تحقیق مقاله انواع موتورهای متناوب

چون مقدار زیادی از قدرت الکتریکی تولید شده بصورت متناوب میباشد ، بیشتر موتورها طوری طرح شده اند که با جریان متناوب کار کنند . این موتورها در بیشتر موارد میتوانند دو برابر موتورهای جریان مستقیم کارکنن و زحمت آنها در موقع کارکردن کمتر است ، چون در موتورهای جریان مستقیم همیشه اشکالاتی در کموتاسیون آنها ایجاد میشود که مستلزم عوض کردن ذغالها یا زغال گیرها و یا تراشیدن کلکتور است . بعضی موتورهای جریان متناوب با موتورهای جریان مستقیم کاملا فرق دارند ، بطوریکه حتی در آنها از رینگ های لغزنده هم استفاده نمیشود و برای مدت طولانی بدون ایجاد درد سر کار میکنند .

موتورهای جریان متناوب ، عملا برای کارهایی که احتیاج به سرعت ثابت دارند ، مناسب هستند . چون سرعت آنها به فرکانس جریان متناوب اعمال شده به سر های موتور ، بستگی دارد . اما بعضی از آنها طوری طرح شده اند که در حدود معین ، دارای سرعت متغیر باشد .

موتورهای جریان متناوب میتوانند طوری طرح شوند که با منبع جریان متناوب یک فاز یا چند فاز کار کنند . ولی چه موتور یک فاز باشد و یا چند فاز ، روی اصول یکسانی کار میکنند ، اصول مزبور عبارتست از این که جریان متناوب اعمال شده به موتور یک میدان مغناطیسی گردانی تولید میکند و این میدان باعث میشود که روتور بگردد .

 موتورهای جریان متناوب عموما به دو نوع تقسیم بندی می شوند :

موتورهای سنگرون

موتورهای القایی .

موتور سنکرون در واقع یک آلترناتور است که بعنوان موتور کار میکند و در آن جریان متناوب به استاتور و جریان مستقیم به روتور اعمال میشود موتورهایی القایی شبیه به موتورهای سنگرون هستند با این تفاوت که در آنها روتور به و منبع قدرت وصل می  شود .

از دو نوع موتورهای جریان متناوب ذکر شده ، موتورهای القائی به مراتب خیلی بیشتر از موتورهای سنکرون مورد استفاده قرار میگیرند . 

میدان گردان :

همانطور که گفته شد میدان گردانی که از اعمال جریان متناوب به موتور ، تولید میگردد باعث گردش روتور میشود . اما قبل از اینکه یاد بگیرید چگونه یک میدان گردان باعث حرکت روتور میشود ، باید اول درک کنید که چگونه یک میدان گردان باعث حرکت روتور میشود ، باید اول درک کنید که چگونه میتوان میدان مغناطیسی  گردان تولید کرد . دیاگرام زیر، یک استارتور سه فازه را نشان میدهد که جریان متناوب سه فاز آن اعمال شده است ، همانطور که نشان داده است ، سهم پیچها بصورت دلتا به یکدیگر اتصال دارند و کلاف هر یک از سیم پیچها بصورت دلتا به یکدیگر اتصال دارند و دو کلاف هر یک از سیم پیچها در یک جهت سیم پیچی شده است .

در هر لحظه ، میدان مغناطیسی تولید شده بوسیله هر یک از سیم پیچها بستگی دارد به جریانی که از آن میگذرد . اگر جریان صفر باشد ،میدان مغناطیسی هم صفر خواهد بود اگر جریان ماکزیمم باشد ، میدان مغناطیسی هم ماکزیمم خواهدبود و چون جریان فازها 120 درجه با هم اختلاف فاز دارند ، میدان های مغناطیسی تولید شده هم 120 درجه با هم اختلاف فاز خواهند داشت . حال سه میدان مغناطیسی مزبور که در هر لحظه وجود دارند ، با هم ترکیب میشوند و یک میدان منتجه تولید میکنند که روی روتور عمل میکند . در آینده خواهید دید که هر لحظه میدان های مغناطیسی ترکیب میشوند ، میدان مغناطیسی منتجه پیوسته در حال حرکت است و بعد از هر سیکل کامل جریان متناوب ، میدان مغناطیسی مزبور هم با اندازه 360 درجه یا یک دور دوران میکنند.

