مقدمه

موتورهای القایی نقش اساسی در صنایع مختلف پیدا کرده و مورد استفاده قرار می گیرند. در طراحی روتورها اساساً دونوع طراحی قفس سنجابی و اسلیپ رینگ وجود دارد. حال سوال اینجاست؛ چرا این دونوع طراحی وجود دارد؟ و موتور اسلیپ رینگ چگونه کار می کند؟ در این مقاله برآنیم به این سوال ها پاسخ دهیم. شما را بخواندن ادامه مقاله دعوت می کنیم.

موتور اسلیپ رینگ چگونه کار می کند؟

در موتورهای القایی که برای کاربردهای جابجایی اجسام (بالابر و جرثقیل) استفاده می شوند. از نوعی روتور که به عنوان روتور حلقه لغزان یا اسلیپ رینگ شناخته می شود. استفاده می کنند. اما در عمده کاربردها، شما نوعی روتور که قفس سنجای نامیده می شود، مشاهده می کنید.

چرا این دو نوع طراحی در روتور موتورهای القایی وجود دارد؟ در ادامه توضیح داده می شود.

ویدئوی موتور اسلیپ رینگ

در زمینه نحوه کار و ساختمان موتور اسلیپ رینگ یک ویدئوی زبان انگلیسی داریم که در موسسه موتور درایو ترجمه و به صورت حرفه ای ویرایش و زیرنویس شده است. (مدت زمان ویدئو 6:20 دقیقه و حجم آن در کیفیت 480P تقریبا 29 مگابایت می باشد) این ویدئوی جذاب را از دست ندهید.

 

موتور معمول در صنایع موتور القایی قفس سنجابی است. که گشتاور راه اندازی خیلی کمی را ایجاد می کند. که در برخی از کاربری ها این گشتاور راه اندازی کم مشکلات بزرگی را ایجاد می کند. در این موارد از روتور القایی حلقه لغزان استفاده می کنند که گشتاور راه اندازی زیادی را ایجاد می کند که با جزئیات مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

در ابتدا به عملکرد یک موتور القایی قفس سنجابی می پردازیم. هنگامی که تغذیه سه فاز به سیم پیچ های استاتور متصل می شود. میدان مغناطیسی دوار (RMF) در فاصله هوایی بین استاتور و روتور ایجاد می شود. این RMF میله های آلومینیومی یا مسی روتور را قطع می کند و مطابق با قانون فاراده در مورد القای مغناطیسی یک نیروی محرکه الکتریکی (EMF) در میله های روتور القا می شود. و به علت اینکه میله های روتور با استفاده از رینگ انتهایی اتصال کوتاه شده اند. جریانهایی تولید می کنند که در میله های روتور جاری می شوند. مطابق با قانون لورنس هنگامی که یک هادی حامل جریان در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد بر روی آن نیرو وارد می شود.

شما می توانید مشاهده کنید که نیروی وارد شده به هر میله در طول زمان متغیر بوده و جهت آن نیز متفاوت است. جمع این نیروها باعث می شود که روتور بچرخد. توضیح اینکه موتور القایی چگونه کار می کند؟ بدون فهم اندوکتانس ممکن نیست. برای دانستن اینکه اندوکتانس چیست. یک مدار ساده را در نظر بگیرید. مدار شامل یک مقاومت و سلف (اندوکتانس) است که به یک منبع تغذیه متناوب سینوسی متصل شده است. اگر یک دستگاه سنجش زاویه فاز را به مدار متصل کنید اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان را اندازه گیری می کند. مشاهده می کنید که اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان بدلیل خاصیت القایی سلف وجود دارد و با افزایش فرکانس مقدار اختلاف فاز نیز افزایش می یابد. در صورتیکه مقاومت را تغییر دهید. می توانید اختلاف فاز را کنترل کنید.

 همین مساله در روتور نیز رخ می دهد. روتور ترکیبی از مقاومت و اندوکتانس سلفی است. یک عقب افتادگی فاز بوجود می آیند که باعث می شود. حداکثر EMF در یک میله و حداکثر جریان در میله ای دیگر وجود داشته باشد.

یک حقیقت جذاب در مورد موتور القایی وجود دارد. هنگامی در موتور القایی گشتاور حداکثر ایجاد می شود که میله دارای حداکثر جریان در کنار حداکثر EMF قرار داشته باشد.

