انواع روشهای راهاندازی موتور تکفاز
- حمید زینالی
- موتورهای الکتریکی, وبلاگ
- 1404/05/28
- این مقاله بروزرسانی شده 14 اردیبهشت 1405
موتور القایی تکفاز چیست؟
موتور تکفاز برای تغذیه از منبع جریان متناوب (AC) تکفاز طراحی میشود. این نوع موتورها در تجهیزات الکتریکی مختلفی مانند ماشینهای مته، چرخخیاطی، جاروبرقی، سیستمهای تهویه، وسایل خانگی و اداری، کارخانهها، فروشگاهها، ماشینهای حسابگر، وسایل نقلیه فضایی، هواپیماها و موارد مشابه کاربرد دارند.
اغلب موتورهای تکفاز با توان کسری از یک اسب بخار تولید میشوند. با این حال، نمونههای بزرگتر با توانهای ۱٫۵، ۲، ۳ و ۵ اسب بخار برای ولتاژهای ۱۱۵ و ۲۲۰ ولت نیز ساخته میشوند. حتی در موارد خاص، موتورهایی با توان ۷٫۵ و ۱۰ اسب بخار برای ولتاژ ۴۴۰ ولت نیز طراحی و عرضه شدهاند.
اصول کار موتور تکفاز معمولاً بر اساس اصول کار موتورهای القایی سهفاز (ایجاد میدان مغناطیسی دوار)، استوار است.
راندمان و ضریب توان موتورهای تکفاز معمولاً کمتر از موتورهای سهفاز است؛ به همین دلیل، این موتورها در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار نمیگیرند. از آنجا که برق خانگی بهصورت تکفاز تأمین میشود، موتورهای تکفاز بیشتر در مصارف خانگی بهکار میروند.
ساختمان داخلی موتور تکفاز
ساختمان موتورهای القایی تکفاز از نظر ساختار کلی، مشابه موتورهای القایی سهفاز آسنکرون است؛ با این تفاوت که برخی از موتورهای تکفاز دارای طراحی پیچیدهتر و تجهیزات جانبی بیشتری هستند.
از جمله اجزای اضافی این موتورها میتوان به کلیدهای گریز از مرکز، سیمپیچ راهانداز، خازنهای راهانداز و اصلاحکنندههای ضریب توان اشاره کرد.
نحوه عملکرد موتورهای تکفاز
اساس کار موتورهای القایی سهفاز بر پایه ایجاد میدان مغناطیسی دوار است. این میدان دوار بهدلیل ویژگی ذاتی جریان متناوب سهفاز، بهطور طبیعی در اطراف سیمپیچهای استاتور موتور سهفاز شکل میگیرد و موجب چرخش روتور میشود.
در مقابل، موتورهای تکفاز تنها دارای یک گروه سیمپیچی در استاتور هستند. با اتصال این سیمپیچ به شبکه برق تکفاز، در فضای داخلی استاتور میدان مغناطیسی دوار ایجاد نمیشود؛ در نتیجه، موتور قادر به شروع چرخش نخواهد بود.
متصل کردن استاتور موتور تکفاز به جریان متناوب:
اگر استاتور یک موتور تکفاز را به جریان متناوب وصل کنیم، مشاهده میشود که در نیمسیکل مثبت، عبور جریان از سیمپیچ موجب ایجاد یک میدان مغناطیسی ساکن میشود که تنها دامنه آن تغییر میکند. در نیمسیکل منفی نیز همین اتفاق رخ میدهد، با این تفاوت که جهت قطبهای مغناطیسی نسبت به نیمسیکل مثبت جابهجا میشود.
منظور از “ساکن بودن” میدان مغناطیسی این است که محل قرارگیری قطبهای مغناطیسی در هر دو نیمسیکل، ثابت و در یک نقطه از استاتور باقی میماند؛ بنابراین، میدان دوار شکل نمیگیرد و موتور نمیتواند بهتنهایی راهاندازی شود.
