تحلیل ارتعاش موتورهای القایی الکتریکی

 (مقدمه و طبقه‌بندی موتورها)

موتورهای الکتریکی دستگاه‌های الکترومکانیکی هستند که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند.

تعریف کلی الکتروموتور

الکتروموتور دستگاهی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (حرکت چرخشی یا خطی) تبدیل می‌کند.
در واقع، وقتی برق به آن وصل می‌شود، محور موتور شروع به چرخش می‌کند و می‌تواند پمپ، فن، نوار نقاله و... را به حرکت درآورد.

20251014_221936

اجزای کلیدی الکتروموتور AC در تصویر (خلاصه و جامع)

  • فریم (Frame): بدنه استوانه‌ای آبی اصلی؛ استاتور را نگه داشته، خنک‌سازی داخلی (پره‌ها) و پایه نصب فراهم می‌کند.
  • جعبه ترمینال (Terminal Box): محفظه مستطیلی آبی خارجی؛ کابل‌های سه‌فاز را به سیم‌پیچی استاتور متصل می‌کند.
  • پوشش انتهایی عقب (Rear End Cap): درپوش دایره‌ای آبی عقب؛ بلبرینگ و O-ring را برای پشتیبانی شفت محافظت می‌کند.
  • استاتور (Stator): سیلندر آبی با شیارهای زرد و هسته قهوه‌ای؛ میدان مغناطیسی چرخان با جریان AC تولید می‌کند.
  • روتور (Rotor): سیلندر قرمز با میله‌های قفس سنجابی؛ داخل استاتور، گشتاور القایی تولید کرده شفت را می‌چرخاند.
  • شفت (Shaft): میله خاکستری مرکزی؛ گشتاور روتور را به خارج منتقل می‌کند.
  • بلبرینگ (Bearing): حلقه‌های قهوه‌ای در دو انتها؛ روتور را بدون اصطکاک می‌چرخانند.
  • O-ring: حلقه‌های سیاه لاستیکی؛ آب‌بندی بلبرینگ‌ها برای جلوگیری از نشت.
  • فن (Fan): پره‌های سفید داخل پوشش جلو؛ هوا را برای خنک‌سازی عبور می‌دهد.
  • پوشش انتهایی جلو (Front End Cap): درپوش آبی جلو؛ فن و بلبرینگ را محافظت کرده، خروجی شفت را هدایت می‌کند.
  • قلاب تعلیق (Lifting Eye): حلقه فلزی بالای فریم؛ برای بلند کردن ایمن موتور.

 

Copilot_20251014_135111
20251014_134135

اجزای اصلی الکتروموتور AC (موتور القایی سه‌فاز رایج)

الکتروموتور AC از اجزای ثابت و متحرک تشکیل شده که با هم میدان مغناطیسی چرخان ایجاد کرده و انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می‌کنند. در ادامه، تمام اجزای کلیدی به صورت خلاصه و جامع توضیح داده شده (بر اساس طراحی استاندارد IEC/NEMA):

Copilot_20251016_004948
110755

نواع الکتروموتورهای AC

1. بر اساس منبع تغذیه

  • تک‌فاز (Single Phase) → برای مصارف خانگی، کولر، پمپ، پنکه

  • سه‌فاز (Three Phase) → در صنعت، کارخانجات، ماشین‌آلات سنگین

این دو دیاگرام، ساختار داخلی و نحوه عملکرد دو نوع موتور الکتریکی (احتمالاً موتورهای سنکرون یا استپر موتور با آهنربای دائم) را نشان می‌دهند:

  1. Single-phase (تک‌فاز): در سمت چپ، یک موتور تک‌فاز را مشاهده می‌کنید. در این نوع موتور، سیم‌پیچ‌های استاتور (قسمت ثابت) به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تنها با یک فاز برق (A و B) کار می‌کنند. این موتور دارای چهار قطب آهنربای دائم در روتور (قسمت متحرک) است که با رنگ‌های قرمز (N-شمال) و آبی (S-جنوب) مشخص شده‌اند. میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم‌پیچ‌های استاتور باعث چرخش روتور می‌شود.

  2. Three-phase (سه‌فاز): در سمت راست، یک موتور سه‌فاز نشان داده شده است. در این موتور، سیم‌پیچ‌های استاتور به سه فاز برق (A, B, C) متصل می‌شوند. این ترتیب سیم‌پیچی باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار می‌شود که به طور پیوسته روتور را به حرکت درمی‌آورد. همانند موتور تک‌فاز، روتور نیز دارای آهنرباهای دائم است.

 

3n3dkt3n3dkt3n3d
ویژگیالکتروموتور تک فازالکتروموتور سه فاز
سیم‌پیچ استاتوردارای دو مجموعه سیم‌پیچ اصلی (دائم) و کمکی (راه‌انداز) است.دارای سه مجموعه سیم‌پیچ اصلی است که با اختلاف $120^\circ$ الکتریکی قرار گرفته‌اند.
سیم‌پیچ کمکیضروری است. برای ایجاد گشتاور راه‌اندازی نیاز به یک سیم‌پیچ کمکی (و اغلب خازن) دارد.نیاز ندارد. میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی با سه فاز ایجاد می‌شود.
جعبه ترمینالمعمولاً کوچکتر و ساده‌تر، حاوی محل اتصال برق و خازن (اگر وجود داشته باشد).معمولاً بزرگتر، حاوی شش یا دوازده ترمینال برای امکان اتصال ستاره (Y) یا مثلث ($\Delta$).
اندازه و توانمعمولاً برای توان‌های کمتر (مصارف خانگی و کوچک) ساخته می‌شود.معمولاً برای توان‌های بالاتر (مصارف صنعتی) ساخته می‌شود.
SINGLE22
SINGLE
THREE2
THREE

گزینه‌های A, B, C به فازهای تغذیه الکتریکی اشاره دارند که به سیم‌پیچ‌های استاتور متصل می‌شوند:

  • A (فاز A): این یک ترمینال یا نقطه اتصال برای اولین فاز از منبع تغذیه الکتریکی است. در موتور تک‌فاز، این نقطه یکی از دو ورودی اصلی برق است.

