انواع روش‌های راه اندازی و کنترل دور و سرعت: موتور القایی سه فاز

انواع روش‌های راه اندازی و کنترل دور و سرعت: موتور القایی سه فاز

اسلاید 1: انواع روش‌های راه اندازی و کنترل دور و سرعت: موتور القایی سه فازتهیه:استاد:

اسلاید 2: موتور القایی سه فازموتور القایی نوعی موتور الکتریکی است که با استفاده از قانون القای الکترومغناطیسی، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (چرخش شفت موتور) تبدیل می کند. موتور القایی برای اولین بار توسط نیکولاس تسلا در سال ۱۸۸۸ ساخته شد.ین موتورها باتوجه به طراحی ساده و نیاز به تعمیر و نگهداری کم بسیار پرکاربرد هستند و به طور گسترده در صنایع بزرگ و کارخانجات و حتی لوازم منزل مورد استفاده قرار می گیرند.در موتور القایی، با تغذیه سیم پیچ استاتور و عبور جریان از آن، یک میدان دوار توسط سیم پیچ استاتور ایجاد می شود که این میدان دوار باعث القای ولتاژ در روتور و جاری شدن جریان در آن خواهد شد. جریان ایجاد شده در روتور نیز یک میدان دوار به وجود خواهد آورد. تقابل این دو میدان دوار، ایجاد گشتاور کرده و در نتیجه محور روتور به چرخش در خواهد آمد.

اسلاید 3: ساختمان ماشين های القايیبه طور کلی هر ماشين القايی (موتور يا ژنراتور) از دو بخش عمده تشکیل شده است:1- استاتور 2- روتوراستاتور: استاتور قسمت ساکن موتور القایی الکتریکی است. هسته استاتور، مجموعه ای از ورق های فولادی است که دارای شيار در سطح داخلی آن است که پس از قرار گرفتن در کنار هم تشکيل يک حجم استوانه ای توخالی را می دهد. سيم پيچ های سه فاز ماشين القايی در داخل همين شيارها قرار می گيرند.روتور: روتور قسمت دوار موتور الکتریکی است. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط استاتور، باعث القای یک میدان متقابل در روتور می شود که روتور برای همسو شدن با میدان ناشی از این جریان به حرکت در خواهد آمد.

اسلاید 4: روتور موتور القايی بر دو نوع است:روتور قفس سنجابی: اين نوع رتور، از تعدادی ميله های مسی يا آلومينيومی تشکیل شده است که در داخل شيارهای ورقه مغناطيسی رتور تعبيه شده اند. سپس اين ميله ها از هر دو طرف توسط دو حلقه هم جنس با ميله ها ( آلومينيوم يا مس) به هم متصل شده اند.رتور سيم پيچی شده: بر روی اين نوع رتور، سه دسته سیم پيچ با اختلاف مکانی ۱۲۰ درجه مانند استاتور ماشين القايی سه فاز با همان تعداد قطب پيچيده می شود. اين سيم پيچ ها نسبت به بدنه روتور عايق شده است.

اسلاید 5: عملکرد موتورهای القایینحوه عملکرد موتور القایی سه فاز روتور سیم پیچی شده براساس القای ولتاژ است و لذا از این نظر همانند یک ترانسفورماتور سه فاز عمل می کند. در واقع هر دو از اثر القای نیروی محرکه در سیم پیچ طرف دیگر استفاده می کنند، لذا به این موتورها، موتورهای القایی گفته می شود. البته در ساختار موتور القایی بین سیم پیچ استاتور )اولیه( و روتور ) ثانویه( علاوه بر هسته مغناطیسی، فاصله هوایی نیز وجود دارد و از آنجا که در قدرت های یکسان، نیروی محرکه مغناطیسی بیشتری جهت غلبه بر تلفات مکانیکی روتور و مقاومت مغناطیسی ناشی از فاصله هوایی بین استاتور و روتور مورد نیاز است، بنابراین در قدرت یکسان جریان بی باری موتورهای القایی نسبت به ترانسفورماتورها بیشتر است.. در شکل زیر مدار معادل موتور القایی را مشاهده می کنید :مدار معادل موتور القایی

اسلاید 6: روش های راه اندازی موتور سه فازدر این بخش انواع روش‌های راه اندازی موتور‌های القایی سه فاز با استفاده از شبکه جریان متناوب تک فاز و سه فاز بررسی می‌کنیم.

