موتور آسنکرون چیست؟

موتور آسنکرون که با نام موتور القایی نیز شناخته می‌شود، یکی از پرکاربردترین انواع الکتروموتور در صنایع مختلف است. اگر بخواهیم بدانیم الکتروموتور چیست باید گفت تجهیزی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. دلیل نام‌ گذاری موتور آسنکرون این  است که سرعت چرخش روتور هرگز با سرعت میدان مغناطیسی دوار استاتور برابر نیست و همواره اختلافی میان این دو وجود دارد. این اختلاف سرعت که «لغزش» نامیده می‌شود، نقش اساسی در تولید گشتاور و عملکرد موتور دارد. به دلیل ساختار ساده، استحکام بالا، قیمت مناسب و هزینه نگهداری کم، موتورهای آسنکرون امروزه در بسیاری از تجهیزات صنعتی و حتی لوازم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نحوه عملکرد موتور آسنکرون

موتور آسنکرون بر اساس القای الکترومغناطیسی کار می‌کند؛ با اعمال جریان سه‌ فاز به استاتور، میدان مغناطیسی دوار ایجاد می‌شود که در روتور ولتاژ و جریان القا می‌کند. این جریان میدان مغناطیسی خودش را ساخته و برهم‌ کنش دو میدان باعث تولید نیرو و چرخش روتور می‌شود. به دلیل انتقال انرژی بدون اتصال مستقیم الکتریکی، این موتور را «ترانسفورماتور دوار» هم می‌نامند.

سرعت سنکرون و لغزش در موتور القایی

یکی از مفاهیم مهم در موتور آسنکرون، سرعت سنکرون است. سرعت سنکرون در واقع سرعت چرخش میدان مغناطیسی استاتور بوده و به فرکانس منبع تغذیه و تعداد قطب‌های موتور بستگی دارد.

فرمول سرعت سنکرون به صورت زیر است:

در این رابطه، f فرکانس منبع تغذیه و P تعداد قطب‌های موتور است. برای مثال، یک موتور دو قطب با فرکانس 50 هرتز دارای سرعت سنکرون 3000 دور بر دقیقه خواهد بود.

عامل مهم دیگر در عملکرد موتور آسنکرون، لغزش است. لغزش اختلاف بین سرعت میدان دوار استاتور و سرعت واقعی روتور را نشان می‌دهد و از این رابطه محاسبه می‌شود. اگر سرعت روتور دقیقاً برابر سرعت سنکرون شود، دیگر ولتاژی در روتور القا نخواهد شد و گشتاور موتور از بین می‌رود. به همین دلیل موتور آسنکرون همیشه با مقدار مشخصی لغزش کار می‌کند. در شرایط عادی، میزان لغزش در بار کامل معمولاً بین 1 تا 6 درصد است.

اجزای اصلی موتور آسنکرون:

استاتور

• بخش ثابت موتور است.
• سیم‌ پیچ‌های سه‌ فاز در آن قرار دارند.
• هسته آن از ورق‌های نازک فولاد سیلیسی ساخته می‌شود تا تلفات جریان‌های گردابی کاهش یابد.
• وظیفه اصلی آن تولید میدان مغناطیسی دوار است.

روتور

• بخش متحرک موتور است که در داخل استاتور قرار دارد.
• میدان مغناطیسی دوار استاتور در آن جریان القا می‌کند.
• این جریان باعث تولید گشتاور و چرخش محور موتور می‌شود.

انواع موتور آسنکرون

موتورهای آسنکرون از نظر ساختار روتور به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

موتور آسنکرون روتور قفس سنجابی

این نوع رایج‌ ترین موتور القایی در صنعت است. در ساختار آن، میله‌های رسانا از جنس مس یا آلومینیوم در شیارهای روتور قرار گرفته و در دو انتها به وسیله حلقه‌های اتصال کوتاه به یکدیگر متصل می‌شوند. سادگی ساخت، استحکام بالا، قیمت اقتصادی و نیاز کم به تعمیرات از مهم‌ ترین مزایای این نوع موتور است.

موتور آسنکرون روتور سیم‌ پیچی شده

در این نوع، روتور دارای سیم‌ پیچی بوده و از طریق حلقه‌های لغزان به مقاومت‌های خارجی متصل می‌شود. این ساختار امکان ایجاد گشتاور راه‌اندازی بالا و کنترل بهتر شرایط استارت را فراهم می‌کند. با این حال، هزینه ساخت و نگهداری آن نسبت به مدل قفس سنجابی بیشتر است.

مزایا و معایب موتور آسنکرون

موتور آسنکرون مانند هر تجهیز الکتریکی دیگر دارای نقاط قوت و محدودیت‌هایی است که شناخت آن‌ها برای انتخاب و کاربرد صحیح در صنعت اهمیت دارد. در ادامه به مهم‌ ترین مزایا و معایب آن اشاره می‌شود

مزایا:

• ساختار ساده
• مقاومت مکانیکی بالا
• قیمت مناسب
• قابلیت اطمینان زیاد
• هزینه نگهداری پایین
• راه‌اندازی نسبتاً آسان
• قابلیت تولید در توان‌های مختلف (از چند صد وات تا چند مگاوات)

معایب:

• کنترل سرعت دشوار بدون استفاده از اینورتر
• جریان راه‌اندازی نسبتاً بالا
• کاهش ضریب توان در بارهای کم

روش‌های راه‌اندازی و کنترل سرعت

موتورهای آسنکرون را می‌توان به روش‌های مختلفی راه‌اندازی کرد. راه‌اندازی مستقیم (DOL)، روش ستاره مثلث، استفاده از اتوترانسفورمر و راه‌انداز نرم از متداول‌ ترین روش‌ها هستند. در بسیاری از کاربردهای صنعتی، استفاده از راه‌انداز نرم یا اینورتر باعث کاهش جریان هجومی و افزایش عمر تجهیزات می‌شود.برای کنترل سرعت نیز معمولاً از درایو فرکانس متغیر (VFD) استفاده می‌شود. در این روش با تغییر فرکانس ورودی، سرعت میدان مغناطیسی و در نتیجه سرعت موتور کنترل می‌شود. روش‌های کنترل V/F و کنترل برداری از رایج‌ترین تکنیک‌های کنترل سرعت موتورهای القایی هستند.

کاربردهای موتور آسنکرون

به دلیل عملکرد مطمئن و هزینه مناسب، موتورهای آسنکرون در طیف گسترده‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله مهم‌ ترین کاربردهای آن‌ها می‌توان به پمپ‌ها، فن‌ها، کمپرسورها، نوار نقاله‌ها، خطوط تولید صنعتی، سیستم‌های تهویه، آسانسورها، جرثقیل‌ها و بسیاری از ماشین‌ آلات صنعتی اشاره کرد. همچنین برخی تجهیزات خانگی مانند ماشین لباسشویی و کولر نیز از این نوع موتور بهره می‌برند.

جمع‌ بندی