دیاگرام زیر ، شکل موج جریانهای اعمال شده به استاتور سه فازه مزبور را نشان میدهد . این شکل موج ها 120 درجه با هم اختلاف فاز دارند . شکل موجهای مزبور میتوانند نشان دهنده سه میدان مغناطیسی باشد که بوسیله هر یک از سیم پیچ تولید میشود . به شکل موجها وابسته شده است که مشابه فاز مربوطه میباشد با استفاده از شکل موجها ، میتوانیم در هر 6/1 دور ( معادل 60 درجه ) میدانهای مغناطیسی تولید شده را با هم ترکیب کنیم تا جهت میدان مغناطیسی منتجه پیدا شود. در نقطه 1 ( شکل موج C مثبت وشکل B منفی است .به عبارت دیگر جریانهای گذرنده از سیم پیچ های فاز C,B غیر هم جهت هستند و بنابراین جهت میدانهای مغناطیسی ناشی از C,B هم غیر هم جهت هستند . در بالای نقطه 1 جهت میدان بطرز ساده ای نشان داده شده است . توجه داشته باشید که B1 قطب شمال و B قطب جنوب است همین ترتیب C قطب شمال و C1 قطب جنوب است . چون درنقطه1 هیچ جریانی از سیم پیچ فاز نمیگذرد ، میدان مغناطیسی آن صفر است .

نقطه 2یعنی 60 درجه بعد ، شکل موج جریانهای فازهای B,A مساوی و مخالف یکدیگر و شکل موج C صفر است و بنابراین میدان مغناطیسی منتجه باندازه60 درجه دیگر گردیده است . درنقطه 3 ، شکل موج B صفر است و میدان مغناطیسی منتجه با اندازه 60 درجه دیگر میگرد و به همین ترتیب از نقطه 1تا نقطه 7 ( مشابه یک جریان متناوب 9 میدان مغناطیسی منتجه باندازه یک دور کامل میگردد .

در نتیجه اعمال جریان متناوب سه فاز سه سیم پیچی که بطور قرینه در اطراف اسناتور جای گرفته باشند باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی گردان میشود که این میدان باعث دوران روتور میشود .

موتور سنکرون :

علت اینکه به این نوع موتورهای سنکرون میگویند این است که روتور آن  با میدان مغناطیسی گردان تولید شده در استاتور همگام است . ساختمان این موتورها اساس شبیه به آلترناتور قطب برجسته است . میدانید که اعمال جریان سه فاز به استاتور یک میدان مغناطیسی گردان در اطراف روتور تولید میکند . اما چون روتوربه یک منبع جریان مستقیم وصل است مانند یک آهنربای میله ای عمل خواهد کرد . از قبل میدانید که اگر یک آهنربای میله ای بطور معلق در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرد، آنقدر دوران خواهد کرد تا در امتداد آن قرار بگیرد . به همین ترتیب روتور سنکرون مانند یک آهنربای میله ای عمل کرده و در امتداد میدان مغناطیسی تولید شده در استاتور قرار خواهد گرفت . در این حالت اگر میدان مغناطیسی دوران کند ، روتور هم همراه آن دوران خواهد کرد . اگر میدان مغناطیسی گردان قوی باشد ، یک نیروی گردنده قوی بر روتور وارد شده و در نتیجه روتور قادر خواهد بود که موقع گردیدن یک باری را بگرداند

سرعت گردش میدان مغناطیسی به فرکانس جریان سه فاز اعمال شده به استاتور ، بستگی دارد و چون فرکانس جریان ثابت است ، موتورهای سنکرون، عملاً موتورهایی  با یک سرعت معنی هستند. در نتیجه برای مواردی مورد استفاده قرار میگیرند که از حالت بی باری تا حالتی که بار موتور ماکزیمم است سرعت ثابتی مورد نیاز باشد .

یکی از عیب های موتور سنکرون این است که نمیتواند از حالت سکون (ایست) خود با اعمال جریان متناوب سه فاز شروع بکار کند چون متناوب اعمال شده به استاتور ، یک میدان گردانی با سرعت زیاد تولید میکند.

این میدان گردان قطب های روتور آنقدر سریع  عقب میزند که موتور فرصت پیدا نخواهد کرد که راه اندازی شود ابتدا در یک جهت دفع میشود و لحظه ای بعد در جهت دیگر .

به عبارت دیگر ، موتور سنکرون ، درحالت اصلی خود ، درموقع شروع بکار بکردن هیچ کوپلی نخواهد داشت و بنابراین همیشه بوسیله یک موتور القایی کوچک و یا بوسیله سیم پیچ هائیکه معادل ترکیب فوق باشد ، راه اندازی میشود سپس وقتی سرعت موتور به سرعتی نزدیک به سرعت سنکرون رسید به یک منبع جریان مستقیم وصل میشود . روتور با میدان گردان به گردش  ادامه میدهد .