  • B (فاز B): این یک ترمینال یا نقطه اتصال برای دومین فاز از منبع تغذیه الکتریکی است. در موتور تک‌فاز، همراه با A، مدار تغذیه را کامل می‌کند. در موتور سه‌فاز، فاز دوم از سه فاز ورودی را نشان می‌دهد.

  • C (فاز C): این یک ترمینال یا نقطه اتصال برای سومین فاز از منبع تغذیه الکتریکی است. این گزینه فقط در موتور سه‌فاز وجود دارد و نشان‌دهنده فاز سوم مورد نیاز برای ایجاد میدان مغناطیسی دوار در این نوع موتور است.

به طور خلاصه، A، B، و C نقاطی هستند که جریان الکتریکی از منبع (مثلاً برق شهری) وارد سیم‌پیچ‌های استاتور موتور می‌شود تا میدان مغناطیسی لازم برای چرخش روتور را تولید کند. تفاوت اصلی بین "Single-phase" و "Three-phase" در تعداد این فازهای ورودی و در نتیجه نحوه ایجاد و چرخش میدان مغناطیسی است.

8r98z78r98z78r98

بخش بالا – اتصال 220V (ستاره Y)

  • سه فاز R, S, T به ترمینال‌های 01, 02, 03 وصل شده‌اند.

  • سیم‌پیچ‌ها:

    • بین 01 و 04

    • بین 02 و 05

    • بین 03 و 06

  • ترمینال‌های 04, 05, 06 به همدیگر پل شده‌اند (نقطه مشترک ستاره).

  • نتیجه: هر سیم‌پیچ ولتاژ 220V می‌گیرد.

 
 

بخش پایین – اتصال 380V (مثلث Δ)

  • سه فاز R, S, T به ترمینال‌های 01, 02, 03 وصل شده‌اند.

  • سیم‌پیچ‌ها:

    • بین 01 و 06

    • بین 02 و 04

    • بین 03 و 05

  • ترمینال‌های پایینی به صورت ضربدری به بالایی‌ها وصل شده‌اند:

    • 04 به 02

    • 05 به 03

    • 06 به 01

  • نتیجه: سیم‌پیچ‌ها به صورت حلقه بسته (Δ) قرار گرفته و هر کلاف ولتاژ 380V می‌گیرد.

 

سیم کشی موتور سه(3) فاز به صورت اتصال STAR

روش اتصال و سیم کشی

 
۱. ترمینال‌های هر سیم‌پیچ موتور را پیدا کنید.
 
۲. هر یک از ترمینال‌های هر سیم‌پیچ را به هم وصل کنید، در اینجا در نمودار بالا U2، V2 و W2 به هم متصل شده‌اند.
 
۳. فاز R منبع تغذیه را به ترمینال U1 موتور وصل کنید.
 
۴. فاز Y منبع تغذیه را به ترمینال V1 موتور وصل کنید.
 
۵. فاز B منبع تغذیه را به ترمینال W1 موتور وصل کنید.
 

مراحل سیم‌کشی موتور سه‌فاز به اتصال STAR:

  1. اتصال فازها به موتور:

    • موتور سه‌فاز دارای سه سیم فاز (U, V, W) است که هرکدام به یکی از فازهای منبع برق وصل می‌شود.

    • سیم‌های فاز از منبع برق سه‌فاز وارد موتور می‌شوند و به ترمینال‌های موتور متصل می‌شوند.

  2. اتصال نول (Neural) به موتور:

    • در اتصال STAR، انتهای هر سه سیم فاز (U, V, W) به یک نقطه مشترک متصل می‌شود.

    • این نقطه مشترک به ترمینال نول موتور وصل می‌شود.

  3. اتصال به شبکه برق:

    • برای هر یک از سه فاز، سیم‌ها به ورودی‌های ترمینال موتور متصل می‌شوند.

    • نقطه مشترک یا "نول" به ترمینال نول موتور متصل می‌شود.

  4. کنترل موتور (در صورت نیاز):

    • برای حفاظت از موتور و کنترل آن، ممکن است از کلیدهای محافظتی یا دستگاه‌های راه‌اندازی ستاره-مثلث استفاده شود تا جریان راه‌اندازی موتور کاهش یابد.

مزایای اتصال STAR:

  • کاهش جریان راه‌اندازی: جریان راه‌اندازی در اتصال STAR حدود ۳۳ درصد از جریان عادی موتور است.

  • کاهش ولتاژ: این اتصال به‌ویژه برای موتورها با ولتاژ بالا مفید است.

  • پایداری: این روش از نظر ایمنی و حفاظت موتور مؤثر است.

STAR
Star Connected Three Phase Motor Connection Diagram and Wiring11
STAR 2

سیم کشی موتور سه فاز با اتصال دلتا

روش اتصال و سیم کشی

 
۱. تمام جفت ترمینال‌های هر سیم‌پیچ موتور را پیدا کنید.
 
۲. تمام ترمینال‌های موتور را به گونه‌ای وصل کنید که انتهای یک سیم‌پیچ به ابتدای سیم‌پیچ بعدی متصل شود. برای درک بهتر به نمودار بالا مراجعه کنید.
 
۳. فاز R منبع تغذیه را به ترمینال U1 موتور وصل کنید.
 
۴. فاز Y منبع تغذیه را به ترمینال V1 موتور وصل کنید.
 
۵. فاز B منبع تغذیه را به ترمینال W1 موتور وصل کنید.
 

مراحل سیم‌کشی موتور سه‌فاز به اتصال دلتا:

  1. اتصال فازها به موتور:

    • موتور سه‌فاز دارای سه ورودی فاز (U, V, W) است.

    • هر یک از سیم‌های فاز از منبع برق سه‌فاز به ورودی‌های موتور وصل می‌شوند.

  2. اتصال فازها به یکدیگر:

    • در اتصال دلتا، به‌جای اینکه هر فاز به یک ورودی جداگانه متصل شود، سه فاز به‌طور سری به هم متصل می‌شوند.