در حالت فوق، اگر در داخل استاتور یک روتور قفسی قرار داشته باشد، در هادیهای آن جریان القایی ایجاد میشود؛ اما گشتاور چرخشی تولید نمیگردد. چنانچه روتور بهوسیله دست یا هر عامل خارجی دیگری در جهتی به چرخش درآید، مشاهده میشود که پس از حذف عامل گرداننده (مانند نیروی دست)، روتور همچنان به چرخش خود در همان جهت ادامه میدهد.
بررسی تئوری لبلان:
طبق تئوری لبلان، میدان مغناطیسی حاصل از جریان متناوب تکفاز در داخل استاتور با یک سیمپیچ، از دو میدان مغناطیسی با دامنه برابر تشکیل میشود که با سرعت مساوی اما در جهتهای مخالف گردش میکنند. حاصل این دو میدان در هر لحظه، میدانی با دامنه متغیر است که بر روی یک محور ثابت قرار دارد.
به همین دلیل، در موتورهای تکفاز علاوه بر سیمپیچ اصلی، از یک گروه سیمپیچی دیگر تحت عنوان «سیمپیچ کمکی» استفاده میشود. این سیمپیچ کمکی با اختلاف فاز ۹۰ درجه نسبت به سیمپیچ اصلی، در شیارهای استاتور قرار میگیرد تا به ایجاد میدان مغناطیسی دوار و راهاندازی موتور کمک کند.
در برخی انواع موتورهای تکفاز، سیمپیچ کمکی از لحظهی اتصال موتور به برق تا پایان عملکرد آن، همواره همراه با سیمپیچ اصلی به شبکه متصل است.
اما در برخی دیگر، پس از راهاندازی موتور، سیمپیچ کمکی بهوسیله تجهیزات جانبی مانند کلید گریز از مرکز یا رله، از مدار خارج شده و برق آن قطع میشود. در این حالت، به سیمپیچ کمکی که فقط در مرحلهی راهاندازی فعال است، «سیمپیچ راهانداز» گفته میشود.
انواع راهاندازی موتورهای تکفاز
1. راهاندازی موتور تکفاز با فاز شکسته
در این گروه از موتورهای تکفاز، سیم فاز به دو شاخه موازی تقسیم شده و جریان الکتریکی را به دو مسیر مجزا یعنی سیمپیچ اصلی و سیمپیچ کمکی هدایت میکند. به همین دلیل، این نوع موتورها با عنوان «موتورهای طرح دو فاز» یا «موتورهای با فاز شکسته» شناخته میشوند.
این موتورها معمولاً دارای توان کمتر از ۲ اسب بخار هستند. اختلاف فاز بین سیمپیچ اصلی و سیمپیچ راهانداز (استارت) از طریق افزایش مقاومت اهمی در سیمپیچ راهانداز ایجاد میشود. به همین دلیل، این دسته از موتورها را «موتورهای با راهانداز مقاومتی» نیز مینامند.
2. راهاندازی موتور تکفاز با کلید گریز از مرکز
در نوعی دیگر از این موتورها، در مسیر سیمپیچی کمکی از کلیدی به نام “کلید گریز از مرکز” استفاده میشود. از آنجا که موتورهای تکفاز پس از راهاندازی قادر به ادامه حرکت دورانی خود هستند، میتوان پس از راهاندازی، سیمپیچیهای کمکی را از مدار خارج نمود.
این کلید بر روی محور موتور نصب میشود و همزمان با سرعت روتور میچرخد. عملکرد آن به این صورت است که هنگامیکه سرعت موتور به ۷۵٪ سرعت نامی خود میرسد، کلید گریز از مرکز تغییر وضعیت داده و سیمپیچی کمکی را از مدار خارج میکند.
3. راهاندازی موتور تکفاز با خازن
موتورهای تکفاز با توان کمتر از یک اسب بخار معمولاً با راهانداز لحظهای طراحی میشوند. در این موتورها، سیمپیچ راهانداز پس از رسیدن سرعت موتور به حدود ۷۵٪ سرعت نامی، توسط کلیدهای گریز از مرکز یا رلههای مغناطیسی از مدار تغذیه خارج میشود و موتور ادامه عملکرد خود را با سیمپیچ اصلی انجام میدهد.
