موتور القایی قفس سنجابی و عملکرد آن چگونه است؟ دستگاهی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند الکتروموتور یا موتور الکتریکی نامیده می شود. این دستگاه ها دارای طراحی ساده، استفاده آسان، قیمت پایین، راندمان بالا، نیاز به نگهداری کم هستند و قابلیت اطمینان بالایی دارند. موتورهای القایی سه فاز یکی از انواع الکترومورهایی است که تفاوت اصلی آن این است که هیچ اتصال الکتریکی از سیم پیچ روتور به هیچ منبع تغذیه ای وجود ندارد.

 جریان و ولتاژ مورد نیاز در مدار روتور با القای سیم پیچ استاتور تامین می شود. به همین دلیل است که به عنوان یک موتور القایی در نظر گرفته می شود. در این مقاله درباره موتور القایی قفس سنجابی که یکی از انواع الکتروموتورهای سه فاز القایی است توضیح خواهیم داد.

موتور القایی قفس سنجابی چیست؟

موتور قفس سنجابی (Squirrel Cage) یکی از انواع موتورهای القایی است. به منظور ایجاد حرکت، از جریان الکترومغناطیسی استفاده می کند. شفت خروجی به جزء داخلی روتور متصل است که شبیه یک قفس است. از این رو به آن قفس سنجاب گفته می شود.

 کلاهک های دو طرفه دایره ای شکل توسط میله های روتور به هم متصل می شوند. اینها بر اساس EMF یعنی تولید شده توسط استاتور عمل می کنند. این EMF همچنین محفظه از ورق های فلزی چند لایه و سیم پیچی ساخته شده است. دو بخش اصلی هر نوع موتور القایی، استاتور و روتور است. قفس سنجاب یک روش ساده برای کشیدن اثر القای الکترومغناطیسی است.

اصل کار موتور القایی قفس سنجابی

کار موتور القایی سنجاب بر اساس اصل الکترومغناطیسی است. هنگامی که سیم پیچ استاتور با AC سه فاز تامین می شود، یک میدان مغناطیسی دوار (RMF) تولید می کند که سرعتی به نام سرعت سنکرون دارد. این RMF باعث ایجاد ولتاژ در میله های روتور می شود. بنابراین، جریان اتصال کوتاه از آن عبور می کند. با توجه به این جریان های روتور، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که با میدان استاتور تعامل دارد. حالا، میدان روتور شروع به مخالفت با علت خود می کند. در این هنگام جریان روتور به صفر می رسد. در این صورت هیچ لحظه نسبی بین روتور و RMF وجود نخواهد داشت.

از این رو، نیروی مماس صفر توسط روتور تجربه می شود و برای لحظه ای کاهش می یابد. پس از این کاهش در روتور، جریان روتور دوباره با بازسازی حرکت نسبی بین RMF و روتور القا می شود. بنابراین نیروی مماس روتور برای چرخش بازیابی می شود و با پیروی از RMF شروع می شود.

 در این حالت روتور سرعت ثابتی را حفظ می کند که کمتر از سرعت RMF و سرعت سنکرون است. در اینجا تفاوت بین سرعت RMF و روتور به صورت لغزش اندازه گیری می شود. فرکانس نهایی روتور را می توان با ضرب لغزش و فرکانس عرضه به دست آورد.

ساخت موتور القایی قفس سنجابی

قطعاتی که برای ساخت موتور القایی قفس سنجابی مورد نیاز است عبارتند از استاتور، روتور، فن، بلبرینگ. استاتور از سیم پیچی سه فاز با فاصله ۱۲۰ درجه مکانیکی و الکتریکی با بدنه و هسته فلزی تشکیل شده است. به منظور فراهم کردن مسیر عدم تمایل کم برای شار تولید شده توسط جریان AC، سیم پیچ بر روی هسته آهنی چند لایه نصب می شود.

