کاربرد موتور القایی در معادن چیست؟ در معادن، موتورهای القایی بیشتر در محفظه های ضد حریق استفاده می شوند. علاوه بر محفظه؛ عملکردهای موتورهایی القایی به طور خاصی طراحی شده اند.

موتورهای القایی فقط از دو قسمت تشکیل شده است که یکی استاتور است که یک سیم پیچ ثابت است که به منبع تغذیه متصل است و دیگری سیم پیچ چرخان روتور است که درون استاتور می چرخد.

موتور القایی قفس سنجابی (موتور القایی که دارای مدار ثانویه ای متشکل از سیم پیچ قفس سنجابی در شیارهای هسته آهنی است) را می توان به گونه ای طراحی کرد که با منابع تک فاز یا سه فاز کار کنند. به محض روشن شدن منبع تغذیه؛ یک موتور القایی سه فاز تحت بار قرار می گیرد. از استارترها فقط در صورت استفاده از جریان کاهشی استفاده می شود.

موتور القایی قفس سنجابی به دلیل سادگی؛ به طور گسترده ای در معادن و همچنین سایر صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. از آنها برای راه اندازی مته ها؛ دستگاه های برش زغال سنگ استفاده می شود. از این دستگاه ها حتی در لودر، نوار نقاله و باربری و همچنین پمپ ها، فن های کمکی و کمپرسورهای کوچک استفاده می شود.

استاتور از یک استوانه توخالی تشکیل شده است که ار ورقه های نرم آهن ساخته شده است. فضای داخلی سیلندر شکاف دارد تا هادی های سیم پیچ سه فاز را دریافت کند. هادی های سیم پیچ عایق شده هستند و کل عایق استاتور به درستی با لاک یا رزین آغشته شده اند تا از نفوذ رطوبت و خاک و سایر ذرات خارجی جلوگیری کند. هسته و سیم پیچ در یوغ فولادی یا چدنی قرار داده می شود. در زیر می توانید طرحی از یک استاتور را مشاهده بفرمایید.

در تصور بالا قسمت b طرحی از روتور قفس سنجابی را نشان می دهد. روتور از یک قفس استوانه ای شکل از میله های مسی یا میله های آلومنیومی تشکیل شده است و در هر انتهای آن از حلقه مس یا برنج استفاده می شود و به آن شکل قفس را می دهد. به خاطر این به آن موتورهای القایی قفس سنجابی گفته می شود چون شبیه قفس سنجاب است.

متناوبا؛ کل قفس ممکن است به صورت یک تکه از آلیاژ آلومنیوم روکش شود. قفس در یک هسته استوانه ای تنظیم شده است؛ از ورقه های نرم آهن ساخته می شود که به یک شافت منتهی می شود و به درستی تراش می خورد. روتور توسط یاتاقانهای هر انتهای شافت پشتیبانی می شود.

با استاتور مطابقت داده می شود به طوری که فاصله ای بسیار کم از هوا (از چند هزارم اینچ) بین سطح روتور و سطح داخلی استاتور وجود دارد.

یک شکاف کوچک اما یکنواخت برای عملکرد کارآمد موتور القایی به طور کلی بسیار ضروری است. در حقیقت اهمیت این شکاف از هوا آنقدر زیاد است که اگر به درستی تراش داده نشود؛ مشخصات و عملکرد کل موتور را تغییر می دهد.

استفاده از موتور القایی در معادن

مانند سایر موتورهای الکتریکی؛ موتور قفس سنجاب اصل موتور (همانطور که توسط واکنش های هادی حامل جریان در روتور با یک میدان مغناطیسی توصیف می شود) یک قدرت مکانیکی اسجاد می کند. ویژگی تعیین کننده موتور القایی این است که جریان های هادی های روتور توسط همان فیلدی که با آنها واکنش نشان می دهند القا می شوند.

عملکرد موتور القایی بستگی به امکان تولید یک میدان مغناطیسی دارد که می چرخد، در حالی که سیم پیچ های تولید کننده آن ثابت هستند. چنین میدانی را فقط می توان با سیم پیچ متصل به منبع جریان متناوب تولید کرد در حالی که اگر برای تولید یک میدان الکترومغناطیسی جریان مستقیم به سیم پیچ اعمال شود؛ موقعیت میدان در فضا کاملا با موقیت سیم پیچ مطابقت دارد و فقط با چرخاندن سیم پیچ ها می توان میدان را چرخاند.

ما می توانیم استاتور یک موتور القایی را برای تولید یک میدان چرخشی از دو، چهار؛ شش یا تعداد زوج قطب ها طراحی کنیم و سپس طراحی سیم پیچ به تعداد قطب های مورد نیاز بستگی دارد. هر مرحله زت منبع تغذیه به یک سیم پیچ در استاتور متصل می شود.

سیم پیچ ها طوری طراحی شده اند که هر کدام تعداد قطب مورد نیاز را می دهند و سیم پیچ ها به هم متصل می شوند. در فرم ستاره ای؛ سه انتهای سیم پیچ های متصل به منبع به یکدیگر متصل می شوند.

سیم پیچ ها در هر فاز به گونه ای مرتب شده اند که در هر نیم چرخه فاز خود؛ نیمی از سیم پیچ ها قطب های شمالی را تولید کنند در حالی که نیم دیگر قطب های جنوبی را تولید می کنند. قطبیت هر سیم پیچ در هر نیم چرخه؛ معکوس می شود.

