز شكسته همچنین به عنوان Induction start/Induction run (استارت القایی/كاركرد القایی)هم شناخته می شود كه دو پیچه دارد.پیچه استارت از سیم نازكتر و تعداد دور كمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته شده است.همچنین میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه كه پیچه اصلی دارد قرار می گیرد كه سبب آغاز چرخش موتور می شود.پیچه اصلی كه از سیم ضخیم تری ساخته شده است موتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می دارد.
تورك آغازین كم است مثلا 100 تا 175 درصد تورك ارزیابی شده.موتور برای استارت جریانی زیاد طلب می كند.تقریبا 700 تا 1000 درصد جریان ارزیابی شده.تورك بیشینه تولید شده نیز در محدوده 250 تا 350 درصد از تورك براوردشده می باشد.
كاربریهای خوب برای موتورهای فاز شكسته شامل سمباده (آسیاب) های كوچك , دمنده ها و فنهای كوچك و دیگر دستگاههایی با نیاز به تورك آغازین كم با و نیاز به قدرت 1/20 تا 1/3 اسب بخار می باشد.از استفاده از این موتورها در كاربریهایی كه به دوره های خاموش و روشن و گشتاور زیاد نیازدارند خود داری نمایید.
این نوع , موتور اصلاح شده فاز شكسته با خازنی سری با آن برای بهبود استارت است.همانند موتور معمولی فاز شكسته این نوع موتور یك سوئیچ گریز از مركز داشته كه هنگامی كه موتور به 75 درصد سرعت ارزیابی شده می رسد , پیچه استارت را از مدار خارج می نماید.از آنجا كه خازن با مدار استارت موازی است , گشتاور استارت بیشتری تولید می كند , معمولا در حدود 200 تا 400 درصد گشتاور ارزیابی شده.و جریان استارت معمولا بین 450 تا 575 درصد جریان ارزیابی شده است.كه بسیار كمتر از موتور فاز شكسته و بعلت سیم ضخیمتر در مدار استارت است.برای منحنی سرعت گشتاور به شكل 9 مراجعه كنید.
نوع اصلاح شده ای از موتو با استارت خازنی ، موتور با استارت مقاومتی است.در این نوع موتور خازن استارت با یك مقاومت جایگزین شده است.موتور استارت مقاومتی در كاربریهایی مورد استفاده قرار می گیرد كه میزان گشتاور استارتینگی كمتر از مقداری كه موتور استارت خازنی تولید می كند لازم است.صرف نظر از هزینه این موتور امتیازات عمده ای نسبت به موتور استارت خازنی ندارد.

این موتورها در انواع مختلف كاربریهای پولی و تسمه ای مانند تسمه نقاله های كوچك , پمپها و دمنده های بزرگ به خوبی بسیاری از خود گردانها و كاربریهای چرخ دنده ای استفاده می شوند.
AC القایی با خازن دائمی اسپلیت
این موتور (PSC) نوعی خازن دائما متصل به صورت سری به پیچه استارت دارد.این كار سبب آن میشود كه پیچه استارت تازمانی كه موتور به سرعت چرخش خود برسد بصورت پیچه ای كمكی عمل كند.از آنجا كه خازن عملكرد اصلی , باید برای استفاده مداوم طراحی شده باشد , نمیتواند توان استارتی معادل یك موتور استارت خازنی ایجاد نماید.گشتاور استارت یك موتور (PSC) معمولا كم و در حدود 30 تا 150 درصد گشتاور ارزیابی شده است.موتورهای (PSC) جریان استارتی پایین , معمولا در كمتر از 200 درصد جریان برآورد شده دارند كه آنها را برای كاربریهایی با سرعتهای دارای چرخه های خاموش روشن بالا بسیار مناسب میسازد.برای منحنی سرعت – گشتاور به شكل 9 مراجعه كنید.
موتورهای PSC امتیازات فراوانی دارند.طراحی موتور براحتی برای استفاده با كنترل كننده های سرعت میتواند اصلاح شود.همچنین می توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در فشار برآورد شده طراحی شوند.آنها به عنوان قابل اطمینان ترین موتور تك فاز مطرح میشوند.مخصوصا به این خاطر كه به سوئیچ گریز از مركز نیازی ندارند.

