الکتروموتور سه فاز

الکتروموتور سه فاز که به موتورهای ۳ فاز هم معروف هستند، به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شوند و به دلیل سادگی نسبی، قابلیت اطمینان ثابت شده و عمر طولانی، برای بسیاری از سیستم‌های مکانیکی و الکترومکانیکی سودمند واقع شده‌اند. الکتروموتورهای سه فاز نمونه‌ای از انواع موتورهای القایی هستند که به عنوان موتورهای ناهمزمان نیز شناخته می‌شوند و با استفاده از اصول القای الکترومغناطیسی کار می‌کنند. با این وجود، این نوع موتورهای القایی کمتر در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما از الکتروموتور تک‌ فاز در کاربردهای خانگی مانند جاروبرقی، کمپرسور یخچال و تهویه مطبوع به طور گسترده استفاده می‌شوند. قصد داریم بگوییم که الکتروموتور سه فاز چیست؟ و نحوه عملکرد آن را شرح دهیم.

قدرت ۳ فاز چیست؟

برای درک الکتروموتورهای سه فاز، ابتدا باید درک مناسبی از قدرت سه فاز داشته باشیم.

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 خانه‌ها 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 محیط‌های صنعتی و تجاری برای راه اندازی ماشین آلات بزرگتر که نیاز به توان بیشتری دارند استفاده می‌شود، سه هادی جریان الکتریکی وجود دارد که هر کدام با اختلاف فاز ۱۲۰ درجه ۲π/۳ رادیان از هم کار می‌کنند. اگر به صورت گرافیکی مشاهده شود، هر فاز به صورت یک موج سینوسی مجزا ظاهر می‌شود که سپس مانند تصویر زیر ترکیب می‌شود:

الکتروموتور 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.

الکتروموتور سه فاز چیست؟

موتورهای سه فاز نوعی موتور AC هستند که نمونه خاصی از موتورهای پلی فاز به شمار می‌روند. این موتورها می‌توانند موتور القایی (که موتور آسنکرون نیز نامیده می‌شود) یا موتور سنکرون باشند.

موتورها از سه جزء اصلی تشکیل شده اند:

1. استاتور
2. روتور
3. محفظه

استاتور

از یک سری لایه‌های فولادی آلیاژی تشکیل شده است که اطراف آن‌ها سیم پیچ می‌شوند تا سیم‌پیچ‌های القایی را تشکیل دهند، یک سیم پیچ برای هر فاز منبع برق. سیم پیچ‌های استاتور از منبع برق سه فاز انرژی می‌گیرند.

روتور

همچنین حاوی سیم پیچ‌های القایی و میله‌های 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 می‌چرخد.

محفظه موتور

روتور را با محور موتور خود روی مجموعه‌ای از یاتاقان‌ها نگه می‌دارد 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 می‌کشد و هوا را در سراسر استاتور و روتور مجبور می‌کند تا اجزای موتور را خنک کند و گرمای تولید شده در سیم پیچ‌های مختلف از مقاومت سیم پیچ را دفع کند. محفظه همچنین معمولاً دارای باله‌های مکانیکی برجسته در قسمت بیرونی است که برای انتقال بیشتر گرما به هوای بیرون عمل می‌کند. درپوش انتهایی همچنین مکانی را برای قرار دادن اتصالات الکتریکی برای برق سه فاز به موتور فراهم می‌کند.

الکتروموتور ۳ فاز چگونه کار می‌کند؟

الکتروموتور سه فاز بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می‌کند که توسط فیزیکدان انگلیسی مایکل فارادی در سال ۱۸۳۰ کشف شد. فارادی متوجه شد که وقتی رسانایی مانند سیم پیچ یا حلقه سیم در یک میدان مغناطیسی متغیر قرار می‌گیرد، یک نیروی الکتروموتور القایی یا EMF در هادی ایجاد می‌شود. او همچنین مشاهده کرد، جریانی که در رسانایی مانند سیم جریان می‌یابد، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند و با تغییر جریان در سیم جهت مغناطیسی آن تغییر می‌کند. این به شکل ریاضی با ربط دادن پیچ میدان الکتریکی به سرعت تغییر در زمان شار مغناطیسی بیان می‌شود:

این اصول مبنایی برای درک نحوه کار یک الکتروموتور سه فاز است.

