الکتروموتور سه فاز چیست و چگونه کار می کند؟ شناخت موتور القايی سه فاز
الکتروموتورهای سه فاز به طور گسترده در صنعت استفاده می شوند و به دلیل سادگی نسبی، قابلیت اطمینان ثابت شده و عمر طولانی، در بسیاری از سیستم های مکانیکی کاربرد دارند. الکتروموتورهای سه فاز نمونه ای از انواع موتورهای القایی هستند که به عنوان الکتروموتورهای ناهمزمان نیز شناخته میشوند و با استفاده از اصول القای الکترومغناطیسی کار می کنند. در حالی که موتورهای القایی تک فاز نیز موجود است، این نوع موتورهای القایی کمتر در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما از موتورهای تک‌فاز در کاربردهای خانگی مانند جاروبرقی، کمپرسور یخچال و تهویه مطبوع به طور گسترده استفاده میشوند.
در این مقاله، پاسخ به سوال موتور سه فاز چیست و نحوه عملکرد آن را شرح خواهیم داد. برای درک موتورهای سه فاز، ابتدا به توضیح برق سه فاز میپردازیم.
برق سه فاز چیست؟
در تولید برق، جریان متناوب (AC) که توسط ژنراتور ایجاد می‌شود، این ویژگی را دارد که دامنه و جهت آن با زمان تغییر میکند. اگر به صورت گرافیکی با دامنه روی محور y و زمان در محور x نشان داده شود، رابطه بین ولتاژ یا جریان در برابر زمان شبیه یک موج سینوسی مانند شکل زیر خواهد بود:
برق انتقال یافته به خانه ها تک فاز است، به این معنی که یک هادی حامل جریان به اضافه یک اتصال خنثی و یک اتصال زمین وجود دارد. در برق سه فاز که در محیط های صنعتی و تجاری برای راه اندازی ماشین آلات بزرگتر که نیاز به توان بیشتری دارند استفاده می شود، سه هادی جریان الکتریکی وجود دارد که هر کدام با اختلاف فاز 120 درجه 2π/3 رادیان از هم کار می کنند. اگر به صورت گرافیکی مشاهده شود، هر فاز به صورت یک موج سینوسی مجزا ظاهر می شود که سپس مانند تصویر زیر ترکیب می شود:
الکتروموتورهای سه فاز از ولتاژ و جریان الکتریکی که به عنوان برق ورودی سه فاز تولید می‌شود و سپس برای تولید انرژی مکانیکی در قالب یک محور موتور دوار استفاده می‌شود، تامین می‌شود.
بخوانید: آموزش پلاک خوانی موتور
الکتروموتور سه فاز (3-فاز) چیست؟
یک موتور الکتریکی یا همان الکتروموتور سه فاز از منبع تغذیه سه فاز برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می کند. این شامل چهار سیم است و از سه جریان متناوب با فرکانس مشابه استفاده می کند. از آنجایی که یک میدان مغناطیسی دوار تولید می کند، برای راه اندازی نیازی به خازن ندارد. برخی از الکتروموتورهای سه فاز برگشت پذیر هستند، به این معنی که می توانند با تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی به عنوان ژنراتور عمل کنند. موتورهای سه فاز قدرتی تا حدود 400 اسب بخار را ارائه می دهند و سرعتی بین 900 تا 3600 چرخش در دقیقه (RPM) دارند.
بخوانید: بلبرینگ چیست؟
اما بیایید برسی دقیق تری به الکتروموتور های سه فاز داشته باشیم؛ موتورهای سه فاز نوعی موتور AC هستند که نمونه خاصی از موتورهای پلی فاز هستند. این الکتروموتورها می توانند الکتروموتور القایی (که موتور آسنکرون نیز نامیده می شود) یا الکتروموتور سنکرون باشند. موتورها از سه جزء اصلی تشکیل شده اند: استاتور، روتور و محفظه.
استاتور
استاتور از یک سری لایه‌های فولادی آلیاژی تشکیل شده است که اطراف آنها با سیم پیچ میشوند تا سیم‌پیچ‌های القایی را تشکیل دهند، یک سیم پیچ برای هر فاز منبع برق. سیم پیچ های استاتور از منبع برق سه فاز انرژی می گیرند.
روتور
روتور همچنین حاوی سیم پیچ های القایی و میله های فلزی است که برای تشکیل یک مدار متصل شده اند. روتور شفت موتور را احاطه کرده و جزء موتوری است که برای تولید انرژی مکانیکی موتور می چرخد.
محفظه موتور
محفظه موتور، روتور را با محور موتور خود روی مجموعه ای از یاتاقان ها نگه می دارد تا اصطکاک شفت چرخان را کاهش دهد. محفظه دارای درپوش‌های انتهایی است که پایه‌های بلبرینگ را نگه می‌دارد و یک فن را در خود جای می‌دهد که به شفت موتور متصل است و با چرخش شفت موتور می‌چرخد. فن چرخان هوای محیط را از بیرون محفظه می کشد و هوا را در سراسر استاتور و روتور مجبور می کند تا اجزای موتور را خنک کند و گرمای تولید شده در سیم پیچ های مختلف از مقاومت سیم پیچ را دفع کند. محفظه همچنین معمولاً دارای باله های مکانیکی برجسته در قسمت بیرونی است که برای انتقال بیشتر گرما به هوای بیرون عمل می کند. درپوش انتهایی همچنین مکانی را برای قرار دادن اتصالات الکتریکی برای برق سه فاز به موتور فراهم می کند.
الکتروموتور سه فاز چگونه کار می کند؟
الکتروموتورهای سه فاز بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کنند که توسط فیزیکدان انگلیسی مایکل فارادی در سال 1830 کشف شد. فارادی متوجه شد که وقتی رسانایی مانند سیم پیچ یا حلقه سیم در یک میدان مغناطیسی متغیر قرار می گیرد، یک نیروی الکتروموتور القایی یا EMF در هادی ایجاد می شود. او همچنین مشاهده کرد که جریانی در رسانایی مانند سیم جریان می‌یابد که یک میدان مغناطیسی ایجاد میکند و با تغییر جریان در سیم، میدان مغناطیسی تغییر میکند.
در زیر تصویری از قانون فارادی است. توجه داشته باشید که وجود EMF به حرکت آهنربا بستگی دارد که منجر به تغییر میدان مغناطیسی می شود.
برای الکتروموتورهای القایی، هنگامی که استاتور از یک منبع انرژی الکتریکی سه فاز تغذیه می شود، هر سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که قطب های آن (شمال یا جنوب) با نوسان جریان AC در یک چرخه کامل، موقعیت خود را تغییر میدهند. از آنجایی که هر یک از سه فاز جریان متناوب 120 درجه تغییر فاز میدهند، قطبیت مغناطیسی سه سیم‌پیچ همگی در یک لحظه یکسان نیستند. این شرایط باعث می شود که استاتور چیزی را به نام RMF یا میدان مغناطیسی چرخشی تولید کند. همانطور که روتور در مرکز سیم پیچ های استاتور قرار می گیرد، میدان مغناطیسی در حال تغییر از استاتور جریانی را در سیم پیچ های روتور القا می کند که به نوبه خود منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی مخالف توسط روتور می شود. میدان روتور به دنبال آن است که قطبیت خود را با قطب میدان استاتور تراز کند، در نتیجه یک گشتاور خالص به شفت موتور اعمال می شود و هنگامی که می خواهد میدان خود را در یک راستا قرار دهد، شروع به چرخش می کند. توجه داشته باشید که در الکتروموتور القایی 3 فاز، اتصال الکتریکی مستقیم به روتور وجود ندارد. القای مغناطیسی باعث چرخش موتور می شود.
با الکتروموتورهای القایی سه فاز، روتور به دنبال حفظ تراز با RMF استاتور است، اما هرگز به آن دست نمی یابد، به همین دلیل است که الکتروموتورهای القایی را موتورهای آسنکرون نیز می نامند. پدیده ای که باعث می شود سرعت روتور از سرعت RMF عقب بیفتد به عنوان لغزش شناخته می شود که به صورت زیر بیان می شود:
الکتروموتورهای سنکرون به روشی مشابه موتورهای القایی عمل می کنند با این تفاوت که در مورد موتور سنکرون، میدان های استاتور و روتور در یک راستا قفل شده اند به طوری که RMF استاتور باعث می شود روتور با سرعت چرخش دقیقاً یکسان بچرخد (همگام)؛ بنابراین لغزش برابر با 0 است.
بخوانید: محاسبه توان و گشتاور گیربکس
کنترل کننده موتور برای الکتروموتورهای 3 فاز
سرعتی که توسط یک الکتروموتور AC سه فاز تولید می شود تابعی از فرکانس منبع AC است زیرا منبع RMF در سیم پیچ های استاتور است. بنابراین، برخی از کنترل کننده های موتور AC با استفاده از ورودی جریان AC برای تولید یک ورودی فرکانس کنترل شده به موتور، سرعت موتور را کنترل می کنند. روش دیگری که می توان برای کنترل سرعت الکتروموتور استفاده کرد، تغییر لغزش است (که قبلاً توضیح داده شد). اگر لغزش افزایش یابد، سرعت موتور (یعنی سرعت روتور) کاهش می یابد.
سوالات متداول الکتروموتور سه فاز
موتور سه فاز چیست؟
یک الکتروموتور سه فاز از منبع تغذیه سه فاز برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می کند. این شامل چهار سیم (سه سیم داغ و یک سیم خنثی) است و از سه جریان متناوب با فرکانس مشابه استفاده می کند. از آنجایی که یک میدان مغناطیسی دوار تولید می کند، برای راه اندازی نیازی به خازن ندارد. برخی از موتورهای سه فاز برگشت پذیر هستند، به این معنی که می توانند با تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی به عنوان ژنراتور عمل کنند.
الکتروموتورهای سه فاز قدرتی تا حدود 400 اسب بخار را ارائه می دهند و سرعتی بین 900 تا 3600 چرخش در دقیقه (RPM) دارند.
انواع موتورهای سه فاز
انواع موتورهای سه فاز موجود عبارتند از:
- موتورهای القایی قفس ساده یا سنجابی
- موتورهای قفس سنجابی دوتایی
- موتورهای القایی حلقه لغزشی یا چرخشی روتور
این انواع از نظر خروجی موتور، اندازه قاب، هزینه، وزن، طول عمر و غیره متفاوت است. هنگام انتخاب نوع مناسب برای یک کاربرد معین، گشتاور راه اندازی مورد نیاز باید در میان عوامل دیگر تعیین شود.
مزایای الکتروموتور سه فاز
مزایای اصلی الکتروموتورهای سه فاز نسبت به انواع دیگر موتورها عبارتند از:
- آنها قدرتمندتر هستند (توجه داشته باشید: ظرفیت قدرت بیش از 150٪ بیشتر از یک موتور تک فاز است).
- آنها در انتقال حجم بالایی از برق در یک منطقه بزرگ کارآمدتر هستند و آنها را برای تاسیسات با نیاز برق بالا مقرون به صرفه تر می کند.
- عمر آنها بیشتر از موتورهای تک فاز است.
- برای کارکردن سر و صدای کمتری دارند.
