آموزش الکترونیکالکترونیکتکنولوژی

آموزش موتور القایی تک فاز و موتور القایی سه فاز

موتور القایی، یک ماشین الکتریکی A.C است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. موتور القایی در کاربردهای مختلف از وسایل اساسی خانگی گرفته تا صنایع سنگین بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. این ماشین کاربرد های بسیاری دارد که شمارش آن ها دشوار است و شما می توانید مقیاس را با دانستن اینکه تقریباً 30٪ از برق تولید شده در سطح جهان توسط خود موتور های القایی مصرف می شود، تصور کنید. این ماشین شگفت انگیز توسط دانشمند بزرگ، نیکولا تسلا اختراع شده است. این اختراع مسیر تمدن بشری را برای همیشه تغییر داده است.

موتور القایی تک فاز و سه فاز

در اینجا چند کاربرد موتور القایی تک فاز و سه فاز وجود دارد که می توانیم آن ها را در زندگی روزمره پیدا کنیم.

کاربرد های موتور های القایی تک فاز :

  • پنکه های برقی در خانه
  • ماشین آلات حفاری
  • پمپ ها
  • آسیاب
  • اسباب بازی ها
  • جارو برقی
  • فن های اگزوز
  • کمپرسور و ریش تراش برقی

کاربرد های موتور های القایی سه فاز :

برای یادگیری کامل آردوینو ، روی دوره آموزش آردوینو و برای یادگیری کامل الکترونیک، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.
  • صنایع مقیاس کوچک، مقیاس متوسط ​​و مقیاس بزرگ.
  • آسانسور
  • جرثقیل
  • رانندگی با ماشین های تراشکاری
  • آسیاب های استخراج روغن
  • بازوهای رباتیک
  • سیستم تسمه نقاله
  • سنگ شکن های سنگین

موتور های القایی در اندازه های مختلف دارای ویژگی های نسبی و درجه بندی الکتریکی هستند. اندازه آنها از چند سانتیمتر تا چند متر متغیر است و دارای درجه قدرت از 0.5 اسب بخار تا 10000 اسب بخار هستند. کاربر می تواند برای پاسخگویی به تقاضای خود مناسب ترین مدل را از میان انبوه مدل ها انتخاب کند.

ما قبلاً در مقاله قبلی درباره اصول موتور و کارکرد آن بحث کردیم. در اینجا ما در مورد ساخت و کار موتور القایی به طور مفصل بحث خواهیم کرد.

قاعده کار موتور القایی

برای درک قاعده کار موتور القایی، بیایید ابتدا یک تنظیم ساده را در نظر بگیریم همانطور که در شکل نشان داده شده است.

قاعده کار موتور القایی

در اینجا،

  • دو هسته آهنی یا فریتی با اندازه های مساوی گرفته شده و با فاصله در هوا معلق می شوند.
  • یک سیم مسی مینا کاری شده در هسته بالا و طبق آن یکی در پایین پیچیده شده است و هر دو انتها به یک طرف منتقل می شوند، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
  • هسته در اینجا به عنوان واسطه ای برای حمل و تمرکز شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ در حین کار عمل می کند.

حال، اگر یک منبع ولتاژ متناوب را در دو انتهای مسی وصل کنیم، چیزی شبیه به زیر خواهیم داشت.

دو هسته فریت دار مسی با منبع تغذیه AC

در طول سیکل مثبت AC :

در اینجا در طول نیم سیکل اول، ولتاژ مثبت در نقطه “A” به تدریج از صفر به حداکثر می رسد و سپس به صفر بازمی گردد. در این دوره می توان جریان جاری سیم پیچ را به صورت زیر نشان داد.

در طول نیم چرخه مثبت جریان متناوب

در اینجا ،

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید
  • در طول سیکل مثبت منبع تغذیه AC، جریان هر دو سیم پیچ به تدریج از صفر به حداکثر افزایش می یابد و سپس به تدریج از حداکثر به صفر بازمی گردد. این بدان دلیل است که مطابق قانون اهم، جریان در یک رسانا مستقیماً با ولتاژ پایانه متناسب است و ما در مقالات قبلی بارها در این مورد بحث کردیم.
  • سیم پیچ ها به گونه ای پیچیده می شوند که جریان در هر دو سیم پیچ در یک جهت جاری باشد و ما می توانیم همان را در نمودار نشان دهیم.

