الکتروموتور تک فاز

آشنایی با الکتروموتور تک فاز

الکتروموتور تکفاز به موتورهایی اطلاق می شود که جهت راه اندازی نیاز به جریان متناوب تک فاز ( N و L ) دارند. ساختمان داخلی الکتروموتور تک فاز از یک قسمت ساکن (استاتور) و یک قسمت گردان (روتور) تشکیل شده است. انواع الکتروموتور تک فاز از اندازه های کوچک 1/4hp تا چند اسب بخار ساخته می شوند. در شکل، یکی از انواع الکتروموتور تک فاز را مشاهده می کنید.

 

اصول کار اغلب الکتروموتورهای تک فاز مانند الکتروموتورهای سه فاز بر خاصیت القایی استوار است. این الکتروموتورها به میدان دوار نیاز دارند. در الکتروموتورهای تکفاز میدان دوار ناشی از جریان های سه فاز وجود ندارد به همین جهت برای راه اندازی آن ها نیاز به روش ها و وسایل دیگری است که در این مقاله به بررسی آن ها خواهیم پرداخت. از انواع الکتروموتور تک فاز بیشتر در وسایل خانگی استفاده می شود تا در صنعت.

 

انواع الکتروموتور تک فاز

انواع الکتروموتور تک فاز را می توان بر اساس ساختمان داخلی و روش راه اندازی به صورت زیر طبقه بندی کرد:

1. الکتروموتورهای القایی (فاز شکسته-خازن دار-قطب چاک دار)
2. الکتروموتورهای دفعی (رپولسیونی)
3. الکتروموتورهای یونیورسال
4. الکتروموتورهای سنکرون با قطب دائم (رلوکتانسی-هیسترزیسی)

 

موتور القایی تک فاز

استاتور در روتور موتور القایی تک فاز شبیه استاتور و روتور الکتروموتورهای سه فاز است با این تفاوت که در استاتور آن دو نوع سیم پیچی (سیم پیچی اصلی ) و ( سیم پیچی راه انداز یا کمکی ) تعبیه می شود. سیم پیچی اصلی با سیم پیچ راه انداز از نظر مکانی در استاتور 90 درجه اختلاف مکانی (فاصله) دارند. همچنین جریان این دو سیم پیچ به کمک هم میدان دوار ایجاد می کنند و در نتیجه مانند الکتروموتورهای سه فاز گشتاور لازم را در جهت به گردش در آمدن روتور به وجود می آورند.

 

1. موتور القایی تک فاز با فاز شکسته

2. در موتور القایی تک فاز با فاز شکسته، سیم پیچ اصلی با تعداد دور زیاد و سطح مقطع بزرگ و سیم پیچ کمکی یا راه انداز با تعداد دور کم و سطح مقطع کم انتخاب می شود تا اختلاف فاز لازم بین جریان این دوسیم ایجاد شود.
3. در شکل زیر اتصال سیم پیچی های موتور نشان داده شده است.
4. 
   سیم پیچ کمکی با سیم پیچ اصلی به صورت موازی قرار می گیرد و پس از راه اندازی در رسیدن سرعت موتور به 75%  سرعت نامی به وسیله کلید تابع دور از مدار خارج می شود.
5. در شکل روبرو دیاگرام برداری این گونه الکتروموتورهای تک فاز که (موتورهای با فاز شکسته) نامیده می شوند را مشاهده می کنید.
6.  
7. 
   قدرت این الکتروموتورها معمولا بین 1/2 تا 1/3اسب بخار و جریان راه اندازی آن ها نیز 6 تا 8 برابر جریان بار کامل موتور است.
8. از الکتروموتورهای فاز شکسته در پمپ ها، بادبزن ها، کولرهای آبی هوایی، یخچال های خانگی و دستگاه های کپی استفاده می شود.

 

1. در شکل زیر یک موتور فاز شکسته ی کولر را مشاهده می کنید.

2. 

