ماشین القایی چیست

در این مقاله قصد داریم ماشین القایی (عمدتا موتور القایی) را به صورت کامل بررسی کنیم، در ابتدا به صورت نوشتاری خلاصه ای از توضیحات ساده موتور القایی را بیان کرده ایم و سپس به صورت تخصصی در فایل پی دی اف “ماشین القایی چیست” به بررسی این نوع ماشین پرکاربرد پرداخته ایم، فایل در انتهای پست جهت دانلود قرار داده شده است، جهت توضیح بهتر و یادگیری موثرتر ویدیوی نیز آماده کرده ایم (این ویدیو را مهندس مهدی منگلی برای ما ارسال کرده اند که از ایشان تشکر می نماییم) که شما را با ساختار این نوع ماشین به صورت 3 بعدی آشنا می سازد.

موتور القایی نوعی از موتور جریان متناوب موتور AC آسنکرون (غیرهمزمان) است که توان مورد نیاز در قسمت متحرک آن از طریق القای الکترومغناطیسی تامین می‌شود. موتورهای القایی AC پرکاربردترین ترین موتورهایی هستند که در سامانه های کنترل حرکت صنعتی و همچنین خانگی به کار گرفته می شوند. طراحی ساده و پایدار، بهای ارزان، هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و کامل به یک سرچشمه نیروی AC برتری های بنیادی موتورهای القایی AC هستند. انواع گوناگونی از موتورهای القایی AC در بازار هست. موتورهای گوناگون برای کارهای گوناگونی شایسته اند. با اینکه طراحی موتورهای AC آسانتر از موتورهای DC است، ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند دریافتی ژرفتر در طراحی و ساخت این نوع موتورهاست.

در ادامه بخوانید  ماشین شار محور چیست؟

یک موتور الکتریکی در روتور خود انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. برای تامین توان مورد نیاز روتور راه‌های مختلفی وجود دارد. در یک موتور DC توان آرمیچر مستقیماً به وسیله یک منبع جریان مستقیم تامین می‌شود در حالی که در یک موتور القایی این توان از طریق استاتور در روتور القا می‌شود. موتورهای القایی را به علت شباهت بسیار زیاد آنها به ترانسفورماتور، ترانسفورماتور دوار نیز می‌نامند چرا که استاتور این موتورها از نظر عملکرد شباهت زیادی به سیم‌پیچ اولیه و روتور آنها به سیم‌پیچ ثانویه ترانس دارد. از موتورهای القایی به ویژه موتورهای القایی سه فاز به طور گسترده‌ای در صنعت استفاده می‌شود.

قدرت بالا، ساختار ساده و عدم وجود جاروبک‌ها (تعمیرات ساده‌تر) و قابلیت بالای موتورهای القایی برای کنترل سرعت از جمله دلایل استفاده از آنهاست.

اولین موتور القایی در سال ۱۸۸۲ توسط نیکولا تسلا در فرانسه اختراع شد اما در سال ۱۸۸۸ و پس از نقل مکان تسلا به ایالات متحده به طور رسمی ثبت شد. اولین موتور القایی روتور قفسی یک سال بعد توسط میخاییل دولیوو دوبرولسکی در اروپا اختراع شد. پیشرفت‌های تکنیکی در زمینه تولید این موتورها تا جایی ادامه یافت که در سال ۱۹۷۶ موتوری القایی با قدرت خروجی ۱۰۰ اسب بخار با حجمی برابر موتور ۷٫۵ اسب بخاری سال ۱۸۹۷ ساخته شد. امروزه پرکاربردترین موتورهای القایی را موتورهای روتور قفس سنجابی تشکیل می‌دهند.

اصول عملکرد و مقایسه با موتورهای سنکرون

بزرگترین تفاوت بین یک موتور القایی AC و یک موتور سنکرون AC این است که در موتور سنکرون توان روتور به طور مستقیم از یک منبع خارجی تامین می‌شود. این جریان در روتور نیز خود میدان مغناطیسی تولید خواهد کرد و به دلیل اثر متقابل میدان‌های استاتور و روتور، روتور در جهت میدان دوار استاتور به حرکت در خواهد آمد.

