دانلود تحقیق اماده درباره :

همه چیز درمورد ساختمان و طرز کار و کاربرد انواع موتورهای یکفاز و موتور القاء

موتورهای الکتریکی تک فاز و انواع، ساختمان، طرز کار و کاربردهای آن‌ها

مقدمه‌ای بر دنیای پرکاربرد موتورهای تک‌فاز

موتورهای الکتریکی تک‌فاز، قلب تپنده صنایع کوچک، خانه‌ها و ادارات هستند. این قهرمانان گمنام، از یخچال و لباسشویی گرفته تا ابزارهای کارگاهی و تهویه مطبوع، زندگی روزمره ما را به حرکت درمی‌آورند. اما آیا تا به حال به پیچیدگی‌های نهفته در سادگی ظاهری آن‌ها فکر کرده‌اید؟

این مقاله، دریچه‌ای به دنیای شگفت‌انگیز موتورهای تک‌فاز می‌گشاید. از اصول پایه و تئوری‌های میدان مغناطیسی گرفته تا جزئیات سیم‌بندی و انواع گوناگون آن‌ها، هر آنچه نیاز دارید را به زبانی ساده و جذاب فرا خواهید گرفت. بیایید با هم به عمق این ماشین‌های الکتریکی پرکاربرد سفر کنیم و رازهای عملکردشان را کشف کنیم تا انتخابی هوشمندانه برای نیازهای خود داشته باشید.

فصل اول: موتورهای القایی تک‌فاز – از تئوری تا کاربرد

موتورهای القایی تک‌فاز، پرکاربردترین نوع موتورهای تک‌فاز هستند. اما چرا این موتورها به خودی خود راه‌اندازی نمی‌شوند و چگونه این چالش فنی حل شده است؟ این فصل به بررسی دقیق ساختمان، طرز کار و انواع مختلف موتورهای القایی تک‌فاز می‌پردازد و شما را با تمام جزئیات مربوط به آن‌ها آشنا می‌کند.

چالش راه‌اندازی در موتورهای القایی تک‌فاز: تئوری میدان دوگانه دوار و میدان‌های متقاطع

برخلاف موتورهای سه فاز، موتورهای القایی تک‌فاز بدون مکانیزم راه‌اندازی کمکی، گشتاور اولیه ندارند. این پدیده را می‌توان با تئوری میدان دوگانه دوار و تئوری میدان‌های متقاطع توضیح داد. میدان متناوب تولید شده در استاتور، به دو میدان دوار با دامنه نصف و در جهت‌های مخالف تجزیه می‌شود. این دو میدان، گشتاورهای مساوی و مخالف ایجاد می‌کنند که در حالت سکون یکدیگر را خنثی می‌کنند و در نتیجه گشتاور راه‌اندازی صفر است.

موتورهای القایی تک‌فاز با راه‌اندازی خودکار: انقلابی در عملکرد

برای غلبه بر مشکل عدم راه‌اندازی خودکار، موتورهای القایی تک‌فاز با سیم‌پیچ راه‌انداز (کمکی) طراحی شدند. این سیم‌پیچ، با ۹۰ درجه اختلاف فاز الکتریکی نسبت به سیم‌پیچ اصلی، یک میدان دوار ایجاد می‌کند که موتور را قادر به راه‌اندازی می‌کند. روش‌های مختلفی برای ایجاد این اختلاف فاز وجود دارد:

• موتور القایی تک‌فاز انشعابی (Split-Phase Motor): با ایجاد اختلاف در مقاومت و اندوکتانس سیم‌پیچ‌های اصلی و راه‌انداز، اختلاف فاز لازم ایجاد می‌شود. یک کلید گریز از مرکز یا رله الکترومغناطیسی، سیم‌پیچ راه‌انداز را پس از رسیدن موتور به سرعت نامی، از مدار خارج می‌کند.
• موتور القایی با راه‌انداز خازنی (Capacitor Start Motor): با قرار دادن یک خازن سری با سیم‌پیچ راه‌انداز، اختلاف فاز بین جریان‌ها به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. این موتورها گشتاور راه‌اندازی بسیار بالاتری دارند و برای کاربردهایی با بار سنگین اولیه ایده‌آل هستند.

