موتورهای تک فاز به دلیل سادگی، کارایی و مقرون‌به‌صرفه بودن، کاربرد گسترده‌ای در تجهیزات و ابزارهای گوناگون دارند. این موتورها دارای یک خازن راه‌انداز و یک خازن دائمی جهت افزایش گشتاور و راندمان در سیستم‌های تک فاز هستند. ما در این مقاله می‌خواهیم مرور کاملی بر موتورهای تک خازن شامل اصول عملیاتی، انواع، مزیت‌ها و معایب آن‌ها در صنایع مختلف داشته باشیم. تردیدی نیست که شناخت نحوه عملکرد الکتروموتور تک خازن، اهمیت زیادی برای تمامی کسانی دارد که با این موتورها در فعالیت‌های خود سروکار دارند. اگر شما نیز می‌خواهید با این موتورها بیشتر آشنا شوید، این مقاله از بلاگ سام تجهیز را تا پایان مطالعه کنید.
اصول عملیاتی الکتروموتور تک خازن
الکتروموتورهای تک خازن از اصل شیفت فازی خازن‌ها جهت تولید میدان مغناطیسی دوار و عملیات موتور استفاده می‌کنند.
اجزاء اصلی این موتورها عبارت‌اند از:
- خازن راه‌انداز: خازن راه‌انداز به‌صورت سری با سیم‌پیچ فرعی در طی راه‌اندازی موتور، متصل است. این خازن سبب کمک به ایجاد شیفت فازی می‌شود و باعث آغاز میدان مغناطیسی شده و باعث استارت موتور تحت تأثیر بار می‌شود.
- خازن دائمی: خازن دائمی به‌صورت موازی به سیم‌پیچ اصلی متصل شده و هدف آن، بهبود بازدهی موتور و ضریب توان در طی عملیات پیوسته است. این خازن، سبب شیفت فازی و کمک به بهینه‌سازی عملکرد و ایجاد گشتاور ثابت می‌شود.
- هنگامی‌که انرژی سیم‌پیچ‌های استاتور از منبع فاز 1 تأمین می‌شود، سیم‌پیچ اصلی و سیم‌پیچ راه‌اندازی، دو جریان متفاوت را حمل می‌کنند. می‌توان شاهد اختلاف فاز زمانی 90 درجه و اختلاف فضای 90 درجه بین دو جریان بود. این دو جریان، سبب ایجاد میدان مغناطیسی دوار می‌شوند که موتور را به جریان می‌اندازند.
- سیم‌پیچ‌های اصلی و فرعی به‌صورت موازی در طی راه‌اندازی موتور، به یکدیگر متصل می‌شوند. خازن راه‌انداز به مدت کافی در مدار باقی می‌ماند تا موتور به‌سرعت از قبل تعیین شده برسد که این سرعت به‌اندازه %70 تا %80 کل سرعت است.
- هنگامی‌که سیم‌پیچ فرعی از منبع تأمین توسط یک سوییچ سانتریفیوژی قطع شده و برق موتور توسط یک سیم‌پیچ تأمین می‌شود، یک میدان مغناطیسی ارتعاشی ایجاد می‌گردد. در این حالت، می‌توان سیم‌پیچ فرعی را به‌عنوان سیم‌پیچ راه‌انداز در نظر گرفت زیرا صرفاً در زمان شروع کار موتور، استفاده می‌شود.
انواع موتورهای خازن تک فاز
انواع گوناگون موتورهای خازن تک فاز وجود دارند که در تجهیزات مختلف استفاده می‌شوند. این موتورهای تک فاز عبارت‌اند از:
موتورهای القایی فاز منشعب
این موتورها دارای سیم‌پیچ‌های راه‌انداز و دائمی با مشخصات الکتریکی متفاوت هستند که از طریق گیج‌های مختلف سیمی یا پیکربندی‌های کویل، ایجاد می‌شوند. موتورهای القایی فاز منشعب، سبب ایجاد گشتاور راه‌انداز مناسب و اصلاح بازدهی می‌شوند و درنتیجه برای انواع کاربردها، مطلوب هستند.
موتورهای با خازن دائمی دوگانه (psc)
موتورهای PSC دارای یک خازن دائمی است که به‌صورت موازی با سیم‌پیچ اصلی، متصل شده است. این طراحی سبب بهبود گشتاور موتور، بازدهی و ضریب توان شده و عملیات یکنواخت و مطلوبی را پدید می‌آورد. موتورهای PSC کاربرد گسترده‌ای در سیستم‌های HVAC، پنجه‌ها و کمپرسورها دارند.
موتورهای استارت القایی/ کارکرد القایی
این الکتروموتور تک خازن، خازن راه‌انداز و خازن ثابت را برای دستیابی به گشتاور راه‌انداز بالا، ترکیب می‌کند. این موتورها با قابلیت گشتاور بزرگ خود، کاربرد زیادی در لوازم‌خانگی بزرگ مانند یخچال‌ها و دستگاه‌های تهویه هوا دارند.
موتورهای خازن راه‌انداز-خازن دائمی (CSCR)
موتورهای CSCR، قابلیت بهبود گشتاور راه‌انداز را با استفاده از خازن راه‌انداز و خازن دائمی در طی استارت موتور دارند. می‌توان از این موتورها در لوازم‌خانگی، پمپ صنعتی و ابزارهایی که به گشتاور بالا دارند استفاده کرد.
مزیت‌های الکتروموتور تک خازن
موتورهای تک خازن دارای مزیت‌های متعددی هستند. برخی از این مزیت‌ها عبارت‌اند از:
سادگی و مقرون‌به‌صرفه بودن
این موتورها دارای طرح‌های نسبتاً ساده بوده و نیازی به استفاده از شدت‌جریان کنترلی پیچیده نیست. این موتورها مقرون‌به‌صرفه بوده و گزینه بسیار مطلوبی برای سیستم‌های نیازمند برق تک فاز محسوب می‌شوند.
