عملکرد و اجزای الکتروموتور سه فاز

در این مطلب میخواهیم با اجزاء الکتروموتور سه فاز آشنا شویم و عملکرد هر یک را بررسی کنیم.

استاتور الکتروموتور سه فاز استاندارد

یکی از اجزای الکتروموتور سه فاز، استاتور الکتروموتور سه فاز از تعدادی اسلات به منظور ساخت سه دسته سیم پیچ مسی تشکیل شده است. سیم پیچ های الکتروموتور سه فاز به شکلی است که در شکاف ها قرار می گیرد که وقتی منبع تغذیه سه فاز AC روشن شود، یک میدان مغناطیسی دوار تولید کند. استاتور موتور القایی سه فاز از سه بخش قاب استاتور، هسته استاتور و سیم پیچ استاتور (سیم پیچ میدان) تشکیل میشود.

کار اصلی قاب استاتور حمایت از هسته استاتور و سیم پیچ میدان در اجزای الکتروموتور سه فاز میباشد. و به عنوان یک پوشش کار می کند. و حفاظت مکانیکی را برای کلیه بخش های داخلی موتور فراهم می کند. قاب از چدن یا فولاد میشود. چارچوب الکتروموتور سه فاز میبایست محکم و سفت باشد، به این علت که طول شکاف هوای الکتروموتور سه فاز بسیار کوچک میباشد. در غیر این صورت، روتور با استاتور متحدالمرکز نمی ماند که سبب کشش مغناطیسی نامتعادل می شود. کار اصلی هسته استاتور حمل شار متناوب است. به منظور کاهش تلفات جریان گردابی، هسته استاتور لایه لایه می شود. این سازه از لمینت پرس شده ساخته میشود که ضخامت آن حدود 0.4 تا 0.5 میلی متر است. شکاف های موجود در حاشیه هسته استاتور الکتروموتور سه فاز، سیم پیچ های سه فاز را حمل می کنند. این سیم پیچ سه فاز از منبع تغذیه سه فاز AC تامین می شود.

روتور موتور القایی سه فاز استاندارد

روتور یک بخش دوار از اجزای الکتروموتور سه فاز است. که بوسیله شافت به بار مکانیکی متصل می شود. روتور الکتروموتور سه فاز از یک هسته استوانه ای چند لایه با شکاف های موازی تشکیل میشود که می تواند هادی ها را حمل کند. میله های سنگین مسی یا آلومینیومی هادی ها در شیار ها قرار می گیرند و توسط حلقه های انتهایی اتصال کوتاه می شوند. شیارهای حاوی هادی کمی مایل هستند و به موازات محور شافت قرار نگرفته اند که سبب کاهش صدا و هنگ کردن موتور می شود.

تولید میدان مغناطیسی دوار

استاتور در اجزای الکتروموتور سه فاز از سیم پیچ های همپوشانی تشکیل میشود، که با زاویه الکتریکی 120 درجه نسبت به هم قرار می گیرند. زمانی که سیم پیچ اولیه یا استاتور به منبع AC سه فاز متصل می شود، میدان مغناطیسی چرخشی ایجاد می کند که با سرعت سنکرون می چرخد. اصول اساسی الکتروموتور سه فاز AC از قانون فارادی منشا می گیرد. دانشمند انگلیسی، مایکل فارادی، کشف کرد که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر می تواند یک جریان القا کند و بالعکس، یک جریان می تواند یک میدان مغناطیسی را القا کند. بر اساس قانون فارادی، یک میدان الکترومغناطیسی القا شده در هر مدار، ناشی از نرخ تغییر ایجاد شار مغناطیسی در مدار است. از آنجا که سیم پیچ روتور در یک الکتروموتور سه فاز یا بوسیله یک مقاومت خارجی بسته می شود یا به طور مستقیم توسط حلقه انتهایی اتصال کوتاه می شود و میدان مغناطیسی دوار استاتور را قطع می کند، یک میدان الکترومغناطیسی در میله مسی روتور القا می شود. به علت وجود این میدان الکترومغناطیسی، جریانی از روتور عبور می کند. در اینجا سرعت نسبی بین شار دوار و هادی روتور استاتیک دلیل تولید جریان است. از این رو بر اساس قانون لنز، روتور در یک سمت می چرخد تا علت، یعنی سرعت نسبی را کاهش دهد.