    • به این صورت که انتهای هر فاز به ابتدای فاز بعدی متصل می‌شود، به‌طور مثال: فاز U به فاز V، فاز V به فاز W و فاز W به فاز U وصل می‌شود.

  3. اتصال نقطه مشترک (در صورت نیاز):

    • در برخی از سیستم‌ها، به‌خصوص در موتورها با توان بالا، از نقطه مشترک یا نول برای حفاظت یا کاهش نویز استفاده می‌شود.

  4. استفاده از دستگاه‌های راه‌انداز (در صورت نیاز):

    • در برخی موارد، برای کاهش جریان راه‌اندازی، از دستگاه‌های راه‌اندازی ستاره-مثلث استفاده می‌شود. در این حالت، ابتدا موتور به‌صورت STAR راه‌اندازی می‌شود و سپس به اتصال DELTA منتقل می‌شود.

مزایای اتصال دلتا:

  • عملکرد کامل موتور: اتصال دلتا برای بارهای سنگین و موتورهای با توان بالاتر مناسب است.

  • جریان و ولتاژ کامل: در این اتصال موتور به ولتاژ کامل می‌رسد و بهترین کارایی را ارائه می‌دهد.

  • توان بیشتر: این اتصال توان بیشتری نسبت به اتصال STAR ارائه می‌دهد.

DELTA
Delta Connected Three Phase Motor Connection Diagram and Wiring11
DELTA 2
14-01496-g001

مفهوم قطب (Poles) در الکتروموتور

قطب‌ها (Poles) در الکتروموتور به بخش‌هایی از استاتور (بخش ثابت موتور) یا روتور (بخش چرخان موتور) گفته می‌شود که میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند.

  • در یک موتور جریان متناوب (AC)، قطب‌ها در سیم‌پیچ‌های استاتور ساخته می‌شوند.

  • هر جفت قطب (شامل یک قطب N و یک قطب S) یک سیکل کامل میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند. بنابراین، تعداد قطب‌های یک موتور همیشه یک عدد زوج (2، 4، 6، 8 و ...) است.

ساختار قطب‌ها در موتورهای الکتریکی:

  1. در موتورهای DC (موتورهای جریان مستقیم):

    • قطب‌های مغناطیسی معمولاً توسط سیم‌پیچ‌های الکتریکی که در اطراف هسته آهنی پیچیده شده‌اند، ایجاد می‌شوند.

    • هسته آهنی برای تقویت میدان مغناطیسی استفاده می‌شود.

  2. در موتورهای AC (موتورهای جریان متناوب):

    • برای ایجاد قطب‌های مغناطیسی، جریان متناوب از سیم‌پیچ‌ها عبور می‌کند که در استاتور قرار دارند.

    • تغییر جهت جریان الکتریکی باعث می‌شود قطب‌های مغناطیسی به‌صورت متناوب جابجا شوند.

maxresdef
B7jVl1
maxresde
io-io311

تعداد قطب‌ها:

  • تعداد قطب‌های یک موتور به طراحی آن بستگی دارد و معمولاً در موتورهای سه‌فاز، تعداد قطب‌ها به‌طور متناوب و بر اساس فرکانس برق و سرعت موتور تنظیم می‌شود.

  • در موتورهای معمولی، ممکن است تعداد قطب‌ها 2، 4، 6، یا بیشتر باشد.

    • موتور 2 قطب: سرعت بالا و معمولاً برای کاربردهای نیازمند سرعت زیاد استفاده می‌شود.

    • موتور 4 قطب: سرعت متوسط.

    • موتور 6 قطب: سرعت پایین و گشتاور بالا.

76968fc0d2e4359bbd1b0b1e5d4ff6f68

نحوه عملکرد قطب‌ها:

  • زمانی که جریان برق از سیم‌پیچ‌های استاتور عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که به نوبه خود باعث ایجاد قطب‌های شمال و جنوب در موتور می‌شود.

  • در این حالت، روتور که در داخل این میدان مغناطیسی قرار دارد، به‌طور دائم تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی قطب‌ها قرار می‌گیرد و به حرکت درمی‌آید.

  • تغییرات در جهت جریان برق (در موتورهای AC) باعث جابجایی قطب‌ها و چرخش روتور می‌شود.

c7fabe36fdd
7b061df6a70d
1c6b6159e71e

تأثیر بر عملکرد موتور

 

تعداد قطب‌ها علاوه بر سرعت، بر ویژگی‌های دیگر موتور نیز تأثیر می‌گذارد:

  • گشتاور: موتورهای با تعداد قطب‌های بیشتر معمولاً گشتاور بالاتر (مخصوصاً گشتاور راه‌اندازی) و عملکرد نرم‌تری دارند، اما سرعت آنها پایین‌تر است.

  • توان و راندمان: موتورهای با قطب کمتر معمولاً سرعت بالاتر و چگالی توان بیشتری دارند.

  • سرعت واقعی (آسنکرون): در موتورهای القایی (آسنکرون)، سرعت واقعی روتور به دلیل پدیده‌ای به نام لغزش (Slip) کمی کمتر از سرعت سنکرون ($N_s$) است. با این حال، تعداد قطب‌ها همچنان سرعت اصلی موتور را تعیین می‌کند.

  • طراحی: موتورهای با قطب بیشتر، نیاز به سیم‌پیچی‌های بیشتری دارند و معمولاً از نظر اندازه بزرگ‌تر و سنگین‌تر هستند.

انتخاب تعداد قطب مناسب در الکتروموتور به نیازهای کاربردی آن بستگی دارد، مانند سرعت و گشتاور مورد نیاز بار.