سیم پیچ ها به ترتیب چند مرحله ای در اطراف استاتور فاصله دارند. سیم پیچ ها در طول نیم چرخه مثبت فاز خود؛ یک قطب شمالی تولید می کنند. یک طرح معمولی از سیم پیچ ها در زیر نشان داده شده است.

این شکل نشان می دهد که چگونه یک میدان چرخشی دو قطبی توسط استاتور دارای شش سیم پیچ؛ تولید می شود. به دلیل رابطه بین چرخه های متناوب در سه مرحله، قدرت جریان در سیم پیچ های پی در پی دور استاتور به اوج می رسد.

سپس قطب میدان کل در یک لحظه در سیم پیچ شمال (۱A) و جنوبی (۱B) قرار دارد، سپس آنها در سیم پیچ شمال (۳A) و سیم پیچ شمال (IB) و جنوبی (۱A) و غیره قرار خواهند گرفت. اثر اتصال یک منبع تغذیه سه فاز به یک استاتور دارای شش سیم پیچ، تولید یک میدان مغناطیسی دو قطبی می کند که یک دور را برای هر چرخه منبع کامل می کند.

سرعت میدان چرخشی

برای اینکه یک میدان دو قطبی چرخشی را داشته باشید، هر سیم پیچ در استاتور باید یک قطب شمال و یک قطب جنوب داشته باشد. یک میدان دو قطبی یک بار هر در چرخه می چرخد؛ زیرا هر سیم پیچ در طول یک چرخه یک بار قطب را تغییر می دهد.

برای اینکه یک میدان چهار قطبی یک دور انجام دهید، هر سیم پیچ باید هر قطب را دو بار داشته باشد. برای یک میدان شش قطبی؛ یک دور چرخش به سه قطب نیاز دارد و غیره.

حالا که می بینیم سیم پیچ ها در هر چرخه فقط یک بار قطب را تغییر می دهند؛ نتیجه می شود که هر چه تعداد قطب ها بیشتر باشد؛ چرخش میدان و سرعت روتور کندتر خواهد بود. به عنوان مثال، هنگامی که به منبع تغذیه ۵۰ c/s. متصل هستید؛ یک میدان دو قطبی در ۳۰۰۰ دور در دقیقه؛ یک چهارم قطب در ۱۵۰۰ دور در دقیقه یک میدان شش قطبی در ۱۰۰۰ دور در دقیقه و یک میدان قطب هشتم در ۷۵۰ دور در دقیقه می چرخد.

سرعت این میدان چرخشی را سرعت سنکرون می نامند و این را می توان به صورت فرمول بیان کرد:

می توان زمینه را برای چرخش در جهت عقربه های ساعت و یا در خلاف جهت عقربه های ساعت ایجاد کرد. در حقیقت برای معکوس کردن جهت چرخش؛ صرفا لازم است که ترتیب هر دو مرحله را معکوس کنید. بنابراین به عنوان مثال؛ اگر اتصالات فاز ۱-۲-۳ باشند و یک چرخش در جهت عقربه های ساعت ایجاد کنند؛ پس چرخش در خلاف جهت عقربه های ساعت توسط ۳-۲-۱؛ ۲-۱-۳ یا ۱-۳-۲ تولید می شود.

اثر القایی در روتور

هنگامی که سیم پیچ استاتور به استاتور متصل می شود؛ میدان مغناطیسی چرخشی در هادهای روتور به سرعت عبور می کنند. بنابراین این هادی ها در یک میدان مغناطیسی در حال تغییر هستند. هر هادی یک EMF در آن القاء می شود و از آنجا که تمام هادی های روتور کوتاه می شوند و توسط حلقه های انتهایی به هم متصل می شوند؛ جریان قادر به گردش می باشد.

این اثر دقیقا مانند میدان های ساکن است و هادی های روتور در خلاف جهت چرخش میدان استاتور چرخانده می شوند.

جهت جریان در هادی های روتور را می توان با استفاده از قانون دست راست  Fleming برای ژنراتورها یافت. شکل زیر القای جریان و تاثیر آن در ایجاد نیتور و در نهایت چرخش روتور را به طور واضح نشان می دهد.

به دلیل اصل القا، نیرو در هادی های روتور جریان پیدا می کند؛ اصل موتور به کار می افتد و نیرویی به هر رسانا وارد می شود. با استفاده از قانون دست راست Flemings برای موتورها می توان دریافت که در هر رسانا؛ نیروی موتور در جهت مخالف آن هدایت می شود که در آن هادی باید حرکت کند تا جریان محرک را القاء کند.

در یک موتور القایی؛ نیرویی که به هر رسانا وارد می شود؛ می خواهد آن را در همان جهتی که در آن میدان استاتور چرخان وجود دارد حرکت دهد. این پدیده در تصویر زیر نشان داده شده است.

نیروهای وارده به هادی های جمع شده در کنار هم گشتاوری ایجاد می کنند که روتور ار در جهت میدان چرخشی می چرخاند و از این روتور تا زمانی که سیم پیچ استاتور به منبع تغذیه سالم متصل است، چرخش خود را حفظ می کند.

گشتاور تولید شده توسط یک موتور به قدرت جریان جاری شده در روتر بستگی دارد. جریان های سنگین با میدان چرخشی واکنش نشان می دهد و یک گشتاور بزرگ تولید می کنند.

مقاومت جریان القایی در روتور به نوبه خود؛ به سرعت جایجایی میدان چرخشی در هادی ها؛ یعنی حرکت نسبی بین روتور و میدان بستگی دارد که اصطلاحا لغزش نامیده می شود. در حقیقت مقدار زیادی از لغزش منجر به جریان القایی سنگین می شود اما اگر روتور به سرعت سنکرون نزدیک شود؛ جریان های القایی کاهش یافته و گشتاور از بین می رود. روتور هرگز نمی تواند به سرعت  سنکرون برسد؛ چون در این سرعت هیچ حرکت نسبی بین روتور و میدان وجود ندارد و هیچ گشتاوری هم ارائه نخواهد شد.

بنا به مقدار لغزش؛ سرعت موتور ارتباط مستقیمی با گشتاور مورد نیاز برای تحریک بار دارد. در یک ماشین چهار قطبی که با سیستم منبع تغذیه ۵۰ c/s کار می کند، سیستم تامین و توسعه ۵۰ اسب بخار، سرعت میدان استاتور ۱۵۰۰ دور در دقیقه است.

حالا هنگام کار با بار کامل، سرعت نوتور بین ۱۴۵۰ تا ۱۴۷۰ دور در دقیقه خواهد بود که به کارایی موتور بستگی دارد. با این وجود اگر بار کاهش پیدا کند؛ سرعت موتور کمی افزایش پیدا می کند و در صورت عدم وجود بار؛ موتور تقریبا زیر ۱۵۰۰ دور در دقیقه کار می کند (مثلا در حدود ۱۴۹۰ تا ۱۴۹۵ دور در دقیقه).

بنابراین سرعت موتور به طور کلی به سرعت سنکرون میدان استاتور بستگی دارد و با بار هدایت شده کمی تغییر می کند. به همین دلیل؛ موتور القایی بسیار محبوب شده است چون بیشتر درایوها به سرعت ثابت نیاز دارند.

استارتینگ موتور القایی

اگر موتور القایی قفس سنجاب مستقیما با ولتاژ کاملتری روشن شود، تحت بار استارت می خورد. روش استارت به عنوان تغییر مستقیم یا راه اندزی مستقیم (DOL) شناخته می شود. در لحظه استارت؛ لغزش (و در نتیجه جریان روتور القایی) در بالاترین حد خود است؛ به طوری که موتور جریان سنگینی را از منبع می کشد تا زمانی که به سرعت طبیعی کار نزدیک شود.

یک موتور کیج ممکن است از پنج تا شش برابر جریان کامل بار کامل نرمال خود زمان نیاز داشته باشد.

تمام موتورهای قفس کوچکتر استفاده شده در معدن؛ مانند موتورهای موجود در تجهیزات فیس (face) با سوئیچینگ مستقیم خط شروع می شوند. برای جایگزینی جریان استارت؛ تمام دستگاه های محافظ موجود در مدار موتور به گونه ای طراحی شده اند که در طول دوره استارت از کار خارج نخواهند شد.

در طی دوره ای که موتور در حال استارت است و سرعت افزایش پیدا می کند جریان سنگین مصرفی باعث کاهش توان موجود در سایر دستگاه های مشترک در خطوط توزیع می شود. به همین دلیل روتورهای بسیاری از موتورها طوری طراحی شده اند تا حد ممکن افزایش جریان اولیه را محدود کنند.

یکی از روش های محدود کردن جریان استارت روتور با یک قفس مضاعف و حتی سه گانه است. جریان می تواند با طراحی دقیق میله های قفس هم محدود شود. شکل زیر طراحی یک روتور دو قفسی را نشان می دهد.

شکل زیر بخش های میله های روتور را که به طور کلی در روتورهای دو قفس استفاده می شوند را نشان می دهد.

در حقیقت، روتور دو قفس با یک قفس با مقاومت بالا تنظیم شده در سطح هسته و یک قفس مسی با مقاومت کم به خوبی در هسته ساخته شده است.

در لحظه استارت؛ هنگامی که روتور ثابت است؛ فرکانس EMF القایی در میله های قفس؛ که به تفاوت بین روتور و سرعت میدان چرخشی بستگی دارد در حدود ۵۰ c/s فرکانس است.

در این فرکانس، قفس مس که توسط آهن احاطه شده است؛ واکنش پذیری القایی بسیار بالایی دارد که از جریان شدید در آن جلوگیری می کند. جریان القایی در قفس خارجی کافی است تا موتور بتواند با گشتاور زیاد (تا دو برابر گتاور بار نرمال)، شروع به کار کند، اما مقاومت قفس جریان استارت را محدود می کند.

با جمع شده سرعت موتور؛ اختلاف بین روتور و سرعت میدان چرخشی بسیار کاهش پیدا می کند و فرکانس EMF القایی بسیار کمتر می شود. بنابراین مقاومت القایی قفس مس بسیار کمتر است؛ در نتیجه جریان های القایی در آن قویتر هستند (گرچه EMF ناشی از آن بسیار کوچکتر می شود) و قفس وظیفه اصلی تولید گشتاور را به عهده می گیرد.

روتر قفس سه گانه هم وجود دارد که دارای سه قفس جداگانه است؛ این روتورها از یک قفس با مقاومت بسیار بالا استارت می خورد و یک قفس میانی دوم قبل از اینکه قفس اصلی در حال اجرای کامل باشد کار خود را استارت می زند. با این وجود نوع دیگری از روتور با یک قفس وجود دارد که به روشی کاملا شبیه به روتور دو قفس کار می کند. این میله ها دارای مقاطع طراحی شده خاص هستند که در شکل بالا نشان داده شد.

