بخشی از مقاله
موتور های الکتریکی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
فصل 1- موتورهاي القاء يكفاز . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1-1- ساختمان و طرز كار موتورهاي القاء يكفاز. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1-1-1- تئوري ميدان دوگانه دوار . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1-1-2-تئوري ميدانهاي متقاطع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
1-2- موتور القاء يكفاز با راه اندازي خودبخود. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1-3- موتور القاء با راه انداز خازني . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1-3-1- محاسبات سيم بندي موتورهاي يكفاز با سيم بندي استارت موقت . . . . . . . . 11
1-3-2- محاسبه تعداد دور كلافهاي موتورهاي يكفاز . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1-4-انواع موتورها با خازن راه انداز . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
1-5- موتور خازني . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1-5-1- موتور خازني تك مقدار . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1-5-2-موتور خازني دو مقدار . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
1-6- موتورهاي يكفاز با قطب چاكدار . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
فصل 2- موتورهايي كه از طريق رتور راه اندازي مي شوند . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2-1- موتور هاي ريپولسيوني ( دفعي ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2-1-1-ساختمان موتور ريپولسيون . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
2-1-2- اصل ريپولسيون. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2-1-3- موتور ريپولسيون جبراني . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
2-1-4- موتور القاء با راه انداز ريپولسيون . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
2-1-5- موتور القاء - ريپولسيون . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2-2- موتور هايي سري جريان متناوب . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
2-2-1- موتور اونيورسال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
2-3- موتورهاي سنكرون يكفاز بدون تحريك . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2-3-1- موتور مقاومت مغناطيسي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
2-3-2- موتور سنكرون پسماندي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
مقدمه
امروزه موتورهايي كه براي كار با منبع يكفاز طرح مي شوند با انواع مختلف ساخته شده و در منازل ادارات ، كارخانه ها ، كارگاه ها و شركتهاي تجارتي و غيره بطور وسيعي مورد استفاده قرار مي گيرند .
موتورهاي كوچك مخصوصاً با قدرت كسر اسب بخار كاربرد فراوان دارند بطوريكه پيشرفت محصولات جديد سازندگان سفينه هاي فضائي ، هواپيماها ، ماشينهاي تجارتي ، ماشين هاي ابزار و غيره در سايه طرح موتورهاي با قدرت كسر اسب بخار امكان پذير مي باشد.
چون لزوماً عملكرد و موارد استعمال موتورها بسيار گوناگون است صنعت توليد موتور در زمينه انواع چنين موتورهائي تكامل پيدا كرده بطوريكه براي هر زمينه اي طرحي موجود است.
موتورهاي يكفاز را ميتوان بسته به ساختمان و روش راه اندازيشان تقسيم بندي كرد .
1- موتورهاي القاء- القاء يكفاز انشعابي- القاء يكفاز انشعابي خازني- با قطب چاكدار
2- موتورهاي ريپولسيون ( موتورهاي القائي )
3- موتورهاي سري جريان متناوب
4- موتورهاي سنكرون بدون تحريك
در اين مجموعه سعي بر اين شده است كه ساختمان- طرز كار و كاربرد انواع موتورهاي يكفاز تا حد نياز دانشجويان كارداني مورد بررسي قرار گيرد.
فصل يك: موتورهاي القاء يكفاز
هدفهاي رفتاري
در پايان اين فصل از دانشجو انتظار ميرود كه:
- موتورهاي القاي يكفاز را نام ببرد
- ساختمان, طرزكار, مشخصه گشتاور و كاربرد موتورهاي القايي يك فاز را شرح دهد
- از دو طريق تئوري ميدان دوگانه دوار و ميدانهاي صليبي عدم راه اندازي موتورهاي القايي يكفاز بخودي خود را شرح دهد.
- محاسبات سيم بندي موتورهاي يكفاز با سيم بندي استارت موقت را انجام دهد.
- قطر سيم اصلي و راه انداز موتورهاي يكفاز استارت موقت را محاسبه كند.
- آرايش كلافهاي موتورهاي يك فاز استارت موقت را ترسيم كند.
- خازن مورد نياز موتورهاي يكفاز استارت موقت را محاسبه كند.
1-1- ساختمان و طرز كار موتورهاي القاء يكفاز :
از نظر ساختمان اين موتور كمابيش شبيه موتور القاء چند فاز است جز اينكه :
1- استاتور آن با سيم پيچي يكفاز مجهز شده است .
2- يك كليد گريز از مركز در بعضي موتور بكار رفته تا سيم پيچي راه اندازي را از مدار خارج كند . وقتي سيم پيچي استاتور از منبع يكفاز تغذيه مي شود ، شاري ( ميدان ) توليد مي شود كه فقط متناوب است يعني فقط در طول يك محور فضا متناوب است . اين شار بطور سنكرون نمي چرخد بر خلاف استاتوري كه با منبع دو فاز يا سه فاز تغذيه مي شود . شار متناوب يا ضرباني نمي تواند رتور قفس سنجابي را بگردش در آورد ( فقط شار گردان ميتواند ) باين ترتيب موتور يكفاز خودش مي تواند راه بيفتد .