در ایران، با توجه به نوسانات فرکانس شبکه (۴۹-۵۱ هرتز)، توصیه می‌شود از VFD برای تنظیم دقیق سرعت استفاده شود، که می‌تواند مصرف انرژی را تا ۳۰% کاهش دهد.
تعداد قطب‌ها۵۰ هرتز۶۰ هرتز
۲۳۰۰۰۳۶۰۰
۴۱۵۰۰۱۸۰۰
۶۱۰۰۰۱۲۰۰
۸۷۵۰۹۰۰
۱۰۶۰۰۷۲۰
۱۲۵۰۰۶۰۰
۱۶۳۷۵۴۵۰

اجزای اصلی یک موتور الکتریکی (Main Components)

اجزای اصلی یک موتور القایی الکتریکی با روتور قفس سنجابی عبارتند از:

  1. استاتور (بدنه ثابت با سیم‌پیچی‌ها).
  2. روتور (قفس سنجابی که میدان مغناطیسی را دنبال می‌کند).
  3. قاب موتور (پوسته محافظ).
  4. سپر انتهایی (end shield برای محافظت از بلبرینگ‌ها).
  5. بلبرینگ‌ها (برای کاهش اصطکاک).
  6. جعبه ترمینال (برای اتصالات الکتریکی).
  7. پایه نگهدارنده (برای نصب ثابت).
  8. فن خنک‌کننده (برای دفع حرارت).
تصویر ۲: اجزای اصلی یک موتور القایی الکتریکی با روتور قفس سنجابی.
2nu4qu2nu4qu2nu4

اجزای الکتروموتور AC در تصویر (Exploded View) و نقش آن‌ها

این تصویر یک نمای انفجاری (exploded view) از یک الکتروموتور AC القایی سه‌فاز استاندارد (احتمالاً با استاندارد B5) را نشان می‌دهد. در ادامه، تمام اجزای برچسب‌دار را به صورت خلاصه و جامع فهرست کرده‌ام، همراه با نقش و عملکرد هر کدام. توضیحات بر اساس طراحی‌های رایج صنعتی (مانند IEC) است و برای سادگی، هر جزء را به ترتیب تقریبی تصویر توصیف می‌کنم.

20230831183253

 

1. B5 Flange (فلنج B5)

  • نقش: صفحه فلزی دایره‌ای برای نصب و اتصال موتور به تجهیزات خارجی (مانند پمپ یا گیربکس). استاندارد B5 اجازه می‌دهد شفت موتور مستقیماً هم‌تراز شود و لرزش را کاهش دهد.

2. Terminal Box Lid (درپوش جعبه ترمینال)

  • نقش: پوشش محافظ جعبه ترمینال برای جلوگیری از ورود گردوغبار، رطوبت و تماس الکتریکی. معمولاً با پیچ باز می‌شود و IP55 یا بالاتر برای ایمنی دارد.

3. Screw (پیچ)

  • نقش: پیچ‌های فولادی برای ثابت کردن درپوش، پایه‌ها یا اجزای دیگر؛ استحکام مکانیکی فراهم می‌کند و از شل شدن در حین کار جلوگیری می‌کند.

4. Gasket (واشر/گسکت)

  • نقش: نوار لاستیکی یا سیلیکونی برای آب‌بندی بین درپوش و پایه جعبه ترمینال؛ از نفوذ آب/گردوغبار جلوگیری کرده و اتصال الکتریکی را ایمن نگه می‌دارد.

5. Terminal Box Base (پایه جعبه ترمینال)

  • نقش: محفظه اصلی خارجی روی فریم برای اتصال کابل‌های ورودی (سه‌فاز + زمین)؛ شامل ترمینال‌های مسی برای توزیع جریان به سیم‌پیچی استاتور.

6. Cable Gland (گلند کابل)

  • نقش: اتصالنده رزوه‌دار برای ورود کابل‌ها به جعبه ترمینال؛ کابل را محکم کرده و از نشت هوا/آب جلوگیری می‌کند، ضمن اینکه اتصال الکتریکی ایمن فراهم می‌آورد.

 

7. Terminal Board (صفحه ترمینال)

  • نقش: برد عایق داخل جعبه برای اتصال سیم‌های خروجی به ترمینال‌ها؛ اجازه تغییر اتصال ستاره/مثلث برای تنظیم ولتاژ/سرعت را می‌دهد.

8. External Bearing Cap (کلاهک خارجی بلبرینگ)

  • نقش: پوشش فلزی روی بلبرینگ‌ها برای محافظت از غبار و روغن‌کاری؛ دسترسی به گریس‌کاری را آسان می‌کند و لرزش را جذب می‌نماید.

9. Rear Endshield (پوشش انتهایی عقب)

  • نقش: درپوش چدنی/آلومینیومی در انتهای عقب فریم؛ بلبرینگ عقب را نگه داشته و شفت را هدایت می‌کند؛ شامل سوراخ‌های تهویه برای خنک‌سازی.

10. Oil Seal (سیل روغن)

  • نقش: حلقه لاستیکی/نفتنی برای جلوگیری از نشت روغن/گریس از بلبرینگ‌ها به خارج؛ در محیط‌های مرطوب، از ورود آلودگی به داخل جلوگیری می‌کند.

11. Front Endshield (پوشش انتهایی جلو)

  • نقش: مشابه پوشش عقب، اما در جلو؛ بلبرینگ جلو را پشتیبانی کرده و محل نصب فن خنک‌کننده است؛ شفت خروجی را محافظت می‌کند.

12. Spring Washer (واشر فنری)

  • نقش: واشر فلزی فنری‌شکل زیر پیچ‌ها؛ از شل شدن اتصالات در حین لرزش موتور جلوگیری می‌کند و فشار یکنواخت اعمال می‌نماید.

 

13. Key (کلید/پین)

  • نقش: پین فلزی مربعی در شیار شفت و روتور؛ گشتاور را از روتور به شفت منتقل کرده و از لغزش زاویه‌ای (slippage) جلوگیری می‌کند.

14. Rotor (روتور)

  • نقش: بخش متحرک مرکزی با هسته لمینه‌شده و میله‌های قفس سنجابی؛ جریان القایی از استاتور، گشتاور تولید کرده و شفت را می‌چرخاند (سرعت = Ns × (۱ - slip)).

15. Nameplate (نام‌پلیت)

  • نقش: پلاک فلزی روی فریم با اطلاعات فنی (ولتاژ، جریان، توان، سرعت، IP rating)؛ برای شناسایی و نگهداری ضروری است.