از طرفی برای القای جریان در روتور، اختلاف سرعتی بین سرعت میدان دوار و سرعت گردش روتور به وجود می آید. در غیر این صورت میدان دوار نسبت به روتور امکان حرکت نخواهد داشت و هادی‌های روتور شار میدان تولید شده توسط استاتور را قطع نکرده و در نتیجه ولتاژی در روتور القا نخواهد شد. این اختلاف سرعت بین سرعت میدان دوار و سرعت حرکت روتور در اصطلاح لغزش (Slip) نامیده می‌شود. لغزش یک مؤلفه بدون واحد است. از آنجا که در موتورهای القایی اختلاف سرعت شرط و ضرورت عملکرد آنهاست به این موتورهای موتورهای غیرهمزمان یا آسنکرون می‌گویند.

انواع موتور القایی

براساس تعداد فازها:

  1. موتور القایی سه‌فاز (خود راه انداز)
  2. موتور القایی تک‌فاز (غیر خود راه انداز)

بر اساس نوع روتور:

  1. موتور القایی روتور قفسی
  2. موتورالقایی روتور سیم‌پیچی شده

فرمول‌های ماشین القایی

مهمترین رابطه در موتورهای القایی رابطه بین فرکانس منبع (f)، تعداد زوج قطب‌ها (p) و سرعت میدان دوار (ns) است: 1

و از این رابطه خواهیم داشت:

2

و سرعت روتور برابر است با:

3

s نشان‌دهنده لغزش (Slip) است و از این رابطه به دست می‌آید:

4

در موتورهای سنکرون سرعت روتور همیشه برابر سرعت میدان دوار است و از رابطه 5 به دست می‌آید.

ساختار

نمایی از موتور القایی

نمایی از موتور القایی

مانند بیشتر موتورها، موتور القایی AC یک قسمت ایستای بیرونی به نام استاتور و یک گردان که در درون آن می چرخد و روتور نامیده می شود، به همراه دارد که میان آن دو یک فاصله کوتاه و یکنواخت وجود دارد. به صورت کلی همه موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی چرخان برای گرداندن روتورشان بهره می گیرند. موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی از موتور است که در آن میدان مغناطیسی چرخان به‌صورت کاملا ذاتی از سوی استاتور به خاطر طبیعت تغذیه‌گر آن ایجاد می گردد این در حالیست که در موتورهای DC به وسیله ای الکتریکی یا مکانیکی برای آفریدن این میدان چرخان نیازمندیم.

یک موتور القایی AC تک فاز نیازمند یک ابزار الکتریکی بیرونی برای پدید آوردن این میدان مغناطیسی چرخشی می باشد و به همین دلیل در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی پیش بینی شده است. در یک موتور القایی AC یک سری از مغناطیس شونده ها به خاطر اینکه تغذیه AC به پیچه های استاتور متصل است در استاتور پیش بینی شده اند و بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر پایه دستور لنز نیرویی الکترومغناطیسی گردان می سازد (درست همانند ولتاژی که در ثانویه ترانسفورماتور واداشته می شود) بنابراین سری دیگر از مغناطیس شونده ها خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند، اندرکنش میان این آهنرباها و میدان های مغناطیسی سبب ایجاد یک میدان چرخش شده که در نهایت این میدان چرخشی رتور ماشین القایی را با سرعتی خاص به چرخش در می آورد.

استاتور

استاتور موتورهای القایی از قطب‌های سیم‌پیچی شده‌ای تشکیل شده که با گذر جریان از آنها با تولید میدان مغناطیسی در روتور ولتاژ القا می‌کنند. استاتور از چندین نواره باریک آلومنیوم یا آهن سبک ساخته شده، این نواره ها بصورت یک استوانه تهی به یکدیگر متصل شده و درنهایت در جای خود ثابت شده اند در ادامه سیم پیچهایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی شده اند که هر گروه پیچه با هسته ای که آن را فرا گرفته یک آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای کار کردن با تغذیه AC می سازد. تعداد قطبهای یک موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه های استاتور بستگی دارد این پیچه های استاتور مستقیماً به منبع انرژی متصل شده و به گونه ای بسته شده اند که با تغذیه AC استاتور یک میدان مغناطیسی چرخنده به وجود آید، با این شرایط تعداد قطب‌ها با توجه به سرعت و گشتاور مورد نیاز می‌تواند مختلف باشد ولی تعداد آنها همواره یک عدد زوج است.