قسمت بزرگی از هر میله در اعماق هسته قرار دارد و این قسمت در هنگام استارت مقاومت بالایی دارد. جریان فقط در بخش های کوچک نزدیک سطح که مقاومت بالایی در برابر جریان های سنگین دارند؛ جریان پیدا می کنند. بنابراین موتور با گشتاور زیاد و جریان استارت متوسط شروع می شود.

با جمع شده سرعت موتور، واکنش پذیری قسمت های عمیق تنظیم شده میله ها کاهش می یابد؛ بنابراین جریان می تواند آزادانه در کل هر میله جریان یابد. سپس قفس به عنوان قفس با مقاومت کم عمل می کند.

بیاید به طور خلاصه در مورد عبارات گشتاور استارت (Ts) و جریان استارت (Is) بحث کنیم. همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، این عبارات بیان می شوند چون در درک عملکرد و مشکلات موتورهای القایی به مهندسان برق کمک می کنند.

گر P1 ورودی برق، v1 ولتاژ ورودی به استاتور و I1 جریان ورودی به استاتور  و φ۱ ضریب قدرت باشد پس:

انرژی وارده در هر فاز:

از این رو I R در سیم پیچ های استاتور پخش می شود و (-E1)I1 گرمای هسته از دست می رود که به دلیل هیسترزیس و جریان های گردابی است. در اینجا R1 = مقاومت استاتور و E1 = استاتور القایی EMF در هر فاز.

بنابراین P1 ممکن است به روش زیر بیان شود:

زاویه بین بردارهای (-E1) و (-) I2 برابر است (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، که نمودار بردار یک موتور القایی را نشان می دهد) که بین E2 و I2 در روتور، به عنوان φ۲ نشان داده شده است. از آنجا که (-E1) مولفه ولتاژ مربوط به شار (جریان) متقابل است و (-I2) مولفه فعلی معادل جریان روتور است، پس  (-E1,) (-I2) Cos φ۲ باید قدرتی باشد که توسط عمل ترانسفورماتور به روتور، اعمال می شود. به فرمول های زیر توجه کنید :

این را می توان به عنوان انرژی تحویل داده شده به روترتعریف کرد که کسر S در خود روتر استفاده می شود و به عنوان گرما در روتر از بین می رود. حالا (۱-s)P2 باقی می ماند که در نمودار وکتور ظاهر نمی شود. در واقع، آن به قدرت مکانیکی تبدیل شده و در شافت روتور گسترش می یابد، که می تواند به صورت زیر بیان شود:

Pm = (l-s) P2 (و این شامل اصطکاک و قدرت تلاطم هوا است).

و به طور کلی می توان آن را به صورت زیر بیان کرد:

یعنی قدرت روتور همیشه در این نسبت تقسیم می شود. در واقع گشتاور مستقیماً با ورودی توان روتور، P2 متناسب است. و این خود متناسب با ورودی استاتور است، زیرا اتلاف استاتور را کوچک در نظر می گیریم. بنابراین ورودی موتور مستقیماً متناسب با گشتاور برای شار اصلی و ولتاژ استاتور است.

تجهیزات استارتینگ موتور های القایی

این تجهیزات عمدتا برای کاهش جریان راه اندازی موتورها مورد نیاز است. و این با کمک تجهیزات کنترل خارجی انجام می شود. این روشها عبارتند از استارتینگ استار دلتا و استارتینگ ترانسفورماتور خودکار.

این موتورها اغلب با موتورهای سنگین تری مانند موتورهایی که در پمپ های سنگین بکار می روند استفاده می شوند. در چنین موتورهایی اگر از برق مستقیم برای راه اندازی موتور استفاده شود، به دلیل جریان زیاد، منبع تغذیه دچار اختلال می شود.

استار دلتا

ماشینی که برای استارتینگ استار دلتا (Star-Delta) طراحی شده است (برخلاف دستگاهی که برای راه اندازی مستقیم خط و یا استارتررترانسفورماتور طراحی شده است) دو سر هر فاز را از پایانه های جداگانه بیرون می آورد و در مجموع ۶ پایانه برای میدان استاتور ارائه می دهد. سپس یک سوئیچ همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، به مدار متصل می شود تا بتوان با تغییر موقعیت سوئیچ، اتصال میدان استاتور را هم تغییر داد.

سیستم به این ترتیب کار می کند که تجهیزات با استاتور متصل می شوند. زمانی که دستگاه به سرعت کامل برسد، سوئیچ استار تغییر می کند، به طوری که سیم پیچ های استاتور به صورت دلتا متصل می شوند و دستگاه در طول عملکرد عادی خود با اتصال دلتا کار می کند.

برای هر یک از سیم پیچ های میدان داده شده، جریان زمانی که فازها در این نوع متصل شده اند کمتر از جریان مورد استفاده در هنگام اتصال فازها در حالت دلتا استفاده می شود. با اتصال استار، ولتاژ فاز به فاز روی سیم پیچ های دو فاز به صورت سری اعمال می شود، در حالی که با اتصال دلتا، ولتاژ کامل فقط در سیم پیچ یک فاز اعمال می شود.

