موتورهای ac
موتور AC با توجه به قیمت پایین ، استحکام بالا نسبت به سادگی ساخت و هزینه سرویس و نگهداری پایین ، پرکاربردترین موتورهای الکتریکی جهت ساخت سامانه های حرکتی در تجهیزات صنعتی و همچنین خانگی باشند . راه اندازی این موتورها براحتی با اتصال موتور AC به منبع تغذیه AC امکان پذیر است . طراحی و ساخت موتور AC نسبت به موتور DC ساده تر می باشد ولی کنترل سرعت و گشتاور این نوع موتور مستلزم درک عمیقتر در طراحی این نوع موتور است .
ساختار کلی موتور AC
موتور AC مانند بیشتر موتورهای الکتریکی دارای استاتور ( قسمت ثابت بیرونی ) و روتور ( قسمتی که داخل استاتور می چرخد ) می باشد که با فاصله دقیق و حساب شده ای از هم قرار داده شده اند . در حالت کلی برای چرخش موتور AC روتور داخل یک میدان مغناطیسی دوار قرار گیرد که درموتور AC به صورت طبیعی توسط استاتور بدلیل طبیعت منبع تغذیه این میدان مغناطیسی دوار ایجاد می شود درحالیکه در موتورهای DC و همچنین موتورهای AC تک فاز این میدان دوار باید توسط یک وسیله الکتریکی یا مکانیکی ایجاد می گردد .
AC Induction Motor
AC Induction Motor
استاتور
استاتور از چند قطعه کوچک از جنس آلمنیوم یا آهن سبک تشکیل شده است که پس از اتصال این قطعات کوچک شکل آن به صورت یک سیلندر توخالی در می آید و به آن هسته استاتور گفته می شود که با توجه به شکل زیر ( سمت چپ ) در قسمت داخلی این استوانه شیارهایی تعبیه شده شد که از درون آن ها سیم پیچ هایی از سیم روکشدار عبور داده می شود . هر کدام از این سیم پیچ ها به همراه هسته ای که آن را احاطه نموده یک آهنربای مغناطیسی جهت کار با تغذیه AC را تشکیل می دهد . تعداد قطب های یک موتور القایی AC توسط نحوه اتصال اتصال داخلی سیم پیچ های استاتور بستگی دارد . این پیچه ها مستقیما به منبع تغذیه متصل هستند .
نمای کلی استاتور
نمای کلی استاتور
روتور
روتور از هسته ای چند تکه استوانه ای با محوری که دارای شکاف های موازی برای جادادن رساناها در درون آن تشکیل شده است. هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی را شامل می شود. در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آن ها مدار کوتاه برقرار است. چون این نوع مونتاژ شبیه قفس سنجاب است , این نام برای آن انتخاب شده است.
در رایج ترین نوع روتور ( روتور قفس سنجابی ) این میله ها در انتهای خود به صورت الکتریکی و مکانیکی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند. با توجه به اینکه این نوع روتور ساختمانی ساده و مستحکم دارد در اکثر موتورهای القایی از روتور قفس سنجابی استفاده شده است .
روتور قفس سنجابی
روتور قفس سنجابی
میله های روتور دقیقا با محور موازی نیستند و به دو دلیل مهم قدری اریب نصب می شوند.
دلیل اول : موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارکرده و برای آنکه از هارمونیک ها در شکاف ها کاسته شود.
دلیل دوم : گرایش روتور به هنگ کردن کمتر شود. دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می کنند که در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند. این اتفاق هنگامی می افتد که تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.
روتور به وسیله مهار هایی در دو انتها روی محور نصب شده ، یک انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می شود. ممکن است بعضی موتورها محوری فرعی در طرف دیگر ( غیر منتقل کننده نیرو ) برای اتصال دستگاه های حسگر حالت (وضعیت) و سرعت داشته باشند. بین استاتور و روتور شکافی هوایی موجود است. بعلت القا انرژی از استاتور به روتور منتقل می شود. تورک تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو وارد می کند. صرفنظر از روتور استفاده شده قواعد کلی برای دوران یکی است.