3. 
   الکتروموتور تک فاز با راه انداز خازنی 

4. در برخی از الکتروموتورهای تک فاز به منظور افزایش اختلاف فاز بین جریان های سیم پیچ اصلی و کمکی و رساندن آن به حدود 90 درجه الکتریکی، از خازن  در مسیر جریان سیم پیچ کمکی استفاده می شود.
5. 
   شکل زیر تصویر مدار الکتریکی یک الکتروموتور تکفاز با راه انداز خازنی را نشان می دهد.
6.  
7. 
8. 
   در این الکتروموتورها برای افزایش اختلاف فاز بین جریان سیم پیچ های اصلی و سیم پیچ های راه انداز یک خازن را به طور سری به سیم پیچ کمکی در راه اندازی اتصال می دهند. خازن مورد نظر از نوع الکترولیتی با ظرفیت بالاست و معمولا به صورت جداگانه روی بدنه موتور نصب می شود. در مدار سیم پیچی راه انداز با خازن از یک کلید گریز از مرکز (تابع دور) نیز استفاده می شود. هرگاه دور موتور به 75% دور نامی برسد کلید تابع دور عمل کرده سیم پیچ راه انداز و خازن را از مدار خارج می کند.
9. این الکتروموتورها از 1/8 اسب بخار به بالا قدرت دارند. گشتاور راه اندازی آن ها نسبتا مناسب است و در کمپرسورها، سیستم های تهویه مطبوع، پمپ ها و سردخانه ها کاربرد دارند. شکل روبرو تصویر یک نمونه موتور با راه انداز خازنی را نشان می دهد. 

   1. 
      الکتروموتور تک فاز با خازن دائم کار 

   2. در این نوع الکتروموتور تک فاز از یک خازن روغنی که با سیم پیچ راه اندازی سری شده استفاده می شود. ظرفیت این خازن از خازن الکترولیتی کمتر است. این نوع الکتروموتور تک فاز فاقد کلید تابع دور می باشد و سیم پیچ راه انداز به همراه خازن دائم در مدار است. شکل زیر مدار الکتریکی الکتروموتور تک فاز با خازن دائم کار را نشان می دهد.
   3. 

1. 1. قرار داشتن خازن به صورت دائم کار در مدار گشتاور زمان کار را افزایش می دهد و مزایایی به صورت زیر دارد:
   2. 1-    بهبود ظرفیت اضافه بار
   3. 2-    افزایش ضریب قدرت
   4. 3-    افزایش ضریب بهره (راندمان)
   5. 4-    آرام کار کردن موتور
   6. 
      از این نوع الکتروموتور تک فاز در دمنده ها، پنکه های سقفی ، پمپ آب ماشین لباسشویی و پنکه رومیزی استفاده می شود. 

 

1. الکتروموتور تک فاز دوخازنی 

2. این نوع الکتروموتور تک فاز ترکیبی از خصوصیات دو نوع موتور قبل را دارد، یعنی هم دارای گشتاور راه اندازی و هم گشتاور کار خوبی می باشد. چگونگی اتصال خازن ها و سیم پیچ اصلی و کمکی این الکتروموتورها مطابق شکل زیر است.
3. 

 

1. در ابتدای راه اندازی دو خازن موازی با سیم پیچ کمکی به صورت سری قرار می گیرند. پس از راه اندازی و رسیدن دور موتور به 75% دور نامی یکی از خازن ها توسط کلید گریز از مرکز از مدار خارج می شود و خازن دیگر به همراه سیم پیچ راه انداز در مدار باقی می ماند. خازن راه انداز (موقتی) از نوع الکترولیتی و خازن دائم کار از نوع روغنی است.

   1.  

2. 
   خصوصیات الکتروموتور تک فاز دو خازنی

3. الکتروموتور تک فاز دو خازنی گشتاور راه اندازی زیادی دارد. در شرایط کاری گشتاور خوبی از خود نشان می دهند. ضریب بهره و ضریب قدرت خوبی دارند. فوق العاده آرام کار می کنند.
4.  
5. الکتروموتورهای تک فاز دو خازنی قدرت تحمل اضافه بار تا 25% بار نامی را دارند. از این نوع الکتروموتورها در پمپ ها، بالابرها، کمپرسورها، یخچال های صنعتی و به طور کلی جاهایی که بخواهیم بارهای سنگین را راه اندازی کنیم استفاده می شود.