حال بیایید قانونی را به یاد بیاوریم به نام قانون لنز، که پیشتر قبل از شروع به مطالعه آن پرداختیم. طبق قانون لنز، “رسانا حامل جریان، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند” ،

و اگر این قانون را در مثال بالا اعمال کنیم، پس از هر حلقه در هر دو سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. اگر شار مغناطیسی تولید شده توسط کل سیم پیچ را اضافه کنیم، آنگاه مقدار قابل توجهی را بدست خواهد آورد. همانطور که سیم پیچ بر روی بدنه هسته پیچیده شده است، تمام این شار بر روی هسته آهنی ظاهر می شود.

مطلب پیشنهادی:  ترانزیستور چیست و چگونه کار میکند؟ انواع ترانزیستور

برای راحتی کار، اگر خطوط شار مغناطیسی متمرکز بر روی هسته آهنی را در هر دو انتها ترسیم کنیم، چیزی شبیه به زیر خواهیم داشت.

خطوط شار مغناطیسی متمرکز بر روی هسته آهنی

در اینجا می توانید خطوط مغناطیسی متمرکز بر روی هسته آهنی و حرکت آن را از طریق شکاف هوا مشاهده کنید.

این شدت شار مستقیماً با جریان جاری در سیم پیچ های پیچیده شده روی هر دو بدنه آهنی متناسب است. بنابراین در طول نیم سیکل مثبت، شار از صفر به حداکثر می رسد و سپس از حداکثر به صفر کاهش می یابد. پس از اتمام سیکل مثبت، شدت میدان در شکاف هوا نیز به صفر می رسد و پس از این، یک سیکل منفی خواهیم داشت.

در طول سیکل منفی AC :

در طول این سیکل منفی ولتاژ سینوسی، ولتاژ مثبت در نقطه “B” به تدریج از صفر به حداکثر می رسد و سپس به صفر باز می گردد. طبق معمول، به دلیل این ولتاژ، یک جریان جاری وجود دارد و می توان جهت این جریان جاری را در سیم پیچ ها در شکل زیر مشاهده کرد.

در طول نیم سیکل منفی جریان متناوب

از آنجا که جریان به طور خطی با ولتاژ متناسب است، مقدار آن در هر دو سیم پیچ به تدریج از صفر به حداکثر افزایش می یابد و سپس از حداکثر به صفر کاهش می یابد.

اگر قانون لنز را در نظر بگیریم، یک میدان مغناطیسی به دلیل جریان جاری مشابه مورد بررسی شده در سیکل مثبت، در اطراف سیم پیچ ها ظاهر می شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، این میدان در مرکز هسته های فریت متمرکز خواهد شد. از آنجا که شدت شار مستقیماً با جریان جاری در سیم پیچ های پیچیده شده روی هر دو بدنه آهنی متناسب است، این شار نیز از صفر به حداکثر می رسد و پس از شدت جریان از حداکثر به صفر کاهش می یابد. اگرچه این شبیه به یک سیکل مثبت است، اما یک تفاوتی وجود دارد و این جهت خطوط میدان مغناطیسی است. این تفاوت را در جهت شار می توانید روی نمودارها مشاهده کنید.

بعد از سیکل منفی آن، یک سیکل مثبت به دنبال یک سیکل منفی دیگر می آید و تا زمانی که ولتاژ سینوسی AC برداشته نشود، این روند ادامه می یابد و به دلیل این سیکل ولتاژ مبادله شده، میدان مغناطیسی در مرکز هسته های آهنی همچنان از نظر اندازه و جهت تغییر می کند.

در پایان با استفاده از این تنظیمات ،

  • ما یک ناحیه متمرکز در میدان مغناطیسی را در مرکز هسته های آهنی ایجاد کرده ایم.
  • شدت میدان مغناطیسی در شکاف هوا مرتباً از نظر جهت و بزرگی تغییر می کند.
  • این میدان شکل موج ولتاژ سینوسی AC را دنبال می کند.