محاسبات سیم‌بندی و طراحی موتورهای تک‌فاز: از قطر سیم تا تعداد دور کلاف‌ها

طراحی و سیم‌بندی موتورهای تک‌فاز نیازمند محاسبات دقیق برای بهینه‌سازی عملکرد است. این محاسبات شامل موارد زیر می‌شوند:

• محاسبه قطر سیم اصلی و استارت: بر اساس توان خروجی و جریان مورد نیاز موتور، قطر مناسب سیم‌ها تعیین می‌شود.
• محاسبه تعداد دور کلاف‌ها: تعداد دور هر کلاف در سیم‌پیچ‌های اصلی و استارت، با توجه به تعداد شیارها، قطب‌ها و گام سیم‌بندی محاسبه می‌شود.
• تعیین ظرفیت خازن و مقاومت سیم‌پیچ استارت: برای موتورهای خازنی و مقاومتی، ظرفیت خازن و مقدار مقاومت سری با سیم‌پیچ راه‌انداز به دقت محاسبه می‌گردد.

انواع موتورهای خازنی: تک مقدار و دو مقدار

موتورهای خازنی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• موتور خازنی تک مقدار (Permanent Split Capacitor – PSC): در این موتورها، خازن و سیم‌پیچ راه‌انداز به طور دائم در مدار باقی می‌مانند. این طراحی منجر به راندمان و ضریب توان بالاتر و عملکرد آرام‌تر می‌شود، اما گشتاور راه‌اندازی کمتری دارد.
• موتور خازنی دو مقدار (Capacitor Start-Capacitor Run): این موتورها از دو خازن (یا مکانیزم معادل) استفاده می‌کنند؛ یک خازن با ظرفیت بالا برای راه‌اندازی و یک خازن با ظرفیت کمتر برای عملکرد دائم. این ترکیب، گشتاور راه‌اندازی بالا را با راندمان و ضریب توان عالی در حالت کار ترکیب می‌کند.

موتورهای تک‌فاز با قطب چاکدار (Shaded Pole Motor): سادگی در اوج عملکرد

موتورهای قطب چاکدار، ساده‌ترین و ارزان‌ترین نوع موتورهای تک‌فاز هستند. در این موتورها، اختلاف فاز لازم برای ایجاد میدان دوار با استفاده از یک حلقه مسی اتصال کوتاه (Shading Coil) در بخشی از قطب‌ها ایجاد می‌شود. این حلقه، شار مغناطیسی را در آن بخش از قطب به تاخیر می‌اندازد و باعث جابجایی محور میدان مغناطیسی می‌شود.

مزایا: ساختمان ساده، قیمت ارزان. معایب: گشتاور راه‌اندازی کم، ظرفیت اضافه‌بار بسیار کم، راندمان پایین (۵ تا ۳۵ درصد). کاربرد: بادبزن‌ها، اسباب‌بازی‌ها، سشوار، تهویه کننده‌ها و سایر وسایل خانگی کوچک که نیاز به گشتاور راه‌اندازی کم دارند.

فصل دوم: موتورهایی که از طریق روتور راه‌اندازی می‌شوند

این دسته از موتورها، رویکرد متفاوتی برای راه‌اندازی و عملکرد خود دارند، که بر پایه فعل و انفعالات مغناطیسی در روتور استوار است.

موتورهای ریپولسیون (دفعی): گشتاور بالا، اما با ملاحظات

موتورهای ریپولسیون بر پایه اصل دافعه مغناطیسی کار می‌کنند. این موتورها دارای سیم‌پیچ استاتور، روتور شبیه آرمیچر ماشین جریان مستقیم، کموتاتور و جاروهای اتصال کوتاه شده هستند. گشتاور در این موتورها با جابجایی جاروها نسبت به محور مغناطیسی اصلی تنظیم می‌شود.

