تقسیم بندی موتورهای الکتریکی
امروزه الکتروموتور (موتور الکتریکی) کاربردهای فراوان و متنوعی در صنایع پیدا کرده است. در تمامی کارخانه ها یا واحد های صنعتی, می توان انواع الکتروموتور را پیدا کرد که با اندازه ها و توان های مختلف, بارهای گوناگون را به حرکت در می آورند. الکتروموتور ها وسایلی هستند که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. الکتروموتور ها را در چهار نوع کلی موتورهایDC،موتورهای القایی یا آسنکرون، سنکرون و مخصوص وجود دارند. در این میان موتورهای القایی به دلیل سادگی ساختمان آن ها، قابلیت اطمینان بالا و نیاز کم آن ها به تعمیرات، از کاربرد گسترده ای در صنایع برخوردار شده اند. این موتورها بسته به نوع تغذیه شان در دو نوع موتورهای القایی سه فاز و تک فاز تولید و در بازار عرضه می شوند. موتورهای القایی سه فاز معمولا در صنایع و در توان های بالا در دو سطح ولتاژ فشار ضعیف و فشار متوسط مورد استفاده قرار میگیرند، در حالی که موتورهای القایی تک فاز بیشتر در توان های کوچک ساخته شده وقدرت آن ها از 7/5 کیلو وات بالاتر نمی رود. شکل زیر یک تقسیم بندی کلی از موتور های الکتریکی را نمایش می دهد شایان ذکر است در مقاله حاضر تنها به بررسی بخش کوچکی از انواع موتورهای الکتریکی خواهیم پرداخت و این مقاله به منظور آشنایی خوانندگان ارائه شده است.
انواع موتورهای الکتریکی
موتورهای الکتریکی جریان متناوب
الکتروموتور های جریان متناوب, انرژی الکتریکی را جذب و به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند این گونه موتورها به دو دسته تقسیم می شوند:
الکتروموتور های سنکرون
الکتروموتور های آسنکرون
برای راه اندازی الکتروموتور آسنکرون از یک منبع جریان متناوب استفاده می شود و ولتاژ متناوب به سیم پیچی استاتور اعمال شده در نتیجه عبور جریان از سیم پیچ ها میدان مغناطیسی دوار تولید می کند. این میدان , روتور (قسمت گردان) را قطع کرده آن را حامل جریان میکند و در اثر نیروی وارد شده از طرف میدان دوار به روتو موجب حرکت آن می شود. در الکتروموتور های سنکرون از دو منبع ولتاژ استفاده می شود به سیم پیچ های استاتور منبع ولتاژ متناوب و به سیم پیچ های روتور منبع ولتاژ مستقیم اعمال می شود. شکل زیر نحوه اتصال ولتاژ DC به سیم پیچ الکتروموتور را نمایش می دهد.
الکتروموتورهای آسنکرون به دلیل سادگی ساختمان و نداشتن کلکتور بیش تر از الکتروموتور های سنکرون در صنعت به کار می روند الکتروموتور های آسنکرون به صورت تک فاز و سه فاز کاربرد فراوانی دارند. توجه شود که موتورهای الکتریکیAC از اجزای زیر تشکیل می شوند.
الکتروموتور های آسنکرون تک فاز و سه فاز
الکتروموتور های آسنکرون تنها دارای یک سیم پیچی بوده که در قسمت ساکن(استاتور) قرار دارد و به سیم پیچی استاتور معروف است. این سیم پیچی از جریان متناوب تغذیه می شود. چون جریان القای الکترومغناطیسی صورت می گیرد به این نوع الکتروموتور ها، موتورهای القایی نیز می گویند. ساختمان الکتروموتور آسنکرون از دو قسمت اصلی تشکیل شده می شود: 1-استاتور 2-روتور
در شکل زیر اجزای موتور آسنکرون را مشاهده می نمایید.
نام اجزا به ترتیب به این قرار است:
1- روتور
2- استاتور
3- سیم پیچ استاتور
4- بلبرینگ
5- محور دوار
6 و 7 - درپوش ها
8- فن خنک کننده
9- پلاک مشخصات الکتروموتور
10- جعبه ترمینال
11- قاب
12- محافظ فن خنک کننده
استاتور
استاتور از صفحات نازک فولاد سیلیسیم دار به ضخامت نیم میلی متر تشکیل شده که با قرار دادن این ورقه ها در کنار هم, استوانه ای توخالی به دست می آید. این استوانه توخالی درون یک پوسته ی چدنی پیچ شده است و در شیارهای استاتور سیم پیچ هایی که از سیم های عایق تشکیل شده اند, قرار می گیرد. این سیم پیچ ها در برابر بدنه استاتور عایق می شوند. سیم بندی الکتروموتور های آسنکرون ممکن است یک فاز یا سه فاز باشد. در شکل روبرو یک استاتور را مشاهده می کنید.
روتور قفسی سنجابی
روتور از ورقه های مخصوص فولاد که نسبت به هم عایق هستند, به شکل استوانه ساخته و بر محوری قرار داده می شود. در این محیط شیار ها یا سوراخ های تعبیه شده است. شیار ها نیمه بسته یا تمام بسته هستند. در داخل شیارهای روتور از تعدادی میله های مسی یا آلمینیومی استفاده شده که از دو طرف روتور به وسیله دو حلقه فلزی اتصال کوتاه می شوند.
به این نوع روتور, روتور قفسه سنجابی میگویند. در شکل زیر ساختمان روتور قفسه سنجابی نشان داده شده است بیشتر الکتروموتور های آسنکرون دارای روتور قفسه سنجابی هستند.
مزایا و عیب های الکتروموتور های آسنکرون با روتور قفسی سنجابی
ساختمان و راه اندازی الکتروموتور با روتور قفسی بسیار ساده است و به هیچ وسیله ی کمکی نیاز ندارد. تعمیر و نگه داری این گونه الکتروموتور ها به راحتی انجام می شود, اما جریان راه اندازی آن زیاد و گشتاور شروع به کار ضعیفی دارد.
الکتروموتور آسنکرون با روتور سیم پیچی
الکتروموتور آسنکرون با روتور قفسی سنجابی در لحظه راه اندازی جریان بسیاری را از شبکه جذب کرده گشتاور راه اندازی آن کم است. برای راه حل این مشکل بجای استفاده از روتور قفسی از روتور سیم پیچی استفاده می کنیم برای این منظور روتور رامطابق شکل زیر سیم پیچی سه فازه می کنیم و آن را به صورت ستاره اتصال می دهیم.
درصد لغزش
حتما باید بین سرعت میدان چرخان استاتور اختلافی وجود داشته باشد در غیر این صورت ولتاژی روی میله های روتور به وجود نخواهد آمد و روتور نمی چرخد. این اختلاف سرعت را لغزش میگویند. لغزش بستگی به بار الکتروموتور دارد وجودش برای تولید گشتاور ضروری است اگر بارالکتروموتور زیاد شود سرعت روتور کم می شودو بنابراین لغزش کم می شود.
راه اندازی موتور القایی
راه اندازی موتور القایی سه فاز بسیار ساده است که از مزایای این نوع موتور محسوب می شود. برای راه اندازی موتور القایی سه فاز کافی است تا سیم پیچی های استاتور را به شبکه متصل کنیم. در این حالت الکتروموتور شروع به حرکت کرده و به سرعت نهایی خود می رسد. یکی از مشکلاتی که موقع راه اندازی این الکتروموتور ها خود را نشان می دهد, جریان بالایی است که در لحظه راه اندازی از شبکه گرفته می شود. این جریان در حدود 5 تا 8 برابر جریان نامی الکتروموتور است که در شبکه هایی که ضعف طراحی دارند ممکن است در لحظه راه اندازی موتور القایی, باعث افت ولتاژ لحظه ای در خط تغذیه می شود.
این امر می تواند بر عملکرد مصرف کننده های دیگری که به خط تغذیه متصل هستند, اثر نامطلوب بگذارد. از طرف دیگر دوام این جریان, می تواند باعث سوختن سیم پیچی های خود الکتروموتور نیز شود. بنابر این به منظور کاهش جریان راه اندازی به دنبال روش هایی می باشیم که زمان استارت جریان کم تری از طریق مصرف کننده دریافت شود. انواع روش های راه اندازی به شرح زیر می باشد.
1- قرار دادن مقاومت در مسیر روتور
2- قراردادن مقاومت در مسیر استاتور
3- با استفاده از کاهش ولتاژدر لحظه راه اندازی توسط یک اتوترانس
4- استفاده از راه اندازی ستاره-مثلث
-
قراردادن مقاومت در مسیر روتور
- یکی از راه های کاهش جریان راه اندازی افزایش مقاومت در مسیر الکتروموتور می باشد که این روش تنها برای الکتروموتور با روتور سیم پیچی شده امکان پذیر می باشد. معمولا از این روش کمتر استفاده شده و همچنین مقاومت ها تنها در لحظه راه اندازی به صورت پله ای از مدار خارج می گردند.
-
قرار دادن مقاومت در مسیر استاتور
- در این روش به منظور کاهش جریان مقاومت هایی به صورت پله ای در مدار قرار گرفته که پس از راه اندازی موتور الکتریکی از مدار خارج می شوند. این روش نیز به دلیل مشکلاتی که برای خارج کردن مقاومت ها, زمان و تجهیزات مورد نیاز دارد کمتر استفاده می شود. در شکل زیر نمونه ای از مقاومت را مشاهده می نمایید که تنها یک مقاومت در مسیر هر یک از سیم پیچ های استاتور قرار گرفته که پس از راه اندازی الکتروموتور و با تحریک کنتاکتور K1 مقاومت ها از مدار خارج می شوند.
-
کاهش ولتاژ توسط اتوترانس
- در این روش برای کاهش جریان ولتاژ را پایین آورده و پس از راه اندازی الکتروموتور ولتاژ را افزایش داده تا به ولتاژ نامی برسد. نکته ای که باید در این قسمت به آن توجه شود آن است که ولتاژ پایین اجازه راه اندازی الکتروموتور با بارش را ندهد بنابراین الکتروموتور راه اندازی نمی شود. این روش نیز کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.
روش راه اندازی ستاره-مثلث
در روش راه اندازی موتور سه فاز ستاره مثلث در لحظه راه اندازی موتور الکتریکی به صورت ستاره شروع به کار کرده و در این حالت توان و جریان موتور یک سوم توان درج شده بر روی الکتروموتور می باشد. پس از مدت زمانی موتور الکتریکی به حالت مثلث خواهد رفت بنابراین به توان نامی خود دست پیدا خواهد کرد. ذکر مثال زیر گویای مطلب فوق خواهد بود.
ما می دانیم که جریان راه اندازی الکتروموتور 3 تا 7 برابر جریان نامی آن است بنابراین با کاهش جریان به اندازه یک سوم می توان جریان لحظه راه اندازی را کاهش داد.
با توجه به نکته بیان شده در مورد راه اندازی الکتروموتور های آسنکرون، در بدترین حالت هفت برابر جریان نامی هنگام شروع به کار الکتروموتور از شبکه دریافت می شود. بدین منظور تجهیزات حفاظتی باید بتوانند این جریان راه اندازی الکتروموتور را تحمل نمایند ضمنا الکتروموتور را در مقابل جریان نامی محافظت نمایند که این مطلب غیر معقول می باشد. با استفاده از راه اندازی ستاره جریان راه اندازی به یک سوم میزان خود خواهد رسید. که این مقدار معقول تر است از آنجا که هنگام راه اندازی جریان حدودا دو برابر جریان نامی است ، تجهیزات حفاظتی می توانند چنین حفاظتی را داشته باشند.
در ضمن می توان برای راه اندازی الکتروموتور همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود از یک کلید استفاده نمود که کلید در مرحله اول الکتروموتور را به حالت ستاره برده و در مرحله بعدی الکتروموتور را به حالت مثلث خواهد برد. همچنین می توان از روش کنتاکتوری برای راه اندازی الکتروموتور استفاده نمود که در این روش نیاز به سه کنتاکتور می باشد. کنتاکتور اول و دوم الکتروموتور را به حالت ستاره برده و کنتاکتور اول و سوم موتور را به حالت مثلث خواهند برد. روش راه اندازی ستاره - مثلث متداول ترین روش راه اندازی الکتروموتور است که می تواند در بسیاری از مکان های صنعتی برای الکتروموتور های توان بالا به وفور دید.
آشنایی با الکتروموتور های تک فاز
الکتروموتور های تک فاز به الکتروموتور هایی اطلاق می شود که جهت راه اندازی نیاز به جریان متناوب تک فاز(N,L) دارند. ساختمان داخلی این الکتروموتور ها از یک قسمت ساکن (استاتور) و یک قسمت گردان (روتور) تشکیل شده است. این الکتروموتور ها از اندازه کوچک 1/8hp تا چند اسب بخار حدود 5 اسب بخار ساخته می شوند. شکل روبرو تصویر یک نوع الکتروموتور تک فاز را نشان می دهد.
اصول کار اغلب الکتروموتور های تک فاز مانند الکتروموتور های سه فاز بر خاصیت القایی استوار است. این الکتروموتور ها به میدان دوار نیاز دارند در الکتروموتور های تک فاز میدان دوار ناشی از جریان های سه فاز وجود ندارند به همین جهت برای راه اندازی آن ها نیاز به روش ها و وسایل دیگری است.
الکتروموتور های تک فاز را بر اساس ساختمان داخلی و روش راه اندازی به صورت زیر می توان طبقه بندی کرد:
- موتورهای القایی(فاز شکسته-خازن دار-قطب چاک دار)
- موتورهای دفعی(ربولسیونی)
- موتورهای اونیوسال
- موتورهای سنکرون با قطب دائم(رلوکتانسی-هیستر زیسی)
-
موتور های القایی تک فاز
- استاتور و روتور این الکتروموتور ها شبیه استاتور و روتور الکتروموتور های سه فاز است با این تفاوت که در این استاتور دو نوع سیم پیچی (سیم پیچ اصلی) و (سیم پیچ راه انداز یا کمکی) تعبیه می شود. جریان این دو سیم پیچ به کمک هم میدان دوار ایجاد می کنند و در نتیجه مانند الکتروموتور های سه فاز گشتاور لازم را در جهت به گردش در آمدن روتور به وجود می آورند.
منبع : کتاب برق صنعتی-مولفین:دکتر رضوی،علیرضا کشاورز باحقیقت، حسین فلاحی دهکی-مرکز انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین