انواع الکتروموتور تک فاز بر اساس نحوه تولید میدان مغناطیسی
انواع دینام تک فاز بسته به نحوه تولید میدان مغناطیسی به موارد زیر تقسیم بندی می شود:
- الکترو موتور تک فاز اسپلیت
- الکترو موتور تک فاز تک استارت خازنی
- الکترو موتور تک فاز دو خازنه کار با خازن و استارت با خازن
- الکترو موتور تک فاز خازن شکسته (PCS)
- الکترو موتور تک فاز القایی قطب سایه دار
الکتروموتور تک فاز اسپلیت
در الکتروموتور تک فاز القایی فاز اسپلیت، افزون بر سیم پیچ اصلی، استاتور موتور القایی تک فاز سیم پیچ دیگری به نام سیم پیچ کمکی یا سیم پیچ راه اندازی را حمل می کند. یک سوئیچ گریز از مرکز به شکل سری با سیم پیچ کمکی متصل می شود. هدف این سوئیچ قطع کردن سیم پیچ کمکی از مدار اصلی، در زمانی است که موتور به سرعت 75 تا 80 درصد سرعت سنکرون می رسد. هر سیم پیچ در حال کار ماهیت القایی دارد. هدف ما ایجاد اختلاف فاز بین دو سیم پیچ است و این زمانی امکان پذیر است که سیم پیچ راه اندازی مقاومت بالایی داشته باشد. برای سیم پیچ های با مقاومت بالا، جریان تقریبا با ولتاژ هم فاز است و برای سیم پیچ های القایی بالا، جریان با زاویه زیادی از ولتاژ عقب می افتد. سیم پیچ راه اندازی بسیار مقاوم است، در نتیجه جریانی که در سیم پیچ راه انداز جریان دارد با زاویه بسیار کمی از ولتاژ اعمال شده عقب می افتد.
سیم پیچ هنگام اجرا ماهیت بسیار القایی دارد، در نیتجه جریان جاری در سیم پیچ در حال اجرا با زاویه زیادی از ولتاژ اعمال شده عقب می افتد. حاصل این دو جریان، میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند که در یک جهت می چرخد. در الکتروموتور تک فاز اسپلیت القایی، جریان راه انداز و جریان اصلی با زاویه ای از یکدیگر جدا می شوند. از این رو نام این موتور، موتور القایی فاز اسپلیت (یا فاز تقسیم شده) میباشد. الکتروموتور تک فاز القایی فاز اسپلیت دارای جریان راه اندازی کم و گشتاور راه اندازی متوسط هستند. جریان راه اندازی عموما در کمتر از ۲۰۰ درصد جریان نامی میباشد و به همین علت از این موتورهای تک فاز به منظور کاربری هایی با پریود‌های خاموش-روشن با سرعت بالا استفاده می شود. الکتروموتور تکفاز فاز اسپلیت برای استفاده در فن ها، دمنده ها، پمپ های سانتریفیوژ، ماشین لباسشویی، آسیاب، ماشین تراش، فن های تهویه مطبوع و غیره مناسب میباشند.
الکتروموتور تک فاز تک استارت خازنی
در الکتروموتور تک فاز خازنی، از خازن به منظور تولید اختلاف فاز استفاده می شود و جریان عبوری از خازن منجر به ولتاژ می شود. در نتیجه، در این نوع موتور تک فاز از دو سیم پیچ یعنی سیم پیچ اصلی و سیم پیچ راه اندازی استفاده می شود. به منظور شروع کار سیم پیچ، خازن متصل می شود. بنابراین جریانی که در خازن به وجود می آید، ولتاژ اعمال شده را با زاویه ای هدایت می کند.
سیم پیچ هنگام اجرا ماهیت القایی دارد، از این رو جریان جاری در سیم پیچ هنگام اجرا با زاویه از ولتاژ اعمال شده عقب می ماند. در حال حاضر اختلافات زاویه فاز بزرگی بین این دو جریان وجود دارد که جریان تولید می کند. این جریان یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند، به این علت که گشتاور تولید شده بوسیله این موتورها به اختلاف زاویه فاز بستگی دارد که تقریبا 90 درجه میباشد، پس این موتور های الکتریکی گشتاور راه اندازی بسیار بالایی دارند. در الکتروموتور تک فاز القایی استارت خازن، سوئیچ گریز از مرکز به منظور قطع سیم پیچ راه اندازی زمانی که موتور به سرعت حدود 75 تا 80 درصد صدم سرعت سنکرون می رسد، ارائه می شود. گشتاور بالای راه اندازی در این موتورها سبب شده جهت استفاده در نوار نقاله، آسیاب، تهویه مطبوع، کمپرسور و غیره مناسب باشند. این الکتروموتور گشتاور استارت بالایی دارد که عموما در حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ درصد گشتاور نامی است. جریان استارت به طور معمول بین ۴۵۰ تا ۵۷۵ درصد جریان نامی است که بسیار کمتر از الکتروموتور تک فاز فاز شکسته می باشد که علت آن وجود سیم ضخیم تر در مدار استارت است.