موتورهای AC القایی استارت با خازن/ كاركرد با خازن
این موتور , همانند موتور با استارت خازن , خازنی از نوع استارتی در حالت سری با پیچه كمكی برای گشتاور زیاد استارت دارد.همچنین مانند یك موتور PSC خازنی از نوع كاركرد كه دركنار خازن استارت در حالت سری با پیچه كمكی است كه بعد از شروع به كار موتور از مدار خارج می شود.این حالت سبب بوجود آمدن گشتاوری در حد اضافی می شود.
این نوع موتور می تواند … و بازده بیشتر طراحی شود.(منحنی سرعت – گشتاور در شكل 9 را ببینید).این موتور بخاطر خازنهای كاركرد و استارت و سوئیچ گریز از مركز آن پرهزینه است.
این موتور می تواند در بسیاری از كاربریهایی كه از هرموتور تك فاز دیگری انتظار میرود استفاده شود.این كاربریها شامل ماشینهای مرتبط با چوب , كمپرسورهای هوا , پمپهای آب فشار قوی , پمپهای تخلیه و دیگر كاربردهای نیازمند گشتاورهای بالا در حد 1 تا 10 اسب بخار می شوند.
AC با قطب سایه دار
موتورهای با قطب سایه دار فقط یك پیچه اصلی دارند و پیچه استارت ندارند.استارت خوردن بوسیله طرح خاص آن كه حلقه پیوسته مسی ای را دور قسمت كوچكی از هر قطب موتور حلقه می كند انجام می شود.این سایه كه قطب را دو تكه می كند سبب می شود كه میدان مغناطیسی ای ضعیفتر در ناحیه سایه خورده نسبت به قسمت دیگر و در كنار آن بوجود آید.تعامل میان میدانها محور را به چرخش وامی دارد.
چون موتور با قطب سایه خورده پیچه استارت , سوئیچ استارت ویا خازن ندارد از نظر الكتریكی ساده و ارزان است.همچنین سرعت آن راصرفا با تغییر ولتاژ یا بوسیله یك پیچه با چند دور مختلف می توان كنترل كرد.
ساخت موتور با قطب سایه خورده از نظر مكانیكی اجازه تولید انبوه را میدهد.درحقیقت این موتورها به موتورهای یك بار مصرف معروفند.بدین معنی كه جایگزین كردن آنها ارزانتر از تعمیر آنهاست.
موتورهای با قطب سایه دار بسیاری مشخصات مثبت دارند.اما چندین مورد بی فایدگی هم دارند.گشتاور استارت كم آن معمولا 25 تا 75 درصد گشتاور برآوردی است.این موتور موتوری با اتلاف بالاست كه سرعتی حدود 7 تا 10 درصد سرعت سنكرون دارد.عموما بازده این نوع موتور بسیار پایین است (زیر 20 درصد).
هزینه اولیه پایین آن را برای قدرت كمتر یا كاربردهای با كار كمتر مناسب می سازد.شاید وسیعترین استفاده از آنها در فنهای چند سرعته برای استفاده خانگی است.ولی گشتاور كم موتور دارای قطب سایه دار را برای بیشتر كاربریهای صنعتی یا تجاری كه در آنها كار مداوم یا چرخه های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می كند.
PSC بسته به طراحیشان كاربری بسیار متنوعی دارند كه شامل فنها , دمنده ها با نیاز به گشتاور استارت كم و چرخه های كاری غیر دائمی مانند تنظیم دستگاهها (طرز كارها) , عملگر درگاهها و بازكننده های درب گاراژها میشود.




