انواع موتورهای القایی

عموما دسته بندی موتورهای القای براساس تعداد پیچه‌های 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 می‌شود. 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 می‌کند. 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 می‌شود. این جریان متناوب میدان مغناطیسی ای ضربانی تولید می‌کند. بسبب القا روتور تحریک می‌شود. چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است تورکی که برای چرخش موتور لازم است بوجود نمی‌آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می‌شود. از این رو موتور القایی تک فاز به دستگاه آغاز گری نیاز داردکه می‌تواندضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند. دستگاه آغاز گر موتورهای القایی تک فاز اساسا پیچه‌ای اضافی در استاتور است (پیچه کمکی) که در شکل سه نشان داده شده‌است. 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 ولتاژتغذیه 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 می‌سازند میدان برایندی می‌سازند که در جهتی گردش می‌کند. موتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز می‌کند. هنگامی که موتور به ۷۵ درصد دور مجاز خود می‌رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می‌کند. از این لحظه به بعد موتور تک فاز می‌تواند تورک کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد. بجز انواع خاص دارای Capacitor start / capacitor run عموماهمه موتورهای تک فاز فقط برای کاربری‌های بالای 3/4 hp استفاده می‌شوند. 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 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 موتور می‌شود. پیچه اصلی که از سیم ضخیم تری ساخته شده‌است موتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می‌دارد. تورک آغازین کم است مثلا ۱۰۰ تا ۱۷۵ درصد گشتاور ارزیابی شده. موتور برای استارت جریانی زیاد طلب می‌کند. تقریبا ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درصد جریان ارزیابی شده. تورک بیشینه تولید شده نیز در محدوده ۲۵۰ تا ۳۵۰ درصد از گشتاور براوردشده می‌باشد.(برای مشاهده منحنی سرعت – گشتاور به شکل ۹نگاه کنید). کاربریهای خوب برای موتورهای فاز شکسته شامل سمباده (آسیاب)های کوچک، دمنده‌ها و فنهای کوچک و دیگر دستگاههایی با نیاز به گشتاور آغازین کم با و نیاز به قدرت ۱/۲۰ تا ۱/۳ اسب بخار می‌باشد. از استفاده از این موتورها در کاربریهایی که به دوره‌های 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 ۷۵ درصد سرعت ارزیابی شده می‌رسد، پیچه استارت را از مدار خارج می‌نماید. از آنجا که خازن در مدار استارت است، گشتاور استارت بیشتری تولید می‌کند، معمولاً در حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ درصد گشتاور ارزیابی شده. و جریان استارت معمولاً بین ۴۵۰ تا ۵۷۵ درصد جریان ارزیابی شده‌است. که بسیار کمتر از موتور فاز شکسته و بعلت سیم ضخیمتر در مدار استارت است. برای منحنی سرعت گشتاور به شکل ۹ مراجعه کنید. نوع اصلاح شده‌ای از موتور با استارت خازنی، موتور با استارت مقاومتی است. در این نوع موتور خازن استارت با یک مقاومت جایگزین شده‌است. موتور استارت مقاومتی در کاربریهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که میزان گشتاور استارتینگی کمتر از مقداری که موتور استارت خازنی تولید می‌کند لازم است. صرف نظر از هزینه این موتور امتیازات عمده‌ای نسبت به موتور استارت خازنی ندارد. این موتورها در انواع مختلف کاربریهای پولی و تسمه‌ای مانند تسمه نقاله‌های کوچک، پمپها و دمنده‌های بزرگ به خوبی بسیاری از خود گردانها و کاربریهای چرخ دنده‌ای استفاده می‌شوند. موتورهای AC القایی با خازن دائمی اسپلیت این موتور (PSC) نوعی خازن دائما متصل به صورت سری به پیچه استارت دارد. این کار سبب آن می‌شود که پیچه استارت تازمانی که موتور به سرعت چرخش 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 موتور استارت خازنی ایجاد نماید. گشتاور استارت یک موتور (PSC) معمولاً کم و در حدود ۳۰ تا ۱۵۰ درصد گشتاور ارزیابی شده‌است. موتورهای (PSC) جریان استارتی پایین، معمولاً در کمتر از ۲۰۰ درصد جریان برآورد شده دارند که آنها را برای کاربریهایی با سرعتهای دارای چرخه‌های خاموش روشن بالا بسیار مناسب می‌سازد. برای منحنی سرعت – گشتاور به شکل ۹ مراجعه کنید. موتورهای PSC امتیازات فراوانی دارند. طراحی موتور براحتی برای استفاده با کنترل کننده‌های سرعت می‌تواند اصلاح شود. همچنین می‌توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در فشار برآورد شده طراحی شوند. آنها به عنوان قابل اطمینان‌ترین موتور تک فاز مطرح می‌شوند. مخصوصا به این خاطر که به سوئیچ گریز از مرکز نیازی ندارند. موتورهای PSC بسته به طراحیشان کاربری بسیار متنوعی دارند که شامل فنها، دمنده‌ها با نیاز به گشتاور استارت کم و چرخه‌های کاری غیر دائمی مانند تنظیم دستگاهها (طرز کارها)، عملگر درگاهها و بازکننده‌های درب گاراژها می‌شود. موتورهای AC القایی استارت با خازن/ کارکرد با خازن این موتور، همانند موتور 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 می‌شود. این حالت سبب بوجود آمدن گشتاوری در حد اضافی می‌شود. این نوع موتور می‌تواند... و بازده بیشتر طراحی شود. این موتور بخاطر خازنهای کارکرد و استارت و سوئیچ گریز از مرکز آن پرهزینه‌است. این موتور می‌تواند 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 ۱ تا ۱۰ اسب بخار می‌شوند. 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 می‌کند انجام می‌شود. این سایه که قطب را دو تکه می‌کند سبب می‌شود 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 می‌توان 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 معمولاً ۲۵ تا ۷۵ درصد گشتاور برآوردی است. این موتور موتوری با اتلاف بالاست که سرعتی حدود ۷ تا ۱۰ درصد سرعت سنکرون دارد. عموما بازده این نوع موتور بسیار پایین است (زیر 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 موتور دارای قطب سایه دار را برای بیشتر کاربریهای صنعتی یا تجاری که در آنها کار مداوم یا چرخه‌های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده 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 بسامد 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 هم‌زمان وجود دارد، موتور به صورت هم‌زمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید. موتورهای هم‌زمان (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 چرخانه و میدان ایستانه، 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 می‌توانیم با تغییر دادن بسامد منبع تغذیه، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم. موتور قفس سنجابی تقریبا ۹۰ درصد موتورهای القایی AC سه فاز از این نوعند. که روتور آنها از نوع قفس سنجابی است که در ابتدا توضیح داده شد. محدوده‌های 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 مشابه‌های 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 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. 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 حلقه‌های لغزان کاهش میابد. بنابراین امکان بدست آوردن لغزش بیشتر و همچنین گشتاور بیشینه نهایی در سرعتهای کمتر وجود دارد. یک مقاومت خارجی می‌توانددر سرعت تقریبا صفر را نتیجه دهد که گشتاو بیشینه نهایی بسیار زیادی با جریان استارت کم را تولید می‌کند. هنگامی که موتور شتاب می‌گیرد مقدار مقاومت می‌تواند کاهش یابد تا مشخصات موتور برای کارهایی با فشار زیاد مناسب شود. هنگامی که موتور به سرعت اصلی می‌رسد خازنهای خارجی از مدار خارج می‌شوند و این یدین معنی است که اکنون موتور به عنوان یک موتور القایی استاندارد کار می‌کند. 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 حلقه‌ها 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 می‌کند. اگر پیچه‌ها کوتاهتر شوده و استارت زده شود معمولاً جریان بالااز روتور در حالت متوقف عبورمی کند که در حد ۱۴۰۰ درصد است. درحالیکه در این حالت درآن گشتاوری در حد ۶۰درصد تولید می‌نماید که در بسیاری از کاربریها چنین امکان پشتیبانی چنین چیزی نیست. با تغییر مقاومتهای روتور منحنی سرعت گشتاور تعدیل می‌گرددکه بدان وسیله سرعتی که درآن موتور در فشاری مخصوص کارمی کند تعدیل می‌شود. ظرفیت تکمیل فشار می‌تواند سرعت را تا ۵۰درصد 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 ۵۰درصد 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 نقاله‌ها، بالابرنده‌ها و آسانسورها مورد استفاده قرار می‌گیرد.