نحوه محاسبه سرعت یک موتور القایی
در روتور میدان مغناطیسی تولید می شود زیرا به طور طبیعی ولتاژ متناوب است و میدان مغناطیسی ای که در استاتور تولید می شود با سرعت سنکرون می چرخد.(Ns)
سرعت موتور القایی
سرعت موتور القایی
برای کاهش سرعت نسبی نسبت به (شار) استاتور , روتور چرخش را در همان جهتی که شار استاتور دارد آغاز می کند و تلاش می کند تا به سرعت چرخش فلاکس نایل شود. با این حال روتور هرگز موفق نمی شود که به سرعت میدان استاتور برسد. روتور از سرعت میدان استاتور کندتر می گردد. این سرعت Base speed نام دارد و به صورت Nb نمایش داده می شود .
تفاوت میان Ns و Nb ، Slip نام دارد. مقدار اسلیپ به مقدار نیروی مکانیکی وارد شده به موتور یا باری که بر روی موتور قرار دارد وابسته است به این صورت که هرچقدر بار وارد شده به موتور افزایش یابد در نتیجه سرعت روتور و یا Nb کاهش می یابد درنتیجه مقدار اسلیپ افزایش پیدا می کند و حالت برعکس هم صادق است .
مقدار Slip ( اسلیپ ) با درصد مشخص می شود و از طریق معادله زیر می توان مقدار آن را برحسب درصد بدست آورد .
فرمول محاسبه اسلیپ برحسب درصد
انواع موتورهای AC
موتور القایی سه فاز
موتور سه فاز سنکرون
موتور سه فاز آ سنکرون
برای آشنایی بیشتر با موتور های AC سه فاز مقالات زیر را مطالعه نمایید .
موتور القایی تک فاز
موتور تک فاز با خازن راه انداز
موتور تک فاز با خازن دائم
موتور تک فاز دو خازنی
موتور تک فاز فاز شکسته
موتور تک فاز یونیورسال ( اونیورسال )
موتور سه فاز تبدیل شده
نحوه پلاک خوانی موتورهای AC
معمولا بر روی بدنه موتورهای القایی AC برچسبی مانند تصویر زیر نصب می باشد که برای آشنایی با معانی پارامترهای آن می توانید از جدولی که در ادامه آورده شده کمک بگیرید .
پلاک نصب شده بر روی موتور
یک نمونه از پلاک نصب شده بر روی موتورهای القایی AC
شرح
اصطلاح
ولتاژ اسمی پایانه
Volts
جریان تغذیه ظرفیت تکمیل اسمی
Amps
توان موتور برحسب اسب بخار .
H.P.
سرعت اسمی در حالت ظرفیت تکمیل موتور
R.P.M
فرکانس تغذیه مجاز
Hretz
ابعاد فیزیکی خارجی موتور طیق استاندارهای NEMA
Frame
حالت بار موتور, کوتاه مدت, دوره ای, مداوم …
Duty
تاریخ ساخت.
Date
کلاس ایزولاسیونی که برای ساختمان موتور به کار رفته است. این مورد بیشینه حد دمای پیچه موتور را مشخص می کند.
Class Insulation
این مورد مشخص می کند که موتور به کدام کلاس طراحیNEMA متعلق است.
NEMA Design
فاکتوری است که مشخص می کند موتور می تواند چقدر بیشتر از ظرفیت تکمیل اضافه بار داشته باشد.
Service Factor
بازده کاربری موتور در ظرفیت کامل.
NEMA Nom
Efficiency
تعداد فازهای استاتور موتور را مشخص می کند.
موتورهای القایی AC عمومی ترین موتورهایی هستند که در سامانه های کنترل حرکت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می شوند.طراحی ساده و مستحکم , قیمت ارزان , هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و کامل به یک منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند.انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است.موتورهای مختلف برای کارهای مختلفی مناسب اند.با اینکه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است , ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند درکی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست.
این نکته در اساس انواع مختلف , مشخصات آنها , انتخاب شرایط برای کاربریهای مختلف و روشهای کنترل مرکزی یک موتورهای القایی AC را مورد بحث قرار می دهد.