عملیات پربازده
الکتروموتور تک خازن، عملیات پربازده‌ای را با بهبود عملکرد موتور با استفاده از خازن‌ها، فراهم می‌کند.
بیشتر بخوانید: روش های کاهش مصرف انرژی در الکتروموتور
برنامه‌های تطبیق‌پذیر
می‌توان از موتورهای خازن تک فازی در صنایع مختلف به دلیل انعطاف‌پذیری بالای آن‌ها استفاده کرد. این موتورها در سیستم‌های HVAC، فریزر، پنکه‌ها، پمپ‌ها، کمپرسورها، ابزارهای برقی و بسیاری از ابزارهای صنعتی، تجاری و مسکونی دیگر، به کارگرفته می‌شوند.
ظرفیت خازنی
خازن راه‌اندازی عموماً دارای ظرفیت خازنی بیشتری نسبت به موتور القایی خازنی دائمی با خازن 7-9 میکرو فاراد است که عملکرد موتور را پس از شروع اجرا، افزایش می‌دهد.
پیکربندی موتور
پیکربندی این موتور سبب عملکرد مطلوب آن با انواع اندازه‌ها برحسب اسب بخار می‌شود (چند کیلووات)
محدودیت‌ها و ملاحظات
علی‌رغم مزیت‌های الکتروموتور تک خازن، اما باید به محدودیت‌های آن‌ها نیز توجه داشت:
- گشتاور راه‌اندازی: خازن در این موتور به‌صورت سری در مدار بسته شده است، بنابراین گشتاور راه‌اندازی بیشتری را به میزان 200 تا %400 بار نامی ایجاد می‌کند. علی‌رغم این مزیت مهم، موتورهای خازنی تک فاز، گشتاور راه‌اندازی کمتری در مقایسه با موتورهای سه فازی دارند. درنتیجه، ممکن است نتوان از این موتورها در صورت نیاز به گشتاور بسیار زیاد، استفاده کرد.
- تنظیم سرعت: ممکن است این موتورها قابلیت محدودی در تنظیم سرعت در مقایسه با موتورهای پیشرفته‌تر داشته باشند.
نحوه انتخاب اندازه خازن
پیش از انتخاب الکتروموتور تک خازن، باید ظرفیت خازنی را مورد توجه قرار داد. همچنین باید به ولتاژ اسمی، نرخ جریان ریپل و دما توجه داشت. اندازه فیزیکی یک خازن بستگی به مقدار ظرفیت خازنی دارد. با افزایش ظرفیت خازنی، اندازه خازن نیز بزرگ‌تر می‌شود. همچنین تغییر ظرفیت خازنی، وابسته به دما است.
محاسبه مقدار خازن برای الکتروموتور تک خازن
مقدار ظرفیت خازنی یک موتور القایی تک فاز، متناسب با توان نامی موتور است. می‌توان از فرمول زیر برای تعیین اندازه خازن استفاده کرد:
در این رابطه
- P= توان برحسب وات
- n= راندمان موتور
- V= ولتاژ تأمین (ولت)
- C= ظرفیت خازنی برحسب
توجه شود که ولتاژ اسمی خازن باید به میزان 440 ولت برای منبع تأمین 230 ولت یک الکتروموتور القایی تک فاز باشد. در جدول زیر مقدار ظرفیت خازنی برای موتورهای تک فاز (230 ولت) با توان اسمی متفاوت ارائه شده است.
| نرخ ولتاژ خازن (V) | مقدار خازن (فاراد) | توان نامی موتور (وات) |
| 440 | 2.5 | 90 |
| 440 | 4.5 | 125 |
| 440 | 6.0 | 185 |
| 440 | 8.0 | 250 |
| 440 | 12.0 | 370 |
| 440 | 16.0 | 550 |
| 440 | 20 | 735 |
نحوه ایجاد گشتاور دوار در یک موتور تک فاز
شفت الکتروموتور تک فاز درصورتی‌که به‌صورت دستی پس از روشن شدن منبع برق خود بچرخد، قابلیت ایجاد گشتاور را داشته و موتور نیز به‌صورت پیوسته، شروع به چرخش می‌کند. باوجوداین، در شروع کار موتور، باید ضربه‌ای به شفت زد تا چرخش موتور آغاز شود.
روش انشعاب فاز، منبع فاز را تقسیم می‌کند. بنابراین، این انشعاب فازها، سبب ایجاد تغییر مکان فاز بین دو فاز می‌شود. جهت دستیابی به تغییر مکان فازی 90 درجه، دو سیم‌پیچ در زاویه 90 درجه نسبت به هم در فضا قرار می‌گیرند.
سخن پایانی
خرید الکتروموتور تک خازن، جزو موتورهای بسیار کاربرد و مقرون‌به‌صرفه محسوب می‌شوند. سادگی، بازدهی و تطبیق‌پذیری آن‌ها موجب شده است استفاده از این نوع موتورها در سیستم‌های HVAC، لوازم‌خانگی، ابزارهای برقی و ابزارها و ادوات صنعتی دیگر، ارزشمند باشد. کارشناسان و متخصصان صنعتی می‌توانند با شناخت اصول کاری، مزیت‌ها، محدودیت‌ها و کاربردهای الکتروموتور تک خازن، تصمیم‌گیری آگاهانه‌ای را جهت بهینه‌سازی سیستم‌های موتوری خود و دستیابی به عملکرد عملیاتی بهینه اتخاذ کنند.