اسلاید 7: چطور موتور القایی سه فاز را با برق تک فاز راه اندازی کنیم ؟ زمانی که برق سه فاز در دسترس نباشد برای راه اندازی موتور سه فاز از برق تک فاز استفاده می شود. دو روش برای راه اندازی موتور با برق تک فاز وجود دارد : 1- راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز با خازن2- راه اندازی موتور سه فاز با اینورتر

اسلاید 8: 1- راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز با خازن از روش راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز با خازن مطابق شکل رو به رو استفاده می شود که البته این روش برای راه اندازی موتور سه فاز تحت بار مناسب نیست. در این روش با استفاده از خازن و بسته به ولتاژ موتور، اتصال را به صورت ستاره یا مثلث می بندند که محدودیت توان و کم شدن گشتاور راه اندازی را به دنبال دارد. انتخاب خازن در ولتاژ 230 ولت به این صورت است که به ازای هر کیلووات توان موتور، خازن باید 70 میکروفاراد ظرفیت داشته باشد. استفاده از این روش تا نهایت حدود 4 کیلووات است و در غیر این صورت خازن آسیب خواهد دید. همان طور که می دانیم، اگر یک موتور سه فاز که ولتاژ مجاز سیم پیچ های آن 230 ولت است را به شبکه تک فاز 230 متصل کنیم و به وسیله دست روتور آن را بچرخانیم، به حرکت در همان جهت که با دست چرخانده ایم ادامه می دهد. با اضافه کردن یک خازن روغنی به مدار با اتصال موتور به شبکه تک فاز به همراه خازن موتور، بدون نیاز به چرخاندن با دست، راه اندازی شده و به حرکت در می آید. قدرت موتور در این حالت در حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد قدرت آن در اتصال سه فاز است که در تبدیل موتورهای سه فاز به تک فاز باید به این نکته توجه شود.سربندی موتور سه فاز با برق تک فاز با کمک خازن

اسلاید 9: 1- راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز با خازن همچنین دقت داشته باشیم که موتورهای سه فاز تا قدرت 2.5 الی ۳ کیلووات را می توان به وسیله خازن در شبکه تک فاز راه اندازی کرد. خازن به کار رفته در این تبدیل، خازن روغنی است. زیرا، بصورت دائم در مدار قرار می گیرد. نحوه انتخاب خازن به این صورت است که به ازای هر کیلووات قدرت موتور، خازنی به ظرفیت ۲۲ میکروفاراد مورد نیاز است. به عنوان مثال: یک موتور سه فاز 1.5 کیلووات برای تبدیل به تکفاز، نیاز به خازنی به ظرفیت ۳۳ میکروفاراد دارد. دقت داشته باشیم که ولتاژ کار خازن باید بالا بوده و حتماً از ۲۵۰ ولت بیشتر باشد.همان طور که اشاره شد، با تغییر اتصالات فازهای یک موتور سه فاز و اضافه کردن یک خازن می توان یک موتور سه فاز را با برق تک فاز راه اندازی کرد. جهت چرخش موتور، بستگی به شاخه هایی دارد که خازن به آن متصل است. حالت های مختلف تغيير اتصالات موتور سه فاز برای کار با برق تک فاز در شکل زیر نشان داده شده است.نکته: برای هر کیلووات توان موتور در ولتاژ شبکه ۱۰۰ ولت، ۲۵۰ میکروفاراد و در ولتاژ شبکه ۲۲۰ ولت، ۷۰ میکروفاراد و در ولتاژ ۳۸۰ ولت شبکه، ۲۲ میکروفاراد ظرفیت برای خازن انتخاب می شود. در این حالت توان موتور با برق تک فاز ۸۰ درصد توان آن با برق سه فاز است و بسته به تعداد قطب ها، گشتاور راه اندازی بین  ۲۵ تا۶۰ درصد گشتاور نامی موتور خواهد بود. راه اندازی یک موتور سه فاز به صورت تک فاز و با استفاده از دو خازن

اسلاید 10: 2- راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز با اینورتر یکی دیگر از روش های پرکاربرد، راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز با استفاده از اینورتر یا درایو است. برای این کار باید از اینورتر تک فاز به سه فاز استفاده کرد. این اینورتر می تواند برق تک فاز 220 ولت را به تغذیه سه فاز 200 ولت تبدیل کند و به این ترتیب موتور را راه اندازی کند. عیب این روش نسبت به روش قبل قیمت بالای اینورتر نسبت به خازن است. اما استفاده از اینورتر مزایای زیادی هم دارد. همان طور که می دانید اینورتر گشتاور و سرعت موتور را کنترل می کند که باعث صرفه جویی در مصرف برق می شود. علاوه بر این این روش می تواند موتور را با اصطحلاک و جریان کم راه اندازی کند.

