الکتروموتور تک فاز همچنان که از نامش پیدا است با منبع تغذیه متناوب تک فاز (220 ولت) کار می‌کند و کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی زیادی دارد. ابزار و تجهیزات الکتریکی مختلفی مانند یخچال، کولر آبی، فن، دریل، پمپ و کمپرسور، از موتورهای تک فاز استفاده می‌کنند.
هر یک از این سیم‌پیچ‌ها دارای دو ترمینال است که باید به فاز و نول وصل شوند. اما بسته به نوع موتور که در ادامه به آن اشاره خواهیم کرد، این اتصال متفاوت است.
سربندی موتور تک فاز
سربندی به معنی اتصال صحیح کلاف‌های الکتروموتور به مدار راه‌انداز طبق ولتاژهای درج شده روی پلاک است. معمولاً در صنعت، بیشتر از موتورهای تک فاز آسنکرون یا القایی با روتور قفس سنجابی استفاده می‌شود. برای به حرکت درآوردن روتور این موتورها بایستی یک میدان الکترومغناطیسی دوار در استاتور آنها ایجاد کرد. همان‌طور که گفته شد، این میدان دوار به کمک یک مدار راه‌انداز ایجاد می‌شود.
این پنج روش برای بستن مدار راه انداز الکتروموتور تک فاز وجود دارد که در این مقاله به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد:
- استفاده از سیم‌پیچ کمکی و کلید گریز از مرکز
- استفاده از سیم‌پیچ کمکی، خازن موقت و کلید گریز از مرکز
- استفاده از سیم‌پیچ کمکی، خازن دائم و کلید گریز از مرکز
- استفاده از سیم‌پیچ کمکی، خازن دائم، خازن موقت و کلید گریز از مرکز
- استفاده از قطب چاک‌دار
تست سیم‌پیچ موتور تک فاز با مولتی متر یا اهم متر
عملکرد صحیح موتور، به سلامت سیم‌پیچ‌های آن بستگی دارد. با این حال از روی ظاهر سیم‌پیچ‌ها نمی‌توان خرابی آن را تشخیص داد. برای این منظور بایستی با استفاده از مولتی‌متر یا اهم‌متر، مقاومت سیم‌پیچ‌ها را اندازه‌گیری کرد.
همان طور که گفته شد، موتور تک فاز یک سیم‌پیچ اصلی و یک سیم‌پیچ کمکی (راه‌انداز) دارد. از موتور سه سرسیم خارج می‌شود: سرسیم R (از یک سر سیم‌پیچ اصلی)، سرسیم S (از یک سر سیم‌پیچ راه‌انداز) و سرسیم C (از سر مشترک این دو سیم‌پیچ).
مراحل تست سیم‌پیچ موتور تک فاز از این قرار است:
- پیش از شروع تست برای جلوگیری از برق گرفتگی، موتور را از منبع تغذیه جدا کنید. همچنین برای محافظت از خطرات احتمالی از دستکش و عینک عایق استفاده کنید.
- مولتی‌متر را روی بازه مناسب اهم‌متر تنظیم کنید.
- اندازه مقاومت اهمی بین سرهای مختلف سیم‌پیچ‌ها را به دست آورید:
- مقاومت S به R باید بیشترین مقدار را داشته باشد.
- مقدار مقاومت C به R باید کمترین باشد.
- مقاومت C به S باید دارای مقداری در حد وسط S به R و C به R باشد.
همچنین برای اطمینان از عدم اتصالی بین بدنه و سیم‌پیچ‌ها، بایستی مقاومت بین هر یک از این سه سر را به طور جداگانه، نسبت به نقطه اتصال زمین روی بدنه موتور اندازه‌گیری کرد. در این آزمایش اهم‌متر باید بیشترین مقادیر را نشان دهد.
تخته کلم موتور تک فاز
همان طور که گفته شد، موتورهای تک فاز بسته به نوع و نحوه راه‌اندازی، اتصالات متفاوتی دارند؛ اما در نهایت 6 رشته سیم از پوسته وارد محفظه‌ای به نام ترمینال یا تخته کلم موتور سه فاز می‌شود. تخته کِلَم یا به اصطلاح دیگر تخته کلمپ، همان ترمینال یا جعبه اتصالات الکتروموتور است که سربندی موتور تک فاز را در آن انجام می‌دهیم.
به طور کلی تخته کلم موتور تک فاز سه جفت یا شش اتصال دارد که هر جفت را با دو حروف مشخص می‌کنند: (U2 و V2)، (U1 و V1) و (W2 و W1) یا (Z2 و Z1). این اتصالات که به شکل ضربدری و نه روبروی هم قرار دارند، نشان دهنده دو سر سیم‌پیچ‌های اصلی، کمکی و محل اتصال خازن هستند. بسته به نوع موتور و دستورالعمل روی پلاک، سربندی انجام می‌شود.