در الکتروموتور تک فاز دو خازنه، یکی از خازن ها جهت استارت و دیگری به منظور ادامه کار استفاده می شود. از آنجا که حداقل دو ولتاژ تغییر فاز مورد نیاز برای تولید یک میدان دوار با جریان متناوب در موتور های تک فاز در دسترس نیست، باید یک فاز که در اصطلاح فاز کمکی نامیده می شود تولید شود. یکی از دو سیم پیچ استاتور مستقیما از شبکه AC تامین می شود، در حالی که یک خازن به شکل سری جهت تامین سیم پیچ ثانویه متصل می شود که بدین منظور در 90 درجه قرار داده شده است. این سبب تغییر فاز ولتاژ در سیم پیچ دوم می شود. میدان چرخشی ایجاد شده در این روش برای حرکت روتور کافی است، اما به بار نیز وابسته است و منجر به گشتاور راه اندازی کم می شود.
در نتیجه موتورهای خازن میبایست تا سرعت کاری نامی با حداقل بار ممکن راه اندازی شوند. گشتاور راه اندازی را می توان با اتصال مختصر یک خازن به اصطلاح راه اندازی اضافی با اندازه 2 تا 3 برابر به موازات خازن موجود در طول مدت راه اندازی، به شکل محسوسی بهبود بخشید. در این حالت باید جریان راه اندازی بالاتر مورد نیاز را در نظر گرفت که می تواند چندین برابر جریان عملیاتی در سرعت نامی باشد. به طور معمول اندازه بهینه خازن حدود 65 درصد از توان مکانیکی الکتروموتور در نظر گرفته می شود. خازن های با کیفیت عموما برای خازن های تغییر فاز یا راه اندازی استفاده می شوند. ظرفیت خازنی معمولی حدود 20 میکروفاراد به ازای هر کیلووات توان موتور است. جهت راه اندازی سنگین، ظرفیت خازن می تواند به حدود 50 میکروفاراد برسد. این موتورها در ماشین های مرتبط با چوب، کمپرسورهای هوا، پمپ های آب فشار قوی، پمپ های تخلیه و دیگر کاربردهای نیازمند گشتاورهای بالا استفاده می شوند.
الکتروموتورهای تک فاز خازن شکسته دائمی
این نوع الکتروموتور صنعتی به الکتروموتور یکبار مصرف شهرت دارد. بدین معنا که جایگزینی آنها ارزان تر از تعمیر آنهاست. در الکتروموتور تک فاز خازن شکسته دائمی (PSC)، استاتور دو سیم پیچ اصلی و کمکی و فقط یک خازن سری با سیم پیچ راه اندازی دارد. همچنین این الکتروموتورها سوئیچ راه اندازی ندارند و راندمان و گشتاور خروجی بالاتری دارند. الکتروموتور تک فاز القایی قطب سایه دار با استاتور دارای قطب های برجسته میباشد. این قطب ها بوسیله یک نوار یا حلقه مسی که ماهیت القایی دارد، سایه می اندازند. قطب ها به دو نیمه نابرابر تقسیم می شوند. قسمت کوچکتر حامل نوار مسی است و آن را قسمت سایه دار قطب می نامند. هنگامی که یک منبع تغذیه تک فاز به استاتور موتور القایی قطب سایه دار داده می شود، یک شار متناوب ایجاد می شود. این تغییر شار، میدان الکترومغناطیسی را در سیم پیچ سایه دار القا می کند. از آنجایی که این بخش سایه دار اتصال کوتاه دارد، جریان در آن در سمتی ایجاد می شود که با شار اصلی مخالفت کند. شار در قطب سایه دار از شار در قطب بدون سایه عقب تر میباشد.
تفاوت فاز بین این دو شار، شار چرخشی تولید می کند. موتور تک فاز قطب سایه دار بسیار مقرون به صرفه و محکم می باشد. همچنین این موتور تک فاز کلید گریز از مرکز ندارد ولی ضریب توان آن پایین میباشد، بنابراین گشتاور استارت بسیار ضعیفی دارند. گشتاور استارت کم آن عموما ۲۵ تا ۷۵ درصد گشتاور نامی میباشد. معمولا بازده این نوع بسیار پایین است (کمتر از ۲۰ درصد). هزینه اولیه پایین آن را جهت قدرت کمتر یا کاربردهای با کار کمتر مناسب می سازد. راندمان این موتورها بسیار کم است، به این علت که تلفات مس به دلیل وجود نوار مسی زیاد است و معکوس کردن سرعت نیز دشوار و هزینه بر است، چون به مجموعه دیگری از حلقه های مسی احتیاج دارد. این موتور تک فاز اغلب در سازه های کوچک، سشوار، اسباب بازی، دستگاه های ضبط، پنکه های کوچک، فن های چند سرعه خانگی، ساعت برقی و غیره استفاده می شوند.
چون این موتور الکتریکی پیچه استارت، سوئیچ استارت و یا خازن ندارد از لحاظ الکتریکی ساده و ارزان است. همچنین سرعت آن را صرفا با تغییر ولتاژ یا توسط یک پیچه با چند دور گوناگون می توان کنترل کرد. ساختار الکتروموتور با قطب سایه خورده از نظر مکانیکی اجازه تولید انبوه را می دهد ولی گشتاور کم، الکتروموتور تک فاز دارای قطب سایه دار را برای اغلب کاربری های صنعتی یا تجاری که در آنها کار مداوم یا پریود‌های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می کند.