بنابراین جریان استارت حدود دو برابر جریان بار کامل است. استارتینگ استار دلتا همچنین گشتاور راه اندازی را تا حدی کاهش می دهد، اما ممکن است راه اندازی موتور با بار کامل امکان پذیر نباشد.

هنگام استارت به طور موقت در استار، ولتاژ فاز به ۰٫۵۸ کمتر از حالت عادی کاهش می یابد و موتور به گونه ای عمل می کند که انگار یک ترانسفورماتور خودکار با نسبت ۰٫۵۸ در حال کار کردن است. جریان شروع در هر فاز IS = 0.58ISc ، جریان خط (۰٫۵۸) ۲ x I = 0.33ISc است. گشتاور استارت یک سوم مقدار اتصال کوتاه است.

این روش راه اندازی ارزان و مفید است، البته تا زمانی که نیازی به استارت گشتاور  با بیش از ۵۰ درصد گشتاور بار کامل نباشد. می توان از این روش، برای ماشین آلات، پمپ ها و غیره استفاده کرد.

استارتینگ مقاومت استاتور (SRS)

همانطور که از اصول موتورهای القایی می دانیم، خروجی و گشتاور یک لغزش معین با نسبت ولتاژ اعمال شده، متفاوت است. پس کاهش ولتاژ اعمال شده به معنی کاهش همزمان گشتاور راه اندازی است.

و این اصل در روش شروع مقاومت استاتور با اتصال سه فاز واحد مقاومت خارجی به صورت سری با پایانه استاتور دنبال می شود. شکل زیر مدار ساده این نوع استارتر را نشان می دهد.

وقتی که ولتاژ ورودی استاتور (با تنظیم واحد مقاومت خارجی استاتور) از مقدار طبیعی آن، به عنوان مثال، به کسر x کاهش می یابد، جریان بدون بار و اتصال کوتاه تقریباً به همان نسبت تغییر می کند. اما شار اصلی که در محدوده بارهای نرمال، تقریباً ثابت است، توسط ولتاژ اعمال شده تعیین می شود و متناسب با ولتاژ کاهشی، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

اگر مدار مغناطیسی زیاد اشباع نشده باشد، جریان مغناطیسی نیز به طور مشابه کاهش می یابد. علاوه بر این، تلفات هسته تقریباً با مربع چگالی شار و در نتیجه ولتاژ متناسب است. جزء فعال جریان بدون بار متناسب با افت ولتاژ کاهش می یابد.

در حالی که اتصال کوتاه توسط ضریب ولتاژ اعمال شده و مقاومت ظاهری اتصال کوتاه تعیین می شود، حدودی نزدیک به یک تابع خطی ولتاژ ارائه شده وجود خواهد داشت. پس، اگر جریان استارت به کسری از مقدار نرمال، x کاهش یابد، گشتاور راه اندازی نیز x2 از مقدار طبیعی آن کاهش می یابد.

ترانسفورماتور خودکار

جریان اتصال را می توان با وصل کردن دو ترانسفورماتور خودکار در “V” در سه مرحله سیم پیچ استاتور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، کاهش داد. ترانسفورماتورهای خودکار باعث کاهش ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ استاتور می شوند، به طوری که جریان اولیه گرفته شده توسط موتور کاهش می یابد.

زمانی که دستگاه به سرعت کامل نزدیک می شود، ترانسفورماتورهای خودکار خاموش می شوند، به طوری که ولتاژ تغذیه کامل به استاتور اعمال می شود. در اینجا نیز گشتاور استارتر، تا حدودی کاهش می یابد. شکل زیر نشان می دهد که ترانسفورماتور خودکار برای کاهش ولتاژ فاز به کسر مقدار نرمال استفاده می شود. سپس جریان موتور در هنگام شروع Is = xlsc و گشتاور شروع Ts = X 2Tsc است

این دقیقاً مشابه قرار دادن مقاومت در مدار استاتور برای کاهش ولتاژ است. اما در این روش مزیت این است که ولتاژ توسط ترانسفورماتور کم شده، نه توسط مقاومت.

موتورهای القایی اسلیپ رینگ

موتورهای القایی اسلیپ رینگ، با همان اصل القایی موتور قفس سنجابی کار می کنند. با این حال، آنها با موتورهای قفس سنجابی در شکل روتور استفاده شده و در روش راه اندازی متفاوت هستند. بر خلاف موتورهای قفس، سرعت موتور اسلیپ رینگ را می توان کنترل کرد.

به طور کلی این موتورهای لغزنده، برای عملکرد های سنگین مثل رانندگی با کمپرسورهای بزرگ و بارهای اصلی استفاده می شوند، جایی که قدرت زیاد و کنترل دقیق جریان شروع، ضروری است. حتی در موتورهای اصلی سیم پیچ از موتورهای اسلیپ رینگ استفاده می شود.

استاتورهای موتورهای لغزشی مثل موتورهای قفس سنجابی است، اما روتور یک موتور لغزنده شامل یک سیم پیچ سه فاز است که از رساناهای مسی تشکیل شده و در یک پوشش نرم آهنی چند لایه قرار گرفته است.

رسانا ها و سیم پیچ ها از هم و از هسته عایق بندی شده اند و کل عایق با لاک الکل مخصوص درجه الکتریکی آغشته شده است. یک سر هر سیم پیچ فاز به یک نقطه ستاره در روتور وصل می شود، انتهای دیگر سیم پیچ ها به سه اسلیپ رینگ  منتقل شده بر روی محور روتور منتقل می شوند.

روتور های موتور اسلیپ رینگ از طریق سه مجموعه برس به سه پایانه متصل می شوند. یک واحد راه انداز، متصل به پایانه ها، مدار خارجی روتور را کامل می کند.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، واحد استارت از سه مقاومت متغیر متصل به استار تشکیل شده است. آن را به سه پایانه اسلیپ رینگ متصل می کند به طوری که هر مرحله از سیم پیچ روتور دارای مقاومت متغیر در سری با آن است.

بنابراین می توان مقاومت مدار روتور را با یک کنترل خارجی تغییر داد. برای راه اندازی موتور، مقاومتها در بالاترین مقدار خود تنظیم می شوند. هنگامی که منبع تغذیه سیم پیچ استاتور روشن شود، موتور به آرامی با گشتاور بالا و جریان نسبتاً کم استاتور شروع به کار می کند.

مقاومت ها به تدریج کاهش می یابد و در نتیجه سرعت موتور افزایش می یابد، تا زمانی که سه ترمینال در واقع اتصال کوتاه شده و موتور با تمام سرعت کار کند. یک موتور اسلیپ رینگ را می توان با قرار دادن مجموعه ای از مقاومت های خارجی به صورت سری با سیم پیچ های روتور، در مقداری کمتر از حداکثر سرعت خود، به کار انداخت.

سرعت واقعی موتور بستگی به بار رانده شده و میزان مقاومت باقی مانده در مدار دارد. با این روش کنترل طیف قابل توجهی از سرعت ها امکان پذیر است، اما باید در مورد ویژگی های سرعت گشتاور موتور دقت کرد، در غیر این صورت ممکن است موتور آسیب ببیند.

دنده اتصال کوتاه

موتوری که به طور مداوم با یک سرعت ثابت کار می کند، مثل موتوری که کمپرسور را حرکت می دهد، گاهی اوقات دارای مکانیزمی برای اتصال کوتاه اسلیپ رینگ ها است، به طوری که مدار روتور در دستگاه تکمیل می شود. ممکن است برس ها به طور همزمان بالا بیایند، به طوری که سایش برس به حداقل برسد.

همانطور که در شکل ۱۱٫۱۰ نشان داده شده است، اگر دستگاهی دارای سوئیچ اتصال کوتاه باشد، استارت فقط در طول دوره شروع واقعی به روتور متصل می شود. هنگامی که موتور به سرعت رسید، سوئیچ اتصال کوتاه شروع به کار می کند، معمولاً با استفاده از یک دسته در کنار محفظه اسلیپ رینگ، و موتور سپس به عنوان یک ماشین متصل داخلی کار می کند.

ضریب توان یا پاور فاکتور

تمام موتورهای القایی قفس سنجابی و اسلیپ رینگ با ضریب توان عقب افتاده کار می کنند. موتورهای القایی که با بار کامل کار می کنند، بسته به نوع طراحی دستگاه، معمولاً دارای ضریب توان بین ۰٫۸ تا ۰٫۹ هستند. اگر موتور کمتر از بار کامل خودش حرکت کند، ضریب توان کم می شود، در مقداری زیر نصف بار ممکن است به ۰٫۵ یا حتی کمتر هم برسد.

موتورهای سنکرونی که در معادن استفاده می شوند

مثل یک موتور القایی، یک موتور همزمان نیز از یک استاتور تشکیل می شود که یک روتور درون آن کار می کند. استاتور مانند موتور القایی پیچیده می شود تا در صورت اتصال به منبع جریان متناوب سه فاز، یک میدان چرخشی تولید شود. سرعت چرخش به فرکانس تأمین و تعداد قطب های موجود بستگی دارد.

با این وجود روتور برخلاف موتور القایی دارای سیم پیچ القا است که با تأمین جریان مستقیم انرژی می گیرد. منبع تغذیه از طریق برس هایی که بر روی دو اسلیپ رینگ قرار دارند تغذیه می شود و روتور به گونه ای پیچیده می شود که یک میدان قطبی ثابت با تعداد قطب های مشابه با استاتور تولید می شود.

هنگامی که میدان استاتور توسط یک جریان متناوب سه فاز تغذیه می شود و روتور با یک منبع جریان مستقیم تغذیه می شود، هر قطب روتور به قطب مقابل میدان چرخشی جذب می شود.

پس، قطب های روتور از قطب های چرخشی مربوطه پیروی می کنند، به طوری که روتور با همان سرعت میدان استاتور می چرخد، یعنی با سرعت همزمان می چرخد و بنابراین این موتور را موتور همزمان می گویند. سرعت این نوع موتورها اما قابل تغییر نیست.

استارتینگ

یک موتور سنکرون، نمی تواند به تنهایی شروع به کار کند زیرا هیچ گشتاور استارتی ایجاد نمی کند. گشتاور در واقع تنها زمانی تولید می شود که قطب های روتور قطب های میدان دوار را دنبال می کنند، به طوری که؛ قبل از اینکه موتور بتواند بار خود را القا کند، روتور باید از قبل با سرعت تقریباً همزمان کار کند. برای راه اندازی یک موتور همزمان، باید از برخی روش ها استفاده شود تا قبل از انرژی دهی به روتور، سرعت آن بالا برود.

