موتورهای الکتریکی

[am in 25041]

تراشه L297 یک راه انداز مناسب برای موتور پله‌ای است.

 

[am in 25041]

موتور القایی نوعی از موتور جریان متناوب موتور AC آسنکرون (غیرهمزمان) است که توان مورد نیاز در قسمت متحرک آن از طریق القای الکترومغناطیسی تا مین می‌شود. نام دیگر این موتور، موتور قفس‌سنجابی است، چون میله‌های روتور شبیه قفس همستر (سنجاب) است که در دو انتها اتصال کوتاه شده‌است.

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 مستقیما 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 (که به تعمیر و نگه‌داری زیادی نیاز دارند) و قابلیت بالای موتورهای القایی برای کنترل سرعت از جمله دلایل استفاده از آنهاست.

 

 

[am in 25041]

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 قفسی تشکیل می‌دهند

[am in 25041]

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 آيد. 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

 

 

• 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
   

فرمول‌ها

 

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

. و از این رابطه خواهیم داشت:

و سرعت روتور برابر است با:

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

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

[am in 25041]

استاتور: استاتور موتورهای القایی از قطب‌های سیم‌پیچی شده‌ای تشکیل شده که با عبور جریان از آنها با تولید میدان مغناطیسی در روتور ولتاژ القا می‌کنند. تعداد قطب‌ها با توجه به سرعت و گشتاور مورد نیاز می‌تواند مختلف باشد ولی تعداد آنها همواره یک عدد زوج است.

روتور: روتور موتورهای القایی به دو صورت است:

 

• روتور قفسی
  
• روتور سیم‌پیچی شده
  

به دلیل مزایای بالای روتورهای قفسی مانند سادگی, هزینه کمتر, نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری و... رایج‌ترین روتورها در موتورهای القایی روتورهای قفسی هستند. این روتورها از میله‌هایی از جنس مس یا آلومینیوم تشکیل شده‌اند که یه صورت یک استوانه به همدیگر متصل شده‌اند 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.

[am in 25041]

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

روش‌ها مختلفی برای تغییر سرعت موتورهای القایی وجود دارد ولی رایج‌ترین روش استفاده از تکنیک PWM (Pulse Width Modulation) یا تلفیق پهنای فرکانس است, که در آن یک موج DC به طور مرتب و سرعتی قابل تنظیم قطع و وصل می‌شود. از این طریق می‌توان توان وروردی متوسط موتور را کنترل کرد.

[am in 25041]

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 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 تغریبا 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 اما در صورتی که با 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.

 

سه فاز

 

موتورهای سه فاز به علت استفاده از برق سه فاز دارای اختلاف الکتریکی ۱۲۰ درجه‌ای بین هر یک از سیم‌پیچ‌های فازها هستند. این اختلاف موجب چرخیدن موتور با توجه به جهت فازها در سیم‌پیچ‌ها می‌شود و نیاز به سیم‌پیچ راه انداز را از بین می‌برد. در این موتورها با جابه جایی دو فاز می‌توان جهت چرخش این موتورها را تغییر داد.

تک فاز

 

این موتورها به علت استفاده از یک فاز نمی‌توانند در لحظه اولیه موتور را به حرکت در آورند چون اختلاف بین هر قطب ۱۸۰ درجه‌است که موتور را در حالتی قفل شده نگه می‌دارد. برای رفع این مشکل از یک سیم‌پیچ دیگر به نام سیم‌پیچ کمکی استفاده می‌کنند. این سیم‌پیچ باید دارای اختلاف فاز با سیم‌پیچ اصلی موتور باشد و برای ایجاد این اختلاف فاز از مصرف کننده‌های رآکتیو مانند سلف یا خازن استفاده می‌کنند. اختلاف فاز اندک بین موجب متمایل شدن روتور شده و روتور به حرکت در خواهد آمد. پس از به حرکت در آمدن رتور به علت وجود اینرسی موتور در همان جهت به چرخش ادامه خواهد داد و نیازی به سیم‌پیچ راه‌انداز نخواهد بود و (در بیشتر موتورهای القایی) این سیم‌پیچ از مدار خارج می‌شود. برای تغییر جهت چرخش در این موتورها باید جهت حرکت جریان در یکی از سیم‌پیچ‌های اصلی یا راه‌انداز را برعکس کرد.

[am in 25041]

موتور الکتریکی، نوعی ماشين الکتريکی است که الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته‌است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

 

 

[am in 25041]

یکی از اولین موتورهای دوار، اگر نگوییم اولین، توسط مایکل فارادی در سال ۱۸۲۱م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاس‌های فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاه بجای ماده سمی جیوه، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک جریان مستقیم دارای آرمی‌چری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می‌کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور dc به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ‌های موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

سرعت موتور جریان مستقیم وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپ‌ها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم‌پیچ) در سیم‌پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعت‌های پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظیر لوکوموتیوها استفاده می‌کنند.

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیت‌های متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیت‌ها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبک‌ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک‌ها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبک‌ها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچ‌ها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

 

آهنرباهای دائم در بیرونی یک موتور dc را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای کشش الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

[am in 25041]

یکی از انواع موتورهای dc میدان سیم پیچی شده موتور fvteیونیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده‌است که این موتورها را می‌توان هم با جریان dc و هم ac بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه جریان متناوب کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور dc میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) هم‌زمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان متناوب سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل dc خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توانpogh تغذیه ac را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای dc هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعت‌های بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهایfg ac در دستگاه‌هایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

[am in 25041]

عموما دسته بندي موتورهاي القاي براساس تعداد پيچه هاي استاتور است كه عبارتند از:

 

• موتورهاي القايي تك فاز
  
• موتورهاي القايي سه فاز
  

موتورهاي القايي تك فاز

 