بعد از مدت زماني A و Bباندازه و طبق شكل (b) 1 بچرخيده اند و فشار نتيجه آنها چنين خواهد بود :
پس از گذشت يك ربع سيكل گردش شارهاي A و B طبق شكل (c)1 در خلاف جهت يكديگر شده بطوريكه شار منتجر صفر است .
بعد از نيم سيكل شارهاي A و B نتيجه دارند . بعد از سه ربع سيكل مجدداً نتيجه آنها فر مي شود شكل (c) 1 و بهمين ترتيب . اگر مقادير شار نتيجه را بر حسي بين صفر تا ْ360 رسم كنيم منحني شكل 2 بدست مي آيد با اين ترتيب مي توان شار متناوبي را بدو شار دوار بادامنه نصف با سرعت سنكرون در جهات مخالف تجزيه كرد . با يد يا اوري كرد كه اگر نقوش رتور s نسبت به شار دوار راستگرد s باشد دوار چپ گرد (s-2) خواهد بود .
هر يك از دو مولفه شار كه دور استاتور ميچرخند رتور را قطع كرده و هر كدام در رتور نيروي محركه الكتريكي القاء كرده و كوپل توليد مينايند . واضح است كه اين دو كوپل راست گرد و چپ گرد نام دارند ) در جهات مخالفند و بنابراين كوپل نتيجه طبق شكل 3 برابر اختلاف اين دوكوپل است .
شار چپ گرد درخلاف جهت گردش رتور ميچرخدلغزش نسبت به شار چپ گرد:
اما اگر رتور چنين ماشيني را با دست ( يا با موتورهاي كوچكي ) راه بيندازيم ( در هر جهتي سپس بلافاصله كوپل بالا رفته و موتور شتاب ميگيرد تا بسرعت نهائي خود برسد ( جز اينكه اعمال شده خيلي زياد باشد ) .
اين عملكرد بخصوص موتور كفاز را مي توان بدو طريق استدلال كرد :
1- با تئوري دو ميدان يا ميدان دوبل گردان
2- با موتوري ميدان صليبي
دراينجا تئوري اول را مختصراً بحث مي نمائيم:
1-1-1- تئوري ميدان دوگانه دوار
اين تئوري با استفاده از اين قانون كه يك كميت متناوب تك محور ( تك امتداد ) را مي توان با دو بردار نصف مقدار كه در خلاف جهت يكديگر ميچرخد جايگزين كرد بيان مي شود . طبق اين قانون يك شار متناوب سينوسي را مي توان با دو شار گردان ( دورا ) نشان داد كه مقدار هر كدام نصف مقدار شار متناوب بوده و هر كدام با سرعت سنكرون در جهات مخالف ميچرخند .
چنانكه شكل (a)1 نشان ميدهد شار متناوب داراي مقدار ماكزيمم بوده و مولفه هاي A و B آن معادل است كه در جهت ساعت و خلاف ساعت ميچرخند .
حال قدرت توليدي توسط رتور :
اگر N سرعت رتور باشد كوپل توليدي :
بنابراين كوپلهاي راست گرد و چپ گرد عبارتند از :
به وات سنكرون به وات سنكرون
كوپل مجموعه ( نتيجه )
شكل 3 اين دو كوپل و كوپل نتيجه را براي لغزشهاي بين صفر تا 2+ نشان ميدهد . در حال سكون 1=s و 1=s-2 بنابراين مقدار اين دو كوپل مساوي بوده و د رخلاف جهت يكديگرند و در نتيجه كوپل مجموعه صفر است باين ترتيب موتور يكفاز كوپل راه اندازي ندارد .
اگر رتور را قدري بچرخانيم مثلاً در جهت ساعت كوپل راست گرد رو با افزايش راست گ
رد رو با افزايش گذاشته و كوپل چپ گرد رو بكاهش ميگذارد بنابراين كوپل نتيجه در جهت ساعت مقداري خواهد داشت كه موتور را تا سرعت كامل شتاب خواهد داد .