انواع موتورهای ریپولسیون:

• موتور ریپولسیون: نوع پایه با گشتاور راه‌اندازی بسیار بالا (حدود ۳۵۰%) اما سرعت متغیر با بار و ایجاد جرقه در جاروها.
• موتور ریپولسیون جبرانی: با افزودن سیم‌پیچ جبرانگر روی استاتور، ضریب توان و تنظیم سرعت بهبود می‌یابد.
• موتور القایی با راه‌اندازی ریپولسیون: مانند موتور ریپولسیون راه‌اندازی می‌شود، اما پس از رسیدن به سرعت نامی، یک وسیله گریز از مرکز، کموتاتور را اتصال کوتاه کرده و موتور مانند یک موتور القایی قفس سنجابی کار می‌کند.
• موتور القایی – ریپولسیون (Repulsion-Induction Motor): ترکیبی از موتور ریپولسیون و القایی، با دو سیم‌پیچ مستقل در روتور (یکی قفس سنجابی و دیگری آرمیچر کموتاتوردار). این موتور گشتاور راه‌اندازی بالا (حدود ۳۰۰%) و تنظیم سرعت نسبتاً ثابت دارد.

معایب (انواع ریپولسیون): سرعت با تغییر بار تغییر می‌کند (در بی باری خطرناک)، ضریب توان پایین، ایجاد جرقه در جاروها. کاربرد: ماشین‌های ابزار، یخچال‌های تجاری، کمپرسورها، پمپ‌ها، و آسانسورها.

موتورهای سری جریان متناوب (Universal Motor): همه کاره و قدرتمند

موتور یونیورسال موتوری است که هم با جریان متناوب (AC) و هم با جریان مستقیم (DC) می‌تواند کار کند. این موتورها، نوع کوچکتر و بهینه‌سازی شده موتورهای سری DC هستند که برای کار با AC نیز مناسب شده‌اند.

ویژگی‌ها:

• گشتاور راه‌اندازی بالا
• سرعت متغیر با بار: در حالت بی‌بار سرعت بسیار بالا (تا ۲۰۰۰۰ دور در دقیقه) است و با افزایش بار کاهش می‌یابد.
• کاربرد: جاروبرقی، مخلوط‌کن، دریل‌های قابل حمل، چرخ خیاطی و سایر لوازم خانگی.
• کنترل سرعت: با روش‌های مقاومتی، میدان پله‌ای، یا با استفاده از وسیله گریز از مرکز قابل تنظیم است.

موتورهای سنکرون تک‌فاز بدون تحریک: دقت در سرعت

این موتورها با منبع تک‌فاز کار می‌کنند، با سرعت ثابت (سرعت سنکرون) می‌چرخند و نیازی به تحریک DC برای روتور ندارند.

انواع:

• موتور مقاومت مغناطیسی (Reluctance Motor): استاتور آن میدان دوار تولید می‌کند و روتور قفس سنجابی با ساختمان نامتقارن دارد. این عدم تقارن باعث می‌شود روتور به سمتی بچرخد که مقاومت مغناطیسی مسیر حداقل شود و با میدان دوار همزمان شود.
  • کاربرد: وسایل مخابراتی، ثبات‌ها، رله‌های زمانی، گرامافون و ضبط صوت (جایی که سرعت ثابت حیاتی است).
• موتور سنکرون پسماندی (Hysteresis Motor): طرز کار آن به وجود دائم میدان دوار مغناطیسی بستگی دارد. روتور از یک استوانه کرم-فولاد یکنواخت با پسماند زیاد ساخته شده است و سیم‌پیچی ندارد. به دلیل پسماند زیاد، تغییر قطب مغناطیسی در روتور بسیار مشکل است.
  • مزایا: کار بسیار آرام، بدون ارتعاشات مکانیکی و مغناطیسی.
  • کاربرد: تاسیسات صوتی (مانند گرامافون و ضبط صوت) و ساعت‌های الکتریکی.

مطالعه بیشتر