انواع الکتروموتور القایی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: معمولا دسته بندی الکتروموتورهای القایی براساس تعداد کلاف‌های استاتور است که عبارتند از:

 -الکتروموتور القایی تک فاز
-الکتروموتور القایی ۳ فاز

الکتروموتور القایی تک فاز:
بین انواع الکتروموتورها، از الکتروموتورهای القایی AC تکفاز بیشتر استفاده می‌شود. منطقی است که این نوع الکتروموتور دارای قیمت پایین‌تر و هزینه نگهداری کمتر است. همان طور که از نام آن برمی آید، این نوع از الکتروموتور تن‌ها یک پیچه یا یک کلاف اصلی دارد و با یک منبع تغذیه متناوب تک فاز کار می‌کند. در تمام الکتروموتورهای القایی تک فاز، روتور از نوع قفس سنجابی است. الکتروموتور تک فاز القایی خودراه انداز نیست. هنگامی که الکتروموتور به یک منبع تغذیه تک فاز متصل است کلاف اصلی دارای جریانی متناوب می‌شود. این جریان متناوب میدان مغناطیسی‌ای ضربانی تولید می‌کند. به سبب القا، روتور تحریک می‌شود. چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است گشتاوری که برای چرخش الکتروموتور لازم است بوجود نمی‌آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می‌شود. از این رو الکتروموتور القایی تک فاز به دستگاه آغازگر (استارتر) نیاز دارد که می‌تواند ضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند. دستگاه آغازگر الکتروموتورهای القایی تک فاز اساساً پیچه‌ای اضافی در استاتور است (پیچه راه انداز). پیچه استارت می‌تواند دارای خازنهای سری ویا سوئیچ گریز از مرکز باشد. هنگامی که ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در پیچه اصلی بسبب مقاومت پیچه اصلی ولتاژ تغذیه را افت می‌دهد (ولتاژ به جریان تبدیل می‌شود). در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می‌شود.

 

فعل و انفعال میان میدانهای مغناطیسی که پیچه اصلی و دستگاه استارت (شامل پیچه کمکی و خازن) می‌سازند میدان برایندی می‌سازند که در جهتی گردش می‌کند. محور الکتروموتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز می‌کند. هنگامی که الکتروموتور به ۷۵ درصد دور مجاز خود می‌رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می‌کند. از این لحظه به بعد الکتروموتور تک فاز می‌تواند گشتاور کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد. بجز انواع خاص، معمولا همه الکتروموتورهای تک فاز فقط برای کاربری‌های کمتر از ۳ اسب بخار استفاده می‌شوند. با توجه به انواع تکنیکهای استارت، الکتروموتورهای القایی تک فاز AC در انواعی به شرح ذیل قرار دارند.

الکتروموتور تکفاز القایی AC با فاز شکسته:
الکتروموتور فاز شکسته با عنوان استارت القایی / کارکرد القایی هم شناخته می‌شود که دو پیچه دارد. پیچه استارت از سیم نازکتر و تعداد دور کمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته شده‌است. همچنین میدان پیچه استارت در زاویه‌ای غیر از آنچه که پیچه اصلی دارد قرار می‌گیرد که سبب آغاز چرخش محور الکتروموتور میگردد. پیچه اصلی که از سیم ضخیم تری ساخته شده‌است الکتروموتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می‌دارد. گشتاور آغازین کم است مثلاً ۱۰۰ تا ۱۷۵ درصد گشتاور نامی است. الکتروموتور برای استارت جریان زیادی طلب می‌کند، که تقریباً ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درصد جریان نامی است. گشتاور حداکثر تولید شده نیز در محدوده ۲۵۰ تا ۳۵۰ درصد از گشتاور نامی می‌باشد. کاربری‌های خوب برای الکتروموتورهای فاز شکسته شامل سنگ سمباده‌های کوچک، دمنده‌ها و فنهای کوچک و دیگر دستگاههایی با نیاز به گشتاور آغازین کم و با نیاز به الکتروموتور هایی با قدرت ۱ / ۲۰ تا ۱ / ۳ اسب بخار می‌باشد. این الکتروموتور‌ها در کاربریهایی که نیاز به روشن و خاموش کردن‌های پیاپی و یا نیاز به گشتاور زیاد دارند مناسب نیست.
الکتروموتور تک فاز القایی AC با استارت خازنی:

