جزوه موتور القایی

کتاب
آپدیت شده در : 01/ 09/ 1402
نویسنده : تیم تولید محتوا
بدون دیدگاه

در میان تمام ماشین های الکتریکی که تاکنون ساخته شده است، موتور القایی به شدت با اقبال خوش مواجه شد، این موتور بدون درنظر گرفتن مشخصات نه چندان جالب بازدهی توانست در تمام کشورها به شکل وسیعی وارد کارخانه ها، صنایع سنگین و سبک و حتی منازل ما شدند.

موتور القایی چیست

موتور القایی نوعی موتور الکتریکی است که با استفاده از قانون القای الکترومغناطیسی، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (چرخش شفت موتور) تبدیل می کند. موتور القایی برای اولین بار توسط نیکولاس تسلا در سال 1888 ساخته شد.

این موتورها باتوجه به طراحی ساده و نیاز به تعمیر و نگهداری کم بسیار پرکاربرد هستند و به طور گسترده در صنایع بزرگ و کارخانجات و حتی لوازم منزل مورد استفاده قرار می گیرند.

در موتور القایی، با تغذیه سیم پیچ استاتور و عبور جریان از آن، یک میدان دوار توسط سیم پیچ استاتور ایجاد می شود که این میدان دوار باعث القای ولتاژ در روتور و جاری شدن جریان در آن خواهد شد. جریان ایجاد شده در روتور نیز یک میدان دوار به وجود خواهد آورد. تقابل این دو میدان دوار، ایجاد گشتاور کرده و در نتیجه محور روتور به چرخش در خواهد آمد.

ساختمان ماشین های القایی

به طور کلی هر ماشین القایی (موتور یا ژنراتور) از دو بخش عمده تشکیل شده است:

استاتور
روتور

استاتور

استاتور قسمت ساکن موتور القایی الکتریکی است. هسته استاتور، مجموعه ای از ورق های فولادی است که دارای شیار در سطح داخلی آن است که پس از قرار گرفتن در کنار هم تشکیل یک حجم استوانه ای توخالی را می دهد. سیم پیچ های سه فاز ماشین القایی در داخل همین شیارها قرار می گیرند.

روتور

روتور قسمت دوار موتور الکتریکی است. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط استاتور، باعث القای یک میدان متقابل در روتور می شود که روتور برای همسو شدن با میدان ناشی از این جریان به حرکت در خواهد آمد.

انواع روتور موتور القایی

روتور قفس سنجابی

این نوع رتور، از تعدادی میله های مسی یا آلومینیومی تشکیل شده است که در داخل شیارهای ورقه مغناطیسی رتور تعبیه شده اند. سپس این میله ها از هر دو طرف توسط دو حلقه هم جنس با میله ها ( آلومینیوم یا مس) به هم متصل شده اند.

رتور سیم پیچی شده

بر روی این نوع رتور، سه دسته سیم پیچ با اختلاف مکانی 120 درجه مانند استاتور ماشین القایی سه فاز با همان تعداد قطب پیچیده می شود. این سیم پیچ ها نسبت به بدنه روتور عایق شده است.

عملکرد موتورهای القایی

نحوه عملکرد موتور القایی سه فاز روتور سیم پیچی شده براساس القای ولتاژ است و لذا از این نظر همانند یک ترانسفورماتور سه فاز عمل می کند. در واقع هر دو از اثر القای نیروی محرکه در سیم پیچ طرف دیگر استفاده می کنند، لذا به این موتورها، موتورهای القایی گفته می شود. البته در ساختار موتور القایی بین سیم پیچ استاتور (اولیه) و روتور (ثانویه) علاوه بر هسته مغناطیسی، فاصله هوایی نیز وجود دارد و از آنجا که در قدرت های یکسان، نیروی محرکه مغناطیسی بیشتری جهت غلبه بر تلفات مکانیکی روتور و مقاومت مغناطیسی ناشی از فاصله هوایی بین استاتور و روتور مورد نیاز است، بنابراین در قدرت یکسان جریان بی باری موتورهای القایی نسبت به ترانسفورماتورها بیشتر است

مشخصه ضریب قدرت – سرعت موتورالقایی

یکی از مهم ترین پارامترهای شبکه های برق، ضریب قدرت مصرف کننده است. در واقع ضریب قدرت (PF) ناشی از اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان است.