1-1-2- تئوري ميدانهاي متقاطع (صليبي)
توسط اين تئوري ميتوان ثابت كرد كه چرا موتور تكفاز بدون سيم پيچ راه انداز اگر به شبكه تك فاز متصل شود گشتاور استارت آن برابر با صفر است ( TS=0)
فرض مي كنيم كه روتور در حال سكون است و سيم پيچ استاتور موتور تكفاز به يك منبع تك فاز متصل باشد كه در اين حالت يك ميدان ساكن متغيير مانند يك ترانسفورماتور در آن بوجود مي آيد و يك ولتاژ در مفتولهاي روتور القاء ميشود ( مانند ثانويه ترانسفورماتور) كه جهت ولتاژ القايي در روتور 180 درجه اختلاف فاز نسبت به ولتاژ اعمالي به استاتور دارد ( طبق قانون لنز) حال اگر جهت ميدانهاي اين دو سيم پيچ را رسم كنيد توسط قانون دست راست سيم پيچ ها مطابق شكل 1 دو ميدان 180 درجه اختلاف دارند پس يكديگر را تضعيف كرده و فقط رتور لرزش ميكند و هيچگونه چرخشي در آن مشاهده نميشود. حال اگر رتور را به هر وسيله اي در يك جهت خاص بگردانيم , در رتور علاوه بر ولتاژ القايي ترانسفورماتوري , هاديهاي ديگري نيز ميدان استاتور را قطع مي كنند پس حال جمع دو ميدان رتور بگونه اي ميشود كه ديگر با ميدان استاتور 180 درجه اختلاف فاز ندارد پس رتور در آن جهت شروع بگردش ميكند مطابق شكل 2 . به ديگر سخن اينكه در اين حالت در رتور هم ولتاژ القايي ترانسفورماتوري داريم و هم ولتاژ القايي گردشي. البته برآيند اين دو ميدان ( القايي و گردشي) ممكن است 90 درجه كامل نباشد ولي به هر مقدار كه باشد باعث گردش رتور ميشود ( هر قدر به 90 نزديك باشد رتور سريعتر دور ميگيرد)
1-2- موتور القاء يكفاز با راه انداز خودبخود
چنانكه بحث شدموتور القاء يكفاز كوپل راه اندازي ندارد.
براي برطرف كردن اين عيب و تبديل آن به موتور با راه اندازي خود بخود موتور را موقتاً در اثناي راه اندازي به دو فاز تبديل مي كنيم. براي اين منظور استاتورموتور يكفاز را به يك سيم پيچي اضافي بنام سيم پيچي راه انداز (يا كمكي) مجهز مي كنيم دو سيم پيچ راه انداز و اصلي ْ90 الكتريكي فاصله دارند و طبق شكل 4 به منبع يكفاز بطور موازي وصل شده اند.
سعي مي شود كه اختلاف فاز بين جريان هاي دو سيم پيچي استاتور خيلي بزرگ باشد (مقدار ايده آلْ90) باين ترتيب موتور مانند موتور دو فاز عمل خواهد كرد. اين دو سيم پيچي ميدان دواري توليد مي كنند و موتور خود به خود راه مي افتد.
روش هاي زيادي براي ايجاد اختلاف فاز لازم بين جريانهاي اين دو سيم پيچي موجود است :
1. در موتور القاء يكفاز انشعابي :
طبق شكل 5 سيم پيچ اصلي مقاومت اهمي كم و مقاومت القايي زياد دارد در حالي كه سيم پيچ راه اندازي مقاومت اهمي زياد و مقاومت القايي كمي دارد. مقاومت اهمي سيم پيچ راه اندازي را مي توان با اتصال يك مقاومت بزرگ R بطور سري با آن يا با انتخاب سيم نازك مسي براي سيم پيچي راه اندازي بالا برد.
باين ترتيب طبق شكلb 5 جريان سيم پيچ راه اندازي نسبت به ولتاژ اعمال شده ب
اندازه زاويه كوچكي پس فاز دارد در حالي كه جريان سيم پيچ اصلي نسبت به ولتاژ v با زاويه بزرگتري عقب افتادگي پيدا مي كند.
زاويه فاز بين و تا حد امكان بزرگ مي شود زيرا كوپل راه اندازي موتور القاء يك فاز انشعابي متناسب با است يك كليد گريز از مركز S بطور سري با سيم پيچي راه اندازي وصل مي شود اين كليد در داخل موتور قرار دارد عمل آن قطع كردن خودكار سيم پيچي راه اندازي از منبع در هنگامي است كه موتور به 70تا 80 درصد سرعت نامي رسيده باشد.
در موتور هايي كه محكم در واحد هاي سرد كننده سرپوشيده قرار گرفته اند بجاي كليد گريز از مركز داخلي يك رله الكترو مغناطيسي بكار مي رود چنانكه در شكل 6 ديده مي شود بوبين رله بطور سري با سيم پيچ اصلي وصل شده و يك جفت كنتاكت باز در مدار سيم پيچي راه اندازي قرار گرفته است . در ابتداي راه اندازي كه بزرگ است كنتاكتهاي رله بسته شده و اجازه مي دهد از سيم پيچ راه اندازي عبور كرده و موتور شروع بكار مي كند بعد از اينكه موتور به سرعت 75 درصد سرعت بار كامل خود رسيد بمقداري افت مي كند كه كنتاكتها باز مي شوند
يك نمونه از مشخصه كوپل – سرعت چنين موتوري در شكل 7 نشان داده شده است چنانكه ديده مي شود كوپل راه انداز 150تا 200درصد كوپل بار كامل بوده در حالي كه جريان راه اندازي 6 تا 8 برابر جريان بار كامل است . اين موتور ها نسبت به موتورهايي با راه انداز خازني گران قيمت ترجيح داده مي شود . موارد استعمال آنها عبارتند از بادبزن ، دمنده ،
پمپ ها و جدا كننده هاي گريز از مركز
ماشين هاي پلي كپي ، يخچال هاي خانگي ، بخاريها و غيره اندازه هاي معمول موتور يكفاز از تا اسب بخار با سرعت هاي از 3450 تا 865 دور بردقيقه مي باشد .
