در سال ۱۸۸۲ میلادی، نیکولا تسلا اصول میدان مغناطیسی دوار را پایه گذاری کرد و راه را برای استفاده از میدان دوار به عنوان یک نیروی مکانیکی باز کرد. در سال ۱۸۸۳ او از این اصول برای طراحی یک موتور القایی دو فاز استفاده کرد. در ۱۸۸۵ گالیلئو فراریس Galileo Ferraris مستقلاً تحقیقاتی را در این باره آغاز کرد و ۱۸۸۸ نتایج تحقیقات خود را در قالب مقاله ای به آکادمی سلطنتی علوم در تورین ایتالیا ارائه داد. حرکتی که نیکولا تسلا در سال ۱۸۸۸ آغاز کرد چیزی بود که امروزه برخی از آن به عنوان انقلاب صنعتی دوم یاد میکنند. چرا که این حرکت به تولید آسان تر انرژی الکتریکی و همچنین امکان انتقال انرژی الکتریکی در طول مسافتهای طولانی انجامید. قبل از اختراع موتورهای جریان متناوب به وسیله تسلا موتورها به وسیله حرکت دائم یک هادی در میان میدان مغناطیسی ثابت به حرکت در می‌آمدند. تسلا به این نکته اشاره کرد که میتوان کلکتورهای موتور را حذف کرد بطوریکه موتور به وسیله میدانی دوار به حرکت درآید. در آید. تسلا بعدها موفق به کسب حق امتیاز شماره 194/416/0 ایالات متحده برای اختراع موتور خود شد. این موتور که در بسیاری از عکس های تسلا نیز هست نوع خاصی از موتور القایی بود. در سال ۱۸۹۰ میخایل اسیبوویچ یک موتور سه فاز روتور قفسی اختراع کرد این نوع موتور امروزه به طور وسیعی برای کاربردهای گوناگون استفاده میشود.
اولین نکته ای که در انتخاب یک الکتروموتور بادی در نظر گرفته شود تک فاز یا سه فاز بودن ولتاژ برق محل نصب می باشد. الکتروموتورها بر اساس توان و دور و نحوه نصب انتخاب می شوند. در صورتیکه توان الکتروموتور مشخص نباشد، می توان با در نظر گرفتن گشتاور خروجی مورد نیاز، توان را مشخص نمود. توان الکتروموتور بر حسب کیلووات و گشتاور آن بر حسب نیوتن متر بیان می شود. دور الکتروموتور با توجه به دور نهایی دستگاه متحرک انتخاب می شود و معمولاً 900، 1400 یا 2900 دور در دقیقه می باشد. الکتروموتورها را می توان بر روی پایه نصب کرد. در صورتیکه الکتروموتور به صورت مستقیم به گیربکس یا هیدروموتور کوپل شود، باید در خروجی دارای فلنج باشد. فلنج می تواند با توجه به نیاز مشتری به صورت کوچ (B14) یا بزرگ (B5) تولید شود. باتید توجه داشت که پوسته الکتروموتورها از جنس چدن یا آلومینیوم می باشد که با توجه به شایط کاری و وزن مورد نیاز و میزان لرزش دستگاه انتخاب می شود.
- کلاس عایق حرارتی موتور الکتریکی
با توجه به استانداردهای تعیین شده توسط انجمن بین المللی تولید کنندگان تجهیزات الکتریکیNATIONAL MANUFACTURES ASSOCIATION ELECTRICAL(NEMA) عایق بندی موتورهای الکتریکی با توجه به درجه حرارت موتور در محیطهای مختلف کاری در چهار کلاس (A, B, F, H
) تعریف شده است و بر اساس این استاندارد درجه حرارت محیط ۴۰ درجه سانتی گراد در نظر گرفته میشود و درجه حرارت تعیین شده با یک بازده حداکثر ۱۰ درجه برای گرم ترین نقطه در مرکز پیچی (HOT SPOT
) در نظر گرفته می شود.
- کلاس A تا ۱۰۵ درجه سانتی گراد
- کلاس B تا ۱۳۰ درجه سانتی گراد
- کلاس H تا ۱۵۵ درجه سانتی گراد
- کلاس F تا ۱۸۰ درجه سانتی گراد
- ارقام اول: درجه حفاظت جانی تعریف شده و مشخصات آن ماشین حفاظت نشده است.