موتورهای القایی AC عمومی ترین موتورهایی هستند كه در سامانه های كنترل حركت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می شوند.طراحی ساده و مستحكم , قیمت ارزان , هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و كامل به یك منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند.انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است.موتورهای مختلف برای كارهای مختلفی مناسب اند.با اینكه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است , ولی كنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند دركی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست.
این نكته در اساس انواع مختلف , مشخصات آنها , انتخاب شرایط برای كاربریهای مختلف و روشهای كنترل مركزی یك موتورهای القایی AC را مورد بحث قرار می دهد.


اصل ساخت اولیه و كاربری

مانند بیشتر موتورها , یك موتورهای القایی AC یك قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یك روتور كه در درون آن می چرخد دارند , كه میان آندو یك فاصله دقیق كارشناسی شده وجود دارد.به طور مجازی همه موتورهای الكتریكی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می كنند.یك موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است كه در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود.در حالی كه موتورهای DC به وسیله ای الكتریكی یا مكانیكی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند.یك موتور القایی AC تك فاز نیازمند یك وسیله الكتریكی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است.
در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.در یك موتور القایی AC یك سری از مغناطیس شونده ها به خاطراینكه تغذیه AC به پیچه های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده اند.بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الكترومغناطیسی به روتور وارد می شود (درست شبیه ولتاژی كه در ثانویه ترانسفورماتور القا می شود).بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده ها خاصیت مغناطیسی پیدا می كنند.-نام موتور القایی از اینجاست-.تعامل میان این مگنت ها انرژی چرخیدن یا تورك (گشتاور) را فراهم  می آورد.در نتیجه موتور در جهت گشتاو بوجود آمده چرخش می كند.


استاتور

استاتور از چندین قطعه باریك آلومنیوم یا آهن سبك ساخته شده است.این قطعات بصورت یك سیلندر تو خالی به هم منگنه و محكم شده اند(هسته استاتور) با شیارهایی كه در شكا یك نشان داده شده اند.سیم پیچهایی از سیم روكش دار در این شیارها جاسازی شده اند.هر گروه پیچه با هسته ای كه آن را فرا گرفته یك آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای كار كردن با تغذیه AC شكل می دهد.تعداد قطبهای یك موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه های استاتوربستگی دارد.پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل اند.آنها به صورتی متصل اند كه با برقراری تغذیه AC یك میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.



روتور

روتور از چندین قطعه مجزای باریك فولادی كه میانشان میله هایی از مس یا آلومنیوم تعبیه شده ساخته شده است.در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به صورت الكتریكی و مكانیكی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند.تقریبا 90 درصد از موتورهای القایی دارای روتور قفس سنجابی می باشند و این به خاطر آن است كه این نوع روتور ساختی مستحكم و ساده دارد.این روتور از هسته ای چند تكه استوانه ای با محوری كه شكافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشكیل شده است.هر شكاف یك میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود.در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها همچنان كه در شكل دو مشاهده می شود مدار كوتاه برقرار است.چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است , این نام برای آن انتخاب شده است.میله ای روتور دقیقا با محور موازی نیستند.در عوض به دو دلیل مهم قدری اریب نصب می شوند.
دلیل اول آنكه موتور با كاهش صوت مغناطیسی بدون صدا كاركرده و برای آنكه از هارمونیكها در شكافها كاسته شود.
دلیل دوم آن است كه گرایش روتور به هنگ كردن كمتر شود.دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می كنند كه در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند.این اتفاق هنگامی می افتد كه تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.
روتور بوسیله مهار هایی در دو انتها روی محور نصب شده ; یك انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می شود.ممكن است بعضی موتورها محوری فرعی در طرف دیگر(غیر گردنده - غیر منتقل كننده نیرو) برای اتصال دستگاههای حسگر حالت(وضعیت) و سرعت داشته باشند.بین استاتور و روتور شكافی هوایی موجود است.بعلت القا انرژی از استاتور به روتور منتقل می شود.تورك تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو می كند.صرف نظر از روتور استفاده شده قواعد كلی برای دوران یكی است.