روتور انرژی الکتریکی داده شده را به خروجی مکانیکی تبدیل می کند. شفت، یک هسته، میله های مسی با اتصال کوتاه قطعات روتور هستند. برای جلوگیری از هیسترزیس (پدیده‌ ای است که وابستگی حالت فعلی یک سیستم به حالت‌های قبلی آن را نمایش می‌دهد) و جریان های گردابی که منجر به از دست دادن توان می شود، روتور لمینیت می شود.

یک فن متصل به پشت روتور برای تبادل گرما به حفظ دمای موتور کمتر از حد مجاز کمک می کند. برای چرخش صاف، بلبرینگ ها در موتور در نظر گرفته شده است.

استاتور

از یک سیم پیچ ۳ فاز با هسته و محفظه فلزی تشکیل شده است. سیم پیچ ها به گونه ای قرار می گیرند که از نظر الکتریکی و مکانیکی ۱۲۰ درجه از فضا فاصله دارند. سیم پیچ بر روی هسته آهنی چند لایه نصب شده است تا مسیری با رلوکتانس (یا مقاومت مغناطیسی، کمیتی است که برای تحلیل مدارهای مغناطیسی استفاده می‌شود) کم برای شار تولید شده توسط جریان AC فراهم کند.

 روتور

بخشی از موتور است که در چرخش قرار می گیرد تا خروجی مکانیکی برای مقدار معینی از انرژی الکتریکی ایجاد کند. خروجی نامی موتور بر روی پلاک بر حسب اسب بخار ذکر شده است. از یک شفت، میله های مسی/آلومینیومی با اتصال کوتاه و یک هسته تشکیل شده است.

هسته روتور برای جلوگیری از اتلاف توان ناشی از جریان های گردابی و هیسترزیس لایه بندی شده است. هادی ها برای جلوگیری از گیر کردن در حین شروع عملیات کج شده اند و نسبت تبدیل بهتری بین استاتور و روتور ایجاد می کنند.

فن

یک فن به قسمت پشتی روتور متصل می شود تا تبادل گرما را فراهم کند و از این رو دمای موتور را زیر حد مجاز نگه می دارد.

بلبرینگ / یاتاقان

یاتاقان ها به عنوان پایه حرکت روتور ارائه می شوند و یاتاقان ها چرخش نرم موتور را حفظ می کنند.

تفاوت بین موتورهای القایی قفس سنجابی و موتورهای القایی با حلقه لغزان

موتور القایی قفس سنجابی	موتور القایی با حلقه لغزان
ساخت قفس سنجاب القایی ساده است	ساخت موتورهای القایی حلقه لغزان نیاز به حلقه لغزان، برس، دستگاه اتصال کوتاه و … دارد.
این نوع موتور در اسلات ها دارای اورهنگ کمتر و ضریب فضای بهتر است	این موتورها بیشترین اورهنگ و ضریب فضای ضعیف را در اسلات ها دارند.
هزینه و نگهداری کمتر است	هزینه بیشتر است
راندمان بالاتر	راندمان کم و تلفات مس بیشتر.
تلفات مس کم و ضریب توان بهتر	فاکتور قدرت ضعیف است و می توان در ابتدا آن را بهبود بخشید
فاکتور خنک کننده به دلیل حلقه های انتهایی آن و در دسترس بودن فضای بیشتر برای فن های روتور بهتر است	فاکتور خنک کننده کاملاً کارآمد نیست
این موتورها تنظیم سرعت بهتر، راه اندازی ساده و گشتاور کم با جریان راه اندازی بالا دارند	تنظیم سرعت ضعیف هنگام کار با مقاومت های خارجی در مدار روتور موتور نیاز به لغزش رینگ، دنده برس، دستگاه اتصال کوتاه و مقاومت راه اندازی و … دارد. امکان افزایش گشتاور راه اندازی به دلیل مقاومت های خارجی در مدار روتور.
فاکتور قدرت در استارتینگ ضعیف است	فاکتور قدرت را می توان بهبود بخشید.
امکان کنترل سرعت وجود ندارد	کنترل سرعت با قرار دادن مقاومت های خارجی در مدار روتور امکان پذیر است.
ضد انفجار	ضد انفجار