از آنجا که تغییر سرعت روتور باعث تغییر امپدانس مدار روتور می شود و همچنین به دلیل القای متقابل مدار روتور و تأثیر آن بر میدان استاتور، امپدانس کلی موتور نیز تغییر می کند. بنابراین تغییر سرعت روتور بر ضریب قدرت موتور نیز اثر گذار است. در شکل زیر منحنی تغییرات ضریب قدرت بر حسب دور موتور القایی نمایش داده شده است.

البته لازم به ذکر است که ضریب قدرت در لحظه راه اندازی هر موتور به دلیل اهمیت ویژه ای که دارد در برگه مشخصات سازنده ارائه می شود. با توجه به شکل بالا ملاحظه می شود که در زمان راه اندازی، ضریب قدرت موتور بسیار کم است ولی با افزایش سرعت، مقدار آن افزایش یافته و پس از عبور از لغزش بحرانی مقدار آن رو به کاهش می گذارد و در سرعت سنکرون صفر می شود. بنابراین در انتخاب موتور القایی برای چرخش بار مکانیکی مشخص نباید توان موتور را خیلی بالاتر از آن اختیار نمود، زیرا باعث هرزگردی (بی باری) و کاهش ضریب قدرت و در نتیجه دریافت توان راکتیو بیشتر موتور از شبکه برق می شود و اتلاف انرژی را در پی خواهد داشت که مقرون به صرفه نیست. از سوی شرکت برق، برای مصرف کننده هایی که دارای ضریب توان پایینی هستند، جرایمی در نظر گرفته می شود. راهکاری که امروزه در بسیاری از صنایع، کارخانجات و مصرف کنندگان با مصرف راکتیو بالا جهت افزایش ضریب توان و نزدیک کردن آن به مقدار مطلوب ۱ استفاده می شود، استفاده از بانک های خازنی است که ظرفیت آن با توجه به توان مصرفی و ضریب توان بار قابل محاسبه است.

روش های راه اندازی موتورهای القایی

با توجه به تنوع بار (پمپ ها، کمپرسورها، بالابرها، نوارهای نقاله، همزن ها و… )، موتورهای القایی و میزان بار آنها در شروع راه اندازی و همچنین نوع و یا شکل قفس رتور، جریان راه اندازی در این نوع موتورها نسبتاً زیاد و حدود 5 تا 8 برابر جریان نامی آنها است. بنابراین بررسی روش های راه اندازی از اهمیت ویژه برخوردار هستند.

در زمان راه اندازی موتور، دو موضوع باید ملاحظه شود:

1- نسبت گشتاور راه اندازی به گشتاور نامی

این نسبت نشان می دهد که موتور القایی برای رسیدن به نقطه کار به چه مدت زمانی احتیاج دارد، هر چه مقدار این نسبت بیشتر باشد موتور شتاب بیشتری گرفته و زودتر به نقطه کار خواهد رسید.

2- نسبت جریان راه اندازی به جریان نامی

مقدار این نسبت هر چه بیشتر باشد یعنی جریان راه اندازی بیشتر است. در طی زمان راه اندازی به دلیل ازدیاد جریان، شبکه برق، کابل و منبع تغذیه تحت فشار قرار می گیرند و لذا دچار افت ولتاژ می شوند. بنابراین هرچه این نسبت کمتر باشد، شرایط راه اندازی بهتر است.

با در نظر گرفتن این دو موضوع می توان راه اندازی موتور القایی را به طور کلی با دو روش انجام داد:

روش راه اندازی استاتوری: قابل کاربرد در کلیه موتورهای القایی.

روش راه اندازی روتوری: قابل کاربرد در موتورهای القایی روتور سیم پیچی

راه اندازی استاتوری.