احتمالا بيشتر از كل انواع موتورها از موتورهاي القايي AC تك فاز استفاده مي شود.منطقي است كه بايد موتورهاي داراي كمترين گراني و هزينه نگه داري بيشتر استفاده شود. موتور القايي AC تك فاز بهترين مصداق اين توصيف است.آن طور كه از نام آن برميايد اين نوع از موتور تنها يك پيچه (پيچه اصلي) دارد و با يك منبع تغذيه تك فاز كار مي كند.در تمام موتورهاي القايي تك فاز روتور از نوع قفس سنجابي است. موتور القايي تك فاز خود راه انداز نيست.هنگامي كه موتور به يك تغذيه تك فاز متصل است پيچه اصلي داراي جرياني متناوب مي شود.اين جريان متناوب ميدان مغناطيسي اي ضرباني توليد مي كند.بسبب القا روتور تحريك مي شود.چون ميدان مغناطيسي اصلي ضرباني است توركي كه براي چرخش موتور لازم است بوجود نمي آيد و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن مي شود.از اين رو موتور القايي تك فاز به دستگاه آغاز گري نياز داردكه مي تواندضربات آغازي را براي چرخش موتور توليد كند. دستگاه آغاز گر موتورهاي القايي تك فاز اساسا پيچه اي اضافي در استاتور است (پيچه كمكي) كه در شكل سه نشان داده شده است.پيچه استارت مي تواند داراي خازنهاي سري ويا سوئيچ گريز از مركز باشد.هنگامي كه ولتاژ تغذيه برقرار است جريان در پيچه اصلي بسبب مقاومت پيچه اصلي ولتاژتغذيه را افت ميدهد (ولتاژ به جريان تبديل مي شود).در همين حين جريان در پيچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزايش ولتاژ تغذيه تبديل مي شود.فعل و انفعال ميان ميدانهاي مغناطيسي كه پيچه اصلي و دستگاه استارت مي سازند ميدان برايندي ميسازند كه در جهتي گردش مي كند.موتور گردش را در جهت اين ميدان برايند آغاز ميكند. هنگامي كه موتور به 75 درصد دور مجاز خود مي رسد يك سوئيچ گريز از مركز پيچه استارت را از مدار خارج مي كند.از اين لحظه به بعد موتور تك فاز مي تواند تورك كافي را براي ادامه كاركرد خود نگه دارد. بجز انواع خاص داراي Capacitor start / capacitor run عموماهمه موتورهاي تك فاز فقط براي كاربري هاي بالاي 3/4 hp استفاده مي شوند. بسته به انواع تكنيكهاي استارت موتورهاي القايي تك فاز AC در دسته بندي اي وسيع آن گونه كه در شكل زير توصيف شده قرار دارند.

موتور القايي AC فاز شكسته

 

موتور فاز شكسته همچنين به عنوان Induction start/Induction run (استارت القايي/كاركرد القايي)هم شناخته مي شود كه دو پيچه دارد.پيچه استارت از سيم نازكتر و تعداد دور كمتر نسبت به پيچه اصلي براي بوجود آوردن مقاومت بيشتر ساخته شده است.همچنين ميدان پيچه استارت در زاويه اي غير از آنچه كه پيچه اصلي دارد قرار مي گيرد كه سبب آغاز چرخش موتور مي شود.پيچه اصلي كه از سيم ضخيم تري ساخته شده است موتور را هميشه درحالت چرخش باقي نگه مي دارد. تورك آغازين كم است مثلا 100 تا 175 درصد تورك ارزيابي شده.موتور براي استارت جرياني زياد طلب مي كند.تقريبا 700 تا 1000 درصد جريان ارزيابي شده.تورك بيشينه توليد شده نيز در محدوده 250 تا 350 درصد از تورك براوردشده مي باشد.(براي مشاهده منحني سرعت – گشتاور به شكل 9نگاه كنيد). كاربريهاي خوب براي موتورهاي فاز شكسته شامل سمباده (آسياب) هاي كوچك , دمنده ها و فنهاي كوچك و ديگر دستگاههايي با نياز به تورك آغازين كم با و نياز به قدرت 1/20 تا 1/3 اسب بخار مي باشد.از استفاده از اين موتورها در كاربريهايي كه به دوره هاي خاموش و روشن و گشتاور زياد نيازدارند خود داري نماييد.

موتور القايي با استارت خازني

 

اين نوع , موتور اصلاح شده فاز شكسته با خازني سري با آن براي بهبود استارت است.همانند موتور معمولي فاز شكسته اين نوع موتور يك سوئيچ گريز از مركز داشته كه هنگامي كه موتور به 75 درصد سرعت ارزيابي شده مي رسد , پيچه استارت را از مدار خارج مي نمايد.از آنجا كه خازن با مدار استارت موازي است , گشتاور استارت بيشتري توليد مي كند , معمولا در حدود 200 تا 400 درصد گشتاور ارزيابي شده.و جريان استارت معمولا بين 450 تا 575 درصد جريان ارزيابي شده است.كه بسيار كمتر از موتور فاز شكسته و بعلت سيم ضخيمتر در مدار استارت است.براي منحني سرعت گشتاور به شكل 9 مراجعه كنيد. نوع اصلاح شده اي از موتو با استارت خازني ، موتور با استارت مقاومتي است.در اين نوع موتور خازن استارت با يك مقاومت جايگزين شده است.موتور استارت مقاومتي در كاربريهايي مورد استفاده قرار مي گيرد كه ميزان گشتاور استارتينگي كمتر از مقداري كه موتور استارت خازني توليد مي كند لازم است.صرف نظر از هزينه اين موتور امتيازات عمده اي نسبت به موتور استارت خازني ندارد. اين موتورها در انواع مختلف كاربريهاي پولي و تسمه اي مانند تسمه نقاله هاي كوچك , پمپها و دمنده هاي بزرگ به خوبي بسياري از خود گردانها و كاربريهاي چرخ دنده اي استفاده مي شوند.

موتورهاي AC القايي با خازن دائمي اسپليت

 

اين موتور (PSC) نوعي خازن دائما متصل به صورت سري به پيچه استارت دارد.اين كار سبب آن ميشود كه پيچه استارت تازماني كه موتور به سرعت چرخش خود برسد بصورت پيچه اي كمكي عمل كند.از آنجا كه خازن عملكرد اصلي , بايد براي استفاده مداوم طراحي شده باشد , نميتواند توان استارتي معادل يك موتور استارت خازني ايجاد نمايد.گشتاور استارت يك موتور (PSC) معمولا كم و در حدود 30 تا 150 درصد گشتاور ارزيابي شده است.موتورهاي (PSC) جريان استارتي پايين , معمولا در كمتر از 200 درصد جريان برآورد شده دارند كه آنها را براي كاربريهايي با سرعتهاي داراي چرخه هاي خاموش روشن بالا بسيار مناسب ميسازد.براي منحني سرعت – گشتاور به شكل 9 مراجعه كنيد. موتورهاي PSC امتيازات فراواني دارند.طراحي موتور براحتي براي استفاده با كنترل كننده هاي سرعت ميتواند اصلاح شود.همچنين مي توانند براي بازدهي بهينه و ضريب توان بالا در فشار برآورد شده طراحي شوند.آنها به عنوان قابل اطمينان ترين موتور تك فاز مطرح ميشوند.مخصوصا به اين خاطر كه به سوئيچ گريز از مركز نيازي ندارند. موتورهاي PSC بسته به طراحيشان كاربري بسيار متنوعي دارند كه شامل فنها , دمنده ها با نياز به گشتاور استارت كم و چرخه هاي كاري غير دائمي مانند تنظيم دستگاهها (طرز كارها) , عملگر درگاهها و بازكننده هاي درب گاراژها ميشود.

