چگونگی سیم پیچی موتور تک فاز

آشنایی با نحوه سیم پیچی موتورهای تک فاز

در سیم پیچی موتور تک فاز مانند الکتروموتور موتوژن از سیم های بسیار زیاد و پیچیده به هم استفاده شده که به صورت قطب های مغناطیسی عمل کرده و موجب تسهیل جریان برق می شود.

الکتروموتور تک فاز، الکتروموتوری است که توسط یک جریان متناوب تک فاز شروع به کار می کند. سیستم داخلی این الکتروموتورها از یک بخش ثابت و یک بخش دوار تشکیل شده است. این الکتروموتورها در سایزهای مختلف از کوچک تا بزرگ ساخته می شوند.

اغلب، عملکرد الکتروموتور تک فاز مانند الکتروموتورهای سه فاز مبتنی بر وضعیت القایی است. این الکتروموتورها در کاربردهای خانگی و تجاری بسیار فراوان یافت می شوند؛ یخچال، کولر، دمنده، پمپ، لباسشویی و خشک کن نمونه هایی از کاربرد این الکتروموتورها است.

الکتروموتور تک فاز بر اساس ساختمان داخلی و نوع سیم پیچی الکتروموتور تک فاز به انواع زیر دسته بندی می شود:

الکتروموتور القایی، الکتروموتور دفعی، الکتروموتور اونیورسال و الکتروموتور سنکرون با قطب دائم.

در ادامه سیم پیچی الکتروموتور القایی تک فاز بررسی می شود.

---

حتما مقاله جامع سیم پیچی را مطالعه کنید.

---

سیم بندی موتور تک فاز چگونه است؟

در بیشتر مواقع الکتروموتور تک فاز به لحاظ ساختاری شبیه الکتروموتورهای چند فاز قفس سنجابی است و تنها آرایش سیم پیچ های استاتور آنها فرق دارد. سیم پیچی الکترو موتور تک فاز در بخش استاتور، به جای این که یک پیچک متمرکز باشد، در شیارهایی شکل گرفته است که بتواند توزیع فضایی تقریبا سینوسی یک نیرو محرکۀ مغناطیسی را به وجود آورد. تقارن به وضوح نشان می دهد که چنین الکتروموتوری ذاتا نمی تواند از حالت سکون، گشتاورِ راه اندازی ایجاد کند، زیرا در هر دو جهت گشتاورهای یکسانی به وجود می آورد. اما چنانچه این الکتروموتور توسط سیم پیچ کمکی موتور تکفاز راه بیفتد، گشتاور خالی در جهت شروع دوران ایجاد می شود و بنابراین حرکت الکتروموتور ادامه می یابد.

سیم پیچی الکتروموتور تک فاز اکثر الکتروموتورهای القایی به صورت نامتقارن است و به عبارتی سیم پیچیِ همان الکتروموتورهای دو فاز است؛ اما گاها برخی الکتروموتورها با یک سیم پیچ نیز کار می کنند. الکتروموتور تک فاز القایی که شامل یک سیم پیچ تک فاز است بر روی استاتور موتور به همراه یک سیم پیچ قفس سنجابی که روی روتور قرار گرفته است نصب می شود و بدین ترتیب، یک میدان مغناطیسی پالس آور تولید می شود. سیم پیچ استاتور الکتروموتور القایی تک فاز انرژی خود را توسط یک منبع تک فاز تامین می کند.

جریان سیم پیچی موتور تک فاز

جریان های سیم پیچ ها، دو فاز نامتعادل هستند، بنابراین الکتروموتور نیز با یک الکتروموتور دو فاز نامتعادل هم ارز است. بنابراین یک میدان استاتور چرخان به وجود می آید و الکتروموتور را راه می اندازد. پس از راه افتادن الکتروموتور، سیم پیچ کمکی از مدار خارج می شود، این کار معمولا با یک کلید گریز از مرکز که در سرعتی نزدیک ۷۵ درصد سرعت سنکرون به کار می افتد، صورت می گیرد. راه ساده دستیابی به نسبت مقاومت به راكتانس بالا برای سیم پیچ کمکی این است که سیم پیچی الکتروموتور تک فاز از سیم های نازک تری ساخته شود. این کار بلا مانع است زیرا این سیم تنها در زمان راه اندازی کار می کند. راكتانس این سیم پیچی الکتروموتور تک فاز را می توان با قرار دادن آن در بخش های بالایی شیارها تا حدی کاهش داد.

موتورهای فاز شکسته گشتاور راه اندازی متوسطی دارند و به عبارتی جریان راه اندازی آنها پایین است. از کاربردهای این الکتروموتورها می توان پنکه ها، دمنده ها، پمپ های گریز از مرکز و وسایل اداری را برشمرد. توان نامی نوعی این الکتروموتورها ۵۰ تا ۵۰۰ وات است، این ها در این گستره توانی ارزان ترین الکتروموتورها به حساب می آیند.