طبقه بندی الکتروموتور  قفس سنجابی

به منظور برآورد کردن نیازهای صنعت، موتورهای القایی قفس سنجابی سه فاز در محدوده حداکثر ۱۵۰ کیلووات در فرکانس‌ ها، ولتاژها و سرعت‌ های استاندارد مختلف تولید می شوند. این موتورها با توجه به خصوصیات الکتریکی خود به ۶ نوع تقسیم می شوند که در ادامه به آنها اشاره می شود.

Class-A Design

این نوع موتورها دارای مقاومت کم، راکتانس، لغزش و راندمان بالاتر تحت بار کامل هستند. نقطه ضعف اصلی جریان راه اندازی بالا است که ۵ تا ۸ برابر جریان بار کامل در ولتاژ نامی است. این موتورها به طور گسترده در رتبه بندی های کوچک برای ماشین ابزار، پمپ های گریز از مرکز، فن ها، دمنده ها و غیره استفاده می شوند.

Class B Design

این موتورها راکتانس بالایی دارند و محدوده ۵-۱۵۰ کیلووات کار می کنند. این موتورها را می توان با موتورهای کلاس A برای نصب های جدید جایگزین کرد، زیرا ویژگی های آن مشابه موتورهای کلاس A است و جریان یکسانی دارد. (حدود ۵ برابر جریان بار کامل در ولتاژ نامی).

Class C Design

این موتورها به موتورهای دو قفس معروف هستند که گشتاور راه اندازی بالا با جریان راه اندازی کم دارند. از کاربردهای موتورهای کلاس C می توان به کمپرسور های هوا، نوار نقاله، پمپ های رفت و برگشتی، سنگ شکن، میکسرها، ماشین های برودتی بزرگ و غیره اشاره کرد.

Class D Design

این موتورها موتورهای قفس سنجابی با مقاومت بالا هستند. از این رو، آنها گشتاور راه اندازی بالایی با جریان راه اندازی کم می دهند. این موتورها راندمان عملیاتی پایینی دارند و محدود به راندن بارهای متناوب درگیر در بارهای شتاب دهنده بالا و بارهای ضربه ای بالا مانند پرس پانچ، قیچی، بولدوزر، بالابرهای کوچک و غیره هستند.

Class E Design

این موتورها با گشتاور راه اندازی کم، جریان راه اندازی معمولی و همچنین لغزش کم در بار نامی کار می کنند.

Class F Design

این موتورها با گشتاور راه اندازی کم، جریان راه اندازی کم و لغزش معمولی کار می کنند.

مزایای موتور القایی قفس سنجابی

از مزایای موتور القایی قفس سنجابی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت و ساز ساده و مستحکم.
• هزینه اولیه و نگهداری پایین
• سرعت ثابت را حفظ می کند.
• ظرفیت اضافه بار زیاد است.
• استارت ساده
• ضریب توان بالا
• اتلاف کم مس روتور
• راندمان بالا، کارآیی بالا.

کاربرد موتور القایی قفس سنجابی

از کاربردهای موتور القایی قفس سنجابی می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• مناسب برای درایوهای صنعتی با قدرت کم که در آن کنترل سرعت مورد نیاز نیست، مانند ماشین‌های چاپ، آسیاب‌های آرد، و سایر محرک‌های محوری با قدرت کم.
• پمپ های گریز از مرکز ، فن ها، دمنده ها و غیره
• در راندن کمپرسورهای هوا، نوار نقاله، پمپ های رفت و برگشتی، سنگ شکن ها، میکسرها، ماشین های برودتی بزرگ و غیره.
• پرس پانچ، بولدوزر، بالابرهای کوچک و غیره.

منابع: elprocus و electrical4u