موتورهاي AC القايي استارت با خازن/ كاركرد با خازن

 

اين موتور , همانند موتور با استارت خازن , خازني از نوع استارتي در حالت سري با پيچه كمكي براي گشتاور زياد استارت دارد.همچنين مانند يك موتور PSC خازني از نوع كاركرد كه دركنار خازن استارت در حالت سري با پيچه كمكي است كه بعد از شروع به كار موتور از مدار خارج مي شود.اين حالت سبب بوجود آمدن گشتاوري در حد اضافي مي شود. اين نوع موتور مي تواند ... و بازده بيشتر طراحي شود.اين موتور بخاطر خازنهاي كاركرد و استارت و سوئيچ گريز از مركز آن پرهزينه است. اين موتور مي تواند در بسياري از كاربريهايي كه از هرموتور تك فاز ديگري انتظار ميرود استفاده شود.اين كاربريها شامل ماشينهاي مرتبط با چوب , كمپرسورهاي هوا , پمپهاي آب فشار قوي , پمپهاي تخليه و ديگر كاربردهاي نيازمند گشتاورهاي بالا در حد 1 تا 10 اسب بخار مي شوند.

موتور القايي AC با قطب سايه دار

 

موتورهاي با قطب سايه دار فقط يك پيچه اصلي دارند و پيچه استارت ندارند.استارت خوردن بوسيله طرح خاص آن كه حلقه پيوسته مسي اي را دور قسمت كوچكي از هر قطب موتور حلقه مي كند انجام مي شود.اين سايه كه قطب را دو تكه مي كند سبب مي شود كه ميدان مغناطيسي اي ضعيفتر در ناحيه سايه خورده نسبت به قسمت ديگر و در كنار آن بوجود آيد.تعامل ميان ميدانها محور را به چرخش وامي دارد. چون موتور با قطب سايه خورده پيچه استارت , سوئيچ استارت ويا خازن ندارد از نظر الكتريكي ساده و ارزان است.همچنين سرعت آن راصرفا با تغيير ولتاژ يا بوسيله يك پيچه با چند دور مختلف مي توان كنترل كرد. ساخت موتور با قطب سايه خورده از نظر مكانيكي اجازه توليد انبوه را ميدهد.درحقيقت اين موتورها به موتورهاي يك بار مصرف معروفند.بدين معني كه جايگزين كردن آنها ارزانتر از تعمير آنهاست. موتورهاي با قطب سايه دار بسياري مشخصات مثبت دارند.اما چندين مورد بي فايدگي هم دارند.گشتاور استارت كم آن معمولا 25 تا 75 درصد گشتاور برآوردي است.اين موتور موتوري با اتلاف بالاست كه سرعتي حدود 7 تا 10 درصد سرعت سنكرون دارد.عموما بازده اين نوع موتور بسيار پايين است (زير 20 درصد). هزينه اوليه پايين آن را براي قدرت كمتر يا كاربردهاي با كار كمتر مناسب مي سازد.شايد وسيعترين استفاده از آنها در فنهاي چند سرعته براي استفاده خانگي است.ولي گشتاور كم موتور داراي قطب سايه دار را براي بيشتر كاربريهاي صنعتي يا تجاري كه در آنها كار مداوم يا چرخه هاي گردش بيشتر معمول است غير قابل استفاده مي كند.

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 هادی ها 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 سنجابي

 

تقريبا 90 درصد موتورهاي القايي AC سه فاز از اين نوعند.كه روتور آنها از نوع قفس سنجابي است كه در ابتدا توضيح داده شد.محدوده هاي طبقه بندي نيروي آنها از يك سوم تا چند صد اسب بخار است.موتورهاي اين نوعي كه در دسته يك اسب بخار به بالا اند در مقايسه با مشابه هاي تك فاز كم هزينه ترند و ميتوانند در استارت در فشارهاي سنگينتر بكار كنند.

موتور با روتور پيچشي

 

موتور با حلقه لغزان يا موتور روتور پيچشي نوعي از موتور القايي قفس سنجابي است.درحالي كه استاتور در اين موتور همانند موتور قفس سنجابي است يك سري از پيچه ها را روي روتور خود دارد كه در حالت مداركوتاه نيستند ولي به يك سري از رينگهاي لغزان ختم مي شوند.اين پيچه ها در اضافه كردن مقاومتها و خازنهاي خارجي سودمندند.اسليپ لازم براي توليد گشتاور بيشينه نهايي مستقيما با مقاومت روتور متناسب است.در موتور با حلقه لغزان مقاومت موثر روتور با اضافه كردن مقاومت خارجي ميان حلقه هاي لغزان كاهش ميابد. بنابراين امكان بدست آوردن لغزش بيشتر و همچنين گشتاور بيشينه نهايي در سرعتهاي كمتر وجود دارد. يك مقاومت خارجي مي توانددر سرعت تقريبا صفر را نتيجه دهد كه گشتاو بيشينه نهايي بسيار زيادي با جريان استارت كم را توليد مي كند.هنگامي كه موتور شتاب مي گيرد مقدار مقاومت مي تواند كاهش يابد تا مشخصات موتور براي كارهايي با فشار زياد مناسب شود.هنگامي كه موتور به سرعت اصلي ميرسد خازنهاي خارجي از مدار خارج مي شوند و اين يدين معني است كه اكنون موتور به عنوان يك موتور القايي استاندارد كار مي كند. اين نوع موتور براي فشارهاي مانا (كارهايي با فشار ثابت) كه درآنها گشتاور نهايي بايد در سرعت تقريبا صفر توليد شده و موتور دركمترين زمان و با كمترين مصرف جريان تا سرعت بيشينه شتاب گيرد ايده آل است. قسمت پاييني موتور با حلقه لغزان كه در آن حلقه ها به همراه مجموعه براشها است به نگهداري منظم نياز داردكه از نظر قيمت , استاندارد بودن آن را به عنوان يك موتور قفس سنجابي غير ممكن مي كند.اگر پيچه ها كوتاهتر شوده و استارت زده شود معمولا جريان بالااز روتور در حالت متوقف عبورمي كند كه در حد 1400 درصد است.درحاليكه در اين حالت درآن گشتاوري در حد 60درصد توليد مينمايد كه در بسياري از كاربريها چنين امكان پشتيباني چنين چيزي نيست.با تغيير مقاومتهاي روتور منحني سرعت گشتاور تعديل مي گرددكه بدان وسيله سرعتي كه درآن موتور در فشاري مخصوص كارمي كند تعديل مي شود.ظرفيت تكميل فشار ميتواند سرعت را تا 50درصد سرعت سنكرون كاهش دهد.خصوصا هنگامي كه فشار , از انواعي با نياز به گشتاور – سرعتهاي مختلف مثل پرسهاي چاپ يا كمپرسورها است.كاهش سرعت تا زير 50درصد بازده را به خاطر اتلاف انرژي در مقاومتها به شدت كاهش ميدهد.اين نوع موتور در كاربريهايي با چرخش با گشتاور و سرعتهاي مختلف مانند پرسهاي چاپ , كمپرسورها , تسمه نقاله ها , بالابرنده ها و آسانسورها مورد استفاده قرار مي گيرد.