حالا خواهد دید که چگونه جریان متناوب یک فاز اعمال شده به سیم پیچی استاتورهم میتواند یک میدان مغناطیسی پالسی تولید کند که به این وسیله برای راندن موتور مورد استفاده قرار بگیرد :

هر لحظه که قطب های روتور به سیم پیچی استاتور نزدیک میشود ، جهت میدان استاتور باید طوری هر لحظه عوض شود که آنرا جذب کند و به آن گشتاوری در جهت حرکتش بدهد بنابراین جریان میدان در سیم پیچی استاتور باید در فاصله ای که قطب های غیر همنام روتور به سیم پیچی استاتور نزدیک میشود ، باندازه نصف سیکل تغیر کند دیاگرام زیر ، جهت میدان استاتور را که بوسیله اعمال کردن جریان متناوب یک فاز ایجاد میشود ، معین میکند . شکل اول نصف سیکل جریان متناوب را نشان میدهد میبینید که وقتی روتور خودش را با میدان استاتور همگام کرد ، قطبهایش بوسیله سیم پیچ های استاتور جذب میشود . در شکل دوم برای نصف دیگر سیکل جریان متناوب جهت میدان  استاتور برعکس میشود وکوپل لازم برای حرکت روتور 180 درجه گردیده است سپس یکبار دیگر وقتی قطب های روتور به سیم پیچ استاتور نزدیک میشود ، یکدیگر را جذب کرده و درنتیجه روتور در جهت قبلی میگردد بخاطر داشته باشد که  مانند موتورهای سنگرون سه فاز ، موتور یک فاز هم به یک وسیله راه اندازی احتیاج داردکه به روتور آن، گشتاوری درجهت معینی بدهد.

توجه داشته باشید که در موتورهای سنکرون یک فاز کوچک ، ممکن است روتور را از مغناطیسی دائمی بسازند ، در اینصورت احتیاج به سیم پیچی های میدان و جریان مستقیم که به آن اعمال شود ، ندارد .

موتور القایی :

موتور القایی یکی از انواع موتورهای جریان متناوب است که بعلت سادگی و محکم بودن و قیمت ارزان ساختن آن ، بیش از هر موتوری مورد استفاده قرار میگیرد . این خصوصیات موتور القایی به این علت که روتور آن به هیچ منبع ولتاژ خارجی وصل نمیشود و دلیلی اینکه موتور القایی گفته میشود ، اینست که در اثر دوران میدان مغناطیسی استاتور جریان های متناوبی در مدار روتور القاء می شود . ساختمان استاتور موتور القایی وموتور سنکرون تقریبا یکسان است اما روتور های آنها کاملا با هم فرق میکنند .روتور موتورهای القایی از یک استوانه مورق ساخته شده است که در روی آن شیارهایی وجود دارد و سیم پیچ هایی در این شیارها قرار میگیرد . این سیم پیچ ها دو نوع هستند . نوع خیلی معمولی آن از سیم های کلفت مسی یا آلومینومی تشکیل شده است که سرههای آنها بوسیله دوحلقه فلزی به یکدیگر متصل است وشکلی میسازند که شبیه فقس سنجابها میباشد و بعلت ولتاژ خیلی ضعیفی در سیم های روتور تولید میشود ، هیچ عایقی بین هسته روتور سیم ها وجود ندارد . ضمنا فاصله هوایی بین روتوروساتاتور خیلی کوچک در نظر گرفته شده است ، تا ماکزیمم شدت میدان روی رتور عمل میکند .

نوع دیگر سیم پیچی روتور موتورهای القایی دارای کلافهایی است که در شیار های روتور قرار میگرند و دراینصورت موتور را با روتورسیم پیچی شده میگویند .

صرف نظر از نوع روتوری که در موتورهای القایی مورد استفاده قرار میگیرد ، اساس کارشان یکی است یعنی درهر دو حالت وقتی جریان متناوب به سیم پیچهای استاتور اعمال میشود ، میدان مغناطیسی گردانی تولید میشود . این میدان مغناطیسی . سیمهای روتور را قطع کرده ، جریانی در آنها القا میکند . همانطورکه از مطالب گفته شده در پیش میدانید این جریان القا شده ایم میدان مغناطیسی دراطراف هادی های روتور ایجاد میکند که میدان مزبور کوشش میکند با میدان استاتور همگام شود اما چون میدان استاتور دائما درحال گردش است ،روتور نخواهد توانست که به آن برسد ولی همیشه میدان مزبور را تعقیب میکند .

همانطور که از قانون لنز میدانید ، هر جریان القایی کوشش میکند که باتغییر میدانی که آنرا القا کرده است ، مخالف کند در مورد موتور القایی عامل تغییر ، حرکت میدان استاتور است . بنابراین در اثر عکس العمل بین میدان رتور واستاتور نیروی به روتور وارد میشود که حرکت دائم میدان استاتور را از بین ببرد . به عبارت دیگر روتورد در همان جهتی خواهد گردید که میدان استاتور میگردد و کوشش خواهد کرد که به آن برسد و در عمل تا آنجا که وزن و مقدار باریکه روی موتور است اجازه بدهد ، سرعت روتور تا نزدیکی های سرعت میدان استاتور خواهد رسید .