چنانكه از شكل 8 برمي ايد جهت گردش چنين موتورهايي را مي توان با معكوس كردن يكي از دو سيم پيچي استاتور (نه هردو) عوض كرد . براي اين منظور 4 سر از موتور بيرون آورده مي شود در شكل 9 دو سر سيم پيچي راه انداز عوض شده است.
تنظيم سرعت موتورهاي القاء يكفاز انشعابي استاندارد تقريباً مشابه موتورهاي سه فاز است . سرعت اين موتورها از حالت بي بار تا بار كامل در حدود 2تا 5% تغيير مي كند باين دليل چنين موتورها را معمولاً با سرعت تقريباً ثابت قلمداد مي كنند.
يادداشت:
چنين موتورهايي را براي تمايز دادن از موتورهاي القاء با راه انداز خازني كه بعداً مورد بحث قرار مي گيرد بعضاً موتور القاء يكفاز انشعابي با راه انداز مقاومتي مي نامند.
1-3- موتورهاي القاء با راه انداز خازني
در اين موتورها اختلاف فاز لازم بين و با اتصال يك خازن بطور سري با سيم پيچ راه اندازي طبق شكل 10 تامين مي شود خازن عموماً از نوع الكتروليتي است و هميشه در خارج موتور نصب مي شود شكل 11.
خازن براي كار كوتاه مدت طرح شده و براي بيش از 20بار كار در ساعت ضمانت نشده است جريان راه اندازي نبايد از 3 ثانيه بيشتر باشد وقتي موتور به سرعت حدود 75 درصد سرعت بار
كامل خود رسيد كليد گريز از مركز s سيم پيچ راه اندازي و خازن را از منبع جدا مي كند و بنابراين فقط سيم پيچي اصلي به منبع وصل مي ماند چنانكه شكل12 نشان مي دهد جريان سيم پيچ اصلي نسبت به ولتاژ منبع v با زاويه بزرگي عقب است در حالي كه نسبت به v باندازه زاويه معيني جلو است اختلاف فاز بين دو جريان حدود ْ80 است كه در مقايسه با موتور القاء يكفاز انشعابي ْ30 زياد است جريان منتجه I كوچك بوده و تقريباً با v همفاز است. چون كوپل توليدي بوسيله موتور القاء يكفاز انشعابي متناسب با سينوس زاويه بين و ميباشد واضح است كه افزايش اين زاويه (از ْ30 به ْ80) كوپل راه اندازي آن به ميزان 350تا450 درصد است شكل 13 يك نمونه از عملكرد چنين موتوري را نشان مي دهد .
1-3-1 محاسبات سيم بندي موتورهاي يكفاز با سيم بندي استارت موقت
الف: محاسبه قطر سيم اصلي
اگر قطر استاتور را با D و طول هسته را با L نمايش دهيم قدرت كل هسته را ميتوان بكمك منحني هاي 1 و 2 و 3 و روابط زير معين كرد:
بعد ازمحاسبه قدرت خروجي در هسته, با توجه به اينكه هسته در موتورهاي يكفاز موثر مي باشد قدرت خروجي موتور را به قرار فرمول بالا ميتوان بدست آورد.
بنابر اين جريان سيم پيچ اصلي بكمك جدول شماره 1 بدست مي آيد.
سر انجام قطر سيم اصلي بكمك منحني شماره 4 محاسبه ميگردد.
ب: محاسبه قطر سيم استارت
قدرت استارت برابر قدرت كل ميباشد بنابراين
P2S: قدرت سيم پيچ استارت
IS: جريان
dS: قطر سيم پيچ استارت
1-3-2- محاسبه تعداد دور كلافهاي موتورهاي يكفاز
الف: محاسبات دور سيم پيچ اصلي
در سيم بندي موتورهاي يكفاز همانطوريكه گفته شد 3/2 شيارها را سيم پيچ كلاف هاي اصلي ( قدرت) و 3/1 شيارها را سيم پيچ راه انداز ( استارت) اشغال ميكند بنابراين تعداد كلافهايي كه در سيم پيچ اصلي خواهيم داشت (3/1شيارها) خواهد بود زيرا هر كلاف دو بازو دارد و تعداد كلافها , نصف شيارهاي اشغال شده توسط سيم پيچ اصلي خواهد بود بنابراين:
ZA تعداد شيارهاي اصلي و Z تعداد شيارهاي استاتور مي باشد اگر در سيم پيچ استارت 3/1 شيارهاي اشغال شود آنگاه تعداد كلافهاي سيم پيچ استارت برابر خواهد بود ولي در عمل اكثرا توزيع سيم پيچ هاي استارت را تقريبا نظير سيم پيچ اصلي در نظر ميگيرند بنابراين در محاسبات قطر و تعداد دور سيم پيچ استارت , ملاك محاسبات 3/1 شيارها مي باشد در صورت لزوم توزيع را بر اساس سيم اصلي انجام خواهد داد.
P در رابطه فوق تعداد جفت قطب ها است و m تعداد فازها كه در اينجا m=1 ميباشد. qA تعداد شيارهاي اصلي بر هر قطب مي باشد.
در موتورهائيكه سيم بندي آنها متحدالمركز است گام سيم بندي را از رابطه تعيين ميكنند.
مثال 1- آرايش كلافهاي اصلي موتور يكفاز 36 شيار 4 قطب را تعيين كنيد.
چون سيم بندي متحد المركز مي باشد لذا گام بوبين ها به قرار زير خواهد بود.
گام بوبين اول YZA1=9-1=8
گام بوبين دومYZA2=8-2=6
گام بوبين سوم YZA3=7-3=4
زاويه الكتريكي هر شيار:
زاويه الكتريكي هر سيار اختلاف فاز الكتريكي هر شيار را از شيا ماقبل بيان ميكند و آنرا با نشان خواهيم داد و از رابطه زير بدست مي آيد.
ضريب زاويه وتر از رابطه زير بدست مي آيد
ضريب كوتاهي وتر را از رابطه زير دنبال ميكنيم:
درصد دور بوبين هاي هر كلاف:
با توجه به درصد توزيع دورها و ضرايب كوتاهي گام , ضريب كل سيم پيچي از رابطه زير تعيين ميشود.
بنابراين تعداد كل سيم پيچ در موتورهاي يكفاز , در سيم پيچ اصلي بقرار زير خواهد بود.
DI قطر دهانه هسته , L طول موثر هسته , 0.95 ضريب تورق هسته و Uph ولتاژ شبكه است و F فركانس شبكه ميباشد , F در شبكه ايران 50 هرتز ميباشد P تعداد قطبها , Bm اندكسيون متوسط هر كلاف و افت ولتاژ ميباشد و از جدول 2 بدست مي آيد. تعداد دور از رابطه بدست مي
آيد. اين مقدار با توجه به ضريب كوتاهي گام, يا درصد دورها, بوبين ها توزيع ميشود.
دور كلاف بزرگ (اول)
دور كلاف متوسط (دوم)
دور كلاف كوچك (سوم)
8 6 4 2 2P
3.5 3 2.5 2
ب: محاسبه تعداد دور سيم پيچ استارت
اگر تعداد دور سيم پيچ استارت را به NH و ضريب سيم پيچي آن را به KWH نشان دهيم بين تعداد دور اصلي رابطه زير برقرار است.
NBA كل دور سيم پيچ اصلي, KWA ضريب سيم پيچ اصلي, KWH ضريب سيم پيچ استارت ميباشد. NH را مثل سيم پيچ اصلي ميتوان توزيع كرد يا با توجه به 3/1 شيارهاي اشغالي, NH را بين بوبين ها با توجه به ضريب توزيع هر بوبين توزيع كرد.K را نسبت تبديل گويند و تقريبا K=1.5 در نظر ميگيرند.
ج: محاسبه خازن ها و مقاومت سيم پيچ استارت موتورهاي اسپليت فيز
اگر موتور يكفاز القايي با راه انداز مقاومتي (موتور اسپيلتفيز) مي باشد مقدار مقاومت راه انداز از رابطه زير بدست مي آيد. اين مقاومت را ميتوان با انتخاب قطر مناسب تعيين كرد.
RV مقاومتي است كه با سيم پيچ استارت سري ميشود در رابطه فوق IA جريان سيم پيچ اصلي است اختلاف فاز ولتاژ و جريان در سيم پيچ اصلي است مقاومت سيم پيچ استارت با توجه به مقاومت راه انداز از رابطه زير بدست مي آيد.
RA مقاومت اهمي سيم پيچ اصلي است. اگر خازن موقت باشد و پس از راه اندازي توسط كليد گريز از مركز از مدار خارج شود, ظرفيت آن از رابطه زير محاسبه ميگردد.
در موتورهايي كه خازن و سيم پيچ استارت پس از راه اندازي, در مدار باقي ميمانند (طرح دوفاز) ظرفيت خازن از رابطه زير تعيين ميگردد.
در اين حالت تعداد شيارهاي اصلي برابر تعداد شيارهاي كمكي ميباشد ومحاسبات موتور را ميتوان از روابط موجود در موتورهاي سه فاز دنبال كرد, با اين تفاوت كه در روابط به جاي m , m=2 منظور كرد و اختلاف فاز بين سيم پيچ اصلي و كمكي را 90 درجه الكتريكي در نظر گرفت ظرفيت خازن هاي موقت و دايم موتورهاي يكفاز خازني را از روابط زير تعيين ميكنند.
بعضي مواقع موتورهاي سه فاز را در سيستم يكفاز بكار ميگيرند (سه فاز به يكفاز), در اين حالت ظرفيت خازن از رابطه اشتاين متز به قرار زير معين ميشود.
بجاي رابطه فوق ميتوان براي هر كيلو وات قدرت موتور 70 ميكرو فاراد, خازن انتخاب كرد در محاسبات فوق با %20 تلرانس, خازن استاندارد را انتخاب ميكنيم.
تعيين طول يك دوركلاف (اندازه قالب ها)
طول هر كلاف از رابطه روبرو بدست مي آيد:
در اين رابطه LS طول استاتور بر حسب سانتي متر و Di قطر داخلي استاتور وhs عمق هر شيار بر حسب سانتي متر ميباشد.