بنابر اصل کار موتور القایی سه فاز، امکان دارد مشاهده شود که سرعت روتور به سرعت سنکرون تولیدی بوسیله استاتور نمی رسد. اگر سرعت ها برابر شوند، چنین سرعت نسبی وجود نخواهد داشت، در نتیجه هیچ میدان الکترومغناطیسی در روتور القا نمی شود و در نتیجه جریانی در سیستم ایجاد نمیشود و گشتاوری نخواهیم داشت. بنابراین، روتور در اجزای الکتروموتور سه فاز نمی تواند به سرعت سنکرون برسد. اختلاف بین سرعت استاتور (سرعت سنکرون) و روتور را لغزش می گویند. چرخش میدان مغناطیسی در یک موتور القایی این مزیت را دارد که احتیاجی به اتصال الکتریکی به روتور نیست. از طریق قانون دست راست می توانید جهت میدان مغناطیسی را پیش بینی کنید. جهت انجام این کار، فرض کنید که یک سیم مستقیم را با انگشت شست خود در جهت جریان گرفته اید. انگشتان شما در جهت خطوط شار مغناطیسی به اطراف می پیچند. جهت دستیابی به گشتاور در شافت موتور، جریانی در سراسر استاتور اعمال می شود که یک میدان مغناطیسی دوار تولید می کند که به نوبه خود جریانی را در روتور القا می کند. به خاطر این جریان القایی، روتور نیز میدان مغناطیسی تولید می کند و به دلیل جاذبه مغناطیسی شروع به دنبال کردن استاتور می کند. روتور کندتر از میدان استاتور می چرخد و همانگونه که در بالا اشاره شد، به این پدیده لغزش می گویند. اگر روتور با همان سرعت استاتور بچرخد، هیچ جریانی القا نمی‌شود، در نتیجه گشتاوری ایجاد نمی‌شود. تفاوت سرعت بسته به سیم پیچ موتور از 0.5 تا 5 درصد متغیر است.

الکتروموتور سه فاز در پیکربندی های 2، 4، 6، 8 قطب و تعداد قطب های بالاتر در دسترس میباشند. تعداد قطب ها در سیم پیچ ها سرعت ایده آل موتور را معین می کند. موتوری با تعداد قطب های بیشتر دارای سرعت نامی کندتر اما گشتاور بالاتری میباشد. به همین علت، موتورهای قطب بالا بعضی اوقات به عنوان موتورهای گشتاور شناخته می شوند و می توانند به منظور جایگزینی موتور توسط گیربکس استفاده شوند.

الکتروموتور سه فاز اسلیپ رینگ

الکتروموتور سه فاز اسلیپ رینگ القایی با روتور قفسه سنجابی بوسیله یک سری حلقه های لرزان با روتور سیم پیچی شده است. همچنین استاتور این نوع از الکتروموتور ها به رینگ های لغزان وصل می شود و همچون سایر انواع الکتروموتور سه فاز روتور قفسه سنجابی، اتصال کوتاه نمیباشند.

این سیم پیچ ها در افزودن مقاومت ها و خازن های خارجی سودمند میباشند. لغزش لازم جهت تولید گشتاور حداکثر نهایی به طور مستقیم با مقاومت روتور متناسب است. در الکتروموتور سه فاز با حلقه لغزان مقاومت موثر روتور با افزودن مقاومت خارجی میان حلقه های لغزان کاهش می یابد. در نتیجه امکان کسب کردن لغزش بیشتر و همچنین گشتاور ماکزیمم نهایی در سرعت های کمتر وجود دارد.

این نوع الکتروموتور صنعتی به منظور فشارهای استاتیکی ثابت که در آنها گشتاور نهایی میبایست در سرعت تقریبا صفر تولید شود و موتور الکتریکی در کمترین زمان و با کمترین مصرف جریان تا سرعت نامی شتاب گیرد ایده‌ آل است. مقدار اضافه بار می‌تواند سرعت را تا ۵۰ درصد سرعت سنکرون کاهش دهد. کاهش سرعت تا زیر ۵۰ درصد بازده را به علت اتلاف انرژی در مقاومتها به شدت کاهش می‌دهد.