16. Wave Washer (واشر موج‌دار)

  • نقش: واشر فنری موج‌دار برای جذب لرزش و حفظ فشار در اتصالات بلبرینگ؛ از سایش زودرس جلوگیری می‌کند.

17. Bolt (پیچ/بولت)

  • نقش: پیچ‌های اصلی برای مونتاژ فریم، پوشش‌ها و فلنج؛ استحکام کلی ساختار را تضمین می‌کند.

18. Stator (استاتور)

  • نقش: بخش ثابت با هسته لمینه‌شده و سیم‌پیچی‌های سه‌فاز؛ میدان مغناطیسی چرخان با جریان AC تولید کرده و روتور را القا می‌کند.

 

19. Inner Bearing Cap (کلاهک داخلی بلبرینگ)

  • نقش: پوشش داخلی روی بلبرینگ برای نگه‌داشتن روغن/گریس و هدایت شفت؛ از تماس مستقیم روتور با فریم جلوگیری می‌کند.

20. Frame (فریم)

  • نقش: بدنه اصلی استوانه‌ای از چدن/آلومینیوم؛ استاتور را نگه داشته، خنک‌سازی (پره‌های داخلی) فراهم کرده و پایه نصب است.

21. Bearing (بلبرینگ)

  • نقش: غلتک‌های فولادی/سرامیکی در دو انتها؛ روتور را بدون اصطکاک می‌چرخانند و بار شعاعی/محوری را تحمل می‌کنند (عمر تا ۲۰,۰۰۰ ساعت).

22. Fan (فن)

  • نقش: پره‌های پلاستیکی/فلزی روی شفت؛ هوا را از فریم عبور داده و حرارت سیم‌پیچی‌ها (تا ۷۵°C) را دفع می‌کند.

23. Fan Cover (پوشش فن)

  • نقش: محفظه فلزی/پلاستیکی روی فن؛ جهت جریان هوا را هدایت کرده و از آسیب فن در برابر ضربه محافظت می‌کند.

24. Fan Clamp (گیره فن)

  • نقش: بست فلزی برای ثابت کردن فن به شفت؛ از جدا شدن فن در سرعت بالا جلوگیری می‌کند.

نکات کلی: این اجزا با هم کارایی ۸۵-۹۵%، حفاظت IP55 و خنک‌سازی TEFC را فراهم می‌کنند. شکاف هوایی (air gap) بین استاتور و روتور کلیدی است.

20251018_180529
20251018_180514
Copilot_20251016_112145
20251016_142401

اجزای اصلی الکتروموتور AC

هر الکتروموتور از دو بخش اصلی تشکیل شده است:

  • استاتور (Stator): بخش ثابت و خارجی موتور. شامل سیم‌پیچ‌هایی است که با عبور جریان از آن‌ها، میدان مغناطیسی دوار تولید می‌شود.

استاتور، بخش ثابت و خارجی موتور AC است که نقش اصلی آن ایجاد میدان مغناطیسی چرخان (rotating magnetic field) برای القاء جریان در روتور است. این عنصر مانند "قلب تپنده" موتور عمل می‌کند و بدون آن، چرخش ممکن نیست.

  • روتور (Rotor): بخش متحرک و داخلی موتور که به شفت خروجی متصل است. این بخش تحت تأثیر میدان مغناطیسی دوار استاتور قرار گرفته و گشتاور تولید کرده و می‌چرخد.

روتور، بخش متحرک داخلی است که با تعامل میدان استاتور، گشتاور (torque) تولید کرده و شفت را می‌چرخاند. مانند "پروانه" موتور، انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می‌کند.

20251018_163102

استاتور (Stator) در الکتروموتور AC

استاتور، بخش ثابت و خارجی موتور AC است که نقش اصلی آن ایجاد میدان مغناطیسی چرخان (rotating magnetic field) برای القاء جریان در روتور است. این عنصر مانند "قلب تپنده" موتور عمل می‌کند و بدون آن، چرخش ممکن نیست.

اجزای اصلی:

  • هسته استاتور (Stator Core): از ورقه‌های نازک فولاد سیلیکونی (silicon steel laminations) ساخته شده تا تلفات هیدرو مغناطیسی (eddy current losses) و هیسترزیس را کاهش دهد. هسته به شکل استوانه‌ای با شیارهای طولی (slots) است که تعداد شیارها بر اساس فازها (معمولاً ۳ فاز) تعیین می‌شود.
  • سیم‌پیچی‌ها (Windings): کویل‌های مسی یا آلومینیومی عایق‌دار در شیارها قرار می‌گیرند. در موتورهای سه‌فاز، سیم‌پیچی‌ها به صورت ستاره (star) یا مثلث (delta) متصل شده و با جریان AC، میدان مغناطیسی متناوب و چرخان تولید می‌کنند.
  • فریم (Frame) و محفظه: بدنه خارجی از چدن یا آلومینیوم برای خنک‌سازی و محافظت، همراه با فن‌ها یا پره‌های خنک‌کننده.

عملکرد: جریان AC در سیم‌پیچی‌ها، فلاکس مغناطیسی متناوب ایجاد می‌کند که با جابجایی فازها (phase shift)، میدان چرخان با سرعت سنکرون (synchronous speed) تولید می‌شود. سرعت = (۱۲۰ × فرکانس) / تعداد قطب‌ها.

انواع و مواد: در موتورهای القایی (induction)، سیم‌پیچی توزیع‌شده (distributed) یا متمرکز (concentrated)؛ مواد عایق کلاس F یا H برای تحمل حرارت بالا. در موتورهای سنکرون، ممکن است سیم‌پیچی‌های DC برای تحریک (excitation) اضافه شود.

vqfpdkvqfpdkvqfp
kco9wckco9wckco9
20251018_164803
20251018_18055
20251019_111308

روتور (Rotor) در الکتروموتور AC

روتور، بخش متحرک داخلی است که با تعامل میدان استاتور، گشتاور (torque) تولید کرده و شفت را می‌چرخاند. مانند "پروانه" موتور، انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می‌کند.