[am in 25041]

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر مگلو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند. نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی dc و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالت های موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرم های سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

[am in 25041]

موتور جریان متناوب یک ماشين الکتریکی است که با جریان متناوب تغذیه شده و توان الکتريکی را تبديل به توان مکانيکی چرخشی يا خطی می نمايد. موتور جريان متناوب AC از دو قسمت اصلی تشکیل شده:

 

• استاتور: هسته خارجی و معمولاً ثابت که با استفاده از جریان جریان متناوب میدان دوار ایجاد می‌کند.
  
• روتور: هسته داخلی و متحرک که به محور خروجی متصل شده و با توجه به میدان دوار تولید شده توسط استاتور، گشتاور تولید می‌کند.
  

از نظر نوع روتور مورد استفاده قرار گرفته در موتورها، موتورهای جریان متناوب به دو صورت طبقه‌بندی می‌شوند:

 

• موتور سنکرون یا هم‌زمان که در آن روتور دقیقاً با سرعت میدان دوار می‌چرخد. در این نوع موتورها میدان الکتریکی روتور به وسیله یک منبع خارجی تامین می‌شود.
  

 

• موتور اسنکرون یا القایی که در آن میدان الکتریکی روتور از القای میدان استاتور پدید می‌آید.
  

[am in 25041]

در ۱۸۸۲ نیکولا تسلا اصول میدان مغناطیسی دوار را پایه گذاری کرد و راه را برای استفاده از میدان دوار به عنوان یک نیروی مکانیکی باز کرد. در سال ۱۸۸۳ او از این اصول برای طراحی یک موتورالقایی دو فاز استفاده کرد. در ۱۸۸۵ «گالیلئو فراریس» (Galileo Ferraris) مستقلاً تحقیقاتی را در این باره آغاز کرد و در ۱۸۸۸ نتایج تحقیقات خود را در قالب مقاله‌ای به آکادمی‌سلطنتی علوم در تورین ایتالیا ارایه داد

 

حرکتی که نیکولا تسلا در ۱۸۸۸ آغاز کرد چیزی بود که امروزه برخی از آن به عنوان «انقلاب صنعتی دوم» یاد می‌کنند، چراکه این حرکت به تولید آسانتر انرژی الکتریکی و همچنین امکان انتقال انرژی الکتریکی در طول مسافت‌های طولانی انجامید. قبل از اختراع موتورهای جریان متناوب به وسیله تسلا موتورها به وسیله حرکت دائم یک هادی در میان میدان مغناطیسی ثابت به حرکت در می‌آمدند. تسلا به این نکته اشاره کرد که می‌توان کلکتورهای موتور را حذف کرد به طوریکه موتور به وسیله میدانی دوار به حرکت درآید. تسلا بعدها موفق به کسب حق امتیاز شماره ۰٫۴۱۶٫۱۹۴ ایلات متحده برای اختراع موتور خود شد. این موتور که در بسیاری از عکس‌های تسلا نیز هست نوع خاصی از موتور القایی بود

 

در سال ۱۸۹۰ میخایل اسیبوویچ یک موتور سه فاز روتور قفسی اختراع کرد. این نوع موتور امروزه به طور وسیعی برای کاربردهای گوناگون استفاده می‌شود

[am in 25041]

در بیشتر محل‌های که سیستم تغذیه سه فاز (یا چند فاز) در دسترس است از این گونه موتورها استفاده می‌شود به ویژه در قدرت‌های بالاتر استفاده از این موتورها بسیار رایج است. اختلاف زاویه بین هر یک از سه فاز تغذیه کننده باعث به وجود آمدن یک میدان دوار متعادل می‌شود که دارای سرعتی ثابت است.

در یک موتور القایی میدان مغناطیسی دوار موجب القای یک جریان در هادی‌های روتور می‌شود. این جریان به طور متقابل میدان مغناطیسی را به وجود می‌آورد که موجب چرخش روتور در جهت میدان مغناطیسی دوار خواهد شد. اما نکته‌ای که باید به آن توجه داشت این است که روتور همیشه باید با سرعتی کمتری از سرعت استاتور بچرخد و به عبارت دیگر در صورتی که سرعت روتور و میدان دوار یکسان باشد جریانی در روتور القا نخواهد شد.