قانون القای الکترومغناطیسی فارادی

این مجموعه ای که تاکنون مورد بحث قرار گرفت برای تحقق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی مناسب است. این بدان دلیل است که یک میدان مغناطیسی دائماً در حال تغییر اساسی ترین و مهمترین نیاز برای القای الکترومغناطیسی است.

ما در اینجا این قانون را مطالعه می کنیم زیرا موتور القایی بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی کار می کند.

حال برای بررسی پدیده القای الکترومغناطیسی، اجازه دهید ساختار زیر را بررسی کنیم.

قانون القای الکترومغناطیسی فارادی

  • یک رسانا گرفته شده و به صورت مربعی که هر دو سر آن کوتاه شده، در آورده شده است.
  • یک میله فلزی در مرکز مربع رسانا ثابت می شود که به عنوان محور تنظیم عمل می کند.
  • حال مربع رسانا می تواند آزادانه در امتداد محور بچرخد و آن روتور نامیده می شود.
  • روتور در مرکز شکاف هوا قرار می گیرد تا حلقه رسانا بتواند حداکثر میدان تولید شده توسط سیم پیچ های روتور را تجربه کند.

ما می دانیم که طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، “وقتی یک میدان مغناطیسی مختلف، یک رسانا فلزی را قطع می کند، آنگاه یک EMF یا ولتاژ در رسانا القا می شود”.

حال، اجازه دهید این قانون را برای درک عملکرد موتور القایی اعمال کنیم

  • طبق این قانون القای الکترومغناطیسی، یک EMF باید به دلیل تغییر میدان مغناطیسی که در آن قرار دارد، در رسانا روتور قرار گرفته در مرکز القا شود.
  • به دلیل این اتصال EMF و رسانا، در اتصال کوتاه، جریانی در کل حلقه جاری می شود، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
  • از آنجا که این قانون جامع است، حلقه رسانای روتور نیز باید یک میدان مغناطیسی ایجاد کند زیرا جریان به دلیل القای الکترومغناطیسی از آن عبور می کند.
  • اگر میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ های استاتور و تنظیم هسته آهنی را به عنوان جریان اصلی یا جریان استاتور بنامیم، سپس می توان میدان مغناطیسی تولید شده توسط حلقه رسانا روتور را شار روتور نامید.
  • به دلیل فعل و انفعال بین شار اصلی و شار روتور، روتور نیرویی را دریافت می کند. این نیرو با تنظیم موقعیت روتور سعی در مخالفت با القای EMF به داخل روتور دارد. از این رو در این زمان حرکتی را در موقعیت میله تجربه خواهیم دید.
  • اکنون میدان مغناطیسی به دلیل ولتاژ متناوب مدام تغییر می کند، نیرو همچنین به طور مداوم و بدون توقف موقعیت روتور را تنظیم می کند.
  • بنابراین روتور به دلیل ولتاژ متناوب مدام می چرخد ​​و در نتیجه ما خروجی مکانیکی در میل یا محور روتور داریم.
مطلب پیشنهادی:  باتری سربی اسیدی چیست؟ (نحوه کار، ساخت، شارژ و تخلیه)

با این کار، ما دیدیم که چگونه به دلیل القای الکترومغناطیسی به روتور، خروجی ای مکانیکی در میل داریم. بنابراین نامی که برای این تنظیم گذاشته شده است، موتور القایی نامیده می شود.

تاکنون آنچه در مورد آن بحث کردیم اصل کار موتور القایی است اما به یاد داشته باشید که نظری و عملی هر دو متفاوت هستند و برای کار با موتور القایی نیاز به تنظیم دیگری است که در زیر به آن خواهیم پرداخت.

موتور القایی تک فاز

موتور القایی که بر روی برق AC تک فاز کار می کند، موتور القایی تک فاز نامیده می شود.

خط برق موجود برای ما در خانه ها خط برق تک فاز AC 240 ولت / 50 هرتز است و به موتور های القایی که در زندگی روزمره در خانه های خود استفاده می کنیم موتورهای القایی تک فاز گفته می شود.

برای درک بهتر قاعده کار موتور القایی تک فاز، بیایید ساختار موتور القایی تک فاز را بررسی کنیم.

موتور القایی تک فاز

در اینجا،

  • ما چندین رسانا را گرفته و آن ها را بر روی میل چرخش آزاد سوار می کنیم همانطور که در شکل نشان داده شده است.
  • همچنین، انتهای همه رسانا ها را با یک حلقه فلزی کوتاه می کنیم و در نتیجه حلقه های رسانای متعددی ایجاد می کنیم که قبلاً راجبش مطالعه کردیم.
  • این تنظیم روتور از نگاهی دقیق تر مانند قفس سنجاب به نظر می رسد و از این رو موتور القایی قفس سنجابی نامیده می شود. در اینجا بیایید نگاهی به ساختار سه بعدی روتور قفس سنجاب بیندازیم.تنظیم روتور برای موتور القایی تک فاز
  • استاتور که به عنوان یک قطعه آهنی کامل در نظر گرفته شد در واقع گروهی از ورق های آهنی نازک است که روی هم چیده شده اند. آن ها کاملاً به هم فشرده شده اند و به معنای واقعی کلمه هیچ هوایی بین آن ها وجود نخواهد داشت. به دلیل مشابهی که در مورد ترانسفورماتور قدرت برای کاهش اتلاف آهن است، از یک ورق آهن به جای یک قطعه آهنی استفاده می کنیم. با استفاده از روش انباشته سازی، در حالی که عملکرد مشابه آن را حفظ می کنیم، به میزان قابل توجهی از اتلاف قدرت می کاهیم.استاتور موتور القایی تک فاز

کارکرد این تنظیمات مشابه تنظیماتی است که در توضیح قاعده کار موتور القایی به کار رفته است.

  • اول، ما ولتاژ AC را فراهم خواهیم کرد و به دلیل این ولتاژ، جریان از طریق سیم پیچ استاتور در هر دو بخش بالا و پایین جاری می شود.
  • به دلیل جریان، یک میدان مغناطیسی ای در سیم پیچ های بالا و پایین تولید می شود.
  • بخش عمده ای از ورق های آهنی به عنوان یک واسطه اصلی برای حمل میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ ها عمل می کنند.
  • این میدان مغناطیسی متناوب که توسط هسته آهنی حمل می شود، به دلیل طراحی ساختاری هدفمند، در شکاف هوای مرکزی متمرکز می شود.
  • اکنون از آنجا که روتور در این شکاف هوا قرار گرفته است، رسانا های کوتاه شده روی روتور نیز این میدان متناوب را دریافت می کنند.
  • به دلیل میدان، جریانی در رسانا های روتور القا می شود.
  • از آنجا که جریان از رسانا های روتور عبور می کند، یک میدان مغناطیسی نیز در اطراف روتور ایجاد می شود.
  • با تعامل میان میدان مغناطیسی روتور تولید شده و میدان مغناطیسی استاتور، نیرویی توسط روتور دریافت می شود.
  • این نیرو، روتور را در امتداد محور حرکت می دهد و بدین ترتیب حرکتی چرخشی خواهیم داشت.
  • از آنجا که ولتاژ به طور مداوم در حال تغییر ولتاژ سینوسی است، روتور نیز به طور مداوم در امتداد محور خود می چرخد. بدین ترتیب برای ولتاژ ورودی تک فاز داده شده یک خروجی مکانیکی مداوم خواهیم داشت.
مطلب پیشنهادی:  آی سی تایمر 555 چیست؟ آشنایی کامل با IC تایمر 555