سرعت یك موتور القایی

میدان مغناطیسی ای كه در استاتور تولید میشود با سرعت سنكرون می چرخد.(Ns)



در روتور میدان مغناطیسی تولید می شود زیرا به طور طبیعی ولتاژ متناوب است.
برای كاهش سرعت نسبی نسبت به (شار)استاتور , روتور چرخش را در همان جهتی كه شار استاتور دارد آغاز می كند و تلاش می كند تا به سرعت چرخش فلاكس نایل شود.با اینحال روتور هرگز موفق نمی شود كه به سرعت میدان استاتور برسد.روتور از سرعت میدان استاتور كندتر می گردد.این سرعت Base speed نام دارد.(Nb)
تفاوتها میان Ns و Nb Slip نام دارد.اسلیپ مقادیر مختلف فشار(مكانیكی) بستگی دارد.هر افزایشی در فشار موجب كندتر كار كردن روتور و افزایش اسلیپ می شود.برعكس كاهش فشار سبب سرعت گرفتن روتور و كاهش اسلیپ می شود.اسلیپ بوسیله درصد نشان داده شده و با فرمول زیر مشخص می شود.



انواع موتورهای القایی

عموما دسته بندی موتورهای القای براساس تعداد پیچه های استاتور است كه عبارتند از:
موتورهای القایی تك فاز
موتورهای القایی سه فاز

موتورهای القایی تك فاز

احتمالا بیشتر از كل انواع موتورها از موتورهای القایی AC تك فاز استفاده می شود.منطقی است كه باید موتورهای دارای كمترین گرانی و هزینه نگه داری بیشتر استفاده شود. موتور القایی AC تك فاز بهترین مصداق این توصیف است.آن طور كه از نام آن برمیاید این نوع از موتور تنها یك پیچه (پیچه اصلی) دارد و با یك منبع تغذیه تك فاز كار می كند.در تمام موتورهای القایی تك فاز روتور از نوع قفس سنجابی است.
موتور القایی تك فاز خود راه انداز نیست.هنگامی كه موتور به یك تغذیه تك فاز متصل است پیچه اصلی دارای جریانی متناوب می شود.این جریان متناوب میدان مغناطیسی ای ضربانی تولید می كند.بسبب القا روتور تحریك می شود.چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است توركی كه برای چرخش موتور لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود.از این رو موتور القایی تك فاز به دستگاه آغاز گری نیاز داردكه می تواندضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید كند.
دستگاه آغاز گر موتورهای القایی تك فاز اساسا پیچه ای اضافی در استاتور است (پیچه كمكی) كه در شكل سه نشان داده شده است.پیچه استارت می تواند دارای خازنهای سری ویا سوئیچ گریز از مركز باشد.هنگامی كه ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در پیچه اصلی بسبب مقاومت پیچه اصلی ولتاژتغذیه را افت میدهد (ولتاژ به جریان تبدیل می شود).در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می شود.فعل و انفعال میان میدانهای مغناطیسی كه پیچه اصلی و دستگاه استارت می سازند میدان برایندی میسازند كه در جهتی گردش می كند.موتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز میكند.
هنگامی كه موتور به 75 درصد دور مجاز خود می رسد یك سوئیچ گریز از مركز پیچه استارت را از مدار خارج می كند.از این لحظه به بعد موتور تك فاز می تواند تورك كافی را برای ادامه كاركرد خود نگه دارد.
بجز انواع خاص دارای Capacitor start / capacitor run عموماهمه موتورهای تك فاز فقط برای كاربری های بالای 3/4 hp استفاده می شوند.
بسته به انواع تكنیكهای استارت موتورهای القایی تك فاز AC در دسته بندی ای وسیع آن گونه كه در شكل زیر توصیف شده قرار دارند.