این نوع الکتروموتور همان الکتروموتور با فاز شکسته، اصلاح شده با خازنی سری با آن برای بهبود استارت است. همانند الکتروموتور معمولی با فاز شکسته، این نوع الکتروموتور یک سوئیچ گریز از مرکز داشته که هنگامی که محور الکتروموتور به ۷۵ درصد سرعت نامی می‌رسد، پیچه استارت را از مدار خارج می‌نماید. از آنجا که خازن در مدار استارت است، گشتاور استارت بیشتری تولید می‌کند که معمولاً در حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ درصد گشتاور نامی است و جریان استارت معمولاً بین ۴۵۰ تا ۵۷۵ درصد جریان نامی است که بسیار کمتر از الکتروموتور با فاز شکسته و بعلت سیم ضخیمتر در مدار استارت است. نوع اصلاح شده‌ای از الکتروموتور با استارت خازنی، الکتروموتور با استارت مقاومتی است.

در این نوع الکتروموتور خازن استارت با یک مقاومت جایگزین شده‌است. الکتروموتور با استارت مقاومتی در کاربریهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که میزان گشتاور استارت، کمتر از مقداری که الکتروموتور با استارت خازنی تولید می‌کند لازم است. صرف نظر از هزینه، این الکتروموتور امتیازات عمده‌ای نسبت به الکتروموتور با استارت خازنی ندارد. این الکتروموتور‌ها در انواع مختلف کاربریهای پولی و تسمه‌ای مانند تسمه نقاله‌های کوچک و در پمپها، دمنده‌های بزرگ و کاربریهای چرخ دنده‌ای به خوبی استفاده می‌شوند.

این الکتروموتور نوعی خازن به طور دائم متصل به صورت سری به پیچه استارت دارد. این کار سبب آن می‌شود که پیچه استارت تازمانی که محور الکتروموتور به سرعت چرخش نامی خود برسد بصورت پیچه‌ای کمکی عمل کند. از آنجا که خازن عملکرد اصلی، باید برای استفاده مداوم طراحی شده باشد، نمی‌تواند توان استارتی معادل یک الکتروموتور استارت خازنی ایجاد نماید. گشتاور استارت یک الکتروموتور تکفاز با خازن دائمی معمولاً کم و در حدود ۳۰ تا ۱۵۰ درصد گشتاور نامی‌است. الکتروموتورهای تکفاز با خازن دائمی، جریان راه اندازی پایینی دارند که معمولاً در کمتر از ۲۰۰ درصد جریان نامی است که آن‌ها را برای کاربریهایی دارای پریود‌های خاموش-روشن با سرعت بالا بسیار مناسب می‌سازد. این الکتروموتورهای تک فازامتیازات فراوانی دارند. طراحی الکتروموتور براحتی برای استفاده با کنترل کننده‌های سرعت دوران می‌تواند اصلاح شود. همچنین می‌توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در بار نامی طراحی شوند. آن‌ها به عنوان قابل اطمینان‌ترین الکتروموتور تک فاز مطرح می‌شوند. مخصوصا به این خاطر که به سوئیچ گریز از مرکز نیازی ندارند. این الکتروموتور‌ها بسته به طراحیشان کاربری بسیار متنوعی دارند که شامل فنها، دمنده‌ها با نیاز به گشتاور استارت کم و پریودهای کاری غیر دائمی مانند بازکننده‌های درب گاراژ‌ها می‌شود.