- حفاظت شده در مقابل دست انسان و یا اجسام با قطر بیش از ۵۰ میلی متر
- حفاظت انجام شده در مقابل انگشتان انسان و یا اجسام با قطر بزرگتر از ۱۲ میلی متر
- حفاظت انجام شده در مقابل ابزارهای الکتریکی با قطر بیشتر از ۲.۵ میلی متر
- حفاظت انجام شده در مقابل سیم های نازک و عایقهای با قطر بیش از ۱ میلی متر
- حفاظت انجام شده داخل ماشین الکتریکی در مقابل گرد و غبار بیش از حد که برای آن زیان بار شده است.
- حفاظت کامل در مقابل گرد و غبار
- ارقام دوم: درجه حفاظت در مقابل رطوبت تعریف شده و مشخصات آن
- ماشین در مقابل رطوبت هیچ حفاظتی ندارد.
- موتور الکتریکی در برابر چکیدن آب به صورت قائم حفاظت شده است
- موتور الکتریکی در برابر چکیدن آب با انحراف ۱۵ درجه نسبت به قائم محافظت شده است.
- موتور الکتریکی در مقابل ترشح آب محافظت شده است.
- موتور الکتریکی در مقابل پاشیدن آب محافظت شده است.
- موتور الکتریکی در مقابل خوردن آب محافظت شده است.
- موتور الکتریکی در مقابل سیلاب محافظت شده است.
- موتور الکتریکی در مقابل اثرات مخرب غوطه وری محافظت شده است.
| اصطلاحات فنی | استاندارد IEC | استاندارد معادل DIN |
| مقادیر نامی و مشخصات کارآیی | 60034-1 | - |
| درجه حفاظت | 60034-5 | 40050، 40051، 40052 |
| روش خنک کاری | 60034-6 | - |
| نحوه نصب | 60034-7 | 42950 |
| علامت گذاری ترمینال و جهش چرخش | 60034-8 | 42401 |
| حدود نویز | 60034-9 | 45635 T10 |
| مشخصات کارآیی راه اندازی | 60034-12 | - |
| حدود ارتعاشات | 60034-14 | - |
| ولتاژ استاندارد | 60038 | - |
| ابعاد و توان خروجی نامی | 60072 | 42673، 42677 |
| مواد عایق | 60085 | - |
| فلنج نصب | - | 42948 |
| خار روی شفت | - | 6880 |
| گلند مورد استفاده ترمینال | - | 46320 |
| برندهای الکتروموتور TEFC |
| زیمنس | موتوژن |
| WEG | جمکو |
| ABB | Marelli |
| الکتروموتور VEM | الکترموتور الکتروژن |
| الکتروموتور Stream | الکتروموتور ATB |
| Kaijieli |
| برندهای الکتروموتور ضد انفجار (EX) |
| زیمنس | ABB |
| ATB | WEG |
| چمپ | Marelli |
ضرایب تبدیل برای کار در فرکانس 60 هرتز
| سرعت نامی | توان نامی | جریان نامی | جریان راه اندازی |
| 1.2 | 1.2 | 1.2 | 0.83 |
در شرایطی که الکتروموتورهای موتوژن با بار نامی در ارتفاع بیش از 1000 متر از سطح دریا مورد استفاده قرار گیرد، قدرت خروجی الکتروموتور باید بر اساس جدول ذیل اصلاح گردد:
| ارتفاع از سطح دریا (متر) | 1000 تا 2000 | 2000 تا 3000 | 3000 تا 4000 |
| حداکثر توان خروجی (درصد) | 95 | 88 | 80 |
| دمای محیط (سانتی گراد) | 40 تا 45 | 45 تا 50 | 50 تا 55 |
| حداکثر توان خروجی (درصد) | 95 | 88 | 80 |
در شرایطی که درجه حرارت محیط بیش از 40 درجه سانتیگراد باشد، قدرت خروجی الکتروموتورهای موتوژن بر اساس جدول ذیل اصلاح می گردد:
روتور از چندین قطعه مجزای باریک فولادی که میانشان میله هایی از مس آلومنیوم تعبیه شده ساخته شده است. در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به صورت الکتریکی و مکانیکی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند. تقریبا ۹۰ درصد از الکتروموتورها دارای روتور قفس سنجابی می‌باشند و این به خاطر آن است که این نوع روتور ساختی مستحکم و ساده دارد. این روتور از هسته ای چند تکه استوانه ای با محوری که شکافهای موازی برای جا دادن رساناها درون آن دارد تشکیل شده است. هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود. در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها همچنان که در شکل دو مشاهده می شود مدار کوتاه برقرار است. چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است این نام برای آن انتخاب شده است. میلهای روتور دقیقا با محور موازی نیستند. در عوض به دو دلیل مهم قدری مایل نصب می شوند.
- موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارکرده و برای آنکه از هارمونیک ها در شکاف ها کاسته شود.
- گرایش روتور به هنگ کردن کمتر شود. دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش میکنند که در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند.این اتفاق هنگامی می افتد که تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.
استاتور از چندین قطعه باریک آلومنیوم یا آهن سبک ساخته شده است. این قطعات به صورت یک سیلندر تو خالی به هم منگنه و محکم شده اند. سیم پیچ هایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی شده اند. هر گروه پیچه با هسته ای که آن را فرا گرفته یک آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای کار کردن با تغذیه AC شکل می‌دهد تعداد قطبهای یک موتور AC به اتصال درونی پیچه های استاتور بستگی دارد. پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل می باشند. آنها به صورتی متصلند که با برقراری تغذیه AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.
- الکتروموتور تک فاز
- الکتروموتور سه فاز
معمولا الکتروموتورها را بر اساس تعداد کلاف های استاتور تقسیم بندی می کنند.
در این مدل از الکتروموتورهای پر مصرف، از یک کلاف یا پیچه استفاده میشود و با یک منبع تغذیه متناوب تک فاز کار می کند. موتور تک فاز خود راه انداز نیست و در همه انواع الکتروموتور تک فاز روتور از نوع قفس سنجابی است. هنگامی که موتور به یک منبع تغذیه تک فاز متصل است کلاف اصلی دارای جریانی متناوب می شود. این جریان متناوب میدان مغناطیسی ضربانی تولید می کند. به سبب القا، روتور تحریک می شود. الکتروموتور تک فاز به دستگاه آغازگر (استارتر) نیاز دارد که میتواند ضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند.هنگامی که ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در کلاف اصلی به سبب مقاومت کلاف اصلی ولتاژ تغذیه را افت می‌دهد (ولتاژ به جریان تبدیل میشود). در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل میشود. فعل و انفعال میان میدان های مغناطیسی که پیچه اصلی و دستگاه استارت (شامل پیچه کمکی و خازن) می‌سازند میدان برآیندی می سازند که در جهتی گردش می کند. محور الکتروموتور گردش را در جهت این میدان برآیند آغاز می کند. هنگامی که موتور به ۷۵ درصد دور مجاز خود می رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می‌کند. از این لحظه به بعد الکتروموتور تک فاز میتواند گشتاور کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد.
انواع دینام تک فاز عبارتند از:
- الکتروموتور تک فاز AC با فاز شکسته
- الکتروموتور تک فاز AC با استارت خازنی
- الکتروموتور تک فاز AC با خازن دائمی اسپیلت
موتورهای AC همانند بیشتر موتورهای الکتریکی دارای یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور که درون آن می چرخد دارند. موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار به طور مجازی برای گرداندن روتورشان استفاده می کنند. الکتروموتور سه فاز AC تنها نوعی است که در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی به وسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود. در حالیکه در موتورهای DC به وسیلهای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند. برای راه اندازی یک الکتروموتور تک فاز AC احتیاج به یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است. در درون هر موتور AC دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.
- الکتروموتور تک فاز AC با استارت خازنی
این نوع همان مدل اصلاح شده فاز شکسته با خازن سری برای بهبود استارت است و به دلیل ضخامت بالاتر سیم در مدار استارت گشتاور راه اندازی بالاتری دارند.