اگرچه ما فرض کرده ایم که روتور پس از برق دادن به موتور تک فاز، به طور خودکار می چرخد، ​​این به این صورت نیست. چرا که میدان تولید شده توسط یک موتور القایی تک فاز یک میدان مغناطیسی متناوب است و یک میدان مغناطیسی چرخشی نیست. بنابراین در هنگام شروع موتور، روتور در موقعیت خود قفل می شود زیرا نیرویی که به دلیل سیم پیچ پایین و سیم پیچ بالایی دریافت می شود به همان اندازه و در جهت مخالف خواهد بود. بنابراین در شروع، نیروی خالصی که روتور تجربه می کند صفر است. برای جلوگیری از این موضوع از سیم پیچ کمکی برای موتور القایی استفاده خواهیم کرد تا آن را به یک موتور خود راه انداز تبدیل کنیم. این سیم پیچ کمکی زمینه لازم را برای حرکت روتور در آغاز فراهم می کند. نمونه این مورد، فن الکتریکی است که در زندگی روزمره خود مشاهده می کنیم، در آن یک خازن استارت می زند و یک موتور القایی با سیم پیچ کمکی ای که به طور سری به خازن متصل است، کار می کند.

موتور القایی سه فاز

موتور القایی ای که برروی برق الکتریکی سه فاز AC کار می کند، موتور القایی سه فاز نامیده می شود. معمولاً موتورهای القایی سه فاز در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند و برای مصارف خانگی مناسب نیستند.

خط برق موجود برای صنایع 400 ولت / 50 هرتز برق سه فاز چهار خط AC است و به موتور های القایی که در این زمینه کار می کنند، موتور های القایی سه فاز گفته می شود.

برای درک بهتر اصل کار موتور القایی سه فاز، اجازه دهید به بررسی ساخت موتور القایی سه فاز بپردازیم.

موتور القایی سه فاز

در اینجا،

  • سیم پیچ فاز A از قسمت بالا و به دنبال آن قسمت پایین شروع می شود، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
  • در مورد دو انتهای فاز، یک سیم پیچ به خط تغذیه سه فاز A متصل است در حالی که انتهای دیگر به منبع تغذیه چهار خطه خنثی همان سه فاز متصل است. این حالت ممکن است زیرا در یک منبع تغذیه سه فاز چهار خط ما سه خط اول داریم که ولتاژ سه خط را حمل می کند در حالی که خط چهارم خنثی است.
  • سیم پیچ های دو فاز دیگر از همان الگوی فاز A پیروی می کنند. در دو انتهای سیم پیچ فاز B یکی به خط برق فاز B منبع تغذیه سه فاز متصل است در حالی که انتهای دیگر آن به خط خنثی همان سه فاز چهار خط منبع تغذیه متصل است.
  • ساختار روتور شبیه قفس سنجاب است و از همان نوع روتور است که در موتور القایی تک فاز استفاده می شود.

حال اگر ما برق الکتریکی سیم پیچ های سه فاز استاتور را تأمین کنیم، جریان در هر سه سیم پیچ شروع به جاری شدن می کند. به دلیل این جریان جاری، میدان مغناطیسی ای توسط سیم پیچ ها تولید می شود و این میدان از طریق مسیر مقاومت مغناطیسی کمتری که توسط هسته ورقه ورقه ارائه می شود، جریان می یابد. در اینجا ساختار موتور به گونه ای طراحی شده است که میدان مغناطیسی حمل شده توسط هسته بر روی شکاف هوا در مرکزی که روتور قرار گرفته متمرکز می شود. بنابراین میدان مغناطیسی متمرکز شده توسط هسته در شکاف مرکزی، بر رسانا های موجود در روتور تأثیر می گذارد و در نتیجه جریانی را در آن ها ایجاد می کند.

در حضور جریان رسانا، روتور همچنین یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که در هر زمان با میدان استاتور تعامل دارد. به دلیل این تعامل، روتور نیرویی را دریافت می کند که منجر به چرخش موتور می شود.

در اینجا میدان مغناطیسی تولید شده توسط استاتور به دلیل برق سه فاز، از نوع چرخشی است، برخلاف نوع متناوب که در یک موتور تک فاز بحث کردیم. همچنین به دلیل این میدان مغناطیسی چرخان، روتور به تنهایی حتی در صورت فشار ابتدائی ای شروع به چرخش می کند. این باعث می شود موتور سه فاز یک نوع خود راه انداز باشد و برای این نوع موتور ها نیازی به سیم پیچ کمکی نداریم.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *