موتور

موتور


موتور عبارتست از وسیله‌ای که قدرت تولید می‌کند، ولی به تنهایی قادر به تولید کار نمی‌باشد. به زبان ساده‌تر موتور وسیله‌ای که با استفاده از منابع انرژی بخصوص ، انرژی جنبشی تولید می‌کند. نوع موتور منابع انرژی اولیه متفاوت هستند. مثلا برخی از موتورها ، انرژی موجود در مواد نفتی را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کنند و برخی دیگر انرژی الکتریکی را و ...)
ریشه لغوی
موتور یک کلمه انگلیسی است و معنای آن جنباننده یا محرک می‌باشد. لیکن در حال حاضر از کلمه موتور به عنوان وسیله تولید انرژی جنبشی استفاده می‌شود.
یک موتور الکتریکی، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.
ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می‌شود، می‌گردد.
اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه و بخش ثابت ایستانه (استاتور) خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش‌های چرخانه یا ایستانه می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیت هایی را در مدارس استفاده می‌کنند.
موتورهای Dc
یکی از اولین موتورهای دوار، اگر نگوییم اولین، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه، از آب نمک استفاده می‌شود.
موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم‌پیچ) در سیم‌پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظیر لوکوموتیوها استفاده می‌کنند. اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبک ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نوفه (نویز) الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.
موتورهای میدان سیم پیچی شده
آهنرباهای دائم در (ایستانه) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای کشش الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.
موتورهای یونیورسال
یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) هم‌زمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود.
مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.
موتورهای AC
موتورهای AC تک فاز
معمولترین موتور تک فاز موتور هم‌زمان قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی، تندپزها (اجاقهای ماکروویو) و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگ‌تری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز، ایجاد کنند.
هنگام راه اندازی، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکت های تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.
موتورهای AC سه فاز
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده می‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی های مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.
این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از بسامد منبع تغذیه اعمالی به موتور، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور هم‌زمان وجود دارد، موتور به صورت هم‌زمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید. موتورهای هم‌زمان (سنکرون) را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.
سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین چرخانه و میدان ایستانه، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن بسامد منبع تغذیه، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.
موتورهای پله‌ای
نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با رایانه یکی از فرمهای سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند .
موتورهای خطی
یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر مگلو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند.
ساختمان موتور آسنكرون:

1- استاتور
2- روتور
استاتور: يك استوانه تو خالی ، كه اين استوانه از صفحات نازك فولاد سيليسيم دار به ضخامت 5/0 ميليمتر ساخته شده است.و اين استوانه داخل يك پوسته چدنی پيچ شده است .
روتور: از يك استوانه آهنی كه از ورقه های مخصوص فولاد كه نسبت به هم عايق هستند ساخته شده و روی محوری سوار ميشود .
در محيط اين استوانه شيارهائی يا سوراخهائی تعبيه شده كه اين شيارها نيمه بسته يا تمام بسته هستند. كه انواع مختلفی دارد :
1- روتور قفسه سنجابی : از يك عده ميله مسی يا آلومينيومی كه در شيارهای محيطی استوانه آهنی‌ كار گذاشته است.كه بر دو نوع است كه نوع اول از ميله های‌ گرد تشكيل شده است و در نوع دوم از ميله های مستطيلی و يا به شكل دو دايره كه به هم متصل و يا جدا از هم هستند تشكيل ميشود .
روتور های قفسه ای يك طبقه ، گشتاور خوبی در شروع به كار ندارند .
روتور های قفسه ای دو طبقه ، گشتاور خوبی در شروع به كار دارند .
آيا می دانيد چرا شيارها در روی روتور مورب می باشد ؟ با مورب كردن شيارها ، لرزش و صداهای‌ موتور جلوگيری می كند. همچنين از تمايل روتور به ايستادن و قفل شدن در موقع راه اندازی جلوگيری می كند .
2- روتور سيم پيچی شده : به جای ميله ، استاتور را می توان سيم پيچی سه فاز كرد و اين سيم پيچها را به صورت ستاره وصل می كنيم . در روی محور اين موتور سه حلقه كه نسبت به هم و نسبت به محور عايق هستند (رينگ) قرار دارد . سه سر سيم پيچی روتور به اين سه حلقه متصل می شود و به وسيله جاروبكهائی كه روی حلقه ها تكيه دارند به يك مقاومت سه فاز ستاره متصل ميشود.
موتور آسنكرون با روتور سيم پيچی شده ( روتور رينگی )
روتور سيم پيچی شده : به جای ميله ، استاتور را می توان سيم پيچی سه فاز كرد و اين سيم پيچها را به صورت ستاره وصل می كنيم . در روی محور اين موتور سه حلقه كه نسبت به هم و نسبت به محور عايق هستند (رينگ) قرار دارد . سه سر سيم پيچی روتور به اين سه حلقه متصل می شود و به وسيله جاروبكهائی كه روی حلقه ها تكيه دارند به يك مقاومت سه فاز ستاره متصل ميشود.
مزايای موتور آسنكرون با روتور سيم پيچی شده :
1-در موقع شروع به كار گشتاور قوی دارد .
2-بر خلاف موتور آسنكرون با روتور قفسه ای كه جريان شروع به كار آنها كم است جريان شروع به كار كمی‌ دارد .
3-سرعت آن در مقابل بارهای مختلف تقريباً ثابت است .
4-تعداد دور آن تا حدی قابل تنظيم است .( با كم و زياد كردن رئوستا راه انداز )
5-مي توان تا حدی بار آن را زياد كرد .
معايب موتورهای آسنكرون با روتور سيم پيچی شده :
1- در مقابل تغيير ولتاژ حساسيت دارد .
2-ضريب قدرت آن در موقعيكه بار به حد نرمال نيست كم می باشد .
3-ضريب قدرت آنها نسبت به ضريب قدرت موتور آسنكرون با روتور قفسه ای كمتر
است.
موارد استفاده و كاربرد موتورهای آسنكرون با روتور سيم پيچی شده :
از موتور آسنكرون با روتور سيم پيچی شده : برای قدرت های خيلی زياد مخصوصاً اگر با فشار قوی باشد استفاده می شود و يا اينكه در موقع شروع به كار ، موتور احتياج به گشتاور زياد داشته باشد مانند به راه انداختن ترن يا جرثقيلها و غيره
با توجه به منحني مشخصه هاي رتور و كاربرد آنها ورقه هاي رتور قفسي را به چهار دسته تقسيم مي كنند كه در شكل زير به نمايش داده شده است

روتور قفسه سنجابی (Squirrel Cage Rotor )



از يك عده ميله مسی يا آلومينيومی كه در شيارهای محيطی استوانه آهنی‌ كار گذاشته است.كه بر دو نوع است كه نوع اول از ميله های‌ گرد تشكيل شده است و در نوع دوم از ميله های مستطيلی و يا به شكل دو دايره كه به هم متصل و يا جدا از هم هستند تشكيل ميشود .
روتور های قفسه ای يك طبقه ، گشتاور خوبی در شروع به كار ندارند .
روتور های قفسه ای دو طبقه ، گشتاور خوبی در شروع به كار دارند .
آيا می دانيد چرا شيارها در روی روتور مورب می باشد ؟ با مورب كردن شيارها ، لرزش و صداهای‌ موتور جلوگيری می كند. همچنين از تمايل روتور به ايستادن و قفل شدن در موقع راه اندازی جلوگيری می كند .

مزايای موتور آسنكرون با روتور قفسه ای :
1-جريان دائم كه در موتورهای سنكرون مورد احتياج بود ، احتياج دارد.
2-ساختمان اين موتور ساده است .
3-امكان افزايش بار در آنها زياد است .
4-سرعت آن در بارهای مختلف تقريباً ثابت است .
5-ضريب قدرت بهتری نسبت به موتور آسنكرون با روتور سيم پيچی‌ شده دارد .

معايب موتور آسنكرون با روتور قفسه ای :
1-در موقع شروع به كار جريان زيادی‌ از شبكه ميگيرد .
2- گشتاور شروع به كار آن كم می‌باشد .
3-در موقعيكه بار آن به حد كافی نيست ضريب قدرتش كم است .
4-در مقابل تغيير فشار الكتريكی حساسيت دارد .
5-تنظيم تعداد دور آنها مشكل می باشد .

موارد استفاده و كاربرد موتورهای آسنكرون :
1-موتور آسنكرون با روتور سنجابی كه روتور آن دارای يك قفسه هادی است : برای قدرتهای كم و غالباً به صورت تك فاز ساخته می شوند . موارد كاربرد آن موتورهای كولر و لباسشوئی و و يخچال و غيره می باشد .
2-موتور آسنكرون با روتور سنجابی كه روتور آن دارای دو قفسه هادی است : دارای‌ گشتاور شروع به كار خوب و جريان راه اندازی آنها نيز نسبتاً كم است بنابراين ميتوان از اين موتور در جاهايی كه قدرت زياد احتياج است استفاده شود .
به جای ميله ، استاتور را می توان سيم پيچی سه فاز كرد و اين سيم پيچها را به صورت ستاره وصل می كنيم . درروی محور اين موتور سه حلقه كه نسبت به هم و نسبت به محور عايق هستند (رينگ) قرار دارد . سه سر سيم پيچی روتور به اين سه حلقه متصل می شود و به وسيله جاروبكهائی كه روی حلقه ها تكيه دارند به يك مقاومت سه فاز ستاره متصل مي شود.
موتورهاي الكتريكي سه فاز انواع روتور قفسي سنجابي (قفسي) از مسائلي كه در تعيين اساس رفتار موتورهاي القايي حايز اهميّت است مقادير مقاومت هاي اهمي و القايي فازي روتور مي باشد0معمولاً در هنگام راه اندازي مقدار مقاومت القايي فازي مدار روتور از مقاومت اهمي فازي آن چند برابر بزرگتر مي باشد كه اين نوع طراحي براي كاهش مقدار كشتاور و راه اندازي مورد نياز مي باشد ولي از معايب آن افزايش جريان راه اندازي تا چندين برابر جريان نامي خواهد بود كه اگر مقدارمقاومت اهمي را تا نزديكي مقدار مقاومت القايي افزايش دهيم در اين صورت مي توانيم مقدار جريان راه اندازي را تا حد زيادي كاهش دهيم ولي از سوي ديگر گشتاور راه اندازي مورد نياز موتور تا حد زيادي افزايش خواهد يافت 0 به همين منظور براي افزايش مقدار مقاومت اهمي فازي روتور به جاي استفاده از آلومينيوم خالص در ساخت ميله هاي قفس روتور از جنس خاصي كه از آلياژهاي آلو مينيوم مي باشد استفاده مي نماييم تا مقاومت اهمي بيشتري به وجود آيد كه در نتيجه با افزايش مقاومت اهمي روتور مقدار اختلاف فاز بين ولتاژ و جريان روتور كاسته شده و ضريب قدرت در روتور افزايش مي يابد و با افزايش ضريب قدرت مقدار توان حقيقي روتور افزايش يافته و گشتاور راه اندازي بالاتري به دست خواهد آمد . البته انجام اين عمل داراي معايبي مي باشد زيرا با افزايش مقاومت اهمي ميزان تلفات نيز بيشتر خواهد شد و راندمان سيستم پايين مي آيد . بنابراين معمولاً براي بدست آوردن مقاومت اهمي و القايي مورد نياز از آلياژ آلومينيوم استفاده نمي‎نماييم بلكه با ابعاد ميله هاي روتور قفسي و عمق شيارهاي روتور و يا تغيير شكل هندسي آنها خواسته خويش را اعمال مي نماييم0 در نتيجه اتحاديه N.E.M.A روتورهاي قفس سنجابي را در چهار گروه دسته بندي مي نمايند كه اين چهار گروه A,B,C,D هر كدام داراي مشخصات و كاربردهاي ويژه اي بوده كه متناسب با گشتاور راه اندازي و جريان مربوط به راه اندازي در هر كدام مي باشد . به طور كلي مي توان مشخصات هر كدام از اين گروه ها را به اين صورت بيان نمود : در طراحي N.E.M.A گروه A از ميله هاي بزرگ در نزديكي سطح استفاده مي گردد كه در نتيجه آن روتور با امپدانس پايين خواهيم داشت 0 در طراحي N.E.M.A گروه B از ميله هاي بزرگ و در عمق با شيار عميق استفاده مي شود كه در نتيجه آن راكتانس روتور افزايش خواهد يافت. در طراحي N.E.M.A گروه C از روتور دوقفسه اي يا روتورهاي با امپدانس دوگانه استفاده مي گردد0 در طراحي N.E.M.A گروهD از ميله هاي كوچك و با شيارهاي كم عمق و نزديك به سطح استفاده مي نماييم كه در اين صورت مقاومت روتور افزايش مي يابد . براي توضيح عملكرد اين گروه ها به اين صورت عمل مي نماييم كه با توجه به اين كه مقاومت القايي همان شكل منتقل شده مقدار فوران نشتي يا فوران پراكندگي مي باشد . خطوط نشتي مربوط به شارهاي مغناطيسي روتور مي باشد كه سيم پيچهاي استاتور را قطع نمي نمايد . بنابر اين اگر ميله هاي روتور يا قسمتي از آنها دورتر باشد مقدار فوران پراكندگي بيشتر خواهد شد0 زيرا مقدار كمتري از خطوط مغناطيسي روتور به سيم پيچهاي استاتور مي رسد بنابراين اگر ميله هاي يك روتور قفسي سنجابي داراي عمق كم و نزديك به سطح آن باشد مقدار فوران پراكندگي ، كوچك خواهد بود و مقدار مقاومت القايي در مدار معادل كوچكتر مي باشد . از طرف ديگر اگر ميله هاي روتور در عمق بيشتري نسبت به سطح آن قرار داشته باشد ميدان پراكندگي بزرگتري به وجود خواهد آمد و در نتيجه مقاومت القايي يا راكتانس روتور بزرگتر خواهد شد0 از سوي ديگر بزرگي و كوچكي ميله ها در مقدار مقاومت اهمي مؤثر مي باشند زيرا مقدار مقاومت با سطح هادي نسبت عكس دارد بنابراين اگر به عنوان مثال روتور داراي ميله هاي بزرگ و نزديك به سطح آن باشد در اين طراحي مقاومت اهمي كم (به علّت سطح مقطع بزرگ آن ) و راكتانس پراكندگي و در نتيجه مقاومت القايي كم خواهد شد (به علت نزديكي ميله ها به سطح) 0 بنابراين به علت مقاومت اهمي كوچك مقدار گشتاور بحراني يا گشتاور شكست به سرعت سنكرون بسيار نزديك مي گردد و در نتيجه موتور داراي راندمان بالاتري مي باشد0در نهايت چون مقدار مقاومت اهمي كوچك مي باشد ، گشتاور راه اندازي موتور مقدار كمي خواهد شد و جريان راه اندازي زياد مي شود 0 كه در اين نوع طراحي روتور در استاندارد ملّي سازندگان وسايل الكتريكي N.E.M.A گروه A مي گويند كه در حال حاضر اغلب موتورهاي القايي داراي اين كلاس طراحي مي باشند كه مشخصات آن با موتور داراي روتور سيم پيچي شده به هم شبيه است0 حال اگر روتور داراي ميله هاي كوچك نزديك به سطح باشد به علت كوچكي سطح مقطع ميله ها مقدار مقاومت اهمي آن زياد شده و از طرفي چون ميله ها در عمق كم و نزديك به سطح قرار دارند ميزان خطوط پراكندگي نيز كم مي باشد بنابراين گشتاور راه اندازي اين موتورها داراي مقدار بسيار زيادي مي باشد و گشتاور بحراني آنها در لغزش هاي بالا ( سركت كم ) رخ مي دهد ولي مقدار جريان راه اندازي در آنها نسبتاً كوچك مي گردد كه به اين طراحي در N.E.M.A گروه D گفته مي شود. طراحي با ميله هاي عميق و دوقفسه هاي: اصولاً هر دو طراحي توضيح داده شده در بالا (گروههايA وD) مشابه يك موتور كه داراي روتور سيم پيچي شده و با دو دسته مقاومت متفاوت روتور مي باشد 0 حال طراحي نوعي روتور مطلوب است كه داراي گشتاور راه اندازي زياد و جريان راه اندازي كم طراحي در گروه D را با لغزش كار عادي كم و راندمان زياد طراحي در گروه A را ناشي از گشتاور راه اندازي كم و جريان راه اندازي زياد مي باشد را به يكديگر تركيب نمايد؟ ايجاد مقاومت اهمي روتور با به كار بردن ميله در شيار هاي عميق روتور و يا روتور دو قفسه اي امكان پذير مي باشد . اساس طراحي روتور با شيار عميق در لغزش كم و فركانس بسياركوچك روتور مي باشد و مقدار مقاومت القايي موازي شده در ميله ها در مقايسه با مقدار مقاومت اهمي آنها بسيار كوچك است. در اين نوع طراحي مقدار امپدانس تمام قسمتهاي ميله تقريباً با هم برابر مي باشند يعني جريان از تمام قسمتهاي ميله به طور يكسان عبور مي نمايد . سطح مقطع بزرگ ، مقاومت اهمي روتور را بسيار كوچك مي نمايدو در نتيجه مقدار راندمان در لغزشهاي كم (سرعتهاي زياد ) بالا مي رود . در لغزشهاي بزرگ (هنگام راه اندازي ) مقدار مقاومت القايي در مقايسه با مقاومت اهمي ميله هاي روتور داراي مقادير بزرگي مي باشد و اين بدان معناست كه تمام جريانها مجبور به گذشتن از قسمتهايي كه داراي مقاومت القايي كوچك كه به سيم پيچ هاي استاتور نزديكتر هستند ، مي باشند . از طرفي چون سطح مقطع ميله ها كوچك مي باشد ، مقاومت اهمي روتور بيشتر از حالت قبل است كه در نتيجه اين مسائل ، گشتاور راه اندازي نسبتاً بزرگ شده و جريان راه اندازي كمتري نسبت به كلاس A به وجود مي آيد. عيب روتورهاي دوقفسه اي در اين است كه از انواع روتور هاي قفس سنجابي ديگر گرانتر بوده اماطراحي آنها از روتور سيم پيچي شده ارزانتر مي باشند0 ظمناً در موتورهاي با روتور دو قفس به دليل بزرگ بودن سطح شيارهاي آنها ، ميزان خطوط پراكندگي بيشتر بوده و نتيجتاً ميدان پراكندگي به وجود مي آيد و هنگامي كه موتور در نقطه نامي كار مي نمايد مقدار ضريب قدرت و راندمان موتور مقدار تقريباً كمي مي باشد0 نمونه كاربردهاي موتورهاي القايي با روتور قفس سنجابي ( قفسي): به علّت مزاياي زيادي كه موتور هاي القايي قفسي دارا مي باشند استفاده هاي زيادي از اين موتور ها مي گردد . از جمله اين مزاير مي توان به ساختمانهاي ساده و وزن كم و قيمتهاي پايين اين موتور ها اشاره كرد . ضمناً مسئله حفظ و نگهداري آنها نيز داراي مشكلات زيادي نبوده و تعمير آنها نسبتاً با سهولت انجام مي گيرد .و از مزاياي ديگر آنها نزدن جرقه در هنگام استفاده از آنها مي باشد كه استفاده از آنها را دراكثر مكانها ميسر مي سازند. كاربرد اين موتورها از توانهاي كوچك تا توانهاي نسبتاً زياد متداول مي باشد . با توجه به اين كه بهترين وضعيت كاري موتور هاي القايي با روتور قفسه سنجابي در بار نامي مي باشد و در بي باري يا بارداري با بارهاي كم داراي ضريب قدرت و راندمانهاي پايين مي باشند ولي در بار نامي داراي راندمان و ضريب توان قابل قبولي هستند . از جمله كاربردهاي موتورهاي القايي با روتور قفسه سنجابي در جرثقيل هاي كوچك و متوسط ، فن ها ، ماشين ابزارها و دستگاه هاي كشاورزي و بادبزنها و ساير امور مي باشد. از معايب اصلي اين موتورها مقدار زياد جريان راه اندازي و همچنين كنترل سرعت محدود در آنها مي باشد كه در بعضي جاها ، كاربرد آنها را محدود مي سازد0 موتورهاي آسنكرون با روتور سيم پيچي شده (رتور رينكي): در اين نوع موتورهاي القايي (آسنكرون) ساختمان استاتور همانند موتورهاي القايي با رتور قفس سنجابي مي باشد . اما بر خلاف ساختمان استاتور در دو ،حالت ، شكل روتور ها در موتورهاي القايي رتور قفس سنجابي با موتورهاي القايي داراي رتور سيم پيچي شده داراي اختلاف اساسي مي باشند و در آن به جاي ميله هاي آلومينيومي از سيم پيچي هاي سه فازه همانند سيم پيچي استاتور استفاده مي گردد0 در اصل در رتور موتور هاي القايي رتور سيم پيچي شده از يك سيم پيچي سه فاز تصوير آيينه اي سيم پيچ هاي استاتور است بهره مي گيريم 0 سيم پيچي هاي سه فاز رتور معمولاً به صورت اتصال ستاره (Y ) بسته مي شوند و انتهاي سر سيم رتور به حلقه هاي لغزش روي محور بسته مي شوند . سيم پيچي هاي رتور از طريق جاروبك سوار شده و بر روي حلقه هاي لغزش آن اتصال كوتاه مي شوند بنابر اين در موتورهاي القايي با رتور سيم پيچي شده ، جريان هاي رتور در جاروبك هاي استاتور قابل دستيابي مي باشد و از آنجا مي توان به بررسي جريانها پرداخت و مقاومت اضافي در مدار رتور را سوار نمود و در نتيجه از مزّيت اين خاصيت استفاده كرده و مشخصه گشتاور بر حسب سرعت موتور را تغيير داد . در نتيجه در ساختمان رتور سيم پيچي شده ، بر روي شفت رتور ، هسته مغناطيسي كه مركب از ورقه هاي مغناطيسي مي باشد و رينگها نصب مي گردد. ضمناً لازم به ذكر است كه نبايد رينگها به محور و همچنين به يكديگر متصل باشند بنابراين رينگها نسبت به هم و همچنين نسبت به شفت ، عايق مغناطيسي مي باشند . سيم پيچ هاي رتور بر روي شيا رهايي كه از قبل بر روي هسته پيش بيني مي گردد ، سوار مي شوند. ضمناً از مقاومت هاي اضافي كه بر روي مدار رتور قرار مي گيرد معمولاً به عنوان راه اندازي و همچنين براي كنترل سرعت چرخش رتور ، استفاده مي شود 0 سه سر خروجي سيم پيچ هاي رتور را به صورت قرار دادي با حروف K,L,M نمايش مي دهيم . البته لازم به ذكر است كه در بعضي مواقع كه موتور القايي داراي قدرت بالا مي باشد به جاي سيم پيچي سه فاز در رتور از سيم پيچي دوفاز استفاده مي گردد كه در اين حالت سرهاي خروجي رتور را با حروف K,L,Q نمايش مي دهند. عملكرد موتور القايي ، با رتور سيم پيچي شده متصل به بار: يكي از مزاياي اين نوع موتورهاي القايي نسبت به موتور هاي القايي با رتور قفسي در كنترل بهتر سرعت چرخش رتور آنها مي باشد . اگر در يك موتور القايي با رتور سيم پيچي شده حلقه هاي لغزنده را به يكديگر اتصال كوتاه نموده و سپس سيم پيچي استاتور را به شبكه وصل كرده و باري را بر روي محور موتور قرار دهيم رفتار آن همانند موتورهاي القايي با رتور قفسي خواهد بود ولي اگر براي متصل نمودن حلقه هاي لغزنده به يكديگر از تعدادي مقاومت راه انداز استفاده نماييم طبق رابطه اصلي گشتاور اين افزايش مقاومت در مدار رتور براي تغذيه نمودن بار معيّن كه داراي گشتاوري مشخص مي باشد موجب بالا رفتن مقدار لغزش مي گردد و با توجه به ثابت بودن سرعت ميدان دوار استاتور اين تغيير لغزش نشان دهنده تغيير سرعت چرخش رتور مي باشد 0 بنابراين در اين نوع موتورهاي القايي كه داراي رتور سيم پيچي شده هستند براي كنترل دور آن مقاومت هاي راه انداز كه در مسير اتصال حلقه هاي لغزنده قرار مي‏گيرند، استفاده مي نماييم . بنا بر اين در اين موتور ها ، با توجه به ثابت بودن مقدار گشتاور در زير بار مكانيكي امكان كنترل دور موتور بسيار راحتتر از موتور هاي آسنكرون داراي رتور قفسي مي باشد0 البته از معايب اين روش به وجود آمدن تلفات حرارتي زيادي در مقاومت هاي راه انداز و به هنگام كاهش سرعت به خصوص در موتورهاي داراي توان بالا خواهد بود كه اين مسئله در بعضي حالات به دليل بالا رفتن بيش از حد هزينه هاي اقتصادي ، مقرون به صرفه نمي باشد. كاربرد موتورهاي القايي با رتور سيم پيچي شده : موتور هاي القايي با رتور سيم پيچي شده معمولاً داراي توانهاي بين 5 تا 100 كيلو وات مي باشند و معمولاً در ماشين ابزارهاي بزرگ و ماشينهاي سنگ شكن و جرثقيل‏هاي صنعتي و يا پمپ هاي مربوط به چرخش آب از آنان استفاده مي نمايند . موتورهاي القايي با رتور سيم پيچي شده چون داراي ساختمان پيچيده تري نسبت به موتور هاي القايي با رتور قفس سنجابي بوده بوده و همچنين داراي مشكلات بيشتري در تعمير و نگهداري بوده و از لحاظ اقتصادي نيز نيز گرانتر مي باشند بنابراين حوزه كابرد كوچكتري نسبت به موتورهاي القايي با رتور قفسي دارند. از طرفي به علّت وجود حلقه هاي لغزان و جاروبكها كه سبب ايجاد جرقه هايي در موتور شده نمي توان از آنها در محيط هاي كاري كه امكان آتش سوزي درآنها زياد است ، استفاده نمود . ضمناً اين موتورها غالباً داراي مقدار قابل توجهي تلفات مكانيكي كه از اصطكاك قطعات به وجود مي آيد، مي باشند . بنابراين با توجه به اين توضيحات از اين نوع موتور هاي القايي در مكانهاي خاصي استفاده مي نماييم . از ديگر مسائلي كه در كاربرد هاي موتورهاي القايي با رتور سيم پيچي شده بايد به آن توجه نمود تنظيم عملكرد مقاومتهاي راه انداز در مدار رتور مي باشد . در راه اندازي اين نوع موتورها اگر كنترل عملكرد مقاومتهاي راه انداز مدار رتور به صورت دستي باشد ، بايد اين عملكرد را با دقت زماني زيادي انجام داد و خارج كردن اين مقاومتها از مدار در زمان مناسب انجام بگيرد كه در اين زمان متناسب با سرعت چرخش رتور مي باشد و چون اين عمل خالي از مشكل نيست بنابراين غالباً از كنترل اتوماتيك براي مقاومتهاي راه انداز مدار رتور استفاده مي نمايند و براي اين كار از يك سري مدارات كنتاكتوري براي كنترل اين مقاومتهاي راه انداز استفاده مي نمايند كه با اين كار عملكرد آنها دقيق و منظم و همچنين قابل تنظيم در زمانهاي دلخواه مي باشد ولي از جهت ديگر از لحاظ اقتصادي هزينه اي را در بر خواهد داشت0نكته لازم به ذكر اين است كه براي آنكه تلفات مكانيكي كه ناشي از اصطكاك قطعات است كاسته شود و همچنين عمر مفيد موتور بيشتر گردد معمولاً در موتورهايي كه داراي توان نسبتاً بالا و بيشتر از 20 كيلو وات دارند پس از راه اندازي ، جاروبكها يا كلكتورها را از روي حلقه ها برداشته و سپس حلقه هاي لغزنده بر روي سيم پيچ ها را به يكديگر متصل مي نمايند0 روشهاي كنترل سرعت در موتورهاي القايي : همانطور كه در گذشته نيز گفته شد از معايب اصلي موتورهاي آسنكرون نسبت به موتورهاي DC در عدم امكانات مناسب در كنترل سرعت آنها مي باشد كه به همين دليل در صنعت كه احتياج به كنترل دور موتور با دقت زياد و در رنج وسيعي مي باشد استفاده از ماشينهاي DC ترجيح داده مي شود و اين مسئله در هنگامي كه گشتاور راه اندازي بزرگي نيز مورد احتياج باشد ، تشديد مي گردد . به همين دليل براي كنترل سرعت ماشينهاي القايي نيز تمهيداتي انجام گرفته است كه توسط آنها بتوان تا حد امكان به كنترل سرعت اين موتورها پرداخت0 به طور كلي به چهار روش مي توان به كنترل دور موتورهاي القايي پرداخت كه اين موارد عبارتنداز : 1-كنترل دور به وسيله كنترل ولتاژ 2-كنترل دور توسط كنترل فركانس 3-كنترل دور به وسيله كنترل ولتاژ و كنترل فركانس به صورت همزمان 4-كنترل سرعت از طريق كنترل جفت قطب در بين اين روشها بهترين روش كنترل دوربه وسيله كنترل همزمان ولتاژ و فركانس مي باشد چون مقدار فوران ميدان مغناطيسي دوار موتورهاي القايي متناسب با نسبت ولتاژ به فركانس مي باشد بنا براين در صورتي كه به همان نسبت كه ولتاژ را تغيير مي دهيم مقدار فركانس را نيز تغيير دهيم نتيجتاً مقدار دامنه‏ي ميدان مغناطيسي دوار موتور تغييري نمي‎نمايد و در نتيجه در كار ماشين اختلالي وجود نخواهد داشت. از طرف ديگر با تغيير مشخصات منبع تغذيه منحني گشتاور بر حسب سرعت تغيير خواهد نمود . عيب اين روش در قيمت بسيار بالاي مبدلهايي مي باشند كه به صورت همزمان فركانس و ولتاژ را كنترل مي نمايند و همچنين داراي ساختمان پيچيده اي هستند و تعمير و نگهداري آنها مشكل مي باشد و بعضاّ هزينه هاي مربوط به اين مبدّل ها از هزينه مربوط به خود موتور بيشتر مي گردد . بنابراين در بسياري از مواقع از لحاظ اقتصادي استفاده از اين روش براي كنترل سرعت موتور القايي مقرون به صرفه نمي باشد

منبع:انجمن مهندسی برق