در تصویر بالا یک نمونه سربندی موتور تک فاز با خازن نمایش داده شده است. همان طور که در پلاک مشخص شده، می‌توان با تغییر اتصال جامپرها راست‌گرد یا چپ‌گرد بودن موتور تک فاز را تنظیم کرد.
تشخیص سیم‌پیچ اصلی و کمکی موتور تک فاز
- سطح مقطع سیم‌های کمکی همیشه از سیم‌های اصلی کمتر است.
- سیم‌پیچ‌های اصلی در زیر شیارها و سیم‌پیچ کمکی در رو قرار دارند.
- سیم‌پیچ کمکی نسبت به سیم‌پیچ اصلی مقاومت بیشتری دارد. همچنین خازن با سیم‌پیچ کمکی سری شده است.
برای مثال در تصویر بالا U1U2 سیم‌پیچ اصلی و W1W2 سیم‌پیچ کمکی است.
نقشه سربندی موتور تک فاز تک خازنه
خازن به کار رفته در الکتروموتورهای تک فاز تک خازنه، می‌تواند در جریان کار موتور، موقتی یا دائمی باشد. خازن‌های موقت تنها در هنگام راه‌اندازی موتور در مدار هستند و سپس از مدار خارج می‌شوند. اما خازن‌های دائمی همواره در مدار باقی می‌مانند. در ادامه هر حالت را به تفصیل بررسی می‌کنیم.
موتور تک خازنه با خازن راه‌انداز (موقت)
همان طور که گفته شد، در موتورهای تک فاز، وظیفه سیم‌پیچ راه‌انداز کمک به ایجاد میدان مغناطیسی دوار برای تولید گشتاور و به حرکت درآوردن موتور است. برای این‌که این گشتاور بیشترین مقدار را داشته باشد بایستی در زمان راه‌اندازی، بین جریان‌های سیم‌پیچ‌های اصلی و کمکی، 90 درجه اختلاف فاز وجود داشته باشد. برای این منظور، یک خازن با ظرفیت بالا به شکل سری با سیم‌پیچ راه‌انداز، به مدار اضافه می‌شود. معمولاً این خازن‌ها از نوع الکترولیتی هستند و جداگانه روی بدنه موتور نصب می‌شوند. چون تلفات خازن‌های الکترولیتی بالا است، تنها در لحظه راه‌اندازی در مدار هستند و پس از این‌که دور موتور به 75 درصد دور نامی رسید، از طریق کلید گریز از مرکز، به همراه سیم‌پیچ کمکی از مدار خارج می‌شوند. در غیر این صورت، خازن و سیم‌پیچ کمکی هر دو در جریان کار موتور می‌سوزند.
خازن این نوع الکتروموتور تک فاز روی بدنه آن قرار دارد و ظرفیتش معمولاً بین μF ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ μF می‌تواند تغییر کند. موتور تک فاز با خازن راه‌انداز، بیشترین مقدار گشتاور راه اندازی را در بین موتورهای تک فاز دارد. این موتورها با توان ⅛ (یک هشتم اسب بخار) به بالا تولید می‌شوند. گشتاور راه اندازی آنها نسبتاً مناسب است و در کمپرسورها، سیستم‌های تهویه مطبوع، پمپ‌ها و سردخانه‌ها کاربرد دارند.
موتور تک خازنه با خازن دائمی
علاوه بر موتور تک فاز با خازن راه‌انداز، دسته دیگری از موتورهای تک فاز نیز هستند که از خازن دائمی استفاده می‌کنند. در صورت استفاده از خازن دائمی در سربندی موتور تک فاز با خازن، سیم‌پیچ کمکی از مدار خارج نمی‌شود. در این مدار از یک خازن روغنی با ظرفیتی حدود 10 درصد ظرفیت خازن الکترولیتی استفاده می‌شود.
این موتور کلید گریز از مرکز ندارد و سیم‌پیچ راه‌انداز به همراه خازن در مدار باقی می‌ماند. خازن دائم کار، گشتاور موتور را بهبود می‌دهد و در الکتروموتور تک فاز با هدف بهبود ظرفیت اضافه بار، افزایش ضریب قدرت، افزایش ضریب بهره (راندمان) و آرام کار کردن موتور استفاده می‌شود. از این موتورها در دمنده‌ها، پنکه‌های سقفی، پمپ آب، ماشین لباسشویی و پنکه رومیزی استفاده می شود.
موتور الکتریکی تک فاز با خازن دائمی برای دستگاه‌هایی که در لحظه راه‌اندازی نیاز به گشتاور زیادی دارند، مناسب نیست. در طراحی یک موتور با خازن دائم، بایستی بین انتخاب مقدار بزرگ برای تامین گشتاور راه‌اندازی، و مقدار کوچکی برای تعادل عملکرد موتور دست به مصالحه زد.