- الکتروموتور تک فاز AC با قطب سایه دار (با حلقه اتصال کوتاه)
انواع الکتروموتور تک فاز با قطب سایه دار فقط یک پیچه یا کلاف اصلی دارند و پیچه یا کلاف راه انداز ندارند. استارت خوردن به وسیله طرح خاص آن که حلقه پیوسته مسی ای را دور قسمت کوچکی از هر قطب موتور الکتریکی حلقه می‌کند انجام می شود. این سایه که قطب را دو تکه می‌کند سبب میشود که میدان مغناطیسی ای ضعیف تر در ناحیه سایه خورده نسبت به قسمت دیگر و در کنار آن بوجود آید تعامل میان میدانها محور را به چرخش وا می‌دارد.
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر از الکتروموتور سه فاز A یا چند فاز استفاده می شود.الکتروموتور سه فاز از اختلاف فاز موجود بین فازهای منبع تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده میکنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی های مسی است که در فولاد قرار داده شده اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی ها القای جریان می کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می شود که محور الکتروموتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید. سرعت یک موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان مغناطیسی استاتور گشتاور تولیدی موتور را تعیین می کند. تغییر سرعت در این نوع از الکتروموتور صنعتی را می توان با داشتن دسته سیم پیچ های مختلف با تعداد قطب های مختلف در بخش استاتور که با استفاده از آنها سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می کند، ممکن ساخت همچنین با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه میتوان کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت این نوع از موتور الکتریکی را داشت.برای اینکه محور الکتروموتور سه فاز به حرکت در بیاید بایستی همواره محور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به الکتروموتور بچرخد. در غیر این صورت میدان متعادل کننده های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع الکتروموتور صنعتی در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال میشود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود که در الکتروموتور همزمان وجود دارد موتور الکتریکی به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز به گردش در می آید. الکتروموتورهای همزمان سنکرون را میتوانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.
- نحوه پلاک خوانی الکتروموتور
روی انواع موتورهای الکتریکی پلاکی توسط کارخانه نصب می‌گردد که کلیه اطلاعات موتور الکتریکی برای راه اندازی روی آن آورده میشود و در صورتی که موارد اعلام شده به درستی رعایت نشود موتور الکتریکی می‌سوزد و یا عمر مفید آن کاهش پیدا می کند.و یا عمر مفید آن کاهش پیدا می کند.
- No: مدل موتور که معمولا توسط کارخانه مشخص می شود.
- Type: نام موتور با داشتن نام موتور و مراجعه به شرکت سازنده می توانید اطلاعات بیشتری در مورد موتور بدست آورید.
- AMPS: حداکثر جریان مجازی است که موتور برای کار کردن به آن نیاز دارد.
- V: ولتاژ کاری الکتروموتور می باشد که نباید ولتاژ بیشتر و یا کمتر به سیم پیچ های الکتروموتور صنعتی اعمال گردد. در صورت وجود علامت ستاره (Y) یا مثلث (A)، ولتاژ در همان اتصال استفاده میشود (مثلا ولتاژ کاری موتور بالا ۴۱۵ ولت در حالت ستاره است.)
- HERTZ: مشخص کننده فرکانس کاری موتور می باشد معمولا فرکانس کاری موتور ها ۵۰ یا ۶0 هرتز است.
- P21 = محفوظ در مقابل تماس انگشت و اجسام با وزن متوسط - ضد آب
- P22 =محفوظ در مقابل تماس انگشت و اجسام با وزن متوسط- محفوظ در مقابل ترشح آب به طور عمودی یا مایل با زاویه بیشتر از ۳۰ درجه نسبت به افق
- P30 =محفوظ در مقابل تماس با ابزارها و غیره و اجسام خارجی سبک وزن بدون محافظت در مقابل آب
- P31 = محفوظ در مقابل تماس با ابزارها و غیره و اجسام خارجی سبک وزن - ضد آب
- P32 = محفوظ در مقابل تماس با ابزارها و غیره و اجسام خارجی سبک وزن - محفوظ در مقابل ترشح آب بطور عمودی یا مایل با زاویه بیشتر از ۳۰ درجه نسبت به افق
- P40 و بالاتر: حفاظت شده در برابر کلیه عوامل خارجی
- IP= میزان حفاظت الکتروموتور در مقابل گرد و غبار طبق جدول زیر می باشد.