روش های مختلفی برای استارتینگ موتورهای سنکرون استفاده شده است. یک روش این است که یک موتور القایی کوچک جداگانه، به نام موتور پونی بر روی محور اصلی ایجاد کنیم، اما این روش در حال حاضر به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد. اکثر موتورهای سنکرون که در معادن استفاده می شوند دارای یک سیم پیچ در روتور اصلی هستند، به طوری که می توان آن را با استفاده از میدان اصلی به عنوان موتور القایی روشن کرد.

سه نوع موتور سنکرون که بیشتر در معادن مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از موتور القایی سنکرون، موتورهای سنکرون خودکار و سنکرون قفس سنجابی. در واقع اینها با روشهای استارتینگ متمایز می شوند.

موتور القایی سنکرون

یک نوع موتور القایی سنکرون دارای روتور با دو سیم پیچ است. یک سیم پیچ، سیم پیچ تحریک است که از طریق دو شیار به منبع جریان مستقیم متصل می شود. سیم پیچ دیگر یک سیم پیچ القایی سه فاز است که از طریق سه لغزش دیگر به مقاومتهای شروع کننده متصل می شود. بنابراین موتور دارای پنج لغزش است که در شکل زیر نشان داده شده است.

موتور با استفاده از مقاومت های استارتر به عنوان موتور القایی اسلیپ رینگ راه اندازی می شود. هنگامی که موتور تقریباً با سرعت همزمان کار می کند، منبع تحریک کننده جریان مستقیم روشن می شود و سیم پیچ القایی باز می شود.

در نوع دیگری از موتورهای القایی همزمان، روتور دارای سیم پیچ سه فاز با سه لغزش است. موتور مانند یک دستگاه لغزنده با استفاده از ۷ مقاومت اولیه، روشن می شود. با نزدیک شدن موتور به سرعت همزمان، منبع تحریک کننده جریان مستقیم روشن شده و سیم پیچ القایی باز می شود.

در برخی موتورها، فقط دو اسلیپ رینگ توسط منبع محرک استفاده می شود، یک فاز سیم پیچ روتور غیر فعال است. متناوباً، در موتورهای دیگر، از هر سه استفاده می شود، دو فاز سیم پیچ ها به صورت موازی و سومین سری در شکل زیر نشان داده شده است.

موتور سنکرون خودکار

یک موتور همزمان خودکار شبیه به یک موتور القایی همزمان است، با این تفاوت که این موتور برای رفع نیاز به سوئیچینگ با نزدیک شدن موتور به سرعت معمولی طراحی شده است. سیم پیچ روتور از طریق لغزش و برس به طور دائم به محرک متصل می شود.

موتور به عنوان یک موتور القایی استارت می کند و مدار روتور از طریق d.c. مولد با جمع آوری سرعت موتور، علاوه بر جریان متناوب القایی، جریان مستقیم در سیم پیچ روتور جریان می یابد. وقتی روتور به سرعت همزمان می رسد، هیچ جریانی در روتور ایجاد نمی شود، زیرا هیچ حرکت نسبی بین میدان و روتور وجود ندارد.

موتور سنکرون قفس سنجابی

روتور از این نوع تنها سیم پیچ محرک را به لغزنده ها منتقل می کند، اما نوعی قفس نیز در هسته روتور تعبیه شده است. موتور به عنوان موتور قفس راه اندازی می شود. هنگامی که موتور به سرعت همزمان نزدیک می شود، منبع جریان مستقیم روشن می شود.

هنگامی که موتور در حال کار است، قفس به عنوان یک سیم پیچ دمپر عمل می کند و از هر گونه “شکار” یعنی تغییرات جزئی در سرعت موتور که می تواند باعث ارتعاش شود، جلوگیری می کند. در این نوع، راه اندازی خودکار ترانسفورماتور معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، اما برخی از ماشین های این نوع با سوئیچ های مستقیم مستقیم راه اندازی می شوند.

مدار تحریک

جریان تحریک روتور معمولاً از یک ژنراتور محرک کوچک که روی همان محور روتور نصب شده است، بدست می آید و بخشی جدایی ناپذیر از دستگاه را تشکیل می دهد. بنابراین، تنها منبع خارجی مورد نیاز، منبع اصلی عادی است.

یک واحد کنترل هم فراهم شده است که امکان تغییر جریان در سیم پیچ روتور را ممکن می کند. برای هر بار مشخص، حداقل جریان تحریک خاصی لازم است. گشتاور تولید شده توسط موتور بستگی به قدرت میدان روتور دارد. اگر این میدان خیلی ضعیف باشد، گشتاور کافی برای جابجایی بار ایجاد نمی کند و در نتیجه، خاموش می شود.

ضریب توان

در حداقل القاء، موتور با توجه به بار و طراحی دستگاه با ضریب تأخیر کم بین ۰٫۶ تا ۰٫۸ کار می کند. اگر جریان تحریک بیش از حداقل لازم برای تحریک بار افزایش یابد، سرعت و گشتاور ثابت می مانند، اما ضریب توان بهبود می یابد.

در مقدار معینی از جریان تحریک، ضریب توان یکسان بدست می آید. اگر جریان تحریک همچنان بیشتر شود، یک عامل قدرت پیشرو ایجاد می شود و از آن به بعد، با افزایش جریان تحریک، قدرت پیشرو کاهش می یابد. با تحریک زیاد، یک موتور همزمان می تواند با ضریب توان پیشرو تا ۰٫۶ یا کمتر کار کند.

موارد استفاده

به دلیل ویژگی های دشوار استاتر و این واقعیت که سرعت آنها تغییر ناپذیر است، موتورهای سنکرون فقط در مواردی که به یک حرکت پیوسته با سرعت ثابت نیاز است، استفاده می شوند.

موتورهای سنکرون معمولاً برای ، فن تهویه اصلی و کمپرسورهای سنگین استفاده می شوند. این موتورها به دلیل توانایی کارکردن در ضریب توان پیشرو، روشی برای اصلاح ضریب توان برای سیستم الکتریکی زغال سنگ ارائه می دهند.

مقاومت عایق موتور القایی

بازرسی و نگهداری جریان های متناوب در فواصل منظم در صورتی که معدن مجبور باشد بدون مشکل کار کند، ضروری است. عملکرد سرویس عادی معمولی در زیر آورده شده است. با این وجود، همه این عملیات را نمی توان به صورت داخلی یا ذغال سنگ انجام داد، یعنی در داخل معدن، و به همین دلیل موتورهایی که در زیرزمین در سطح ذغال سنگ یا در دروازه استفاده می شوند، به صورت دوره ای برای بازسازی کامل به سطح می آیند.

برنامه تعمیر و نگهداری برای هر موتور جداگانه که فرکانس های بازرسی را بررسی می کند و بررسی هایی که باید در هر مورد انجام شود باید توسط مهندس برق با توجه به اهمیت و عملکرد هر دستگاه تهیه شود و این باید توسط مدیریت و همچنین توسط برق و اپراتورها و مهندسان به شدت دنبال شود.

بررسی مقاومت عایق

در مورد موتور القایی قفس سنجابی، عایق سیم پیچ استاتور و در صورت موتور القایی لغزنده، مقاومت عایق روتور و همچنین لغزش گاه به گاه بررسی می شود. این فاصله باید توسط مهندس برق زغال سنگ با توجه به محیط عملیاتی و عملکرد موتورها تنظیم شود. به طور کلی فاصله هر دو ماه است.

با این حال، به عنوان یک راهنما، باید به طور منظم در زمینه های زیر توجه شود:

وضعیت موتور در اثر نفوذ خاک:

(۱) گرد و غبار زغال سنگ و رسوب رطوبت باید مرتباً بررسی شود.

(۲) جمع شدن عایق که باعث شل شدن سیم پیچ ها در شکاف آنها می شود، باید بررسی شود.

راه حل:

(i) در فواصل منظم موتور باید با دمیدن هوای گرم و خشک یا با پشتی یا گرم کردن با لامپهای با توان زیاد تمیز شود.

(ii) سیم پیچ باید از رطوبت زدوده شود.

(iii) پس از این عمل، سیم پیچ باید خشک شود، لاک الکل زده شود، سپس در دمای ۹۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد به مدت حداقل ۶ تا ۸ ساعت پخته شود.

(۳) لاک ترک خورده و فرسوده عایق را در برابر نفوذ خاک و رطوبت آسیب پذیر می کند.

راه حل:

سیم پیچ باید به درستی پخته شود و سپس لاک زده شود.

(۴) پیری یا فرسودگی عایق، سرب، اسلیپ رینگ، بلبرینگ، بلوک های ترمینال و میله ها باید بررسی شود.

راه حل :

سرپوش عایق فرسوده و کهنه، لغزش، بلبرینگ، ترمینال باید تعویض شود.

(۵) نشانه مالش و اصطکاک بین روتور و استاتور و علت آن باید مورد بررسی قرار گیرد.

راه حل :

یاتاقان باید تعویض شود و / یا براکت های انتهایی با محفظه یاتاقان فرسوده یا خراب باید با بستهای جدید جایگزین شوند.

(۶) مهمتر از همه، باید نتایج آزمایش مقاومت عایق را در فاصله زمانی منظم مورد بررسی قرار دهیم.

تست مهم :

(۱) مقاومت عایق بین سیم پیچ های استاتور و زمین به طور دوره ای با استفاده از یک تست مقاومت عایق استاندارد ، مانند Megger یا Metro ، آزمایش می شود. نتیجه آزمایشات پی در پی ثبت می شود، به طوری که هرگونه تمایل به خرابی عایق را می توان مشاهده کرد.

اگر سیم پیچ های استاتور به صورت داخلی به هم متصل نباشند، یعنی اگر شش سیم متصل به استاتور وجود داشته باشد، مقاومت عایق بین هر جفت فاز نیز ممکن است اندازه گرفته و ثبت شود. در مورد موتور روتور سیم پیچی شده، مقاومت عایق بین لغزش ها و محور روتور اندازه گیری و ثبت می شود.

(۲) در فواصل منظم، توصیه می شود مقاومت سیم پیچ ها را هنگامی که استاتور به صورت داخلی متصل شده است، بررسی کنید، یعنی در این صورت سه سر وجود خواهد داشت، مقاومت بین هر جفت سیم با یک اهم متر به راحتی مشخص می شود.

اما اگر استاتور دارای شش سر باشد، مقاومت هر فاز با آزمایش بین دو سر هر سیم پیچ مشخص می شود. در هر دو آزمون، سه عدد به دست آمده باید تقریباً برابر باشد. سازندگان معمولاً ارزش را در گواهی آزمون محصول خود ذکر می کنند. مقاومت اندازه گیری شده باید برابر با همان مقدار باشد. با استفاده از این آزمون، می توان نقص های احتمالی داخلی و سایر موارد را تشخیص داد.

منبع: yourarticlelibrary