روتور

قسمت گردان از چندین بخش باریک فولادی که میانشان میله هایی از مس یا آلومنیوم پیش بینی شده، ساخته شده است. یبخحسروتور موتورهای القایی به دو صورت است:

  • روتور قفس سنجابی
  • روتور سیم‌پیچی شده
در ادامه بخوانید  کتاب روشهای راه اندازی موتورهای القایی

در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در پایانه خود به صورت الکتریکی و مکانیکی از سوی حلقه هایی به هم بسته شده اند. کمابیش 90 درصد از موتورهای القایی دارای روتور قفس سنجابی می باشند و این به خاطر آن است که این نوع از روتور ساختی پایدار و ساده دارد. این گردان از هسته ای چند تکه استوانه ای با اهرمی که شکافهای همراستا برای جادادن رسانا ها درون آن وجود دارد پدید آمده است. هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را در برگرفته و در این میله ها به طور همیشگی از سوی زنجیره های پایانی آنها چرخه کوتاهی برقرار می باشد. چون این نوع مونتاژ درست همانند قفس سنجابی می باشد این نام برای آن درنظر گرفته شده است. میله های گردان دقیقاً با چرخگاه موازی نبوده و مقداری نیز مورب درنظر گرفته می شوند این مسئله دو دلیل عمده دارد که در ادامه به آنها پرداخته می شود؛

1- این تغییر شکل سبب کاهش هارمونیک شده و درنهایت علاوه بر کاهش ولتاژها و نیروهای مزاحم باعث افزایش تلفات و سروصدا می گردد.

2- دلیل دوم آن است که گرایش روتور به چفت شدن (Hang) کمتر می گردد به این صورت که دندانه های روتور به دلیل جذب مغناطیسی مستقیم می کوشند که در برابر دندانه های استاتور باقی بمانند. این اتفاق هنگامی رخ می دهد که شمار دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.

روتور از سوی مهار هایی در دو سر چرخگاه نگه داشته شده است؛ بین استاتور و رتور شکافی هوایی موجود است. این فاصله هوایی مسیری برای انتقال نیروی چرخشی می باشد که درنهایت سبب چرخش رتور می گردد.

به دلیل مزایای بالای روتورهای قفسی مانند؛ سادگی، هزینه کمتر، نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری و… اغلب شاهد نوع سنجابی می باشیم این روتورها از میله‌هایی از جنس مس یا آلومینیوم تشکیل شده‌اند که یه صورت یک استوانه به همدیگر متصل شده و در دو طرف به وسیله دو حلقه اتصال کوتاه شده‌اند. روتورهای سیم‌پیچی شده در صنعت کاربردهای خاص خود را دارند و بیشتر در موتورهایی که نیاز به گشتاور راه‌اندازی بالایی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رایج‌ترین روتورها در موتورهای القایی روتورهای قفسی هستند

کنترل سرعت

سرعت چرخش میدان دوار در موتورهای القایی تابع فرکانس منبع و تعداد قطب‌های استاتور می باشد. پیش از پیشرفت المان‌های الکترونیک قدرت تغییر فرکانس موتورهای القایی به راحتی ممکن نبود و همین موضوع کاربرد این نوع موتورها را محدود می‌کرد.

در ادامه بخوانید  اینورتر (Inverter) چیست

روش‌ها گوناگونی برای تغییر سرعت موتورهای القایی وجود دارد ولی رایج‌ترین روش بهره‌گیری از ترفند Pulse Width Modulation) PWM) یا آمیختگی پهنای فرکانس است، که در آن یک موج AC به طور یکنواخت و سرعتی قابل تنظیم قطع و وصل می‌شود. با این روش می‌توان توان وروردی متوسط موتور را کنترل کرد.

راه‌اندازی

همانطور که گفته شد در موتورهای القایی رابطه‌ای مستقیم بین مقدار لغزش و مقدار جریان القایی در روتور وجود دارد. به این ترتیب بیشترین میزان جریان القایی در روتور در هنگام راه‌اندازی (لغزش برابر با ۱) به وجود می‌آید. در این حالت موتور مانند ترانسفورماتوری عمل خواهد کرد که سیم‌پیچ ثانویه آن اتصال کوتاه شده باشد‍؛ بالا بودن جریان القا شده در روتور موجب بالا رفتن جریان استاتور می‌شود و به همین دلیل میزان جریان راه‌اندازی در استاتور تقریباً بین ۵ تا ۹ برابر جریان در بار کامل است. جریان بالای موتور در لحظه راه‌اندازی می‌تواند باعث افت ولتاژ در بقیه مصرف کننده شود اما این جریان بالا در موتور زیاد ادامه پیدا نمی‌کند چون با راه افتادن موتور لغزش به تدریج کاهش یافته و میزان جریان استاتور نیز کاهش می‌یابد. در صورتی که بار موتور در لحظه راه‌اندازی به اندازه‌ای باشد که موتور قادر به چرخش نباشد جریان بالا موجب سوختن سیم‌پیچ استاتور خواهد شد. برای جلوگیری از افزایش بیش از حد جریان در موتور از راه‌اندازها برای کاهش ولتاژ راه‌اندازی و محدود سازی جریان راه‌اندازی استفاده می‌کنند این راه‌اندازها طوری طراحی شده‌اند که با رسیدن موتور به سرعت متوسط ولتاژ را افزایش دهند.