- P.H= انواع حفاظتها طبق استاندارد دین ۴۰۰۵۰
- P00= باز بدون حفاظت در مقابل تماس با اجسام خارجی و آب در این مورد موتور باید در یک فضای سرپوشیده نگهداری شود.
- P10= محفوظ در مقابل تماس دست و اجسام بزرگ خارجی - محافظ در مقابل آب موتور میتواند در فضای بازو زیر باران کار کند.
- P11= محفوظ در مقابل تماس دست و اجسام بزرگ خارجی - محفوظ در مقابل آب
- P20= محفوظ در مقابل تماس انگشت و اجسام با وزن متوسط بدون حفاظ در مقابل آب برای موتور باید سرپوش مناسب تهیه شود.
- نکته: دور موتور یک الکتروموتور با فرکانس آن ارتباط دارد بنابراین الکتروموتوری که فرضا در فرکانس ۵۰ هرتز ۱۵۰۰ دور است در فرکانس ۶۰ هرتز دیگر دور ۱۵۰۰ ندارد.
- DATE: مشخص کننده تاریخ ساخت موتور است.
- R.P.M : نشان دهنده دور الکتروموتور در یک دقیقه در روی شقت خروجی می باشد.
- KW : مقدار توان الکتروموتور را نشان می دهد.
- نکته: اگر روی الکتروموتوری نوشته شده بود ۳۸۰/۲۲۰ V= بدین معنی است که این الکتروموتور در شبکه برق ۱۱۰ ولت که برخی از کشورها استفاده می شود باید به صورت مثلث و در کشورهای که ولتاژ ۲۲۰ ولت (ولتاژ بین یک فاز و نول) دارند مثل ایران باید بصورت ستاره بسته شود.
- تعاریف و اصطلاحات الکتریک
- جریان: نسبت تغییرات بار الکتریکی (q) به زمان (t) را جریان و واحد آن آمپر (A) است و به وسیله دستگاه آمپرمتر که به صورت سری در مدار نصب می شود اندازه گیری می شود.
- اختلاف پتانسیل: اختلاف پتانسیل یا ولتاژ کمیتی است که باعث جاری شدن جریان در یک مدار بسته میشود و واحد آن ولت (V) و توسط ولت متر که بصورت موازی در مدار بسته میشود اندازه گیری می شود.
- واحد کار الکتریکی و واحد توان ظاهری: واحد کار الکتریکی وات بر ثانیه (W/S) و واحد توان ظاهری ولت آمپر (VA) یا کیلو ولت آمپر یا مگاولت آمپر می باشد.
- جریان نام: جریانی که یک دستگاه برقی مانند موتور الکتریکی در شرایط مشخص شده، می تواند از خود عبور دهد، بدون آنکه زیاد گرم شود یا تحت تنش های مکانیکی بیش از حد قرار گیرد.
- اهم: در صورتی که ولتاژی معادل 1 ولت به دو سر مقاومتی اعمال شود و جریان 1 آمپر از آن عبور کند مقدار مقاومت 1 اهم است. واحد مقاومت الکتریکی اهم (W) است.
- وات: میزان انرژی تولید شده را بر حسب وات بیان می کنند. برای مثال لامپ های روشنایی با میزان وات مشخص می شوند که نشان می دهد این لامپ تا چه مقدار انرژی نور می تواند بدهد.
- میدان مغناطیسی: میدان الکتریکی در هر نقطه برابر نیروی وارد بر بار آزمون واحد 0q تعریف می شود. به بیان دیگر، برای تعیین میدان الکتریکی E ما مقدار نیرو F را بر بار 0q تقسیم می کنیم.
- آمپر: آمپر مقدار الکتریسیته جاری شده در یک مدار است. در واقع هنگامی که نیرویی موجب حرکت الکترون ها در جهت مخصوصی می شود جریان الکتریکی تولید می شود. جریان (I) را بر حسب آمپر (A) بیان می کنند.
- ولت: میزان ولت یا ولتاژ اندازه مقدار الکتریسیته است. در واقع اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه را گویند. به بیان ساده تر نیرویی که الکترون های آزاد را به حرکت در می آورد ولتاژ الکتریکی نام دارد. اختلاف پتانسیل الکتریکی (R) بر حسب ولت (V) بیان می کنند.