اصل ساخت اولیه و کاربری
مانند بیشتر موتورها , یک موتورهای القایی AC یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور که در درون آن می چرخد دارند , که میان آندو یک فاصله دقیق کارشناسی شده وجود دارد.به طور مجازی همه موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می کنند.یک موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است که در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود.در حالی که موتورهای DC به وسیله ای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند.یک موتور القایی AC تک فاز نیازمند یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است.
در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.در یک موتور القایی AC یک سری از مغناطیس شونده ها به خاطراینکه تغذیه AC به پیچه های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده اند.بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الکترومغناطیسی به روتور وارد می شود (درست شبیه ولتاژی که در ثانویه ترانسفورماتور القا می شود).بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده ها خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند.-نام موتور القایی از اینجاست-.تعامل میان این مگنت ها انرژی چرخیدن یا تورک (گشتاور) را فراهم می آورد.در نتیجه موتور در جهت گشتاو بوجود آمده چرخش می کند.
استاتور
استاتور از چندین قطعه باریک آلومنیوم یا آهن سبک ساخته شده است.این قطعات بصورت یک سیلندر تو خالی به هم منگنه و محکم شده اند(هسته استاتور) با شیارهایی که در شکا یک نشان داده شده اند.سیم پیچهایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی شده اند.هر گروه پیچه با هسته ای که آن را فرا گرفته یک آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای کار کردن با تغذیه AC شکل می دهد.تعداد قطبهای یک موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه های استاتوربستگی دارد.پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل اند.آنها به صورتی متصل اند که با برقراری تغذیه AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.
روتور
روتور از چندین قطعه مجزای باریک فولادی که 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 الکتریکی و مکانیکی 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 که این نوع روتور ساختی مستحکم و ساده دارد.این روتور از هسته ای چند تکه استوانه ای با محوری که شکافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشکیل شده است.هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود.در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها همچنان که در شکل دو مشاهده می شود مدار کوتاه 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 آنکه موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارکرده و برای آنکه از هارمونیکها در شکافها کاسته شود.
دلیل دوم آن است که گرایش روتور به هنگ کردن کمتر شود.دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می کنند که در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند.این اتفاق هنگامی می افتد که تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.
روتور بوسیله مهار هایی در دو انتها روی محور نصب شده ; یک انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می شود.ممکن است بعضی موتورها محوری فرعی در طرف دیگر(غیر گردنده - غیر منتقل کننده نیرو) برای اتصال دستگاههای حسگر حالت(وضعیت) و سرعت داشته باشند.بین استاتور و روتور شکافی هوایی موجود است.بعلت القا انرژی از استاتور به روتور منتقل می شود.تورک تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو می کند.صرف نظر از روتور استفاده شده قواعد کلی برای دوران یکی است.
سرعت یک موتور القایی
میدان مغناطیسی ای که در استاتور تولید میشود با سرعت سنکرون می چرخد.(Ns)
در روتور میدان مغناطیسی تولید می شود زیرا به طور طبیعی ولتاژ متناوب است.
برای کاهش سرعت نسبی نسبت به (شار)استاتور , روتور چرخش را در همان جهتی که شار استاتور دارد آغاز می کند و تلاش می کند تا به سرعت چرخش فلاکس نایل شود.با اینحال روتور هرگز موفق نمی شود که به سرعت میدان استاتور برسد.روتور از سرعت میدان استاتور کندتر می گردد.این سرعت Base speed نام دارد.(Nb)
تفاوتها میان Ns و Nb Slip نام دارد.اسلیپ مقادیر مختلف فشار(مکانیکی) بستگی دارد.هر افزایشی در فشار موجب کندتر کار کردن روتور و افزایش اسلیپ می شود.برعکس کاهش فشار سبب سرعت گرفتن روتور و کاهش 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 که عبارتند از:
موتورهای القایی تک فاز
موتورهای القایی سه فاز
موتورهای القایی تک فاز
احتمالا بیشتر از کل انواع موتورها از موتورهای القایی AC تک فاز استفاده می شود.منطقی است که باید موتورهای دارای کمترین گرانی و هزینه نگه داری بیشتر استفاده شود. موتور القایی AC تک فاز بهترین مصداق این توصیف است.آن طور که از نام آن برمیاید این نوع از موتور تنها یک پیچه (پیچه اصلی) دارد و با یک منبع تغذیه تک فاز کار می کند.در تمام موتورهای القایی تک فاز روتور از نوع قفس سنجابی است.