موتور القایی AC فاز شكسته

موتور فاز شكسته همچنین به عنوان Induction start/Induction run (استارت القایی/كاركرد القایی)هم شناخته می شود كه دو پیچه دارد.پیچه استارت از سیم نازكتر و تعداد دور كمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته شده است.همچنین میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه كه پیچه اصلی دارد قرار می گیرد كه سبب آغاز چرخش موتور می شود.پیچه اصلی كه از سیم ضخیم تری ساخته شده است موتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می دارد.



تورك آغازین كم است مثلا 100 تا 175 درصد تورك ارزیابی شده.موتور برای استارت جریانی زیاد طلب می كند.تقریبا 700 تا 1000 درصد جریان ارزیابی شده.تورك بیشینه تولید شده نیز در محدوده 250 تا 350 درصد از تورك براوردشده می باشد.(برای مشاهده منحنی سرعت – گشتاور به شكل 9نگاه كنید).
كاربریهای خوب برای موتورهای فاز شكسته شامل سمباده (آسیاب) های كوچك , دمنده ها و فنهای كوچك و دیگر دستگاههایی با نیاز به تورك آغازین كم با و نیاز به قدرت 1/20 تا 1/3 اسب بخار می باشد.از استفاده از این موتورها در كاربریهایی كه به دوره های خاموش و روشن و گشتاور زیاد نیازدارند خود داری نمایید.

موتور القایی با استارت خازنی

این نوع , موتور اصلاح شده فاز شكسته با خازنی سری با آن برای بهبود استارت است.همانند موتور معمولی فاز شكسته این نوع موتور یك سوئیچ گریز از مركز داشته كه هنگامی كه موتور به 75 درصد سرعت ارزیابی شده می رسد , پیچه استارت را از مدار خارج می نماید.از آنجا كه خازن با مدار استارت موازی است , گشتاور استارت بیشتری تولید می كند , معمولا در حدود 200 تا 400 درصد گشتاور ارزیابی شده.و جریان استارت معمولا بین 450 تا 575 درصد جریان ارزیابی شده است.كه بسیار كمتر از موتور فاز شكسته و بعلت سیم ضخیمتر در مدار استارت است.برای منحنی سرعت گشتاور به شكل 9 مراجعه كنید.
نوع اصلاح شده ای از موتو با استارت خازنی ، موتور با استارت مقاومتی است.در این نوع موتور خازن استارت با یك مقاومت جایگزین شده است.موتور استارت مقاومتی در كاربریهایی مورد استفاده قرار می گیرد كه میزان گشتاور استارتینگی كمتر از مقداری كه موتور استارت خازنی تولید می كند لازم است.صرف نظر از هزینه این موتور امتیازات عمده ای نسبت به موتور استارت خازنی ندارد.



این موتورها در انواع مختلف كاربریهای پولی و تسمه ای مانند تسمه نقاله های كوچك , پمپها و دمنده های بزرگ به خوبی بسیاری از خود گردانها و كاربریهای چرخ دنده ای استفاده می شوند.

موتورهای AC القایی با خازن دائمی اسپلیت

این موتور (PSC) نوعی خازن دائما متصل به صورت سری به پیچه استارت دارد.این كار سبب آن میشود كه پیچه استارت تازمانی كه موتور به سرعت چرخش خود برسد بصورت پیچه ای كمكی عمل كند.از آنجا كه خازن عملكرد اصلی , باید برای استفاده مداوم طراحی شده باشد , نمیتواند توان استارتی معادل یك موتور استارت خازنی ایجاد نماید.گشتاور استارت یك موتور (PSC) معمولا كم و در حدود 30 تا 150 درصد گشتاور ارزیابی شده است.موتورهای (PSC) جریان استارتی پایین , معمولا در كمتر از 200 درصد جریان برآورد شده دارند كه آنها را برای كاربریهایی با سرعتهای دارای چرخه های خاموش روشن بالا بسیار مناسب میسازد.برای منحنی سرعت – گشتاور به شكل 9 مراجعه كنید.
موتورهای PSC امتیازات فراوانی دارند.طراحی موتور براحتی برای استفاده با كنترل كننده های سرعت میتواند اصلاح شود.همچنین می توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در فشار برآورد شده طراحی شوند.آنها به عنوان قابل اطمینان ترین موتور تك فاز مطرح میشوند.مخصوصا به این خاطر كه به سوئیچ گریز از مركز نیازی ندارند.



