الکتروموتور سه‌فاز 

تئوری میدان گردان در موتور القایی

در موتورهای القایی سه فاز، سیم‌پیچ‌های استاتور با اختلاف زاویه 120 درجه روی بدنه قرار گرفته‌اند. به دلیل استفاده از برق سه فاز، جریان عبوری از هر سیم‌پیچ نیز دارای اختلاف فاز 120 درجه‌ای است. این اختلاف فاز باعث می‌شود میدان مغناطیسی ایجاد شده در استاتور به‌صورت دوار عمل کرده و روتور را به گردش درآورد.

یکی از مزیت‌های مهم موتور القایی سه فاز این است که نیازی به تجهیزات راه‌انداز اضافی ندارد، زیرا خود میدان دوار ایجاد شده در استاتور، توانایی به حرکت درآوردن روتور را دارد. همچنین تغییر جهت چرخش موتور بسیار ساده است؛ کافی است جای دو فاز از سیم‌پیچ‌ها را با یکدیگر عوض کنیم تا جهت میدان مغناطیسی و به‌تبع آن، جهت چرخش موتور تغییر کند.

ویژگی‌های عملکردی موتور القایی سه فاز

• ایجاد گشتاور یکنواخت و پایدار در حین کار

• قابلیت کارکرد بدون نیاز به راه‌انداز اضافی

• امکان تغییر جهت چرخش تنها با جابجایی دو فاز

• راندمان بالا و مصرف بهینه انرژی در کاربردهای صنعتی

• طراحی ساده، استحکام بالا و هزینه نگهداری پایین

تأثیر فرکانس برق شبکه

یکی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده سرعت موتور القایی، فرکانس برق شبکه است. رابطه سرعت سنکرون موتور (سرعت میدان مغناطیسی دوار) با فرکانس مستقیم بوده و با افزایش فرکانس، سرعت سنکرون نیز بالا می‌رود. این رابطه با فرمول زیر بیان می‌شود:

Ns=120fPN_s = \frac{120f}{P}Ns​=P120f​

• NsN_sNs​: سرعت سنکرون بر حسب دور در دقیقه (rpm)

• $f$: فرکانس برق شبکه (Hz)

• $P$: تعداد قطب‌های استاتور

تأثیر تعداد قطب‌های استاتور

در کنار فرکانس، تعداد قطب‌های استاتور نیز نقش کلیدی در سرعت موتور دارد. افزایش تعداد قطب‌ها باعث کاهش سرعت سنکرون می‌شود. برای درک بهتر، به مثال زیر توجه کنید:

• اگر یک موتور دو قطب به برق 50 هرتز متصل شود:

Ns=120×502=3000  rpmN_s = \frac{120 \times 50}{2} = 3000 \; rpmNs​=2120×50​=3000rpm

• اما در همان شرایط، یک موتور چهار قطب خواهد داشت:

Ns=120×504=1500  rpmN_s = \frac{120 \times 50}{4} = 1500 \; rpmNs​=4120×50​=1500rpm

این مثال نشان می‌دهد که انتخاب تعداد قطب‌ها در طراحی موتور ارتباط مستقیمی با سرعت خروجی آن دارد.

توانِ فاصله‌هوایی (Air-Gap Power)

توان فاصله‌هوایی توانی است که از استاتور عبور می‌کند و به روتور، از طریق فاصله‌هوایی، منتقل می‌شود. این توان پس از کسر تلفات مسی و آهنی استاتور از توان ورودی به‌دست می‌آید. بنابراین می‌نویسیم: P_ag = P_in − P_stator_losses. از دید مدار معادل روتور نیز داریم: P_ag = 3 · I'₂² · (R'₂ / s). مقدار این توان شاخص کوپل میدان دوار با روتور است. هرچه لغزش و جریان روتور مناسب‌تر باشد، انتقال انرژی مؤثرتر خواهد شد.

توانِ مکانیکیِ توسعه‌یافته (Developed Mechanical Power)

توان مکانیکی حاصل از تبدیل الکترومغناطیسی در روتور است. این توان برابر توان فاصله‌هوایی منهای تلفات اهمی روتور است. به‌صورت فشرده داریم: P_mech = P_ag − P_rotor_Cu = P_ag · (1 − s). گشتاور الکترومغناطیسی از رابطه T_e = P_mech / ω_m به‌دست می‌آید. این توان با تلفات مکانیکی کم می‌شود و توان محور شکل می‌گیرد. بنابراین همیشه میان P_mech و توان خروجی شفت تفاوت وجود دارد. تنظیم لغزش، گشتاور و بازده را کنترل می‌کند.