با توجه به رابطه فوق كل متراژ سيم پيچي را بدست آورده و مقومت اهمي آنرا تعيين
كرد.
با معلوم بودن متراژ سيم پيچي, مقاومت اهمي سيم پيچي را از رابطه زير تعيين ميگردد
GA تعداد گروه كلافهاي سيم پيچ اصلي, مقاومت مخصوص هادي و A سطح مقطع سيم ميباشد. بر حسب ميباشد, در اين حالت A (سطح مقطع ) در رابطه فوق بر حسب و Lat بر حسب متر ميباشد.
براي مس را برابر و براي آلومينيم , منظور ميكنند.
مثال عملي
موتور يكفاز القايي كه با ولتاژ 220 ولت و فركانس 50 هرتز كار ميكند داراي مشخصات زير ميباشد. اگر سويچ استارت اين موتور پس از راه اندازي از مدار خارج شود مطلوبست:
1- توان خروجي موتور 2- تعداد دور هر كلاف سيم پيچ اصلي و استارت
3- قطر سيم پيچ اصلي و استارت 4- طول كلافهاي سيم پيچ اصلي و استارت
5- مقاومت اهمي سيم پيچ استارت
مشخصات: L=7cm طول استاتور, 2P=4 تعداد قطبها, hs=1.78cm عمق شيار, Di=11cm قطر داخلي استاتور, Z=36 تعداد شيارها
حل: از منحني شماره 1 و شماره 2, و تعيين ميشوند و ميتوان نوشت:
ابتدا KWA را حساب ميكنيم
چون سيم پيچ استارت از مدار خارج ميشود لذا3/2 شيارها را سيم پيچ اصلي اشغال ميكند.
بنابراين آرايش گروه كلافها در سيم پيچ اصلي مطابق شكل ميباشد.
گام مساوي و گام بوبين اول
گام بوبين دوم و گام بوبين سوم
از منحني شماره 1 مقدار Bm=0.825 بدست مي آيد بنابراين:
تعيين تعداد دور بوبين سيم پيچ استارت:
توزيع سيم پيچي استارت را نظير سيم پيچ اصلي در نظر ميگيريم.
محاسبه قطر سيم پيچ اصلي و استارت = از جدول شماره (1) و
از منحني شماره 4 ميتوان چگالي را J=6 تعيين كرد.
محاسبه طول كلاف هاي سيم پيچي:
چون سيم پيچ استارت نظير سيم پيچ اصلي منظور شده است لذا اندازه طول كلاف هاي آنها مشابه خواهد بود.
=كل متراژ سيم در هر قطب
1-4- انواع موتورها با خازن راه انداز
بعضي انواع مهم اين موتور ها در زير شرح داده مي شود.
1- موتور تك ولتاژ قابل تغيير جهت گردش از خارج
در اين موتور 4سر براي معكوس كردن موتور از خارج لازم است سيم پيچي راه اندازي با خازن الكتروليتي و كليد گريز از مركز سري مي باشد جهت گردش موتور را مي توان بسادگي با تعويض سرهاي سيم پيچي راه اندازي نسبت به سرهاي سيم پيچي اصلي معكوس كرد.
2- موتور تك ولتاژ بدون تعويض جهت گردش
در اين حالت سرهاي سيم پيچي راه اندازي در داخل به سرهاي سيم پيچي اصلي وصل است در نتيجه اين موتورها دو سر خروجي دارد . جهت گردش اين موتور را نمي توان عوض كرد مگر اينكه موتور را باز كرده و سرهاي سيم پيچي راه اندازي را معكوس نمود.
3- موتور تك ولتاژ با تغيير جهت گردش و ترموستات
بيشتر موتورها با وسيله اي بنام ترموستات مجهز شده اند كه موتور را در مقابل بار زياد حرارت زياد و اتصال كوتاه حفاظت مي كند ترموستات از يك عنصر بي متال (دو فلزي) ساخته شده كه بطور سري با موتور بسته شده و اغلب در خارج موتور نصب شده است .
شكل 14 دياگرام اتصال يك موتور با خازن راه انداز كه با اين وسيله حفاظتي مجهز شده است نشان مي دهد وقتي بنا به يكي از دلائل فوق جريان زياد از موتور بگذرد حرارت زيادي توليد مي شود و بي مثال عمل مي كند و كنتاكتها باز شده و موتور از منبع قطع مي شود.
وقتي بي متال سرد شد كنتاكتها بطور خودكار بسته مي شوند.
موتورهايي كه براي يخچال ها بكار مي روند عموماً يك جعبه ترمينال دارند سه تا از چهار ترمينال كه با علامت T و TL و L مشخص شده اند در شكل 15 نشان داده شده اند ترموستات به ترمينال هاي Tو TL وصل مي شود خازن بين L و ترمينال چهارم و TLو L به منبع اتصال مي يابد.
4- موتور تك ولتاژ بدون تغيير جهت گردش با كليد مغناطيسي
اين موتورها عموماً در يخچال هايي كه امكان كاربرد كليد گريز از مركز نباشد مورد استفاده قرار مي گيرد. مدار آن مانند شكل 6 است چون معمولاً فقط به يك جهت گردش نياز هست اين موتورها براي معكوس شدن وصل نشده اند.
يكي از معايب موتور با خازن راه انداز با كليد مغناطيسي اينست كه امكان دارد در اضافه باركم اهرم كليد مغناطيسي عمل كند و سيم پيچي راه اندازي را به منبع وصل كند چون اين سيم پيچ براي كار كوتاه مدت طرح شده (براي 3 ثانيه يا كمتر) ميسوزد.
5- موتور دو ولتاژ بدون تغيير جهت گردش
اين موتورها مي توانند با دو ولتاژ متناوب AC. v 110 يا v 220 يا v220و 440 كار كنند. اين چنين موتورها دو سيم پيچ اصلي (يا يك سيم پيچ اصلي دو قسمتي ) و يك سيم پيچ راه اندازي دارند كه تعداد سرهاي مناسب از آن بيرون آمده تا بتواند با ولتاژ هاي مختلف كار كند.
وقتي موتور با ولتاژ كم كار مي كند دو سيم پيچي اصلي بطور موازي وصل
مي شوند شكل16 براي كار با ولتاژ زياد دو سيم پيچي بطور سري اتصال مي يابند شكل 17 چنانكه از مدارهاي فوق بر مي آيد سيم پيچي راه اندازي هميشه با ولتاژ كم كار مي كند با اين منظور اين سيم پيچي بدوسر يك سيم پيچي اصلي اتصال يافته است .
6- موتور دو ولتاژ با تغيير جهت گردش
تعويض جهت گردش با خارج ساختن دو سر اضافي از سيم پيچي راه اندازي عملي مي شود شكل 18 و 19 دياگرام اتصال موتور را براي گردش در جهت ساعت و خلاف ساعت با ولتاژ كم نشان مي دهد .
7- موتور تك ولتاژ با تغيير جهت گردش سه سر
در اين موتورها يك سيم پيچي اصلي دو قسمتي بكار ميرود دو بخش سيم پيچي اصلي در داخل سري شده و يك سر سيم پيچي راه اندازي به وسط اتصال يافته است . سر دوم سيم پيچي راه اندازي و دو سر سيم پيچي اصلي طبق شكل 20 از موتور بيرون آورده شده اند . وقتي سر خروجي سيم پيچي راه اندازي به نقطه A وصل شود اين سيم پيچي بدوسر وصن سيم پيچي بدوسر وصل است و جريان در سيم پيچي راه اندازي معكوس شده و موتور در جهت خلاف ساعت ميچرخد .
8- موتورتك ولتاژ با تغيير جهت گردش آني ( فوري)
معمولاً موتور قبل از راه اندازي در جهت عكس بايد كاملاً بايستد زيرا كليد از مركز نميتوانيد بسته شود مگر اينكه موتور عملاً متوقف گردد . چون سيم پيچ راه اندازي وقتي موتوردر حال كار است از منبع قطع بوده معكوس كردن سيم پيچي راه اندازي اثري بر كار موتور ندارد . معكوس كردن اين موتور با يك كليد سه پل دو طرفه طبق شكل 21 عملي مي شود .
اين كليد داري سه تيغه است كه در دو جهت با هم حركت مي كنند . در يك حالت موتور در جهت ساعت و در حالت ديگر در خلاف ساعت ميچرخد . واضح است كه با اين ترتيب بايدصبر كرد تاموتور متوقف گردد در بعضي موارد كه معكوس كردن موتور فوراً لازم است يعني همان موتور موقعي كه با سرعت كامل ميچرخد يك رله در مدار قرار ميگيرد تا كليد گريز از مركز را اتصال كوتاه كند و سيم پيچي راه ندازي را در جهت عكس بعد از وصل نمايد شكل 22 .
ديده مي شود كه در حال سكون كليد دو طرفه گريز از مركز در حالت راه اندازي ( وصل ) است . در اين وضعيت دواتصال برقرار است :
1- سيم پيچ راه ندازي و خازن C با منبع سري است .
2- بوبين رله با كنتاكت بسته بدو سر C وصل است .
با قرار دادن كليد دو طرفه سه پل در وضعيت راست گرد :
الف) سيم پيچي اصلي به خط وصل مي شود .
ب) سيم پيچي راه اندازي و C بطور سري بخط وصل مي شوند .
ج) بوبين رله بدوسر C اتصال مييابد . ولتاژ دو سر C به دوسر بوبين رله اعمال مي شود كه باعث باز شدن كنتاكتهاي رله مي گردد .
با افزايش سرعت موتور كنتاكت كليد گريز از مركز بحالت عادي كار ( قطع) در مي آيد . با اين ترتيب C از مدار خارج شده و بوبين رله با سيم پيچي راه اندازي سري مي ماند . چون بوبين رله مقاومت زياد دارد فقط اجازه ميدهد جريان كافي از سيم پيچي راه اندازي بگذرد تا كنتاكتها
ي رله باز بماند .