موتورهای PSC بسته به طراحیشان كاربری بسیار متنوعی دارند كه شامل فنها , دمنده ها با نیاز به گشتاور استارت كم و چرخه های كاری غیر دائمی مانند تنظیم دستگاهها (طرز كارها) , عملگر درگاهها و بازكننده های درب گاراژها میشود.

موتورهای AC القایی استارت با خازن/ كاركرد با خازن

این موتور , همانند موتور با استارت خازن , خازنی از نوع استارتی در حالت سری با پیچه كمكی برای گشتاور زیاد استارت دارد.همچنین مانند یك موتور PSC خازنی از نوع كاركرد كه دركنار خازن استارت در حالت سری با پیچه كمكی است كه بعد از شروع به كار موتور از مدار خارج می شود.این حالت سبب بوجود آمدن گشتاوری در حد اضافی می شود.



این نوع موتور می تواند ... و بازده بیشتر طراحی شود.(منحنی سرعت – گشتاور در شكل 9 را ببینید).این موتور بخاطر خازنهای كاركرد و استارت و سوئیچ گریز از مركز آن پرهزینه است.
این موتور می تواند در بسیاری از كاربریهایی كه از هرموتور تك فاز دیگری انتظار میرود استفاده شود.این كاربریها شامل ماشینهای مرتبط با چوب , كمپرسورهای هوا , پمپهای آب فشار قوی , پمپهای تخلیه و دیگر كاربردهای نیازمند گشتاورهای بالا در حد 1 تا 10 اسب بخار می شوند.

موتور القایی AC با قطب سایه دار

موتورهای با قطب سایه دار فقط یك پیچه اصلی دارند و پیچه استارت ندارند.استارت خوردن بوسیله طرح خاص آن كه حلقه پیوسته مسی ای را دور قسمت كوچكی از هر قطب موتور حلقه می كند انجام می شود.این سایه كه قطب را دو تكه می كند سبب می شود كه میدان مغناطیسی ای ضعیفتر در ناحیه سایه خورده نسبت به قسمت دیگر و در كنار آن بوجود آید.تعامل میان میدانها محور را به چرخش وامی دارد.
چون موتور با قطب سایه خورده پیچه استارت , سوئیچ استارت ویا خازن ندارد از نظر الكتریكی ساده و ارزان است.همچنین سرعت آن راصرفا با تغییر ولتاژ یا بوسیله یك پیچه با چند دور مختلف می توان كنترل كرد.


ساخت موتور با قطب سایه خورده از نظر مكانیكی اجازه تولید انبوه را میدهد.درحقیقت این موتورها به موتورهای یك بار مصرف معروفند.بدین معنی كه جایگزین كردن آنها ارزانتر از تعمیر آنهاست.



موتورهای با قطب سایه دار بسیاری مشخصات مثبت دارند.اما چندین مورد بی فایدگی هم دارند.گشتاور استارت كم آن معمولا 25 تا 75 درصد گشتاور برآوردی است.این موتور موتوری با اتلاف بالاست كه سرعتی حدود 7 تا 10 درصد سرعت سنكرون دارد.عموما بازده این نوع موتور بسیار پایین است (زیر 20 درصد).
هزینه اولیه پایین آن را برای قدرت كمتر یا كاربردهای با كار كمتر مناسب می سازد.شاید وسیعترین استفاده از آنها در فنهای چند سرعته برای استفاده خانگی است.ولی گشتاور كم موتور دارای قطب سایه دار را برای بیشتر كاربریهای صنعتی یا تجاری كه در آنها كار مداوم یا چرخه های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می كند.شكل 9 منحنی سرعت - گشتاور را برای انواع موتور القایی AC تك فاز نشان می دهد.


http://plc-omega12.mihanblog.com/

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :