الکتروموتور تک فاز(single phase electric motor)
از آنجا که انواع الکتروموتور سه فاز و الکتروموتور تک فاز القایی از اجزای اصلی به کار رفته در صنایع مختلف کوچک و بزرگ می باشند لذا، بسیاری از افراد مشغول در این صنایع با گرایش های مختلف تحصیلی و غیرتخصصی برق نیاز به آشنایی کلی و عمومی نسبت به این تجهیزات را دارند. الکتروموتور القائی ماشینی است که نیروی الکتریکی را به نیروی مکانیکی خطی یا چرخشی تبدیل میکند و بر این اساس استوار شده است که اگر یک میله حاوی جریان الکتریکی در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد از طرف آن میدان نیروی به آن وارد می شود. در این مطلب از گلوپ به بررسی الکتروموتور تک فاز و مشخصات و مزایا ان می پردازیم.
الکتروموتور تک فاز چیست؟
موتور الکتریکی تک فاز به الکتروموتورهایی گفته می شود که جهت راه اندازی نیاز به جریان متناوب تک فاز (N,L) دارند. ساختمان داخلی این موتورها از یک قسمت ساکن (استاتور) و یک قسمت گردان (روتور) تشکیل شده است. این موتورها از اندازه های کوچک ۸/۱ اسب بخار تا چند اسب بخار حدود ۵ اسب بخار ساخته می شوند.
اصول کار اغلب موتورهای تک فاز مانند موتورهای سه فاز بر خاصیت القایی استوار است. این موتورها به میدان دوار نیاز دارند. موتورهای تک فاز در وسایل خانگی بیشتر از صنعت کاربرد دارد.
یک هسته استاتور که مشابه با هستۀ به کار رفته در موتورهای چند فاز است، در شکل زیر نشان داده شده است. سیم پیچی استاتور نشان می دهد که ماشین مذکور دو قطب دارد. از طرفی دیده می شود که سیم پیچ های هر قطب هم مرکز بوده و سیم پیچی درونی نسبت به سیم پیچی بیرونی دارای گام کمتری است. در اینجا فقط دو سیم پیچ در هر قطب نشان داده شده است، اما تعداد این سیم پیچ ها می تواند سه، چهار و یا پنج سیم پیچ (بسته به اندازه موتور و تعداد شیارهای استاتور) باشد.
باید توجه داشت، سیم پیچی مورد استفاده در این ماشین از نوع هم مرکز است. سیم پیچ های هر قطب با یکدیگر سری هستند و این سیم پیچ ها خود می توانند با قطب دیگر سری و یا موازی شوند.
اگر سیم پیچی این موتور را به یک ولتاژ متناوب تک فاز وصل کنیم، به طور تقریبی یک شار متناوب به صورتی که نشان داده شده، در شکاف هوایی هسته استاتور ایجاد می شود، که تنها در امتداد یک محور (در اینجا محور عمودی) نوسان می کند. این شار از صفر شروع شده، و به حداکثر خود می رسد و سپس مجدد صفر شده و در جهت مخالف به مقدار حداکثر خود می رود و در انتهای سیکل دوباره صفر می شود.
چنین به نظر می رسد که در این سیستم هیچ گونه دوران و چرخش شار وجود ندارد. اگر یک روتور قفس سنجابی در داخل استاتور قرار داده شود، روتور حرکتی نمی کند، تنها لرزش دارد و داغ می شود.
با این وجود اگر به روتور در یک جهت دلخواه، نیروی نسبتاً اندکی وارد کنیم، در همان جهت سریع سرعت گرفته، و شروع به کار می کند. با توجه به این پدیده نتیجه می گیریم که موتورهای تک فاز القایی گشتاور راه اندازی ندارند.
ساختار اصلی الکتروموتور تک فاز
۱.استاتور
استاتور از اجزای مهم ساختمان موتور الکتریکی اعم از سه فاز و تک فاز محسوب می‌شود. متریال مختلفی مانند آهن یا آلومینیوم در ساختار استاتور به کار برده می‌شود. ساختار این قطعه به صورت یک سیلندر خالی و شیار دار طراحی شده است.
در داخل شیارهای این قطعه سیم پیچ‌هایی از سیم روکش دار قرار می‌گیرند که به هر کدام از این سیم پیچ‌ها، عنوان کلاف گفته می‌شود. هسته‌های قرار گرفته در درون هر کلاف، یک آهنربای مغناطیسی را تشکیل می‌دهند. از طرف دیگر، کلاف های استاتور ضمن اتصال مستقیم به منبع انرژی الکتریکی، با دریافت جریان متناوب، سبب تولید یک میدان مغناطیسی چرخنده می‌شوند.
۲.روتور
روتور از دیگر اجزای دینام تک فاز بوده که بر روی شفت استاتور قرار می‌گیرد. این قطعه از ورق‌های نازک فولادی تولید می‌شود. داخل روتور نیز هسته‌هایی از جنس مس یا آلومینیوم قرار دارد. روتور قفس سنجابی از رایج‌ترین نوع روتور مورد استفاده در موتورهای الکتریکی به حساب می‌آید.
جریان مغناطیسی ایجاد شده از استاتور به روتور انتقال پیدا کرده که در نتیجه این فرآیند گشتاور تولید می‌شود. این گشتاور با تأمین نیروی لازم، زمینه مناسب برای چرخش روتور را فراهم میکند. ضمناً، میزان گردش روتور در یک دقیقه، دور یا سرعت نامی گفته می‌شود. این شاخصه عموماً با واحد rpm (دور در دقیقه) نشان داده می‌شود.
انواع الکتروموتورهای تک فاز
انواع الکتروموتور تک فاز به شرح زیر است:
- موتورهای القایی تک فاز با فاز شکسته
- موتورهای القایی با خازن راه انداز
- موتور القایی با خازن دائم کار
- موتورهای القایی دو خازنی ( خازن راه انداز و دائم کار)
- موتور القایی قطب چاک دار
موتورهای القایی تک فاز با فاز شکسته
در این موتورها برای ایجاد اختلاف فاز بین جریان سیم پیچ اصلی و راه انداز، نسبت مقاومت اهمی به القایی سیم پیچ راه انداز را بیشتر از سیم پیچ اصلی اختیار می‌کنند. یعنی امپدانس سیم پیچ راه انداز بیشتر خاصیت اهمی و امپدانس سیم پیچ اصلی بیشتر خاصیت سلفی دارد. بهترین راه افزایش نسبت مقاومت اهمی به مقاومت القایی، استفاده از سیم نازک‌تر در سیم پیچ می‌باشد.
موتورهای القایی با خازن راه انداز
در این نوع الکتروموتور تک فاز ، اختلاف فاز جریان سیم پیچ اصلی و راه انداز به کمک یک خازن سری شده با سیم پیچ راه انداز ایجاد می‌شود. با محاسبه مقدار مناسب ظرفیت خازن می‌توان اختلاف زاویه بین دو جریان را در زمان راه اندازی به ۹۰ درجه رساند. در نتیجه گشتاور راه اندازی چنین موتوری بسیار خوب می‌باشد. زیرا بیشترین مقدار گشتاور در موتور القایی تک فاز با ایجاد این زاویه به دست می‌آید. بعد از راه اندازی موتور، عبور جریان زیاد از خازن باعث سوختن آن می‌شود به همین خاطر باید خازن را توسط کلید گریز از مرکز از مدار خارج کرد.
موتورهای القایی دو خازنی خازن راه انداز و دائم کار
اگر در موتور القایی از هر دو خازن دائم کار و راه انداز هم زمان استفاده شود، موتور را دو خازنی می‌گویند. این موتورها غالباً جزِء موتورهای صنعتی محسوب می‌شوند و در وسایلی مانند ماشین لباسشویی صنعتی، یخچال‌های صنعتی، موتورهای بالابر و … کاربرد دارند.از این موتورها در پمپ های بالابرها، کمپرسورها، یخچال های صنعتی و به طور کلی جاهایی که بخواهیم بارهای سنگین را راه اندازی کنیم استفاده می شود.
موتور القایی قطب چاک دار
اگر برروی قطب‌های برجسته موتور شیار‌هایی تعبیه گردد و یک یا چند حلقه هادی اتصال کوتاه شده در داخل آن قرار داده شود در این صورت به این نوع موتور القایی، موتور قطب چاک دار می‌گویند. گشتاور راه اندازی و ضریب بهره این موتورها بسیار کم است و معمولا در توان‌های کمتر از ۱۵۰ وات ساخته می‌شوند. مزیت اصلی این موتورها سادگی ساختمان آن‌ها می‌باشد.
موتور القایی با خازن دائم کار
در این نوع خازن سری شده با سیم پیچ راه انداز طوری محاسبه گردد تا در موقع راه اندازی اختلاف فاز اندک، ولی در زمان کار، اختلاف فاز تقریبا ۹۰ درجه شود، می‌توان خازن را در مدار نگه داشت. در این صورت مقدار ظرفیت خازن دائم کار نسبت به خازن راه انداز کمتر است و در زمان راه اندازی جریان کمتری از آن عبور میکند. از طرفی، چون خازن دائم کار مدت زمان بیشتری باید در مدار بماند بنابراین خازن الکترولیت برای آن مناسب نیست؛ لذا خازن این موتورها از نوع روغنی انتخاب می‌شود که قیمت آن‌ها گران‌تر از خازن‌های الکترولیت است.
کاربرد الکتروموتورهای تک فاز
موتورهای تک فاز متناسب با هر نوع و مدلی خاص در بسیاری از حوزه‌ها از قبیل مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بر این اساس استفاده در اتوماسیون‌های صنعتی، کمپرسورها، هواکش‌ها، بالابرها، پمپ‌های تخلیه، یخچال‌های صنعتی، پمپ‌های آب و دمنده‌های چند سرعته برخی از موارد کاربرد موتورهای الکتریکی تک فاز در حوزه صنعت می‌باشند.
استفاده در یخچال‌های خانگی، کولرهای آبی و ماشین‌های لباسشویی، از جمله موارد کاربرد الکتروموتورهای تک فاز در کاربری‌های خانگی تلقی می‌شوند.
همچنین، استفاده در تجهیزات اداری مانند پرینترها و کامپیوترها، دیگر موارد کاربرد موتورهای الکتریکی تک فاز را در بر می‌گیرد.
مشخصه های کاربردی در انتخاب الکتروموتور تک فاز
مشخصه های کاربردی در انتخاب الکتروموتور تک فاز به شرح زیر است:
توان نامی الکتروموتور: یکی از آیتم هایی که در انتخاب موتور مد نظر قرار می گیرد, توان نامی است که معمولا با واحد کیلووات (KW) و یا اسب بخار (HP) مطرح می شود. توان نامی که در پلاک مشخصات موتور قرار می گیرد در واقع مقدار توان مکانیکی قابل دسترس روی شفت الکتروموتور است و به صورت حاصلضرب مقدار گشتاورنامی (τ) در سرعت چرخش (ώ) روتور تعریف می شود.
سرعت اسمی (سنکرون ) الکتروموتور: ناشی از تغذیه الکتروموتور با برق متناوب شبکه برق، میدان مغناطیسی در سیم پیچیهای استاتور ایجاد می شود که دائما در حال چرخش حول محور استاتور می باشد. تعداد چرخش این میدان مغناطیسی را حول محور خود در یک دقیقه سرعت سنکرون یا سرعت اسمی می نامند. سرعت اسمی موتورهای که بیشتر در بازار مورد استفاده قرار می گیرند rpm 1500 , 3000rpm, 1000rpm, 750rpm می باشد. مقدار سرعت اسمی رابطه معکوس با تعداد قطب موتور دارد بدین صورت که هرچه تعداد قطب بیشتر باشد, سرعت اسمی الکتروموتور کمتر خواهد بود. به عنوان مثال سرعت اسمی موتوری که با فرکانس ۵۰ هرتز تغذیه می شود و ۴ قطب (پل) دارد, ۱۵۰۰ دور و سرعت اسمی یک الکتروموتور ۲ قطب ۳۰۰۰ دور خواهد بود.
سرعت نامی الکتروموتور (rpm): تعداد چرخش روتور در یک دقیقه را سرعت یا دور نامی می نامند که با واحدrpm مطرح می شود. دور نامی انواع الکتروموتور AC با تعداد قطب (پل) الکترو موتور و فرکانس برق ورودی رابطه دارد. تعداد دور نامی موتور همانند دور اسمی رابطه مستقیم با فرکانس برق ورودی و رابطه معکوس با تعداد قطب (پل) موتور دارد.
تعداد قطب (پل) الکتروموتور: در یک الکتروموتور سه فاز القائی، ۳ دسته سیم پیچی اصلی در استاتور وجود دارد که هر دسته سیم پیچی مربوط به یک فاز است. تعداد قطب که در بازار به نام تعداد پل نیز خوانده می شود, معمولا ضریبی از عدد ۲ است و نشان دهنده تعداد کلاف در هر دسته سیم پیچی استاتور می باشد.
روش‌های دسته بندی موتور الکتریکی تک فاز
روش‌های دسته بندی موتور الکتریکی تک فاز به شرح زیر است:
- بر اساس ساختمان داخلی
- بر اساس کاربرد
- بر اساس نوع حرکت مکانیکی
- بر اساس منبع تغذیه
در این مطلب با موتور تک فاز، انواع آن ، موارد کاربرد و مشخصه های کاربردی این موتور آشنا شدیم. در صورتی که به مباحث برق و الکترونیک علاقه مند هستید سایر مطالب سایت با این موضوع را در قسمت مقالات مطالعه نمایید.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.