چرا سیم پیچ موتور تک فاز به تنهایی جوابگو نیست؟

هنگامی که استاتور الکتروموتور تک فاز از منبع انرژی تک فاز تغذیه می شود، شار متناوب در سیم پیچی موتور تکفاز استاتور تولید می کند. جریان متناوب شکل گرفته از طریق سیم پیچ استاتور باعث می شود جریان القاء شده در میله های روتور (از روتور قفس سنجابی) طبق قانون القاء الکترومغناطیسی فارادی انجام شود. این جریان القایی در روتور نیز شار متناوب تولید می کند. بعد از تنظیم هر دو شار متناوب، موتور از کار می افتد. اما اگر روتور ابتدا با نیروی خارجی شروع به کار کند، آنگاه موتور به سرعت نهایی خود می رسد و با همان سرعت به کار خود ادامه می دهد. این رفتار سیم پیچی الکترو موتور تک فاز را می توان با نظریۀ چرخش دو میدان توضیح داد. نظریۀ چرخش می گوید، هر مقدار متناوب (در اینجا شار متناوب) را می توان به دو مؤلفه با نیمی از قدر حداکثر مقدار متناوب حل کرد. این مؤلفه ها در جهت مخالف می چرخند.

سیم پیچی استاتور این الکتروموتورها از نوع سیم بندی موتور تک فاز است، بنابراین هنگامی که استاتور با یک منبع انرژی تک فاز تغذیه می شود، شار متناوب تولید می کند (که فقط در یک محور متناوب است). شار متناوب که روی یک روتور قفس سنجابی عمل می کند، نمی تواند چرخش ایجاد کند و فقط شار گردان توانایی این کار را دارد. به همین دلیل است که الکتروموتور القایی تک فاز شروع به کار نمی کند.

---

مطالعه بیشتر: مقاله  سیم پیچی الکتروموتور سه فاز در تجهیزمن بخوانید.

---

عملکرد سیم پیچ اصلی و کمکی موتور تکفاز

همانطور که توضیح داده شد، الکتروموتور القایی تک فاز به طور خودکار شروع به کار نمی کند. برای اینکه بتوان حالتی ایجاد کرد که الکتروموتور به صورت خودکار شروع به کار کند، باید آن را به طور موقت به یک الکتروموتور دو فاز تبدیل کرد. این کار با کمک یک سیم پیچ راه انداز دیگر که به آن سیم پیچ کمکی گفته می شود، انجام می شود.

سیم پیچی الکتروموتور تک فاز شامل دو سیم پیچ است: 1- سیم پیچ اصلی و 2- سیم پیچ راه انداز (سیم پیچ کمکی). این دو سیم پیچی الکتروموتور تک فاز به طور موازی به یک منبع تغذیه تک فاز متصل شده اند و 90 درجۀ الکتریکی با هم اختلاف فاز دارند. اختلاف فاز 90 درجه، با اتصال یک خازن به صورت سری با سیم پیچ شروع می شود. از این رو موتور، مانند یک الکتروموتور دو فاز عمل می کند و استاتور میدان مغناطیسی در حال چرخش را تولید می کند که باعث می شود روتور کار کند. هنگامی که موتور به 80 تا 90٪ از سرعت عادی خود رسید، سیم پیچ راه انداز با استفاده از یک سوئیچ گریز از مرکز از مدار قطع می شود و موتور فقط در سیم پیچ اصلی کار می کند.

الکتروموتورهای فاز – شکسته دو سیم پیچ استاتور دارند، یک سیم پیچ اصلی (که به آن سیم پیچ عادی نیز گفته می شود و یک سیم پیچ کمکی که سیم پیچ راه انداز نیز نامیده می شود). محورهای این دو سیم پیچی الکتروموتور تک فاز همانند یک الکتروموتور دو فاز، ۹۰ درجة الکتریکی در فضا تفاوت دارد و به صورت موازی به هم متصل می شوند. سیم پیچ کمکی نسبت مقاومت به راکتانس بزرگ تری از سیم پیچ اصلی دارد، بنابراین جریان هایشان با هم اختلاف فاز پیدا می کنند . چون جریان سیم پیچ کمکی نسبت به جریان سیم پیچ اصلی پیش فاز است، میدان استاتور در امتداد محور سیم پیچ کمکی زودتر و در امتداد محور سیم پیچ اصلی کمی دیرتر ماکزیمم می شود.

برای بهبود عملکرد الکتروموتور تک فاز می توان از خازن استفاده کرد، این که خازن عملکرد الکتروموتور در راه اندازی، در حالت ماندگار یا هر دو را بهبود می دهد به اندازه و نحوۀ اتصال خازن بستگی دارد. الکتروموتور تک فاز با راه انداز خازنی نیز جزو الکتروموتورهای فاز شکسته هستند، ولی جابه جایی زمانی در جریان، با گذاشتن یک خازن سری در سیم پیچ کمکی به دست می آید. باز هم سیم پیچ کمکی بعد از راه افتادن الکتروموتور از مدار خارج می شود، بنابراین سیم پیچ کمکی و خازن را می توان با کمترین هزینه طراحی کرد. با استفاده از یک خازن راه انداز دارای مقدار مناسب، می توان کاری کرد که جریان سیم پیچ کمکی در حالت ایستا نسبت به جریان سیم پیچ اصلی، همانند یک الکتروموتور دو فاز متعادل، به اندازه ۹۰ درجۀ الکتریکی پیش فاز باشد. این الکتروموتورها برای کمپرسورها، تلمبه ها، یخچال ها و وسایل تهویۀ مطبوع و دیگر بارها با راه اندازی سخت، به کار می روند.

منبع:

https://www.electricaleasy.com/2014/02/single-phase-motor-schematic.html

chrome-extension://ngpampappnmepgilojfohadhhmbhlaek/captured.html?back=1