اسلاید 11: مقادير نامي الكتروموتور القایی آسنکرون سه فاز و تک فاز1- جریان نامی le جریانی است که الکتروموتور در زیر بار و در شرایط کار نرمال از شبکه می کشد. این جریان بر روی پلاک الکتروموتور نوشته می شود. ٢- جریان راه اندازی Ii جریانی است که الکتروموتور در لحظه راه اندازی و شروع به کار از شبکه می کشد این جریان معمولاً ۳ تا ۷ برابر جریان نامی موتور است. جریان راه اندازی حداکثر به مدت ۵ ثانیه باید از سیم پیچ های موتور عبور کند و اگر زمان عبور آن از این زمان بیشتر شود، موجب صدمه دیدن سیم پیچ های موتور و وسایل حفاظتی می شود. ٣- جریان بی باری جریانی است که در حالت بی باری از سیم پیچ های موتور عبور می کند. این جریان معمولاً یک سوم جریان نامی موتور خواهد بود.

اسلاید 12: ۴- ولتاژ نامی Ue ولتاژی است که با آن موتور می تواند جریان نامی را از شبکه بکشد که اصطلاحاً به آن «ولتاژ مجاز» نیز گفته می شود. این ولتاژ معمولاً بر روی پلاک الکتروموتور قید می شود که در هنگام نصب و راه اندازي الكتروموتورها باید به آن توجه کرد. ۵- دور نامیNr منظور، تعداد دور محور روتور برحسب دور در دقیقه است که باید الکتروموتور در ولتاژ و جریان نامی دارای این تعداد دور باشد. تعداد دور نامی برحسب دور روتور در حالتی که موتور بدون بار است، همیشه بیشتر از دور نامی خواهد بود.۶- بار نامی برحسب کیلووات با اسب بخار توان خروجی الکتروموتور بر روی پلاک آن قید می شود. منظور از بار نامی آن است که با استفاده از تسمه با گیربکس با کوپلینگ، بار مکانیکی را به وسیله الکتروموتور به گردش درآوریم که مقدار این بار مکانیکی باید برابر توان خروجی الکتروموتور باشد. اگر بار مکانیکی دارای توان مورد نیاز، بیشتر از توان خروجی الکتروموتور باشد، اصطلاحاً می گویند موتور دارای بار اضافه است. اضافه بار موجب وارد شدن فشار به الکتروموتور و کاهش دور روتور می شود و در نتیجه، امکان قفل شدن روتور و سوختن سیم پیچ ها وجود دارد. از علایم اضافه بار، بالا رفتن جریان فازها بیشتر از جریان نامی و داغ شدن موتور است.

اسلاید 13: روش های راه اندازی موتور القائی سه فازیکی از مزایای موتورهای القایی سه فاز، راه اندازی ساده آنهاست. برای راه اندازی یک موتور القایی سه فاز کافی است تا سیم پیچی های استاتور را به شبکه متصل کنیم. در این حالت موتور شروع به حرکت کرده و به سرعت نهایی خود می رسد. یکی از مشکلاتی که موقع راه اندازی این موتورها خود را نشان می دهد، جریان بالایی است که در لحظه راه اندازی از شبکه گرفته می شود.این جریان در حدود 5 تا 8 برابر جریان نامی موتور است که در شبکه هایی که ضعف طراحی دارند ممکن است در لحظه راه اندازی، باعث افت ولتاژ لحظه ای در خط تغذیه موتور می شود. این امر می تواند بر عملکرد مصرف کننده های دیگری که به خط تغذیه متصل است، اثر نامطلوب بگذارد. از طرف دیگر دوام این جریان، می تواند باعث سوختن سیم پیچ های خود موتور نیز شود. بنابراین به منظور کاهش جریان راه اندازی به دنبال روش هایی هستیم که زمان استارت جریان کمتری از مدار بکشند.

اسلاید 14: روش های راه اندازی الکتروموتور سه فاز القایی آسنكرون روتور قفسی