موتورهای القایی در صنایع به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند اما قدرت‌های حدود ۵۰۰ کیلووات خیلی بیشتر رایج هستند. موتورهای القایی معمولاً با اندازه‌های استانداردی ساخته می‌شوند (البته این استانداردها در اروپا و آمریکا متفاوت است) این استانداردگذاری در ساخت موتورها تقریباً همه آنها را قابل تعویض می‌کند. توان برخی از موتورها القایی بسیار بزرگ تا ده‌ها هزار کیلو وات می‌رسد و از جمله استفاده‌های این موتورها می‌توان به کمپرسورهای خطوط لوله و تونل‌های باد اشاره کرد. برای این موتورها دو نوع مختلف از روتور وجود دارد:

 

• روتور قفسی (قفس سنجابی)
  
• روتور سیم‌پیچی شده
  

روتور قفسی

 

بیشتر موتورهای جریان متناوب از این نوع روتورها استفاده می‌کنند به طوری که می‌توان گفت همه موتورهای خانگی و موتورهای سبک صنعتی از این نوع روتورها استفاده می‌کنند. روتور قفسی یا قفس سنجابی نام خود را به خاطر شکلش گرفته؛ دو رینگ در دو انتهای روتور که به وسیله میله‌های به هم وصل شده‌اند شکلی تقریبً شبیه یک قفس تشکیل می‌دهند. این میله‌ها عموماً از جنس آلمینیوم یا مس هستند و در بین ورقه‌های لایه لایه شده فولادی ریخته شده‌است. بیشتر جریان القا شده در روتور از میان این میله‌ها عبور می‌کند چراکه ورق‌های لایه لایه فولادی به علت لاک زنی شدن دارای مقاومت الکتریکی زیادی هستند. ولتاژ ایجاد شده در بین حلقه‌ها بسیار پایین است اما جریان جاری بسیار زیاد است و این به دلیل مقاومت پایین این میله‌هاست. در موتورهایی که راندمان بالاتری دارند از مس برای تولید روتور استفاده می‌شوند چراکه مقاومت الکتریکی این فلز کمتر است.

در هنگام کار، موتور القایی شبیه یک ترانسفورماتور عمل می‌کند که استاتور اولیه و روتور ثانویه آن محسوب می‌شود. زمانیکه روتور با سرعت میدان دوار نمی‌چرخد جریان القا شده در روتور زیاد است، این جریان زیاد میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با افزایش سرعت روتور سرعت آن را هرچه بیشتر به سرعت استاتور نزدیک می‌کند. یک موتور القایی روتور قفسی در هنگام بی باری (سرعت برابر با میدان دوار) تنها مقدار کمی‌انرژی الکتریکی برای جبران تلفات مکانیکی (اصطکاک) و تلفات مسی (تلفات ایجاد شده به دلیل مقاومت هادی‌های الکتریکی) مصرف می‌کند. اما زمانی که بار موتور افزایش می‌یابد میزان جریان جاری در روتور افزایش می‌یابد (برای جبران فشار وارده به محور موتور) و به این ترتیب موتور مانند یک ترانسفورماتور عمل می‌کند چراکه با افزایش جریان در ثانویه جریان اولیه نیز افزایش می‌یابد. این دلیل کاهش یافتن نور لامپ‌ها در هنگام روشن شدن موتورهای القایی است البته زمانی که این موتورها به هواکش‌ها متصل شده‌اند این اتفاق نمی‌افتد.

موتورهای القایی که از حرکت وامانده‌اند (به دلیل بار زیاد یا گیر کردن محور) جریانی بسیار زیاد مصرف خواهند کرد چراکه تنها عامل محدود کننده جریان در چنین حالتی مقاومت ناچیز هادی‌های استاتور و روتور خواهد بود و در صورتی که این جریان به وسیله عاملی خارجی مهار نشود موتور و تجهیزات تغذیه کننده آن آسیب خواهند دید.

روتور سیم‌پیچی

 

زمانی که مقاومت سر راه روتور قابل تغییر باشد، روتور را سیم‌پیچی شده می‌نامند. یکی از کاربردهای این نوع روتورها در موقعیت‌هایی است که به سرعت متغیر نیاز است. در این روتورها سم‌پیچ روتور طوری پیچیده شده که تعداد قطب‌ها در روتور و استاتور برابر هستند و خروجی هر فاز از روتور به طور جداگانه و به وسیله حلقه‌های لغزنده از موتور خارج شده‌است. این حلقه‌های لغزنده ارتباط الکتریکی خود با محور موتور را معمولاً به وسیله کربن ایجاد می‌کنند و پس از خارج شدن از موتور به یک مقاومت متغیر خارجی وصل می‌شوند.

در مقایسه با موتورها روتور قفسی، موتورهای روتور سیم‌پیچی گران‌تر هستند و به علت استهلاک حلقه‌های لغزان دارای هزینه تعمیر و نگه‌داری بالاتری نیز هستند، قبل از تولید تجهیزات کنترل سرعت الکترونیکی این موتورها بهترین راه برای کنترل سرعت بودند همچنین این موتورها می‌توانند در لحظه شروع به کار گشتاور بالاتری داشته باشند. استفاده از کنترل کننده‌های ترانزیستوری فرکانس راهی مناسب برای کنترل دور موتورهای جریان متناوب است و این از تمایل برای استفاده از موتورهای روتور سیم‌پیچی کاسته‌است.

راه‌های مختلفی برای راه‌اندازی موتورهای جریان متناوب استفاده می‌شود که اغلب این راه‌ها بر کاهش جریان هجومی‌در هنگام راه‌اندازی و همچنین افزایش گشتاور راه‌اندازی تکیه می‌کنند. این گونه موتورها تنها با وصل ترمینال‌های ورودی به برق شهری با ولتاژ استاندار شروع به کار می‌کنند و (بر خلاف برخی موتورهای جریان مستقیم) نیاز به روش راه‌اندازی ویژه‌ای ندارند. یکی دیگر از روش‌های کاهش جریان راه‌اندازی موتور، کاهش ولتاژ سیم‌پیچ‌ها در لحظه راه‌اندازی است که این کار به وسیله سری کردن سیم‌پیچ‌های بیشتر یا استفاده از اتوترانسفورماتور،تریستور و یا دیگر تجهیزات کاهش ولتاژ صورت می‌گیرد. روشی دیگر برای کاهش ولتاژ سیم‌پیچ‌ها در لحظه راه‌اندازی تغییر طرز قرار گرفتن سیم پیچ‌ها و استفاده از کلیدهای ستاره-مثلث است. در این حالت ابتدا موتور را در حالت ستاره راه اندازی کرده و پس از رسیدن به دور نامی، ترتیب قرار گرفت سیم‌پیچ‌ها را به وسیله کلید تغییر داده و به حالت مثلث می‌برند. این روش در اروپا رایج‌تر از آمریکای شمالی است.