در فاصله زماني حدود كسر ثانيه كه كليد دو طرفه سه پل از حالت راست گرد به وضعيت چپ گرد جابجا ميشود جريان از بوبين رله نميگذرد و در نتيجه كنتاكتهاي رله بسته مي شود . وقتي كليد دو طرفه سه پل به حالت چپ گرد رسيد جريان در جهت عكس از طريق كنتاكتهاي بسته رله به سيم پيچي راه اندازي عبور مي كند و باعث توليد كوپل در خلاف جهت گردش شده و بنابراين :
1- رتور بي درنگ متوقف شده
2- كليد گريز از مركز به وضعيت راه اندازي بر ميگردد . مانند قبل C بطور سري با سيم پيچي راه اندازي قرار گرفته و موتور در جهت عكس شروع بچرخش مي كند .
سرعت را مي توان با تغيير تعداد قطبهاي سيم پيچي تغيير داد با اين منظور دو سيم پيچي اصلي جداگانه در شيار هاي استاتور قرار مي گيرد . يكي 6 قطب و ديگري 8 قطب . يك سيم پيچي راه اندازي در رابطه با سيم يچي اصلي سرعت زياد عمل ميكند . كليد گريز از مركز s دو طرفه بوده و دوكنتاكت راه اندازي و حالت كار ( وصل و قطع) دارد .
طبق شكل 23 يك كليد براي تغيير سرعت در خارج موتور قرار گرفته است . موتور هميشه با سرعت زياد راه مي افتد . چه كليد سرعت روي كنتاكت سرعت زياد باشد يا روي كنتاكت سرعت كم . اگر كليد سرعت روي كنتاكت سرعت باشد وقتي موتور سرعت گرفت كليد كريز از مركز :
الف ) سيم پيچي راه اندازي را قطع كرده و سيم پيچي اصلي سرعت زياد را باز مي كند .
ب) سيم پيچي اصلي سرعت كم را وصل مي نمايد .
10- موتور دو دور با دو خازن :
طبق شكل 24 اين موتور دو سيم پيچي اصلي دو سيم پيچي راه اندازي و دو خازن دارد . يك خازن براي كار با سرعت زياد و ديگري براي كار با سرعت كم بكار ميرود . يك كليد گريز از مركز دو طرفه s براي قطع سيم پيچي راه اندازي بكاررفته است .
6- موتور خازني :
اين موتور مشابه موتور با خازن راه انداز است با اين تفاوت كه سيم پيچي راه اندازي و خازن هميشه در مدار باقي مي ماند . مزاياي باقي ماندن خازن بطور دائم در مدار عباتند از :
1- اصلاح ظرفيت اضافه بار موتور
2- بالا رفتن ضريب توان
3- بالارفتن راندامان
4- آراسته شدن كار موتور
بطوريكه براي وسائل مورد استفاده در ادارات و آزمايشگاه ها مطلوب مي باشد بعضي از اين موتور ها كه با يك مقدار ظرفيت خازن راه اندازي شده و كار مي كنند بنام موتورهاي خازني تك مقدار موسومند . بعضي ديگر كه توسط خازني با ظرفيت زياد راه اندازي شده و با خازن كم ظرفيتي كار مي كنند بنام موتورهاي خازني دو مقدار معروفند .
1-5- موتورخازني
1-5-1- موتور خازني تك مقدار
اين موتور داراي يك سيم پيچي اصلي و يك سيم پيچي راه اندازي است كه طبق شكل 25 با خازن سري شده است . چون خازن بطور دائمي در مدار باقي ميماند ، اين موتور القاء يكفاز انشعابي خازني بوده و عملاً مانند يك موتور دو فاز نا متعادل كار ميكند . مانند حالت موتور با خازن راه انداز احتياجي به كليد گريز از مركز نيست . چون يك خازن براي راه اندازي و حالت كار مورد استرفيت خازن بايستي مدار متوسطي بين ظرفيت لازم براي راه اندازي و بهترين ظرفيت براي حالت كار باشد . عموماً خازنهاي با ظرفيت 2 تا 20 بكار ميرود واز خازنهاي روغني و عايق پيرانول كاغذي گرانتر بوده زيرا بايد بطور مداوم كار كنند . اگر ظرفيت خازن كوچك باشد كوپل راه اندازي كم است كه حدود 50 تا 100 درصد كوپل نامي ميباشد شكل 26 .
در نتيجه اين موتورها در جائي ميروند كه كوپل راه اندازي كم مورد نياز باشد مانند وسائل گردش دهنده هوا : بادبزن دمنده ها ، تنظيم كننده هاي ولتاژ و بخاريهايي كه كار آرام آنها مطلوب باشد . يكي از مشخصات خوب اين نوع موتور اينست كه با كليد خارجي بسادگي معكوس مي شود به شرط اينكه سيم پيچي هاي اصلي و راه اندازي مشابه باشند . براي يك جهت گردش يكي از سيم پيچي هابعنوان اصلي و ديگري بعنوان راه اندازي عمل ميكند . براي جهت عكس سيم پيچي اصلي كار راه اندازي را مي كند و سيم پيچي راه اندازي نقش سيم پيچي اصلي را بعهده ميگيرد .