از آنجا که نقش سیمپیچ استارت صرفاً راهاندازی موتور است، زمان اتصال آن به شبکه برق بسیار کوتاه است. هرچه مقاومت اهمی سیمپیچ راهانداز بیشتر باشد، گشتاور راهاندازی نیز افزایش مییابد.
برای افزایش این مقاومت، قطر سیم سیمپیچ استارت را کمتر در نظر میگیرند؛ بهطور معمول، قطر سیم استارت بین ۴۰ تا ۶۰ درصد قطر سیمپیچ اصلی انتخاب میشود.
در محاسبه تعداد دور سیمپیچ استارت، ولتاژ آن را حدود ۲۰٪ کمتر از ولتاژ سیمپیچ اصلی در نظر میگیرند. این عوامل باعث میشوند که سیمپیچ استارت نسبت به سیمپیچ اصلی آسیبپذیرتر باشد.
به همین دلیل، موتورهای تکفاز بهصورت متحدالمرکز سیمپیچی میشوند و سیمپیچ استارت درون شیارهای سیمپیچ اصلی قرار میگیرد تا در صورت آسیبدیدگی، امکان تعویض آن وجود داشته باشد.
برای ایجاد گشتاور راهاندازی قوی و تشکیل حوزه دوار، اختلاف فاز الکتریکی بین سیمپیچ اصلی و استارت از نظر موقعیت مکانی، ۹۰ درجه الکتریکی در نظر گرفته میشود. در عمل، روشهای مختلفی برای تأمین این اختلاف فاز وجود دارد که بر اساس آنها، موتورهای تکفاز دستهبندی میشوند.
در برخی از موتورهای تکفاز، برای افزایش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان سیمپیچهای اصلی و کمکی، از خازن بهصورت سری در مسیر سیمپیچ کمکی استفاده میشود. این روش معمولاً در قالب سه نوع طراحی مختلف اجرا میشود.
3.1 راهانداز موتور تکفاز با خازن دائم کار
در موتورهای تکفاز، با راهاندازی دائم، از خازنهای دینامیکی، که به خازنهای خشک نیز، معروف هستند، استفاده میشود. ظرفیت این خازنها، تقریباً 1/3 خازنهای الکترولیتی میباشند.
3.2 راهاندازی موتور تکفاز با خازن راهانداز
در موتورهای تکفاز با راهانداز خازنی، که سیمپیچ راهانداز آنها بهصورت موقت در مدار قرار میگیرد، از خازنهای الکترولیتی با ظرفیت بالا استفاده میشود. این خازنها در لحظه راهاندازی، اختلاف فاز لازم بین جریان و ولتاژ را ایجاد میکنند تا گشتاور کافی برای شروع حرکت موتور فراهم شود.
3.3 راهانداز موتور تکفاز با خازن راهانداز و دائم کار
در برخی از موتورهای تکفاز، از هر دو نوع خازن خشک و الکترولیتی استفاده میشود. خازن الکترولیتی که وظیفه راهاندازی موتور را بر عهده دارد. پس از شروع حرکت و رسیدن موتور به سرعت مناسب، توسط کلید گریز از مرکز از مدار خارج میشود. در مقابل، خازن دائمکار تا پایان عملکرد موتور در مدار باقی میماند و به بهبود عملکرد و افزایش بازده موتور کمک میکند.
2/3 از شیارهای استاتور به سیمپیچ اصلی اختصاص داده میشود و تنها 1/3 از شیارها برای سیمپیچ استارت در نظر گرفته میشود. پس از راهاندازی موتور، سیمپیچ کمکی (استارت) که درون شیارهای سیمپیچ اصلی قرار دارد، بدون داشتن عملکرد مؤثر، بهصورت غیرفعال باقی میماند.
این موضوع باعث میشود که 1/3 توان مغناطیسی استاتور بدون استفاده باقی بماند و در نتیجه، بازده کلی موتورهای تکفاز کاهش یابد.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