سرعت موتور آسنکرون

 

سرعت در یک موتور جریان متناوب به دو عامل فرکانس و تعداد قطب‌های موتور بستگی دارد و از فرمول زیر به دست می‌آید:

که:

 

• NS سرعت میدان دوار یا سرعت سنکرون (r. p. m)
  
• f فرکانس منبع جریان متناوب (هرتز)
  
• P تعداد قطب‌های سیم‌پیچی به ازای هر فاز است.
  

میزان سرعت واقعی روتور همیشه از سرعت میدان دوار کمتر است. این اختلاف سرعت را لغزش می‌نامند و با S (مخفف slip به معنی لغزش) نمایش می‌دهند. در حالت بی‌باری سرعت روتور به سرعت سنکرون خیلی نزدیک خواهد بود و در بار نامی‌موتور لغزشی بین ۲ تا ۳ درصد خواهد داشت که در برخی موتورها این لغزش تا ۷٪ نیز می‌رسد. میزان لغزش در یک موتور جریان متناوب از رابطه زیر به دست می‌آید:

که:

 

• Nr سرعت روتور (r. p. m)
  
• S میزان لغزش است که می‌تواند عددی بین ۱ و ۰ باشد..
  

[am in 25041]

اگر خروجی قطب‌های روتور به وسیله کلکتورها از موتور خارج شده و به یک منبع خارجی وصل شود به طوری که روتور نیز به نوبه خود میدانی جداگانه و مداوم را ایجاد کند به موتور موتور سنکرون یا هم‌زمان گفته می‌شود. سرعت چرخش روتور در موتورهای سنکرون همواره برابر سرعت میدان دوار است و به همین دلیل این موتورها را هم‌زمان می‌نامند.

از این موتورها می‌توان به عنوان یک ژنراتور جریان متناوب نیز استفاده کرد.

امروزه موتورهای سنکرون را اغلب به وسیله کنترل کننده‌های ترانزیستوری فرکانس راه‌اندازی می‌کنند. این موتورها همچنین می‌توانند به صورت یک موتور القایی نیز راه‌اندازی شوند به این صورت که در روتور این موتورها از میله‌های هادیی شبیه روتورهای قفسی استفاده می‌شود و پس از راه اندازی، این قسمت روتور خود به خود از مدار خارج می‌شود به این صورت که پس از رسیدن موتور به دور نامی‌مقدار ناچیزی جریان در قفس رتور القا می‌شود و بدین ترتیب تقریباً از مدار خارج می‌شود.

یکی از کاربردهای موتورهای سنکرون اصلاح ضریب توان است. در مراکز صنعتی تقریباً تمامی‌بارها (به جز موتورهای سنکرون پر تحریک) از انرژی الکتریکی به صورت پس فاز استفاده می‌کنند. بارهای پس فاز موجب به وجود آمدن اختلاف فاز در مدار شده و ضریب توان مدار را کاهش می‌دهند که این می‌تواند موجب به وجود آمدن تلفات اضافی در طول خطوط شود. به دلیل خصوصیت خاص موتورهای سنکرون می‌توان از آنها برای اصلاح ضریب توان نیز استفاده کرد، چراکه در صورتی که موتور سنکرون در حالت پر تحریک کار کند تقریباً مانند یک بار خازنی عمل کرده و از انرژی الکتریکی به صورت پیش فاز استفاده می‌کند و به این ترتیب می‌توان از یک موتور سنکرون به جای خازن‌های اصلاح ضریب توان استفاده کرد. این خصوصیت موتورهای سنکرون باعث شده که با وجود مشکلات مربوط به راه‌اندازی آنها، استفاده از آنها هنوز رایج باشد.

برخی از بزرگ‌ترین موتورهای جریان متناوب در نیروگاه‌های آب تلمبه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند چراکه این موتورها به راحتی می‌توانند نقش ژنراتور را ایفا کنند و به این ترتیب در ساعات کم مصرف انرژی الکتریکی به صورت موتور عمل کرده و آب را به مخزن پر ارتفاعی پمپ کنند و سپس در ساعات پر مصرف با پایین آمدن آب به صورت ژنراتور عمل کرده و از شبکه پشتیبانی کنند. در نیروگاه آب تلمبه‌ای Bath County در ویرجینیای آمریکا از شش ژنراتور سنکرون ۳۵۰ مگاواتی استفاده شده‌است که در زمان پمپ، هرکدام می‌توانند توانی برابر ۵۶۳۴۰۰ اسب بخار (۴۲۰۱۲۷ وات) تولید کنند

 

راه اندازی

 

موتورهای آسنکرون با توجه به قدرت و ولتاژ آن به طرق مختلف راه اندازی می‌شوند و با توجه به ‏اینکه موتور در لحظه شروع به کار جریان زیادی از منبع الکتريکی می‌کشد و این جریان زیاد علاوه بر اینکه به خود ‏موتور صدمه می‌زند به مصرف کننده‌های دیگری که از این خط مشترک تغذیه می‌شوند لطمه زده و کار آنها را ‏مختل می‌سازد‎. ‎ موتور آسنکرون معمولاً به روشهای زیر راه اندازی می‌شود در نتیجه جریان راه اندازی کم می‌شود‏‎:

به طور مستقیم‎ برای موتورهایی که بزرگ نیستند و آمپر زیادی از شبکه نمی‌‏کشند بوسیله یک کلید سه قطبی به شبکه متصل می‌شوند‎.

توسط کليد يا مدار ستاره–مثلث ابتدا ولتاژ اولیه را که بر هر فاز متصل می‌شود، را کم مى کنیم سپس ‏وقتی که موتور به دور نرمال خود رسید ولتاژی را که به هر فاز می‌رسد زیاد می‌کنیم. بنابراین در لحظه اول کلید به حالت ستاره بوده یعنی ولتاژ دو سر هر فاز به‎ u/√3 ‎تقلیل می‌یابد ‏در نتیجه موتور با توان 3/1 توان نامی‌خود کار می‌کند‏‎. استعمال کلید روی انواع موتورها با روتور قفسه‌ای یا روتور سیم پیچی امکان پذیر است. ولی در ‏موتورهایی که با بار زیاد کار می‌کنند از کلید برای راه اندازی استفاده نمی‌شود. چون گشتاور ‏مقاوم بار زیاد است‎.