موتور القایی تک فاز خود راه انداز نیست.هنگامی که موتور به یک تغذیه تک فاز متصل است پیچه اصلی دارای جریانی متناوب می شود.این جریان متناوب میدان مغناطیسی ای ضربانی تولید می کند.بسبب القا روتور تحریک می شود.چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است تورکی که برای چرخش موتور لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود.از این رو موتور القایی تک فاز به دستگاه آغاز گری نیاز داردکه می تواندضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند.
دستگاه آغاز گر موتورهای القایی تک فاز اساسا پیچه ای اضافی در استاتور است (پیچه کمکی) که در شکل سه نشان داده شده است.پیچه استارت می تواند دارای خازنهای سری ویا سوئیچ گریز از مرکز باشد.هنگامی که 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 که پیچه اصلی و دستگاه استارت می سازند میدان برایندی میسازند که در جهتی گردش می کند.موتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز میکند.
هنگامی که موتور به 75 درصد دور مجاز خود می رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می کند.از این لحظه به بعد موتور تک فاز می تواند تورک کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد.
بجز انواع خاص دارای Capacitor start / capacitor run عموماهمه موتورهای تک فاز فقط برای کاربری های بالای 3/4 hp استفاده می شوند.
بسته به انواع تکنیکهای استارت موتورهای القایی تک فاز AC در دسته بندی ای وسیع آن گونه که در شکل زیر توصیف شده قرار دارند.
موتور القایی AC فاز شکسته
موتور فاز شکسته همچنین به عنوان Induction start/Induction run (استارت القایی/کارکرد القایی)هم شناخته می شود که دو پیچه دارد.پیچه استارت از سیم نازکتر و تعداد دور کمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته شده است.همچنین میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه که پیچه اصلی دارد قرار می گیرد که سبب آغاز چرخش موتور می شود.پیچه اصلی که از سیم ضخیم تری ساخته شده است موتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می دارد.
تورک آغازین کم است مثلا 100 تا 175 درصد تورک ارزیابی شده.موتور برای استارت جریانی زیاد طلب می کند.تقریبا 700 تا 1000 درصد جریان ارزیابی شده.تورک بیشینه تولید شده نیز در محدوده 250 تا 350 درصد از تورک براوردشده می باشد.(برای مشاهده منحنی سرعت – گشتاور به شکل 9نگاه کنید).
کاربریهای خوب برای موتورهای فاز شکسته شامل سمباده (آسیاب) های کوچک , دمنده ها و فنهای کوچک و دیگر دستگاههایی با نیاز به تورک آغازین کم با و نیاز به قدرت 1/20 تا 1/3 اسب بخار می باشد.از استفاده از این موتورها در کاربریهایی که به دوره های خاموش و روشن و گشتاور زیاد نیازدارند خود داری نمایید.
موتور القایی با استارت خازنی
این نوع , موتور اصلاح شده فاز شکسته با خازنی سری با آن برای بهبود استارت است.همانند موتور معمولی فاز شکسته این نوع موتور یک سوئیچ گریز از مرکز داشته که هنگامی که موتور به 75 درصد سرعت ارزیابی شده می رسد , پیچه استارت را از مدار خارج می نماید.از آنجا که خازن با مدار استارت موازی است , گشتاور استارت بیشتری تولید می کند , معمولا در حدود 200 تا 400 درصد گشتاور ارزیابی شده.و جریان استارت معمولا بین 450 تا 575 درصد جریان ارزیابی شده است.که بسیار کمتر از موتور فاز شکسته و بعلت سیم ضخیمتر در مدار استارت است.برای منحنی سرعت گشتاور به شکل 9 مراجعه کنید.
نوع اصلاح شده ای از مم طراحی شده باشد , نمیتواند توان استارتی معادل یک موتور استارت خازنی ایجاد نماید.گشتاور استارت یک موتور (PSC) معمولا کم و در حدود 30 تا 150 درصد گشتاور ارزیابی شده است.موتورهای (PSC) جریان استارتی پایین , معمولا در کمتر از 200 درصد جریان برآورد شده دارند که آنها را برای کاربریهایی با سرعتهای دارای چرخه های خاموش روشن بالا بسیار مناسب میر با استارت خازن , خازنی از نوع استارتی در حالت سری با پیچه کمکی برای گشتاور زیاد استارت دارد.همچنین مانند یک موتور PSC خازنی از نوع کارکرد که درکنار خازن استارت در حالت سری با پیچه کمکی است که بعد از شروع به کار 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 شکل 9 را ببینید).این موتور بخاطر خازنهای کارکرد و استارت و سوئیچ گریز از مرکز آن پرهزینه است.
این موتور می تواند در بسیاری از کاربریهایی که از هرموتور 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 در حد 1 تا 10 اسب بخار می شوند.
موتور القایی AC با قطب سایه دار
موتورهای با قطب سایه دار فقط یک پیچه اصلی دارند و پیچه استارت ندارند.استارت خوردن بوسیله طرح خاص آن که حلقه پیوسته مسی ای را دور قسمت کوچکی از هر قطب موتور حلقه می کند انجام می شود.این سایه که قطب را دو تکه می کند سبب می شود که میدان مغناطیسی ای 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 موتور با قطب سایه خورده پیچه استارت , سوئیچ استارت ویا خازن ندارد از نظر الکتریکی ساده و ارزان است.همچنین سرعت آن راصرفا با تغییر ولتاژ یا بوسیله یک پیچه با چند دور مختلف می توان کنترل کرد.
ساخت موتور با قطب سایه خورده از نظر مکانیکی اجازه تولید انبوه را میدهد.درحقیقت این موتورها به موتورهای یک بار مصرف معروفند.بدین معنی که جایگزین کردن آنها ارزانتر از تعمیر آنهاست.
موتورهای با قطب سایه دار بسیاری مشخصات مثبت دارند.اما چندین مورد بی فایدگی هم دارند.گشتاور استارت کم آن معمولا 25 تا 75 درصد گشتاور برآوردی است.این موتور موتوری با اتلاف بالاست که سرعتی حدود 7 تا 10 درصد سرعت سنکرون دارد.عموما بازده این نوع موتور بسیار پایین است (زیر 20 درصد).
هزینه اولیه پایین آن را برای قدرت کمتر یا کاربردهای با کار کمتر مناسب می سازد.شاید وسیعترین استفاده از آنها در فنهای چند سرعته برای استفاده خانگی است.ولی گشتاور کم موتور دارای قطب سایه دار را برای بیشتر کاربریهای صنعتی یا تجاری که در آنها کار مداوم یا چرخه های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می کند.شکل 9 منحنی سرعت - گشتاور را برای انواع موتور القایی AC تک فاز نشان می دهد.
موتور القایی AC سه فاز
موتورهای القایی AC سه فاز به طور گسترده در کاربریهای تجاری و صنعتی استفاده می شوند.آنها هم به عنوان موتورهایی با روتور پیچ خورده یا قفس سنجابی دسته بندی می شوند.
این موتورها خود استارت هستند و از هیچ خازن یا پیچه استارت یا سوئیچ گریز از مرکز یا دستگاه آغازگری استفاده نمی کنند.
آنها گشتاور آغازین در درجه های متوسط یا بالا تولید می نمایند.محدوده نیروی تولیدی و بازده این موتورها از متوسط تا بالا با مشابه های تک فازشان مقایسه می شود.استفاده های عمومی آنها مانند آسیابها (و لیث ها دستگاه برنده و فرم دهنده چوب و فلز) مته فشاری پمپها کمپرسورها تسمه نقاله ها همچنین دستگاههای چاپ دستگاههای مزرعه سرمایش در الکترونیک و دیگر کاربریهای مکانیکی است.
موتور قفس سنجابی
تقریبا 90 درصد موتورهای القایی AC سه فاز از این نوعند.که روتور آنها از نوع قفس سنجابی است که در ابتدا توضیح داده شد.محدوده های طبقه بندی نیروی آنها از یک سوم تا چند صد اسب بخار است.موتورهای این نوعی که در دسته یک اسب بخار به بالا اند در مقایسه با مشابه های تک فاز کم هزینه ترند و میتوانند در استارت در فشارهای سنگینتر بکار کنند.
موتور با روتور پیچشی
موتور با حلقه لغزان یا موتور روتور پیچشی نوعی از موتور القایی قفس سنجابی است.درحالی که استاتور در این موتور همانند موتور قفس سنجابی است یک سری از پیچه ها را روی روتور خود دارد که در حالت مدارکوتاه نیستند ولی به یک سری از رینگهای لغزان ختم می شوند.این پیچه ها در اضافه کردن مقاومتها و خازنهای خارجی سودمندند.اسلیپ لازم برای تولید گشتاور بیشینه نهایی مستقیما با مقاومت روتور متناسب است.در موتور با حلقه لغزان مقاومت موثر روتور با اضافه کردن مقاومت خارجی میان حلقه های لغزان کاهش میابد.
بنابراین امکان بدست آوردن لغزش بیشتر و همچنین گشتاور بیشینه نهایی در سرعتهای کمتر وجود دارد.
یک مقاومت خارجی می توانددر سرعت تقریبا صفر را نتیجه دهد که گشتاو بیشینه نهایی بسیار زیادی با جریان استارت کم را تولید می کند.هنگامی که موتور شتاب می گیرد مقدار مقاومت می تواند کاهش یابد تا مشخصات موتور برای کارهایی با فشار زیاد مناسب شود.هنگامی که موتور به سرعت اصلی میرسد خازنهای خارجی از مدار خارج می شوند و این یدین معنی است که اکنون موتور به عنوان یک موتور القایی استاندارد کار می کند.
این نوع موتور برای فشارهای مانا (کارهایی با فشار ثابت) که درآنها گشتاور نهایی باید در سرعت تقریبا صفر تولید شده و موتور درکمترین زمان و با کمترین مصرف جریان تا سرعت بیشینه شتاب گیرد ایده آل است.***
قسمت پایینی موتور با حلقه لغزان که در آن حلقه ها به همراه مجموعه براشها است به نگهداری منظم نیاز داردکه از نظر قیمت , استاندارد بودن آن را به عنوان یک موتور قفس سنجابی غیر ممکن می کند.اگر پیچه ها کوتاهتر شوده و استارت زده شود معمولا جریان بالااز روتور در حالت متوقف عبورمی کند که در حد 1400 درصد است.درحالیکه در این حالت درآن گشتاوری در حد 60درصد تولید مینماید که در بسیاری از کاربریها چنین امکان پشتیبانی چنین چیزی نیست.با تغییر مقاومتهای روتور منحنی سرعت گشتاور تعدیل می گرددکه بدان وسیله سرعتی که درآن موتور در فشاری مخصوص کارمی کند تعدیل می شود.ظرفیت تکمیل فشار میتواند سرعت را تا 50درصد سرعت سنکرون کاهش دهد.خصوصا هنگامی که فشار , از انواعی با نیاز به گشتاور – سرعتهای مختلف مثل پرسهای چاپ یا کمپرسورها است.کاهش سرعت تا زیر 50درصد بازده را به خاطر اتلاف انرژی در مقاومتها به شدت کاهش میدهد.این نوع موتور در کاربریهایی با چرخش با گشتاور و سرعتهای مختلف مانند پرسهای چاپ , کمپرسورها , تسمه نقاله ها , بالابرنده ها و آسانسورها مورد استفاده قرار می گیرد.
معادله کنترل گشتاور عملکرد موتور
سیستم بار موتور میتواند بوسیله معادله اساسی زیر بیان شود.
برای چرخشهایی با ماند ثابت داریم:
این نشان میدهد که گشتاور ایجادشده توسط موتوربا گشتاوربار نسبت عکس دارد.
مولفه گشتاور گشتاور پویا نامیده می شود زیرا فقط در اعمال زودگذر و آنی ظاهر میشود.اینکه چرخش تسریع یا کند میشود به این بستگی دارد که T از T1 بزرگتر یا کوچکتر باشد.در هنگام شتاب گیری موتور نباید تنها گشتاور بار راتغذیه کند بلکه باید مولفه گشتاور اضافی ای را برای چیره شدن به اینرسی داشته باشد.در درایوهایی با اینرسی بزرگ مانند قطارهای الکتریکی گشتاور موتور برای مقدار بسیار کافی شتابگیری باید از گشتاور بار تجاوز کند.در درایوهایی با نیاز به واکنش سریع گشتاور موتور باید در بالاترین مقدارنگه داشته شده و سیستم بار موتور با کمترین مقدار ممکن اینرسی طراحی شده باشد.انرژی مربوط به گشتاور پویا بصورت انرژی جنبشی (KE) بوجود آمده ذخیره می شود.در زمان شتابگیری گشتاور پویا علامت منفی دارد.ازین رو به گشتاور تولیدی موتور T و حفظ تحرک چرخش بوسیله استخراج انرژی از انرژی جنبشی ذخیره شده کمک می کند.
برای خلاصه , برای حالت دائمی چرخش موتورگشتاوری تولیدی موتورT باید همیشه با گشتاور لازم بارT1 برابر باشد.
منحنی سرعت گشتاور موتور القایی سه فاز معمولی در شکل 11 نشان داده شده است.
ویژگی استارتینگ
موتورهای القاییتور میشود.چرخش کل کند شده و حالت دستگاه از نقطه Y دور میشود.به طور مشابه افزایشیدر سرعت گشتاور موتور را از گشتاور بار فزونی داده که موجب دور شدن بیشتر حالت دستگاه از نقطه Y میشود.بنابر این سامانه در نقطه Y ناپایدار است.
انوع بار با منحنیهای سرعت – گشتاورشان در زیر توضیح داده شده اند.
بارهای با سرعت متغیر و گشتاور ثابت
گشتاوری که این نوع بارها نیازدارند صرفنظر از س
بارهای با گشتاور متغیر و سرعت متغوقات به عنوان بار با گشتاور نمایی شناخته میشود.درحالی که نیرو مکعب سرعت است گشتاور مربع سرعت میباشد.این مشخصات معمول سرعت – گشتاور یک فن یا پمپ است.
گشتاور استارت و دورگیری بالا و در ادامه گشتاور ثابت
این نوع بار با گشتاوری بسیار ب
استانداردهای موتور
درسراسر جهان استانداردهای مختلفی برای تبیین کاربریها و پارامترهای ساختمانی یک موتور موجود است.دو نوع استاندارد که بیش از همه مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از:NEMA (انجمن ملی سازندگان الکتریکی) و IEC (کمیته بین المللی الکتروتکنیکی).
NEMA
NEMA برای بسیاری از محصولات الکتریکی شامل موتورها استاندارد قرار میدهد.NEMA اصولا استاندارد موتورهای مورد استفاده در آمریکای شمالی است.استانداردهای معتبر لیاقتهای عمومی صنعتی را بیان می کنند و بوسیله جامعه الکتریکی پشتیبانی میشوند.این استانداردها را می توان در نشریه شماره MG1 NEMA یافت.ممکن است بعضی موتورهای بزرگ AC تحت این استاندارد قرار نگیرند.این موتورها برای مواجهه با نیاز در نوع خاصی از کاربری ساخته شده اند که جزء موتورهای NEMA محسوب نمیشوند.***
IEC
IEC سازمانی اروپایی است که استانداردهای الکتریکی و مکانیکی را از بین همه چیز برای موتورها در سراسر جهان منتشر میکند و ترفیع می دهد.در شرایط عادی میتوان گفت که IEC همتای بین المللی NEMA میباشد.دربسیاری ازکشورها موتورهای مورد استفاده تحت استاندارد IEC میباشند.این استانداردها را میتوان در IEC 34-1-16 یافت.***
نیاز به محرک الکتریکی
صرفنظراز خصوصیات غیرخطی موتورالقایی موضوعات زیادی ضمیمه محرکه موتور است.اجازه دهید آنهارا یک به یک بررسی کنیم.
درقدیم تلاش میشد تا سطح طراحی موتورهای اولیه از کاری که قرار است انجام دهند بالاتر باشد.نتیجه این امر سیستم کاری ای با عدم بازده زیاد بود چراکه قسمت عمده ای از توان ورودی کار مفیدی انجام نمیداد. اغلب اوقات گشتاور تولیدی موتور بیشتر از گشتاور مورد نیاز باربود.
برای موتور القایی محدوده حالت پایدار بسبب فرکانس تغذیه و تعداد قطبهای ثابت بین 80 تا 100درصد سرعت ارزیابی شده است.هنگامیکه یک موتور القایی آغاز بکار میکند بعلت نبود نیروی برق وارانی جریان داخلی فراوانی خواهد کشید.نتیجه این امر اتلاف بیشتر در خطوط انتقال و همچنین روتورخواهد بود که نهایتا به داغ شدن و احتمالاخرابی و ازبین رفتن عایقها خواهد انجامید.جریان برقوارانی زیاد ممکن است موجب تقلیل ولتاژ در خطوط تغذیه شود که ممکن استناطیسی سازی در تمام محدوده عملیاتی از وضعیت بدون بار تا ظرفیت تکمیل تقریبا ثابت میماند.از این رو با افزایش بار ضریب توان بهبود میابد.
هنگامی که موتور با ضریب توانی کمتر از واحد کار میکند جریان کشیده شده توسط موتور بطور طبیعی سینوسی نیست.این حالت کیفیت توان در خط تغذیه کاهش داده و ممکن است دیگر وسایل کاربردی که بهمان خط تغذیه متصلند را متاثر سازد.
ضریب توان بسیار مهم است بطوریکه شرکتهای توضیع مشتریانی را که توانی با ضریب توانی پایین تر از حد معین شده از طرف آنان می کشند را مجازات می نمایند.این بدین معنی است که مشتری مجبور است حالت ظرفیت تکمیل را در تمام مدت کاربری حفظ کند و یا آنکه جریمه حالت بار سبک را بپردازد.
درمدت کاربری اغلب لازم است که موتور سریعا متوقف شده و همچنین برعکسعملیات حفاظت سامانه و کیفیت محصول را بهبود می بخشد.برای کاربریهای نامبرده در بالا ترمزگیری لازم است.درگذشته ترمزهای مکانیکی مورد استفاده بودند.نیروی اصطکاک میان قسمتهای گردنده و کفشکها ترمزگیری لازم را فراهم میاوردند.با اینحال این نوع ترمزگیری بسیار کمبازده است.گرمای تولید شده هنگام ترمزگیری اتلاف انرژی را نشان میدهد.همچنین ترمزهای مکانیکی نگهداری فعال لازم دارند.
در بسیاری از کاربریها توان ورودی تابع سرعت است مانند فنها دمنده ها پمپها و ...در این نوع بارها گشتاور به مربع سرعت وابسته و نیرو به مکعب سرعت بستگی دارد.سرعت متغیر که وابسته به نیاز بار است صرفه جویی در مصرف انرژی زیادی را میسر میسازد.کاهشی 20درصدی در سرعت کاربری موتور تقریبا 50درصد کاهش در توان ورودی موتور را بهمراه خواهد داشت.چنین امری در سامانه هایی که درآنها موتور مستقیما به خط تغذیه متصل است امکان پذیر نیست.در بسیاری از کاربریهای کنترل جریان گلوگاهی مکانیکی ای برای کنترل جریان استفاده میشود.با اینکه وسیله موثری است انرژی را بخاطر اتلافهای زیاد تلف می کند و عمر موتور را بعلت گرمای تولیدشده کم مینماید.
برای مطالعه بیشتر در زمینه منحوه پلاک خوانی موتورهای سه فاز و دانلود یک مقاله در این زمینه پیشنهاد می شود مقاله زیر را مطالعه فرمایید .