شکل ۳ زیر تصویری از قانون استقرا فارادی است. توجه داشته باشید که وجود یک EMF به حرکت آهنربا بستگی دارد که منجر به تغییر میدان مغناطیسی می‌شود.

برای موتورهای القایی، هنگامی که استاتور از یک منبع انرژی الکتریکی سه فاز تغذیه می‌شود، هر سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که قطب‌های آن (شمال یا جنوبی) با نوسان جریان AC در یک چرخه کامل، موقعیت خود را تغییر می‌دهند. از آنجایی که هر یک از سه فاز جریان متناوب ۱۲۰ درجه تغییر فاز می‌دهند، قطبیت مغناطیسی سه سیم‌پیچ همگی در یک لحظه یکسان نیستند. این شرایط باعث می‌شود که استاتور چیزی را به نام RMF یا میدان مغناطیسی چرخشی تولید کند. همانطور که روتور در مرکز سیم پیچ‌های استاتور قرار می‌گیرد، میدان مغناطیسی در حال تغییر از استاتور جریانی را در سیم پیچ‌های روتور القا می‌کند که به نوبه خود منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی مخالف توسط روتور می‌شود. 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 می‌شود و هنگامی که می‌خواهد میدان خود را در یک راستا قرار دهد، شروع به چرخش می‌کند. توجه داشته باشید که در الکتروموتور القایی ۳ فاز، اتصال الکتریکی مستقیم به روتور وجود ندارد. القای مغناطیسی باعث چرخش موتور می‌شود.

با موتورهای القایی سه فاز، روتور به دنبال حفظ تراز با RMF استاتور است، اما هرگز به آن دست نمی‌یابد، به همین دلیل است که موتورهای القایی را موتورهای آسنکرون نیز می‌نامند. پدیده‌ای که باعث می‌شود سرعت روتور از سرعت RMF عقب بیفتد به عنوان لغزش شناخته می‌شود که به صورت زیر بیان می‌شود:

که در آن Nr سرعت روتور و Ns سرعت همزمان میدان دوار (RMF) استاتور است.

موتورهای سنکرون به روشی مشابه موتورهای القایی عمل می‌کنند با این تفاوت که در مورد موتور سنکرون، میدان‌های استاتور و روتور در یک راستا قفل شده‌اند به طوری که RMF استاتور باعث می‌شود روتور با سرعت چرخش دقیقاً یکسان بچرخد (همگام – بنابراین لغزش برابر با ۰ است). توجه داشته باشید که موتورهای سنکرون، بر خلاف موتورهای القایی، نیازی به تغذیه با برق AC ندارند.

کنترل کننده موتور برای الکتروموتور سه فاز

سرعتی که توسط یک موتور AC سه فاز تولید می‌شود تابعی از فرکانس منبع AC است، زیرا منبع RMF در سیم پیچ‌های استاتور است. بنابراین، برخی از کنترل کننده‌های موتور AC با استفاده از ورودی جریان AC برای تولید یک ورودی فرکانس مدوله شده یا کنترل شده به موتور، در نتیجه سرعت موتور را کنترل می‌کنند. روش دیگری که می‌توان برای کنترل سرعت موتور استفاده کرد، تغییر لغزش است. اگر لغزش افزایش یابد، سرعت موتور (یعنی سرعت روتور) کاهش می‌یابد.

قیمت الکتروموتور سه فاز به چه عواملی بستگی دارد؟

قیمت الکتروموتور سه فاز به عوامل متعددی بستگی دارد. در زیر، برخی از اصلی‌ترین عوامل اشاره می‌کنم:

1. توان الکتروموتور: یکی از عوامل اصلی تعیین قیمت الکتروموتور سه فاز، توان آن است. الکتروموتورهای با توان بالاتر قیمت بیشتری دارند. توان معمولاً به واحدات اسب بخار (HP) یا کیلووات (kW) اندازه‌گیری می‌شود.

2. سرعت و گشتاور: الکتروموتورهای با سرعت و گشتاور بالاتر معمولاً قیمت بیشتری دارند. این ویژگی‌ها بسته به نوع کاربرد و نیازهای خاص مشتری تعیین می‌شوند.