 

1. 
   الکتروموتور تک فاز قطب چاک دار

2. استاتور الکتروموتور تک فاز قطب چاک دار به صورت برجسته (آشکار) و روتور آن از نوع قفسی است. برای ایجاد میدان دوار از یک حلقه یا کلاف اتصال کوتاه شده در روی ورق های هسته استفاده می شود. حلقه یا سیم پیچ اتصال کوتاهی که در استاتور جاسازی می شود نقش سیم پیچ راه انداز را دارد. شکل زیر تصویر دو نمونه از این موتورها را نشان می دهد.
3. 
4. 
   حلقه اتصال کوتاه تحت تاثیر میدان مغناطیسی سیم پیچ اصلی قرار می گیرد و میدان مغناطیسی به وجود می آورد. این میدان نسبت به میدان اصلی اختلاف فاز زمانی دارد. این دو میدان با اختلاف فازی که دارند موجب می شوند تا میدان تقریبا دواری به وجود آید و روتور شروع به حرکت می کند.
5. 
   شکل های زیر وضعیت میدان مغناطیسی را در طی یک نیم سیکل نشان می دهند. 
6.  

1. همانطور که مشاهده می کنید در شکل (الف) میدان مغناطیسی اصلی دارای فلو ماکزیمم است و میدان حلقه اتصال کوتاه وجود ندارد. 
2. شکل (ب) وضعیت موتور را در شرایطی نشان می دهد که فوران اصلی کمی کاهش یافته و بالعکس میدان حلقه اتصال کوتاه دارای مقدار جزیی است. 
3. در شکل (ج) شرایطی را مشاهده می کنید که اندازه میدان های اصلی و حلقه اتصال کوتاه، برابر است.
4. شکل (د) لحظه ای را نشان می دهد که فوران میدان اصلی دارای مقدار جزیی و میدان حلقه اتصال کوتاه زیاد است. 

 

1. الکتروموتورهای با قطب چاک دار در اندازه های کوچک از hp 1/250 تا hp 1/6 ساخته می شوند و از نظر ساختمان، ساده و ارزان هستند. گشتاور راه اندازی و اضافه بار این نوع الکتروموتورتک فاز کم است.
2.  
3.  کاربرد این گونه الکتروموتور تک فاز در پنکه های رومیزی، دستگاه های فتوکپی، پمپ آب کولر، انواع بادبزن ها، تابلوهای تبلیغاتی و ساعت های الکتریکی است. شکل روبرو تصویر یک نمونه موتور قطب چاک دار را نشان می دهد.

 

 

1. الکتروموتور دفعی (رپولسیونی)

2. الکتروموتور رپولسیونی از نظر ساختمان داخلی شبیه الکتروموتورهای القایی و الکتروموتورهایdc  است و اساس کار این موتور بر مبنای نیروی دافعه ی مغناطیسی است. این الکتروموتورها دارای انواع مختلفی هستند. موتور رپولسیونی استاتور لایه ای با سیم پیچ های پوشیده دارد. سیم پیچ های استاتور موتور رپولسیونی خیلی شبیه سیم پیچ های الکتروموتور القایی است. از طرف دیگر روتور موتور رپولیسیونی دارای یک آرمیچر سیم پیچی استوانه ای است که جاروبک ها و یک کموتاتور نیز مانند آن چه در موتور dc  است می باشد در موتورهای رپلسیونی جاروبک ها به هم اتصال کوتاه شده اند.
3. 
4. شکل (الف) وضعیت روتور در حالتی را نشان می دهد که روتور در حالت کموتاسیون قرار دارد و جریانی از سیم اتصال کوتاه جاروبک عبور نمیکند.
5. شکل (ب) وضعیت روتور را در شرایطی نشان می دهد که از سیم اتصال کوتاه شده بین زغال ها (جاروبک ها) عبور میکند.
6.  
7. در شکل زیر وضعیت روتور و استاتور موتور رپلسیونی در چند لحظه مختلف نشان داده شده است.
8. 

 

1. در شکل (الف) که محور جاروبک ها در امتداد قطب ها است، استاتور جریان های مساوی مخالف در دو نیمه سیم پیچ های روتور القا می کند. برآیند دونیرو گشتاور را خنثی کرده و موتور کار نمی کند. 
2.  
3. در شکل (ب) که محور جاروبک برقطب ها عمود است ولتاژ های القا شده در روتور یک دیگر را خنثی می کنند، هیچ ولتاژی در جاروبک ها وجود ندارد و جریانی از آرمیچر نمیگذرد، در نتیجه گشتاوری وجود ندارد.
4. هرگاه محور جاروبک ها در وضعیتی بین دو نقطه a و b مانند شکل (ج) قرار گیرد ولتاژی نتیجه خواهد شد و جریانی از آرمیچر می گذرد که میدان مغناطیسی و در نتیجه قطب های همنامی بین روتور و استاتور تولید می کند. بدین ترتیب نیروی دافعه مغناطیسی تولید خواهد کرد که روتور را در جهت تغییر محل جاروبک خواهد چرخاند.

 

1. موتور یونیورسال

2. موتور یونیورسال، یک نوع موتور الکتریکی است که هم با جریان متناوب (AC) و هم با جریان مستقیم (DC) کار می‌کند. این موتور، در اصل یک موتور خودتحریک (self-excited) جریان مستقیم با سیم‌پیچ سری است که سیم‌پیچ استاتور به‌صورت سری به سیم‌پیچ روتور و به کُموتاتور وصل شده‌است. استاتور موتورهای یونیورسال معمولا به صورت قطب برجسته می باشد و به آن (بالشتک) نیز میگویند. به قسمت گردان موتور یونیورسال (آرمیچر ) می گویند.شکل زیر آرمیچر یک موتور یونیورسال را نشان می دهد.

3. 

4. سیم پیچی آرمیچر بر روی تیغه هایی مسی به نام (کلکتور) سربندی می شود. برای رساندن جریان به سیم بندی آرمیچر از جاروبک که با تیغه های کلکتور در تماس است استفاده می کنند. به جاروبک ها (زغال) نیز می گویند. جنس جاروبک ها از گرافیت است. شکل زیر تصویر زغال ها به همراه فنر آن ها را نشان می دهد.

5. 
6.  
7. شکل زیر موتور یونیورسال را نشان می دهد. این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالایی هستند ولی سرعت آن ها با اعمال بار به شدت کاهش می یابد. سرعت باری موتور یونیورسال می تواند تا 20000 دور در دقیقه باشد. از این موتورها در بسیاری از لوازم خانگی مانند جاروبرقی، مخلوط کننده و دریل های دستی و آب میوه گیری استفاده میشود. 
8. 

9. این موتورها به صورت موتور سری در جریان مستقیم نیز می توانند کار کنند و چون هم در جریان متناوب و هم در جریان مستقیم کار می کنند، یورنیورسال نامیده می شوند.

 

تغییر جهت گردش در الکتروموتور تک فاز

برای تغییر جهت گردش موتورهای الکتریکی تک فاز باید جهت جریان در سیم پیچی کمکی را عوض کنیم یعنی جای سر و ته کلاف متصل شده به فاز و نول عوض شود.

این کار در موتور یونیورسال با تغییر جهت جریان در آرمیچر انجام می شود. بر اثر این جابه جایی، جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده در فضای داخلی استاتور و بالطبع نیروی وارده طبیعتا جهت گردش موتور نیز عکس حالت اول می شود. 

شکل (ج) تصویر مداری و شکل (د) تصویر تخته کلم الکتروموتور تک فاز را در حالت راست گرد نشان می دهد. 

شکل (الف) تصویر مداری و شکل (ب) تصویر تخته کلم موتور تک فاز در حالت چپ گرد را نشان می دهد.

 

 

منبع : کتاب راه اندازی موتورهای سه فاز و تک فاز (جلد سوم) - پدیدآورنده : سازمان پژوهش و برنامه ریزی آموزشی