توسط کمپانساتور این وسیله راه اندازی که اتوترانسفورماتور کاهنده است بین موتور ‏و شبکه قرار می‌گیرد. این طریق راه اندازی به دلیل اینکه جریان شروع به کار و گشتاور شروع به ‏کار هر دو به یک نسبت پایین می‌آیند خیلی خوب است. ولی چون هزینه آن گران است فقط در ‏موتورهایی که قدرت زیاد دارند استفاده می‌شوند‎.

اضافه کردن مقاومت در مدار روتور برای جلوگیری از ‏عبور جریان زیاد در موقع راه اندازی موتور می‌توان مقاومت هایی به طور سری سر راه سیم پیچی ‏های موتور قرار دارد. و به تدریج که موتور دور می‌گیرد دسته مقاومتهای راه انداز را به طرف چپ ‏حرکت داده در این صورت کم کم مقاومتها از سر راه مدار خارج می‌شود‎. این طریق راه اندازی به دلیل تلفات انرژی در مقاومتها زیاد و نیروی کشش در لحظه شروع به کار کم ‏، استعمال کمی‌دارد‎.

اضافه کردن مقاومت در مدار استاتور تمام ‏مقاومتهای راه انداز را سر راه سیم پیچی روتور قرار داد. بدین وسیله مقاومت مدار سیم پیچی روتور ‏را به حداکثر مقدار خود میرسانند و سپس استاتور را به شبکه برق وصل می‌کنند. مقاومت روئستای ‏روتور به تدریج از مدار خارج می‌شود.موتور را باید شست.

[am in 25041]

یک سروو موتور جریان متناوب دارای یک روتور قفسی است و سیم‌پیچ آن شامل دو قسمت است: ۱) سیم پیچ اصلی ۲) سیم پیچ کمکی که از آن برای به وجود آوردن میدان دوار استفاده می‌شود. در این موتورها مقاومت روتور بالا است و بنابراین منحنی گشتاور-دور این موتورها تقریباً خطی است. به طور کلی این موتورها، موتورهایی پر سرعت و با گشتاور پایین هستند و معمولاً قبل از وصل به بار سرعت آنها به وسیله وصل به چرخ‌دنده‌ها کاهش می‌یابد.

 

موتور با قطب سایه دار

 

برخی موتورهای جریان متناوب، دارای قطب سایه‌دار (چاک دار) هستند. از این قطب برای ایجاد گشتاور راه‌اندازی در موتور استفاده می‌شود. نمونه این موتورها در فن‌های الکتریکی کوچک و برخی پمپ‌های کوچک و برخی دیگر از موتورهای توان پایین دیده می‌شود. در این موتورها از یک سیم پیچ کوچک و با سطح مقطع پایین با نام سیم‌پیچ سایه‌ای استفاده می‌شود به این صورت که قسمتی از هر قطب به وسیله این سیم‌پیچ پوشیده شده‌است. طرز کار این موتورها به این صورت است که با القای الکتریکی در سیم‌پیچ‌ها به علت خاصیت سلفی سیم‌پیچ‌های سایه‌ای، این سیم‌پیچ‌ها با تغییرات جریان مخالفت می‌کنند (قانون لنز) و بنابراین یک اختلاف اندک بین جریان در سیم پیچ اصلی و سیم‌پیچ سایه‌ای ایجاد می‌شود که موجب چرخش موتور شده و از قفل شدن موتور در لحظه راه‌اندازی جلوگیری می‌کند. با افزایش سرعت روتور نیاز به وجود قطب‌های کمکی از بین می‌رود چراکه به دلیل وجود اینرسی موتور به چرخش ادامه می‌دهد.

موتور القایی با انشقاق فاز

 

یکی دیگر از انواع موتورهای تک فاز القایی، موتور با انشقاق فاز است که نسبت به موتور با قطب سایه‌دار کاربردهای مهم‌تری دارد. از جمله کاربردهای این موتورها می‌توان به موتورهای مورد استفاده قرار گرفته در ماشین‌های لباسشویی و خشک‌کن‌ها اشاره کرد. در مقایسه با موتورهای با قطب سایه‌دار این موتورها گشتاور راه‌اندازی خیلی بیشتری دارند و این به دلیل استفاده از سیم‌پیچ راه انداز است. این سیم‌پیچ راه‌انداز معمولاً پس از راه‌اندازی کامل موتور به وسیله یک کلید گریز از مرکز از مدار خارج می‌شود.

در موتورهای انشقاق فاز، سیم‌پیچ راه انداز همیشه با مقاومت بیشتری نسبت به سیم‌پیچ اصلی ساخته می‌شود و به این ترتیب نسبت المان‌های سلفی و مقاومتی در هر سیم پیچ متفاوت است، همچنین تعداد دور سیم‌پیچ کمکی کمتر از سیم‌پیچ اصلی است که این موجب کاهش خاصیت سلفی این سیم‌پیچ می‌شود. بنابراین این سیم‌پیچ نسبت به سیم‌پیچ اصلی دارای مقاومت بیشتر و اندوکتانس کمتر است. کمتر بودن نسبت l به r موجب به وجود آمدن اختلاف فاز در دو سیم‌پیچ می‌شود که معمولاً بیشتر از ۳۰درجه نیست. این اختلاف فاز موجب چرخش موتور در لحظه راه‌اندازی می‌شود. پس از راه‌اندازی به علت وجود اینرسی موتور به چرخش خود ادامه می‌دهد و به این ترتیب نیازی به سیم‌پیچ کمکی نخواهد بود به همین دلیل سیم‌پیچ کمکی به وسیله کلید گریز از مرکز از مدار خارج می‌شود و به این ترتیب از ایجاد تلفات اضافی به وسیله سیم‌پیچ کمکی جلوگیری می‌شود.

موتورهای جریان متناوب با خازن راه‌انداز

 

در موتورهایی که از خازن برای راه اندازی استفاده می‌کنند از یک خازن که با سیم‌پیچ کمکی سری شده استفاده می‌شود. این خازن در واقع وظیفه ایجاد اختلاف فاز بین سیم‌پیچ‌ها را بر عهده دارد. اختلاف فاز ایجاد شده توسط خازن‌ها در لحظه راه‌اندازی خیلی بیشتر از نوع قبلی است و بنابراین میزان گشتاور راه‌اندازی این موتورها نیز بیشتر است و البته هزینه این موتورها نیز بیشتر است.

