استاتور و روتور در موتور القایی چیست؟

استاتور قسمت ثابت (ثابت) موتور القایی است که بر روی قاب موتور نصب شده است. وظیفه اصلی آن تولید یک میدان مغناطیسی دوار (RMF) زمانی است که منبع AC به آن متصل است. این میدان مغناطیسی دوار نیروی محرکه ای است که حرکت را در روتور القا می کند.

1. ساختار استاتور

استاتور از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• هسته استاتور: ساخته شده از ورق های فولادی سیلیکونی چند لایه نازک (0.35{2}}0.5 میلی متر ضخامت) که روی هم چیده شده اند. لایه‌برداری برای به حداقل رساندن تلفات جریان گردابی ناشی از تغییر میدان مغناطیسی در هسته انجام می‌شود که در غیر این صورت باعث تولید گرما و اتلاف انرژی می‌شود. هسته دارای شکاف هایی در سطح داخلی خود برای نگه داشتن سیم پیچ های استاتور است.

سیم پیچ استاتور: کویل های مسی یا آلومینیومی به شکاف های هسته استاتور پیچیده می شوند. در بیشتر موتورهای القایی، استاتور یک سیم‌پیچ سه فاز است (به شکل ستاره یا مثلث متصل است)، که با برق متناوب سه فاز تامین می‌شود. چیدمان این سیم پیچ ها به گونه ای طراحی شده است که وقتی AC از آنها عبور می کند، میدان مغناطیسی ایجاد می شود که با سرعت ثابت (سرعت سنکرون) می چرخد.

• قاب استاتور: ساختار بیرونی سفت و سخت (معمولاً از چدن یا آلومینیوم) که از هسته استاتور پشتیبانی می کند و از اجزای داخلی محافظت می کند. همچنین به عنوان یک هیت سینک برای دفع گرمای تولید شده در حین کار عمل می کند.

2. عملکرد استاتور

وقتی AC سه فاز به سیم‌پیچ‌های استاتور وارد می‌شود، هر فاز یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که به صورت سینوسی با زمان تغییر می‌کند. ترکیب این میدان های مغناطیسی سه فاز منجر به یک میدان مغناطیسی دوار (RMF) می شود که حول محور استاتور با سرعتی به نامسرعت سنکرون(Ns). سرعت سنکرون به فرکانس منبع AC (f) و تعداد جفت‌های قطب (P) در استاتور بستگی دارد که با فرمول Ns=(120f)/P داده می‌شود. این میدان مغناطیسی دوار از هادی‌های روتور عبور می‌کند و نیروی الکتروموتور (EMF) را در روتور القا می‌کند-این اساس القای الکترومغناطیسی در موتور است.

روتور قسمت دوار موتور القایی است که روی شفتی که خارج از قاب موتور امتداد دارد نصب شده است. در داخل استاتور قرار دارد، با یک شکاف هوای کوچک (معمولاً 0.2-2 میلی متر) بین هسته های استاتور و روتور. وظیفه روتور تبدیل انرژی الکترومغناطیسی ناشی از میدان مغناطیسی دوار استاتور به انرژی مکانیکی است که بار را هدایت می کند (مثلاً پمپ ها، فن ها، نوار نقاله ها).

انواع و ساختار روتور

دو نوع اصلی از روتورهای مورد استفاده در موتورهای القایی وجود دارد که در ساخت و کاربرد آنها متفاوت است:

1. روتور قفس سنجابی

این رایج ترین نوع روتور است که به دلیل شباهت آن به قفس سنجاب نامگذاری شده است. ساختار آن شامل:

• هسته روتور: مشابه هسته استاتور از ورق های فولادی سیلیکونی چند لایه با شکاف هایی در سطح بیرونی آن ساخته شده است.

• میله های روتور: میله های مسی یا آلومینیومی وارد شده در شکاف های هسته روتور. این میله‌ها در هر دو انتها توسط دو حلقه مسی یا آلومینیومی ضخیم (که حلقه‌های انتهایی نامیده می‌شوند) مدار کوتاه دارند و یک حلقه بسته را تشکیل می‌دهند.

روتور قفس سنجابی ساده، مستحکم، ارزان-هزینه است و به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد و برای اکثر کاربردهای صنعتی و خانگی (مانند فن، پمپ، کمپرسور) مناسب است.

2. روتور زخم

روتور زخمی (که به آن روتور حلقه لغزشی نیز گفته می شود) ساختار پیچیده تری دارد که برای کاربردهایی طراحی شده است که به سرعت متغیر یا گشتاور راه اندازی بالا نیاز دارند (مانند جرثقیل ها، آسانسورها، سنگ شکن ها). ساختار آن شامل:

• هسته روتور: ورق های فولادی سیلیکونی چند لایه با شکاف هایی برای نگه داشتن سیم پیچ های روتور.

سیم پیچ روتور: سیم‌پیچ‌های سه فاز{{0} شبیه به سیم‌پیچ‌های استاتور، متصل به پیکربندی ستاره. سه سر سیم پیچ ها به سه حلقه لغزشی که روی محور روتور نصب شده اند متصل می شوند.

• حلقه ها و برس ها: حلقه های لغزنده با برس های کربن ثابت در تماس هستند که به مقاومت های خارجی اجازه می دهد تا به سیم پیچ های روتور متصل شوند. این امکان کنترل جریان روتور را فراهم می کند و در نتیجه سرعت موتور و گشتاور راه اندازی را تنظیم می کند.

عملکرد روتور

هنگامی که میدان مغناطیسی دوار استاتور از هادی های روتور عبور می کند، قانون القای الکترومغناطیسی فارادی یک EMF را در روتور القا می کند. از آنجایی که هادی‌های روتور یک حلقه بسته را تشکیل می‌دهند (از طریق حلقه‌های انتهایی در روتورهای قفس سنجابی یا مقاومت‌های خارجی در روتورهای زخمی)، این EMF القایی جریانی را در روتور ایجاد می‌کند (به نام جریان روتور). جریان روتور با میدان مغناطیسی دوار استاتور برهمکنش می‌کند و نیروی مکانیکی (نیروی لورنتس) تولید می‌کند که باعث می‌شود روتور در همان جهت میدان مغناطیسی دوار بچرخد.

یک مشخصه کلیدی موتورهای القایی این است که سرعت روتور (N) همیشه کمتر از سرعت سنکرون (Ns) میدان مغناطیسی استاتور است-به این تفاوت گفته می‌شود.لغزش(s)، با فرمول: s=(Ns - N)/Ns × 100%. لغزش برای وقوع القاء ضروری است (اگر سرعت روتور برابر با سرعت سنکرون باشد، هیچ حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی و هادی‌های روتور وجود ندارد، بنابراین هیچ EMF القا نمی‌شود). مقادیر لغزش معمولی برای موتورهای القایی از 1% تا 5% تحت بار کامل متغیر است.