همان طور که در شکل فوق مشاهده می گردد در روتور سمت چپ میزان حداکثر شار و حداکثر جریان در یک ناحیه قرار داشته و شرایط حداکثر گشتاور برقرار شده است. اما موتور القایی قفس سنجایی در حالت واقعی مشابه شکل سمت راست است که جریان القا شده در موتور قفس سنجابی شرایط گشتاور حداکثر را ندارد. بیایید دلیل آن را بررسی کنیم.

در لحظه راه اندازی سرعت روتور صفر است. به همین دلیل میدان مغناطیسی میله های روتور را در نرخ بالایی قطع خواهند کرد. با افزایش فرکانس EMF، اختلاف فاز نیز بزرگ خواهد بود. که باعث خواهد شد گشتاور راه اندازی خیلی کم باشد. برای غلبه بر این مشکل موتورهای اسلیپ رینگ معرفی شدند. نوع استاتور و اصول کاری آن در موتورهای اسلیپ رینگ دقیقا مشابه با موتورهای با روتور قفس سنجابی است. اما ساختار روتور موتور اسلیپ رینگ کاملا متفاوت است. به جای میله در روتور این موتورها سه دسته سیم پیچی قرار داده شده است. این ساختار روتور نیز اختلاف فاز ایجاد می کند.

برای فهم ساده تر به جای یک روتور 24 شیار یک روتور سیم پیچی 12 شیار را در نظر بگیرید.در این موتور نیز مجددا RMF در سیم پیچی روتور EMF القاء می کند. حال بیایید انتهای کلاف سیم پیچ ها را به صورت ستاره متصل کنیم. مجددا فرض کنید که اندوکتانس القاء شده صفر است XL=0 جریان در سیم پیچ ها مطابق با شکل زیر جریان می یابد. با این حال نیز در عمل جریان جاری شده در روتور نسبت به EMF القاء شده عقب است. مجددا شرایط ایجاد گشتاور حداکثر بوجود نمی آید. همان طور که در زیر مشاهده می کنید.شکل سمت شرایط ایده آل برای ایجاد گشتاور حداکثر وجود دارد اما در عمل شکل سمت راست ایجاد شده که شرایط حداکثر گشتاور را تامین نمی کند.

 در موتورهای اسلیپ رینگ یک امکان برای کاهش اختلاف فاز بین جریان و EMF با استفاده از مقاومت خارجی وجود دارد. در سمت دیگر سیم پیچ از طریق حلقه های لغزان و جاروبک ها به مقاومتهای خارجی متصل می شوند.

مقاومت مدار خارجی متصل به سیم پیچی باعث افزایش مقدار مقاومت شده و می تواند باعث کاهش اختلاف فاز گردد. با راه اندازی موتور اسلیپ رینگ مقدار مقاومت خارجی افزایش می یابد که باعث کاهش زاویه اختلاف فاز بین EMF و جریان شده و شرایط گشتاور حداکثر بدست می آید.بدین طریق موتور اسلیپ رینگ می تواند گشتاور زیادی را حتی در زمان راه اندازی ایجاد کند. شکل زیر گشتاور زیاد ایجاد شده توسط موتور اسلیپ رینگ را در مقایسه با موتور قفس سنجابی نشان می دهد.

 علاوه بر گشتاور راه اندازی زیاد موتور اسلیپ رینگ مزایای دیگری نیز دارد. و معایبی هم دارد که در ادامه آورده شده اند.

مزایا و معایب موتور اسلیپ رینگ

مزایای موتور اسلیپ رینپ

1. جریان راه اندازی کم
2. شتاب گیری نرم
3. کنترل سرعت در رنج خوب

معایب موتور اسلیپ رینگ

1. قیمت زیاد
2. ساختار پیچیده
3. هزینه های تعمیر و نگهداری زیاد

همه این ها باعث شده است موتورهای اسلیپ رینگ در آسانسورها، بالابرها، چرثقیل ها و دیگر کاربردهای صنعتی استفاده شوند.

خلاصه ای کوتاه و مفید

هر یک از موتور قفس سنجابی و اسلیپ رینگ، طراحی منحصر به فرد، مزایا و معایبی را نیز دارند. از مزایای موتور اسلیپ رینگ می توان به جریان راه اندازی کم، شتاب گیری نرم و کنترل سرعت در رنج خوب و از معایب آن می توان یه قیمت زیاد، ساختار پیچیده و هزینه های تعمیر و نگهداری زیاد اشاره کرد.

اگر شما نیز تجربه و نظراتی در این باره دارید با ما به اشتراک بگذارید.

مرجع؛   Slip ring induction Motor, How it works? https://www.youtube.com/watch?v=JPn5Ou-N0b0