3. نوع و کیفیت ساخت: نوع و کیفیت ساخت الکتروموتور نقش مهمی در تعیین قیمت دارد. موتورهایی که از مواد با کیفیت و استانداردهای بالا ساخته شده‌اند، معمولاً قیمت بالاتری دارند.

4. قدرت کاری: الکتروموتورهایی که برای کاربردهای سنگین و بار سنگین تولید شده‌اند، معمولاً قیمت بیشتری دارند. این شامل موتورهای صنعتی با قدرت و قابلیت‌های خاص است.

5. برند و سازنده: برند و سازنده الکتروموتور نیز بر قیمت تأثیرگذار است. برندهای معروف و معتبر معمولاً قیمت بیشتری دارند، اما همچنین گاهی اوقات برندهای کمتر شناخته شده با کیفیت خوب و قیمت مناسب می‌توانند موجود باشند.

6. وضعیت بازار: وضعیت بازار و عرضه و تقاضا نیز ممکن است بر قیمت الکتروموتور سه فاز تأثیرگذار باشد. در بعضی اوقات، اگر عرضه کم و تقاضا بالا باشد، قیمت ممکن است افزایش یابد.

7. امکانات و ویژگی‌های اضافی: الکتروموتورهایی که امکانات و ویژگی‌های اضافی مانند قابلیت تنظیم سرعت، محافظ حرارتی، عملکرد بی‌صدا و … دارند، معمولاً قیمت بیشتری دارند.

8. محل تولید: محل تولید الکتروموتور نیز ممکن است بر قیمت تأثیرگذار باشد. الکتروموتورهای تولید شده در کشورهای با هزینه تولید پایین‌تر معمولاً قیمتی را به همراه دارند که کمتر از محصولات تولید شده در کشورهای با هزینه بالاتر است.

در زمان خرید الکتروموتور سه فاز به چه مواردی توجه کنیم؟

در زمان خرید الکتروموتور سه فاز، موارد زیر را می‌توانید در نظر بگیرید:

1. توان مورد نیاز: ابتدا باید توان مورد نیاز برای کاربرد خود را تعیین کنید. این بررسی شامل محاسبه توان موتور بر اساس بار و نیازهای کاری شما است. اطمینان حاصل کنید که توان الکتروموتور انتخابی با توان مورد نیاز شما هماهنگ است.

2. سرعت و گشتاور: نیازهای خاص خود را در مورد سرعت و گشتاور مشخص کنید. بسته به کاربرد و نیازهای شما، ممکن است نیاز به سرعت قابل تنظیم، گشتاور قوی و یا ویژگی‌های خاص دیگر داشته باشید.

3. نوع و کیفیت ساخت: بررسی نوع و کیفیت ساخت الکتروموتور بسیار مهم است. اطمینان حاصل کنید که الکتروموتور از جنس و مواد با کیفیت ساخته شده است و دارای استانداردهای لازم برای عملکرد صحیح و طولانی مدت است.

4. برند و سازنده: بررسی برند و سازنده الکتروموتور نیز مهم است. برندهای معروف و با تجربه معمولاً کیفیت بالا و خدمات پس از فروش مناسبی را ارائه می‌دهند. در صورت امکان، تحقیق کنید و نظرات و تجربیات کاربران را مطالعه کنید.

5. خصوصیات فنی: برخی از خصوصیات فنی دیگری که باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از: ولتاژ و فرکانس مورد نیاز، قدرت عایق‌بندی، سیستم سرمایش و سیستم خنک کننده.

6. قیمت و مقایسه هزینه‌ها: مقایسه قیمت‌ها و محاسبه هزینه‌های اضافی مانند نصب، نگهداری و تعمیرات در طول عمر الکتروموتور نیز بسیار مهم است.

7. خدمات پس از فروش: اطمینان حاصل کنید که شرکت تولید کننده یا فروشنده الکتروموتور خدمات پس از فروش مناسب و ضمانت را ارائه می‌دهد. این می‌تواند در صورت بروز مشکلات و نیاز به تعمیرات و خدمات پشتیبانی به شما کمک کند.

با توجه به این موارد، الکتروموتور سه فاز مناسبی را برای نیازهای خود انتخاب کنید. همچنین، بهتر است با متخصصان مرتبط مشورت کنید تا در انتخاب صحیح کمکتان کنند.