موتورهای خازنی با خازن ثابت

 

نوع دیگری از موتورهای جریان متناوب موتورها با خازن ثابت یا موتورهای psc هستند. این موتورها دقیقاً مانند موتورهای خازنی که در بالا توضیح داده شد عمل می‌کنند با این تفاوت که فاقد کلید گریز از مرکز بوده و بنابراین خازن در این موتورها هنواره در مدار است. موتورهای با خازن ثابت به طور گسترده‌ای در فن‌ها، دمنده‌ها و سیستم‌هایی که تغییر سرعت برای آنها مطلوب است استفاده می‌شوند. در برخی موارد که نیاز به استفاده از یک موتور سه فاز به صورت تک فاز است با اتصال یک خازن به یکی از فازها و سری کردن دوفاز دیگر می‌توان از موتور سه فاز به صورت تک فاز استفاده کرد که البته در این حالت گشتاور موتور کاهش می‌یابد.

موتور پولزیون

 

موتور پولزیون یا موتور دفع کننده نوعی موتور تک فاز جریان متناوب است. روتور این موتورها سیم‌پیچی شده و تا حدودی شبیه موتورهای یونیورسال هستند. در گذشته تعدادی از این موتورها ساخته می‌شد اما استفاده از موتورهای rs-ir (راه‌انداز دفع کننده-حرکت القایی) به نسبت رایج تر بود. موتورهای rs-ir دارای یک کلید گریز از مرکز هستند که پس از رسیدن به سرعت نامی‌تمام کلکتورها را به هم وصل کرده و روتور را به صورت یک روتور قفسی در می‌آورد بنابر این موتور در هنگام کار مانند یک موتور روتور قفسی عمل می‌کند. از موتورهای rs-ir در مواردی استفاده می‌شده که نیاز به وجود گشتاور راه‌اندازی بالا در دمای پایین و تنظیم ولتاژ اندک بوده. امروزه این نوع موتورها ساخته نمی‌شوند.

[am in 25041]

موتورهای سنکرون تک فاز کوچک به جای ایجاد میدان مغناطیسی به وسیله یک منبع خارجی از آهنرباهای کوچک برای ایجاد میدان استفاده می‌کنند. بنابراین روتور این موتورها نیازی به جریان القا کننده نخواهد داشت. خصوصیت اصلی این موتورها سرعت ثابت آنهاست به طوریکه اغلب در وسایلی از آنها استفاده می‌شود که نیاز به سرعتی ثابت دارند. این موتورها در ساعت‌ها، دیسک گردان‌ها، ضبط صوت‌ها و برخی دیگر از تجهیزات دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

[am in 25041]

روتور قفس سنجابی یا روتور قفسی (به انگلیسی: Squirrel-cage rotor)، نوعی از روتور است که بیشتر در موتورهای القایی AC مورد استفاده قرار می‌گیرد. در شکل کلی این نوع روتور از یک استفاده که بر روی محور سوار شده تشکیل شده. استوانه روتور دارای شیارهایی طولی است که با فاصله و عمقی یکسان از هم قرار گرفته‌اند و با نوعی هادی که ممکن است آلومینیوممس باشد پر می‌شوند. این شیارها در ابتدا و انتهای روتور به هم متصل هستند. شکل کلی هادی‌ها و طرز قرار گرفتن آنها طرح قفس‌هایی که برای شکار سنجاب مورد استفاده قرار می‌گیرد را القا می‌کند و نام این نوع روتورها را هم به همین ترتیب انتخاب کرده‌اند. برای کاهش جریان گردابی هسته این روتورها از آهن ورق ورق شده ساخته شده‌است.

 

[am in 25041]

استاتور دارای سیم‌پیچ‌هایی است که با عبور جریان AC از آنها میدان مغناطیسی دوار تولید می‌کنند. این میدان مغناطیسی موجب القا شدن ولتاژ در هادی‌های رتور می‌شود و این ولتاژ و با توجه به مقاومت الکتریکی هادی‌ها جریانی را در آنها به وجود می‌آورد. این جریان نیز به نوبه خود یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند, حال آنکه این میدان مغناطیسی با میدان مغاطیسی تولید کننده خود یعنی میدان استاتور مخالفت می‌کند. این مخالفت میدان‌ها موجب می‌شود تا روتور در جهت حرکت میدان دوار استاتور به حرکت درآید تا خطوط میدان کمتری را قطع کند. این حرکت روتور گشتاوری را حول محور روتور ایجاد می‌کند.

در موتورهای القایی آسنکرون هنواره سرعت میدان دور استاتور با سرعت چرخش روتور اختلاف دارد و همین اختلاف سرعت شرط تولید گشتاور در این موتورهاست. این اختلاف در سرعت میدان دوار و سرعت روتور را در اصطلاح لغزش می‌نامند. استاتور تا زمانی می‌تواند در روتور ولتاژ القا کند که رتور خطوط میدان تولید شده توسط سیم‌پیچ استاتور را قطع کند. بنابراین رابطه‌ای بین گشتاور و لغزش در موتورهای روتور قفسی به وجود می‌آید که نشان می‌دهد بیشترین گشتاور در موتور در لحظه راه‌اندازی و کمترین گشتاور در موتور در حداکثر سرعت تولید می‌شود.

در موتورهای روتور قفسی هادی‌ها معمولا با اختلاف زاویه نسبت به طول رتور قفس می‌گیرند. این اختلاف زاویه در هادی‌ها موجب کاهش نویز تولیدی و یک نواخت شدن گشتاور تولیدی موتور می‌شود.

هسته رتور وظیفه جابجایی میدان مغناطیسی در رتور را دارد و باید طوری طراحی شود تا کمتریم مقاومت مغناطیسی را داشته باشد. ورق ورق کردن این هسته باعث افزایش مقاومت الکتریکی و کاهش جریان گردابی خواهد شد که نقش موثری در کاهش تلفات در موتور دارد. این هسته‌ها طوری ساخته می‌شوند که دارای مقدار کم کربن و مقدار بیشتر سیلیکون باشند. استفاده از سیلیکون بیشتر در ساختار هسته باعث افزایش مقاومت الکتریکی هسته و کاهش تلفات گردابی خواهد شد و کاهش کربن در ساختار هسته باعث کاهش پسماند مغناطیسی در هسته و کاهش تلفات پسماند خواهد شد.

از رتورهای قفسی با ساختارهای نسبتا مشابه در موتورهای تک فاز و سه فاز به طور گسترده استفاده می‌شود. در موتورهای سه فاز اختلاف‌هایی در مورد شکل و عمق شیارها وجود دارد.