اجزای اصلی:

  • هسته روتور (Rotor Core): مشابه استاتور، از لمینیشن‌های فولاد سیلیکونی برای کاهش تلفات، با شیارهای طولی.
  • هادی‌های روتور (Rotor Conductors): بسته به نوع، میله‌های رسانا (bars) یا سیم‌پیچی‌ها.
  • حلقه‌های انتهایی (End Rings): برای اتصال کوتاه هادی‌ها در انتها.
  • شفت (Shaft) و بلبرینگ‌ها: برای انتقال چرخش و پشتیبانی مکانیکی.

عملکرد: میدان چرخان استاتور، جریان القایی (induced current) در روتور ایجاد می‌کند که میدان مغناطیسی ثانویه تولید کرده و با میدان استاتور تعامل می‌کند، گشتاور slip (لغزش) ایجاد می‌شود. سرعت روتور = سرعت سنکرون × (۱ - slip).

انواع و مواد:

  • روتور قفس سنجابی (Squirrel-Cage Rotor): رایج‌ترین نوع؛ میله‌های آلومینیومی یا مسی در شیارها، اتصال کوتاه با حلقه‌های انتهایی. ساده، ارزان، بدون نیاز به نگهداری، اما سرعت ثابت نیست. مواد: آلومینیوم ریخته‌گری برای استحکام.
  • روتور سیم‌پیچی‌دار (Wound Rotor): سیم‌پیچی‌های سه‌فاز مشابه استاتور، متصل به حلقه‌های لغزنده (slip rings) برای اتصال مقاومت خارجی. اجازه کنترل سرعت و گشتاور، اما پیچیده‌تر و نیاز به برس (brushes).
  • روتور سنکرون (Synchronous Rotor): با آهنرباهای دائم (permanent magnets) یا سیم‌پیچی DC برای قفل شدن با میدان استاتور در سرعت سنکرون؛ کارایی بالا در کاربردهای دقیق.

نکات کلیدی مشترک: هر دو عنصر از طریق شکاف هوایی (air gap) تعامل می‌کنند؛ مواد مغناطیسی برای حداکثر فلاکس و حداقل تلفات انتخاب می‌شوند. در موتورهای AC القایی (۹۰% کاربردها)، روتور بدون اتصال مستقیم به منبع برق کار می‌کند. برای بهینه‌سازی، طراحی بر اساس استانداردهای IEC یا NEMA انجام می‌شود.

استاتور

استاتور بخش ثابت دستگاه است که شامل قاب استاتور و ورق‌های فولادی و غیره می‌شود.

قاب استاتور برای نگه‌داشتن ورق‌های آرماتور و سیم‌پیچی استاتور در محل خود استفاده می‌شود.

بسته به ظرفیت، برخی سوراخ‌ها برای گردش هوا و خنک‌سازی در قاب ایجاد یا ریخته‌گری می‌شوند. در قاب‌های بزرگ، کانال‌های افقی و عمودی برای گردش هوا و دفع حرارت، یعنی برای اهداف خنک‌سازی، طراحی می‌شوند. ورق‌ها از فولاد سیلیکونی ساخته شده‌اند. هر لایه ورق با استفاده از لایه‌های کاغذی، پوشش وارنیش یا پوشش اکسیدی از یکدیگر عایق‌بندی می‌شود. تعداد زیادی شیار در ورق‌ها برای نگه‌داری سیم‌پیچی‌ها تعبیه می‌شود. این شیارها از انواع مختلف هستند:

شیار باز (Open Type) که از بالا به پایین باز است، شیار نیمه‌بسته (Semi-Closed) که بازشدگی کوچکی دارد، و شیار بسته (Closed) که کاملاً بسته است، همان‌طور که در شکل نشان داده شده است.

شیارهایی که در محیط داخلی ورق‌ها برش داده می‌شوند، عموماً از نوع شیارهای باز یا نیمه‌بسته هستند. سیم‌پیچی در این شیارها قرار می‌گیرد و هادی‌ها به‌وسیله‌ فیبر یا گوه‌های بامبو در محل خود ثابت می‌مانند.

شکل‌های مختلف شیار:

  1. بسته (Closed)

  2. نیمه‌بسته (Semi-Closed)

  3. باز (Open)

ma4b1gma4b1gma4b
46e66v46e66v46e6
8betr8betr8betr8

۱. شیار باز (Open Type Slot)

شکل ظاهری (تصویر Open): دهانه شیار کاملاً باز و عریض است و عرض آن تقریباً برابر با عرض خود شیار است (به شکل یک مستطیل یا ذوزنقه باز است).

ویژگی‌ها و خصوصیاتبرتری‌هاکاربردها
سیم‌پیچی: سیم‌پیچی دشوارتر از حالت باز است. سیم‌ها باید از دهانه باریک به داخل شیار وارد شوند (به اصطلاح Pulling The Wires).مغناطیسی بسیار خوب: به دلیل دهانه کوچک، توزیع شار مغناطیسی در شکاف هوا بسیار یکنواخت‌تر است.رایج‌ترین نوع شیار در ماشین‌های القایی (Induction Motors) است.
هزینه ساخت: متوسط تا زیاد.کاهش تلفات: جریان‌های گردابی در دندانه‌ها (Tooth Eddy Currents) و تلفات سطح دندانه (Pulsation Losses) کاهش می‌یابد.در موتورهای با توان متوسط و موتورهای القایی قفس سنجابی کاربرد فراوان دارد.
عملکرد: گشتاور و راندمان بهتری دارد.نویز و ارتعاش کمتر: به دلیل توزیع یکنواخت‌تر شار. 

۲. شیار نیمه‌بسته (Semi-Closed Type Slot)

شکل ظاهری (تصویر Semi-Closed): دهانه شیار باریک‌تر از بخش داخلی آن است. شکل کلی شیار شبیه به یک "بطری" یا "لامپ" است.

ویژگی‌ها و خصوصیاتبرتری‌هاکاربردها
سیم‌پیچی: سیم‌پیچی دشوارتر از حالت باز است. سیم‌ها باید از دهانه باریک به داخل شیار وارد شوند (به اصطلاح Pulling The Wires).مغناطیسی بسیار خوب: به دلیل دهانه کوچک، توزیع شار مغناطیسی در شکاف هوا بسیار یکنواخت‌تر است.رایج‌ترین نوع شیار در ماشین‌های القایی (Induction Motors) است.
هزینه ساخت: متوسط تا زیاد.کاهش تلفات: جریان‌های گردابی در دندانه‌ها (Tooth Eddy Currents) و تلفات سطح دندانه (Pulsation Losses) کاهش می‌یابد.در موتورهای با توان متوسط و موتورهای القایی قفس سنجابی کاربرد فراوان دارد.
عملکرد: گشتاور و راندمان بهتری دارد.نویز و ارتعاش کمتر: به دلیل توزیع یکنواخت‌تر شار. 

۳. شیار بسته (Closed Type Slot)

شکل ظاهری (تصویر Closed): شیار کاملاً بسته است و فقط یک سوراخ یا مجرای بسیار باریک به سمت شکاف هوا دارد (گاهی اوقات به شکل یک کپسول یا بیضی است که دهانه ندارد).

ویژگی‌ها و خصوصیاتبرتری‌هاکاربردها
سیم‌پیچی: سخت‌ترین نوع سیم‌پیچی. معمولاً در روتورهای ماشین‌های القایی کوچک که از میله‌های هادی به جای سیم‌پیچ استفاده می‌شود، کاربرد دارد.بهترین توزیع شار مغناطیسی: سطح شکاف هوا کاملاً صاف به نظر می‌رسد و به بهترین نحو باعث حذف نویز و ارتعاش می‌شود.روتورهای ماشین‌های القایی قفس سنجابی کوچک و ماشین‌های خاص که نیاز به سطح نویز بسیار کم دارند.
هزینه ساخت: بالاترین هزینه (مخصوصاً برای استاتورهایی که نیاز به سیم‌پیچی دارند).کاهش کامل تلفات سطح دندانه.در گذشته برای برخی ژنراتورهای DC استفاده می‌شد.
عیب اصلی: اشباع مغناطیسی (Magnetic Saturation): بخش کوچک فلزی بالای شیار (به نام "Isolating Bridge" یا پل جداکننده) به سرعت اشباع می‌شود که می‌تواند عملکرد را در بار کامل مختل کند.  

استاتور با شکاف معمولی (Conventional Slotted Stator):

این نوع استاتور شکاف‌های باز دارد که باعث می‌شود سیم‌پیچ‌گذاری آسان‌تر باشد و خنک‌سازی بهتری هم انجام شود. فاصله بین شکاف‌ها معمولاً ۱۵ تا ۳۰ درجه است و بسته به طراحی، می‌تواند ۲۴ تا ۹۶ شکاف داشته باشد. ورقه‌های فولادی سیلیسیمی که در ساخت آن استفاده می‌شود، ضخامتی بین ۰.۵ تا ۱۰ میلی‌متر دارند. یکی از معایب آن این است که به دلیل تغییر ناگهانی در فاصله هوایی (فضای بین استاتور و روتور)، نویز مغناطیسی بیشتری تولید می‌کند.

 

خلاصه ویژگی‌ها:

  • مزایا: سهولت سیم‌پیچ‌گذاری، خنک‌کنندگی خوب.

  • مشخصات: گام شکاف ۱۵-۳۰ درجه، ۲۴-۹۶ شکاف، ضخامت ورقه ۰.۵-۱۰ میلی‌متر.

  • عیب: نویز مغناطیسی بالاتر.

استاتور با شکاف نیمه‌بسته (Semi-closed Slot Stator) 

این استاتورها دهانه شکاف باریک‌تری دارند که به کاهش نشت مغناطیسی کمک می‌کند. معمولاً حدود ۴۰ تا ۵۵ درصد از فضای شکاف با سیم‌پیچ پر می‌شود. ساختار دنده‌های این استاتور محکم‌تر است و می‌تواند سرعت‌های بالای ۳۰۰۰ دور بر دقیقه را تحمل کند. همچنین، با استفاده از فولاد سیلیسیمی بدون جهت (non-oriented)، مسیر شار مغناطیسی بهبود می‌یابد.

 

خلاصه ویژگی‌ها:

  • مزایا: کاهش نشت مغناطیسی، ساختار دنده‌ای قوی‌تر (مناسب برای سرعت‌های بالا)، بهبود مسیر شار.

  • مشخصات: دهانه شکاف باریک‌تر، ضریب پرشدگی شکاف ۴۰-۵۵٪.

  • مناسب برای: کاربردهای با سرعت بالا.

استاتور با شکاف اریب (Skewed Slot Stator) 

شکاف‌های این استاتور به صورت اریب طراحی شده‌اند که باعث کاهش لرزش گشتاور (torque ripple) و همچنین کاهش نویز می‌شود. زاویه اریب بودن شکاف‌ها معمولاً بین ۳ تا ۱۵ درجه است. این نوع استاتور برای استاتورهای سه فاز با ۳۶ تا ۷۲ شکاف بسیار مناسب است. شار مغناطیسی یکنواخت‌تر در این طراحی به خطی‌تر شدن گشتاور و عملکرد آرام‌تر موتور کمک می‌کند.

خلاصه ویژگی‌ها:

  • مزایا: کاهش لرزش گشتاور، کاهش نویز، عملکرد آرام‌تر و گشتاور خطی‌تر.

     

  • مشخصات: شکاف‌های اریب (زاویه ۳-۱۵ درجه).

  • کاربرد: ایده‌آل برای استاتورهای سه فاز با ۳۶-۷۲ شکاف.

استاتور سگمنتی (Segmented Stator):

در این نوع استاتور، قطعات قوس‌مانند به هم متصل می‌شوند تا یک استاتور دایره‌ای کامل را تشکیل دهند. عرض هر قطعه (سگمنت) بین ۱۵ تا ۴۵ درجه است و اتصالات محکم بین آن‌ها باعث کاهش رلوکتانس (مقاومت مغناطیسی) می‌شود. این طراحی امکان سیم‌پیچ‌گذاری اتوماتیک را برای موتورهای با قطر بزرگ فراهم می‌کند. ورقه‌های فولادی با ضخامت ۰.۳ تا ۰.۵ میلی‌متر در این استاتور، راندمان بالای شار مغناطیسی را تضمین می‌کنند.