 

1415866183_Internet_Download_Manager       دانلود فیلم موتور القایی  | با حجم 8 مگابایت

1415866183_Internet_Download_Manager       دانلود مقاله بررسی تخصصی ماشین های القایی  | با حجم 1 مگابایت

1415866190_698841-icon-114-lock-128       پسورد : www.poweren.ir

 

راستی! برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام PowerEn عضو شوید.

تلگرام
مهندس سیاه تیری
گرایش مورد علاقه‌ام ماشین‌های الکتریکی، بخصوص نوع دایرکت درایوها هست - عاشق کار با نرم‌افزارهای تخصصی هستم - هدفم انتقال تمام دانش تخصصی هست که در طی سال‌ها فعالیت به‌صورت پروژه محور (برای شرکت‌ها و افراد) کسب کردم و واقعاً خوشحال می شم بتونم کمکتون کنم. تموم موفقیت‌های داشته و نداشتم رو مدیون کسی هستم که بدون هیچ چشم داشتی کنارم موند. دانش‌آموخته کارشناسی ارشد برق - قدرت (ماشین‌های الکتریکی و الکترونیک قدرت) - دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی
همراه ما باشید در کانال تلگرام مهندسی برق کانال تلگرام PowerEn
اطلاع رسانی با ایمیل
اطلاع از
guest
14 دیدگاه
جدیدترین
قدیمی‌ترین محبوب‌ترین
Inline Feedbacks
View all comments
حسین قلاوندی
حسین قلاوندی
6 ماه پیش

سلام خدا قوت

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
مهدی
مهدی
1 سال پیش

ببخشیدیه سوال دقیقافاصله بین رتورواستاتورچقدرهستش

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
IRAN
IRAN
2 سال پیش

سلام..DSIGچه نوع ژنراتورهایی هستن؟

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
خسرو
خسرو
2 سال پیش

با سلام
مهندس ببخشید که مزاحم میشم یه سوال دیگه ازتون داشتم.میخواستم بدونم اصولا نحوه محاسبه خروجی ژنراتورهای القایی بر حسب وات چگونه است؟
مثلا یک موتور ۱۰۰۰ دور ۱ کیلووات ، اگر با ۱۵۰۰ دور بچرخه چند وات خروجی داره؟
و اگر یک موتور ۱۰۰۰ دور ۲ کیلووات با همون ۱۵۰۰ دور بچرخه چند وات خروجی داره؟
باز هم خیلی ممنون که با حوصله به سوالات پاسخ میدید.

خسرو
خسرو
2 سال پیش

با سلام مهندس من با توجه به راهنمایی های شما دو تا موتور القایی رو با تسمه به هم متصل کردم و ابتدا موتور اول رو به برق وصل کردم تا موتور دوم رو هم بچرخونه سپس برای تحریک موتور دوم (که قراره نقش ژنراتور رو بازی کنه) اون رو هم به برق شهر وصل کردم که ناگهان صداش عوض شد و تبدیل به ژنراتور شد.حتی برای اطمینان از تولید برق، موتور دوم (ژنراتور) رو از برق کشیدم و هنوز خروجی سیم هاش فازمتر رو روشن میکرد. ولی موقعیکه دو تا موتور رو با هم موازی کردم و موتور اول… بیشتر »

خسرو
خسرو
2 سال پیش

با سلام
مهندس چگونه میشه به موتور القایی رو به ژنراتور القایی تبدیل کرد؟تو اینترنت یه سری مطالب خوندم که باید سرعت چرخش موتور از سرعت نامی بالاتر بره و همچنین نیاز به تحریک داره.من میخوام بدونم چه جوری باید موتور رو تحریک کنم؟
ممنون میشم پاسخ بدید.