این الکتروموتور، همانند الکتروموتور با استارت خازنی، خازنی از نوع استارتی در حالت سری با پیچه کمکی برای گشتاور زیاد استارت دارد. همچنین مانند یک الکتروموتور با خازن دائمی، خازنی از نوع کارکرد دائم دارد که درکنار خازن استارت در حالت سری با پیچه کمکی است که بعد از شروع به کار الکتروموتور از مدار خارج می‌شود. این حالت سبب بوجود آمدن گشتاوری اضافی می‌شود. این نوع الکتروموتور می‌تواند برای بازده بیشتر طراحی شود. این الکتروموتور بخاطر خازنهای کارکرد دائم و استارت و سوئیچ گریز از مرکز آن نسبتا پرهزینه‌است. این الکتروموتور می‌تواند در بسیاری از کاربریهایی که از هر الکتروموتور تک فاز دیگری انتظار می‌رود استفاده شود. این کاربری‌ها شامل ماشینهای مرتبط با چوب، کمپرسورهای هوا، پمپهای آب فشار قوی، پمپهای تخلیه و دیگر کاربردهای نیازمند گشتاورهای بالا می‌شوند.
الکتروموتور تکفاز القایی AC با قطب سایه دار (با حلقه اتصال کوتاه):
الکتروموتورهای تک فاز با قطب سایه دار فقط یک پیچه یا کلاف اصلی دارند و پیچه یا کلاف راه انداز ندارند. استارت خوردن بوسیله طرح خاص آن که حلقه پیوسته مسی‌ای را دور قسمت کوچکی از هر قطب الکتروموتور حلقه می‌کند انجام می‌شود. این سایه که قطب را دو تکه می‌کند سبب می‌شود که میدان مغناطیسی‌ای ضعیفتر در ناحیه سایه خورده نسبت به قسمت دیگر و در کنار آن بوجود آید. تعامل میان میدان‌ها محور را به چرخش وامی دارد. چون الکتروموتور با قطب سایه خورده پیچه استارت، سوئیچ استارت ویا خازن ندارد از نظر الکتریکی ساده و ارزان است. همچنین سرعت آن را صرفا با تغییر ولتاژ یا بوسیله یک پیچه با چند دور مختلف می‌توان کنترل کرد. ساختار الکتروموتور با قطب سایه خورده از نظر مکانیکی اجازه تولید انبوه را می‌دهد. درحقیقت این الکتروموتور‌ها به الکتروموتورهای یکبار مصرف معروفند.

بدین معنی که جایگزین کردن آن‌ها ارزانتر از تعمیر آنهاست. الکتروموتورهای با قطب سایه دار مشخصات مثبت زیادی دارند. اما چندین مورد عیب هم دارند. گشتاور استارت کم آن معمولاً ۲۵ تا ۷۵ درصد گشتاور نامی است. آن‌ها الکتروموتورهایی با اتلاف بالا هستند که سرعتی حدود ۷ تا ۱۰ درصد سرعت سنکرون دارند. عموماً بازده این نوع الکتروموتور بسیار پایین است (کمتر از ۲۰ درصد). هزینه اولیه پایین آن را برای قدرت کمتر یا کاربردهای با کار کمتر مناسب می‌سازد. شاید وسیعترین استفاده از آن‌ها در فنهای چند سرعته برای استفاده خانگی است. ولی گشتاور کم، الکتروموتور تک فاز دارای قطب سایه دار را برای بیشتر کاربریهای صنعتی یا تجاری که در آن‌ها کار مداوم یا پریود‌های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می‌کند.

الکتروموتور القایی سه فاز:
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از الکتروموتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این الکتروموتور‌ها از اختلاف فاز موجود بین فازهای منبع 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 محور الکتروموتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از الکتروموتور با نام الکتروموتور القایی معروف است. برای اینکه محور این الکتروموتور به حرکت درآید بایستی همواره محور الکتروموتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به الکتروموتور بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع الکتروموتور 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 الکتروموتور همزمان وجود دارد، الکتروموتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید. الکتروموتورهای همزمان (سنکرون) را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت یک الکتروموتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان مغناطیسی استاتور، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از الکتروموتور‌ها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچهای مختلف با تعداد قطبهای مختلف در بخش استاتور که با استفاده از آن‌ها سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. همچنین با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه، میتوان کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت این نوع ازالکتروموتور را داشت.

الکتروموتور القایی سه فاز قفس سنجابی:
تقریبا ۹۰ درصد از الکتروموتورهای القایی AC سه فاز از این نوعند؛ که روتور آن‌ها از نوع قفس سنجابی است که قبلا توضیح داده شد. محدوده‌های طبقه بندی نیروی آن‌ها از یک سوم تا چند صد اسب بخار است. الکتروموتورهای سه فاز از این نوع که در محدوده یک اسب بخار به بالا قرار دارند در مقایسه با الکتروموتورهای مشابه تک فاز کم هزینه ترند و می‌توانند در زمان استارت با بارهای سنگینتر کار کنند.
​



الکتروموتور القایی سه فاز قفس سنجابی با روتور سیم پیچی شده (اسلیپ رینگ):


الکتروموتور با حلقه لغزان یا الکتروموتور با روتور سیم پیچی شده، نوعی از الکتروموتورهای القایی قفس سنجابی است. درحالی که استاتور در این الکتروموتور همانند الکتروموتور قفس سنجابی است یک سری از پیچه‌ها را روی روتور خود دارد که در حالت مدارکوتاه نیستند، ولی به یک سری از رینگهای لغزان ختم می‌شوند. این پیچه‌ها در اضافه کردن مقاومت‌ها و خازنهای خارجی سودمندند. لغزش لازم برای تولید گشتاور حداکثر نهایی مستقیماً با مقاومت روتور متناسب است.

در الکتروموتور با حلقه لغزان مقاومت موثر روتور با اضافه کردن مقاومت خارجی میان حلقه‌های لغزان کاهش میابد؛ بنابراین امکان بدست آوردن لغزش بیشتر و همچنین گشتاور حداکثر نهایی در سرعتهای کمتر وجود دارد. یک مقاومت خارجی می‌توانددر سرعت تقریباً صفر را نتیجه دهد که گشتاو حداکثر نهایی بسیار زیادی با جریان استارت کم را تولید می‌کند. هنگامی که محور الکتروموتور شتاب می‌گیرد مقدار مقاومت می‌تواند کاهش یابد تا مشخصات الکتروموتور برای کارهایی با فشار کاری زیاد مناسب شود. هنگامی که الکتروموتور به سرعت دوران نامی می‌رسد خازنهای خارجی از مدار خارج می‌شوند و این یدین معنی است که اکنون الکتروموتور به عنوان یک الکتروموتور القایی استاندارد کار می‌کند.

این نوع الکتروموتور برای فشارهای استاتیکی ثابت که درآن‌ها گشتاور نهایی باید در سرعت تقریباً صفر تولید شده و الکتروموتور درکمترین زمان و با کمترین مصرف جریان تا سرعت نامی شتاب گیرد ایده‌آل است. قسمت انتهایی الکتروموتور با حلقه لغزان که در آن حلقه‌ها به همراه مجموعه جاروبک‌ها است به نگهداری منظم نیاز داردکه از نظر قیمت، استاندارد بودن آن را به عنوان یک الکتروموتور القایی قفس سنجابی غیر ممکن می‌کند. اگر پیچه‌ها کوتاهتر شده و استارت زده شود معمولاً جریان بالا از روتور در حالت توقف عبورمی کند که در حد ۱۴۰۰ درصد است. درحالیکه در این حالت درآن گشتاوری در حد ۶۰ درصد تولید می‌نماید که در بسیاری از کاربری‌ها امکان پشتیبانی چنین موردی نیست. با تغییر مقاومتهای روتور منحنی سرعت گشتاور تعدیل می‌گردد که بدین وسیله سرعتی که درآن الکتروموتور در بار مشخصی کارمی کند تعدیل می‌شود.

مقدار اضافه بار می‌تواند سرعت را تا ۵۰ درصد سرعت سنکرون کاهش دهد. خصوصاً هنگامی که بار، از انواعی با نیاز به گشتاور – سرعتهای مختلف مثل پرسهای چاپ یا کمپرسور‌ها است. کاهش سرعت تا زیر ۵۰ درصد بازده را به خاطر اتلاف انرژی در مقاومت‌ها به شدت کاهش می‌دهد. این نوع الکتروموتور در کاربریهایی با چرخش با گشتاور و سرعتهای مختلف مانند پرسهای چاپ، کمپرسورها، تسمه نقاله‌ها، بالابر‌ها و آسانسور‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

الکتروموتور پله‌ای یا سرو:
نوع دیگری از الکتروموتورها، الکتروموتور پله‌ای یا سرو موتور است، که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهایی با کنترل الکترونیکی روشن-خاموش شدن خارجی، کنترل می‌شود. یک الکتروموتور پله‌ای ترکیبی از یک الکتروموتور DC و یک سلونوئید است.

الکتروموتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما الکتروموتورهای پله‌ای کنترل شده، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. الکتروموتورهای پله‌ای کنترل شده با رایانه یکی از فرم‌های سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان بار باشند.

الکتروموتور خطی:
یک الکتروموتور خطی اساساً یک الکتروموتور است که از حالت دوار درآمده تا بجای اینکه یک گشتاور گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد. الکتروموتورهای خطی اغلب الکتروموتورهای القایی یا پله‌ای هستند.