نقشه سربندی موتور تک فاز دو خازنه
برای آن‌که بتوانیم از مزایای موتورهای الکتریکی تک فاز با خازن راه‌انداز و خازن دائمی، یک‌جا بهره ببریم می‌توانیم از موتور تک فاز دو خازنه استفاده کنیم. یک خازن الکترولیتی چند صد میکروفارادی برای راه‌اندازی و یک خازن روغنی چند ده میکروفارادی برای کار دائم، موازی با هم و سری با سیم‌پیچ کمکی بسته می‌شوند. نتیجه کار دستیابی به موتوری است که هم گشتاور راه‌اندازی و هم گشتاور در حال کار خوبی ارائه می‌دهد.
پس از راه‌اندازی و رسیدن دور موتور به ۷۵% دور نامی تنها خازن الکترولیتی توسط کلید گریز از مرکز از مدار خارج می‌شود و خازن روغنی به همراه سیم‌پیچ کمکی در مدار باقی می ماند. از این موتورها در بالابرها، کمپرسورها، یخچال‌های صنعتی و به طور کلی جاهایی که بخواهیم بارهای سنگین را راه‌اندازی کنیم استفاده می‌شود. موتورهای تک فاز دو خازنه همچنین در اکثر لوازم خانگی مانند کولر آبی، ماشین لباسشویی، یخچال و کولرهای گازی به کار گرفته می‌شوند.
سربندی موتور کولر آبی
معمولا موتور کولرهای آبی از نوع الکتروموتورهای تک فاز تک خازنه یا دو خازنه هستند. کولرهای آبی دارای دو قطعه برقی اصلی به نام الکتروموتور (یا دینام) و پمپ آب هستند که از ترمینال برق (یا جعبه تقسیم) داخل بدنه کولر تغذیه می‌شوند. عمل روشن و خاموش کردن کولر، و کم و زیاد کردن دور موتور را نیز یک کلید که در داخل آپارتمان نصب می‌شود، انجام می‌دهد. سیم‌کشی کولر آبی از موتور تا کلید کولر به صورت توکار انجام می‌شود.
سیم‌کشی موتور کولر آبی دارای ۴ عدد سیم مجزا است. در بیشتر کولرها این سیم‌ها به رنگ آبی (نول)، زرد (پمپ آب)، قرمز یا قهوه‌ای (دور کند) و مشکی( دور تند) هستند.
در موتور کولر آبی سه ترمینال با نام‌های LO، HI و Com قرار گرفته است:
- ترمینال LO: مربوط به اتصال دور کند الکتروموتور است.
- ترمینال HI: مربوط به دور تند الکتروموتور است.
- ترمینال Com: مربوط به اتصال نول الکتروموتور است.
لازم به ذکر است که ترمینال‌های HI و LO نبایستی هم‌زمان برق‌دار شوند. برای همین است که کلید کولر تنها امکان انتخاب یک حالت را دارد.
معمولا برای عملکرد بهتر الکتروموتور تک فاز کولر و همچنین راه‌اندازی مناسب پمپ آب، از خازن استفاده می‌شود. این خازن دارای دو رشته سیم است که به ترتیب به ترمینال نول و ترمینال فاز پمپ آب متصل می‌شود و به موازات سیم‌پیچ پمپ آب قرار می‌گیرد.
سیم‌کشی هواکش خازن‌دار
بر خلاف فن‌ها و هواکش‌های ساده خانگی که دو سیمه یا سه سیمه برای فاز، نول و ارت هستند، برای محیط‌های صنعتی از هواکش خازن‌دار استفاده می‌شود. این نوع هواکش‌ها، یک موتور تک فاز سه سیمه یا چهار سیمه هستند که یک سیم‌پیچ اصلی و یک سیم‌پیچ کمکی دارند. از هر سیم‌پیچ یک سر به دیگری متصل می‌شود. اگر اتصال از درون موتور باشد، موتور سه سیمه و در غیر این صورت چهار سیم در خروجی خواهیم داشت.
در مدار فوق سیم مشترک سیم‌پیچ‌ها به نول وصل می‌شود. دو سر باقی مانده از سیم‌پیچ‌ها به دو سر خازن متصل می‌شوند. یک انشعاب از دو سر خازن و همچنین سیم فاز به کلید دوطرفه وارد می‌شود. کلید دوطرفه با تغییر دو سر خازن، جهت چرخش هواکش را عوض می‌کند.
جمع بندی
در این مقاله به موضوع الکتروموتورهای تک فاز، انواع، سربندی و روش‌های راه‌اندازی آن پرداختیم.
گفتیم که موتور تک فاز علاوه بر سیم‌پیچ اصلی، یک سیم‌پیچ کمکی هم دارد. به نحوه تشخیص سیم‌پیچ کمکی از اصلی و همین طور، تست سیم‌پیچ موتور تک فاز نیز اشاره کردیم. همچنین نقش خازن در موتورهای تک فاز و سربندی موتورهای تک فاز با خازن را بررسی کردیم. در انتهای بحث برای نمونه، نقشه سربندی موتور کولر آبی و هواکش خازن‌دار را بررسی کردیم.