موتورهای سه فاز به طور گسترده در صنعت استفاده می شوند و به دلیل سادگی نسبی، قابلیت اطمینان ثابت شده و عمر طولانی، به کار بسیاری از سیستم های مکانیکی و الکترومکانیکی تبدیل شده اند. موتورهای سه فاز نمونه ای از انواع موتورهای القایی هستند که به عنوان موتورهای ناهمزمان نیز شناخته می شوند و با استفاده از اصول القای الکترومغناطیسی کار می کنند. در حالی که موتورهای القایی تک فاز نیز موجود است، این نوع موتورهای القایی کمتر در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما به دلیل استفاده از تک‌فاز در کاربردهای خانگی مانند جاروبرقی، کمپرسور یخچال و تهویه مطبوع به طور گسترده استفاده می‌شوند. برق AC فاز در منازل و ادارات. در این مقاله، موتور سه فاز چیست و نحوه عملکرد آن را شرح خواهیم داد.
برق 3 فاز چیست؟
برای درک موتورهای سه فاز، ابتدا درک قدرت سه فاز مفید است.
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 خانه ها 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 محیط های صنعتی و تجاری برای راه اندازی ماشین آلات بزرگتر که نیاز به توان بیشتری دارند استفاده می شود، سه هادی جریان الکتریکی وجود دارد که هر کدام با اختلاف فاز 120 درجه 2π/3 رادیان از هم کار می کنند. اگر به تصویر گرافیکی مشاهده شود، هر فاز به صورت یک موج سینوسی مجزا ظاهر می شود که سپس مانند تصویر زیر ترکیب می شود:
موتورهای 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.
موتور 3 فاز چیست؟
موتور 3 فاز یک موتور الکتریکی است که بر روی یک منبع تغذیه سه فاز کار می کند و از سه جریان متناوب برای تولید میدان مغناطیسی دوار استفاده می کند و در نتیجه در مقایسه با موتورهای تک فاز، برق را روان تر و کارآمدتر می کند. آنها نوعی موتور AC هستند که نمونه خاصی از موتورهای پلی فاز هستند. این موتورها می توانند موتور القایی (که موتور آسنکرون نیز نامیده می شود) یا موتور سنکرون باشند. موتورها از سه جزء اصلی تشکیل شده اند – استاتور، روتور و 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 پیچ های استاتور از منبع برق سه فاز انرژی می گیرند.
- روتور
حاوی سیم پیچ های القایی و میله های 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 می چرخد.
- محفظه موتور
روتور را با محور موتور خود روی مجموعه ای از یاتاقان ها نگه می دارد 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 می کشد و هوا را در سراسر استاتور و روتور مجبور می کند تا اجزای موتور را خنک کند و گرمای تولید شده در سیم پیچ های مختلف از مقاومت سیم پیچ را دفع کند. محفظه همچنین معمولاً دارای باله های مکانیکی برجسته در قسمت بیرونی است که برای انتقال بیشتر گرما به هوای بیرون عمل می کند. درپوش انتهایی همچنین مکانی را برای قرار دادن اتصالات الکتریکی برای برق سه فاز به موتور فراهم می کند.
موتور 3 فاز چگونه کار می کند؟
یک موتور 3 فاز با مهار سه جریان متناوب برای تولید یک میدان مغناطیسی دوار کار می کند، که به نوبه خود، روتور موتور را به حرکت در می آورد و باعث چرخش می شود. این طراحی باعث افزایش کارایی و عملکرد می شود و موتورهای 3 فاز را برای طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی مناسب می کند.
موتورهای سه فاز بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کنند که توسط فیزیکدان انگلیسی مایکل فارادی در سال 1830 کشف شد. فارادی متوجه شد که وقتی رسانایی مانند سیم پیچ یا حلقه سیم در یک میدان مغناطیسی متغیر قرار می گیرد، یک نیروی الکتروموتور القایی یا EMF که در هادی ایجاد می شود. او همچنین مشاهده کرد که جریانی که در رسانایی مانند سیم جریان می‌یابد، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند و با تغییر جریان در سیم در قدر یا جهت، میدان مغناطیسی تغییر می‌کند. این به شکل ریاضی با ربط دادن پیچ میدان الکتریکی به سرعت تغییر در زمان شار مغناطیسی بیان می شود.
این اصول مبنایی برای درک نحوه کار یک موتور سه فاز است.
شکل 3 تصویری از قانون استقرا فارادی است. توجه داشته باشید که وجود یک EMF به حرکت آهنربا بستگی دارد که منجر به تغییر میدان مغناطیسی می شود.
برای موتورهای القایی، هنگامی که استاتور از یک منبع انرژی الکتریکی سه فاز تغذیه می شود، هر سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که قطب های آن (شمال یا جنوبی) با نوسان جریان AC در یک چرخه کامل، موقعیت خود را تغییر می دهند. از آنجایی که هر یک از سه فاز جریان متناوب 120 درجه تغییر فاز می‌دهند، قطبیت مغناطیسی سه سیم‌پیچ همگی در یک لحظه یکسان نیستند. این شرایط باعث می شود که استاتور چیزی را به نام RMF یا میدان مغناطیسی چرخشی تولید کند. همانطور که روتور در مرکز سیم پیچ های استاتور قرار می گیرد، میدان مغناطیسی در حال تغییر از استاتور جریانی را در سیم پیچ های روتور القا می کند که به نوبه خود منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی مخالف توسط روتور می شود. 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 می شود و هنگامی که می خواهد میدان خود را در یک راستا قرار دهد، شروع به چرخش می کند. توجه داشته باشید که در موتور القایی 3 فاز، اتصال الکتریکی مستقیم به روتور وجود ندارد. القای مغناطیسی باعث چرخش موتور می شود.
کنترل کننده موتور برای موتورهای 3 فاز
سرعتی که توسط یک موتور AC سه فاز تولید می شود تابعی از فرکانس منبع AC است زیرا منبع RMF در سیم پیچ های استاتور است. بنابراین، برخی از کنترل کننده های 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 می کنند. روش دیگری که می توان برای کنترل سرعت موتور استفاده کرد، تغییر لغزش است (که قبلاً توضیح داده شد). اگر لغزش افزایش یابد، سرعت موتور (یعنی سرعت روتور) کاهش می یابد.
انواع موتور 3 فاز
انواع مختلفی از موتورهای 3 فاز وجود دارد که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده اند:
موتورهای القایی:
همچنین به عنوان موتورهای ناهمزمان شناخته می شوند، به دلیل سادگی و قابلیت اطمینان به طور گسترده برای کاربردهای عمومی استفاده می شوند. دو نوع متداول موتورهای القایی قفس سنجابی و روتور زخمی هستند.
موتورهای سنکرون:
همگامی را با فرکانس تامین حفظ می کنند و آنها را برای کاربردهای دقیق مانند موتورهای ساعتی مناسب می کند.
موتورهای DC بدون جاروبک:
از کموتاسیون الکترونیکی برای بهبود کارایی و طول عمر استفاده می کنند، که اغلب در کاربردهایی مانند روباتیک و وسایل نقلیه الکتریکی یافت می شود.
چه زمانی از موتور سه فاز استفاده می شود؟
موتور سه فاز در کاربردهای مختلفی استفاده می شود، از جمله:
- ماشین آلات صنعتی و تجهیزات تولیدی
- سیستم های HVAC برای ساختمان های تجاری بزرگ
- ایستگاه های پمپاژ آب و تصفیه خانه های فاضلاب
- تاسیسات فرآوری نفت و گاز
- وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم های حمل و نقل
- کمپرسورها و پمپ های هوا در مقیاس بزرگ