خلاصه ویژگی‌ها:

  • ساختار: از قطعات قوسی تشکیل شده.

  • مزایا: اتصالات محکم (کاهش رلوکتانس)، پشتیبانی از سیم‌پیچ‌گذاری اتوماتیک (برای موتورهای بزرگ)، راندمان شار بالا.

  • مشخصات: عرض سگمنت ۱۵-۴۵ درجه، ضخامت ورقه ۰.۳-۰.۵ میلی‌متر.

  • کاربرد: مناسب برای موتورهای با قطر بزرگ.

معرفی انواع روتور موتورهای الکتریکی

 

روتور بخش چرخان یک موتور الکتریکی است که وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و ایجاد حرکت را بر عهده دارد. دو نوع اصلی روتور که در موتورهای AC (جریان متناوب) مورد استفاده قرار می‌گیرند، روتور قفس سنجابی و روتور سیم‌پیچی شده (یا روتور حلقه‌لغزان) هستند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. علاوه بر این، در موتورهای دیگر مانند موتورهای سنکرون و DC، انواع دیگری از روتورها مانند روتور با قطب‌های برجسته و روتور استوانه‌ای صاف نیز به کار می‌روند.

روتور قفس سنجابی (Squirrel Cage Rotor) 

روتور قفس سنجابی از میله‌های مسی یا آلومینیومی و حلقه‌های انتهایی تشکیل شده است که دور یک هسته ورقه‌ای قرار گرفته‌اند. مقاومت روتور معمولاً بین ۰.۱ تا ۰.۳ اهم متغیر است. این نوع روتور طراحی ساده‌ای دارد، استحکام بالایی ارائه می‌دهد و هزینه تولید پایینی دارد. تعداد شیارهای آن بین ۲۸ تا ۶۶ عدد است؛ میله‌های اریب در این روتور به کاهش پدیده قفل شدن (locking) و همچنین کاهش لرزش گشتاور (torque ripple) کمک می‌کنند.

 

خلاصه ویژگی‌ها:

  • ساختار: میله‌های مسی یا آلومینیومی و حلقه‌های انتهایی، هسته ورقه‌ای.

  • مشخصات: مقاومت روتور ۰.۱-۰.۳ اهم، ۲۸-۶۶ شیار.

  • مزایا: طراحی ساده، استحکام بالا، هزینه تولید پایین.

  • قابلیت ویژه: میله‌های اریب برای کاهش پدیده قفل شدن و لرزش گشتاور.

w8raysw8raysw8ra
8nyo08nyo08nyo08

روتور سیم‌پیچی شده (Wound Rotor یا Slip Ring Rotor)

روتور سیم‌پیچی شده دارای سیم‌پیچ‌های سه فاز است که از طریق حلقه‌های لغزان (slip rings) به مقاومت‌های خارجی متصل می‌شوند. مقاومت این روتور قابل تنظیم است و معمولاً بین ۰.۲ تا ۳ اهم تغییر می‌کند که امکان تنظیم دقیق را فراهم می‌آورد. این قابلیت تنظیم مقاومت، کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتور را ممکن می‌سازد. این روتور دارای سه حلقه لغزان و جاروبک (brushes) است که به دلیل تماس مکانیکی، نیاز به نگهداری دوره‌ای دارند.

خلاصه ویژگی‌ها:

  • ساختار: سیم‌پیچ‌های سه فاز، حلقه‌های لغزان، متصل به مقاومت‌های خارجی.

  • مشخصات: مقاومت قابل تنظیم ۰.۲-۳ اهم، سه حلقه لغزان و جاروبک.

  • مزایا: کنترل دقیق سرعت و گشتاور.

  • عیب: نیاز به نگهداری دوره‌ای به دلیل وجود حلقه‌های لغزان و جاروبک.

روتور با قطب‌های برجسته

در این نوع روتور، قطب‌ها به صورت برجسته با قطر بزرگ و طول محوری کمتر ساخته می‌شوند. این روتورها برای سرعت‌های پایین و متوسط مناسب هستند. چون سرعت کمتر است، تعداد قطب‌ها می‌تواند بیشتر باشد، مثلاً از 6 تا 40 عدد. مونتاژ هسته‌های قطب‌ها به صورت پیچ و مهره یا با استفاده از اتصال دوتایی به چرخ چدنی یا فولادی مانند آنچه در شکل 2 نشان داده شده است، متصل می‌شوند.

نکات مهم:

  • مناسب برای سرعت‌های پایین و متوسط

  • تعداد قطب‌ها می‌تواند از 6 تا 40 عدد باشد

  • اتصال قطب‌ها به چرخ چدنی یا فولادی از طریق پیچ و مهره یا دوتایی انجام می‌شود.

vqd1p3vqd1p3vqd1
i97k4di97k4di97k

روتور استوانه‌ای صاف

این روتورها دارای قطر کمتری و طول محوری بیشتری هستند. روتورها از یک استوانه فولادی جامد و فشرده ساخته شده‌اند. از آنجا که قطر کمتر است، این روتورها برای سرعت‌های بالا مناسب هستند. معمولاً این روتورها در مولدهای بخاری یا توربینی استفاده می‌شوند که با سرعت‌های بسیار بالا (حدود 3000 دور در دقیقه یا 1500 دور در دقیقه) کار می‌کنند. تعداد قطب‌ها معمولاً دو یا چهار عدد است. شیارها در محیط خارجی روتور قرار دارند که در شکل 3 نشان داده شده است. این روتورها نوع غیر برجسته (Non-Salient) هستند و عملکردی بسیار متعادل و روان دارند. همچنین فن‌هایی برای تسهیل گردش هوا و خنک‌سازی طراحی شده‌اند.

ویژگی‌های مهم:

  • مناسب برای سرعت‌های بالا

  • استفاده در مولدهای بخاری یا توربینی

  • عملکرد متعادل و روان

  • فن‌ها برای خنک‌سازی