تفاوت سیم پیچ راه انداز و سیم پیچ اصلی در موتور تک فاز

موتورهای تک فاز القایی یکی از پرکاربردترین انواع الکتروموتور در وسایل خانگی، تجهیزات کشاورزی، پمپ های آب و بسیاری از ماشین آلات صنعتی کوچک هستند. با این حال، ساختار داخلی این موتورها یک ویژگی دارد که برای بسیاری از افراد تازه کار در برق صنعتی گنگ باقی می ماند: چرا در استاتور این موتورها به جای یک سیم پیچ، دو دسته سیم پیچ جداگانه به نام سیم پیچ اصلی و سیم پیچ راه انداز وجود دارد؟ در این مقاله قصد داریم بدون پیچیدگی های غیرضروری، تفاوت دقیق این دو سیم پیچ را از نظر ساختار فیزیکی، نقش الکتریکی و روش تشخیص عملی آن ها بررسی کنیم.

چرا موتور تک فاز به دو سیم پیچ نیاز دارد؟

برای درک تفاوت این دو سیم پیچ، ابتدا باید بدانیم مشکل اصلی موتورهای تک فاز چیست. در موتورهای سه فاز، به دلیل اختلاف فاز طبیعی ۱۲۰ درجه ای بین سه جریان، یک میدان مغناطیسی دوار به طور خودکار در استاتور ایجاد می شود و روتور از همان لحظه اول شروع به چرخش می کند. اما در برق تک فاز فقط یک موج جریان متناوب وجود دارد و اگر تنها یک سیم پیچ در استاتور قرار داده شود، میدان مغناطیسی حاصل یک میدان نوسانی (نه دوار) خواهد بود. چنین میدانی روتور ساکن را در هیچ جهتی هل نمی دهد و موتور فقط صدا و گرما تولید می کند بدون این که بچرخد.

راه حل مهندسی این مشکل، اضافه کردن یک سیم پیچ دوم است که به گونه ای طراحی شده که جریان عبوری از آن نسبت به جریان سیم پیچ اصلی اختلاف فاز پیدا کند. وقتی دو میدان مغناطیسی با اختلاف فاز زمانی و اختلاف مکانی ترکیب می شوند، یک میدان دوار ضعیف اما کافی برای شروع چرخش روتور به وجود می آید. همین سیم پیچ دوم است که به آن سیم پیچ راه انداز یا سیم پیچ کمکی می گویند.

سیم پیچ اصلی چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

سیم پیچ اصلی (که گاهی سیم پیچ کار یا سیم پیچ دائم نیز نامیده می شود) وظیفه اصلی چرخاندن و نگه داشتن موتور در حالت کارکرد پیوسته را برعهده دارد. این سیم پیچ در تمام مدتی که موتور روشن است، در مدار باقی می ماند و جریان از آن عبور می کند. ویژگی های فنی این سیم پیچ عبارت اند از:

سیم پیچ اصلی معمولا با سیم مسی ضخیم تر پیچیده می شود تا بتواند جریان بیشتری را بدون گرم شدن بیش از حد تحمل کند. تعداد دور آن نیز نسبت به سیم پیچ راه انداز بیشتر است که همین موضوع باعث می شود اندوکتانس (سلف) بالاتری داشته باشد. از نظر مقاومت اهمی، سیم پیچ اصلی به دلیل قطر بیشتر سیم، مقاومت کمتری نسبت به سیم پیچ راه انداز از خود نشان می دهد. به بیان ساده، سیم پیچ اصلی برای دوام و کارکرد طولانی مدت طراحی شده، نه برای ایجاد اختلاف فاز.

سیم پیچ راه انداز چیست و چه نقشی دارد؟

سیم پیچ راه انداز، که با نام سیم پیچ کمکی یا سیم پیچ استارت هم شناخته می شود، فقط در لحظه راه اندازی موتور فعال است. این سیم پیچ در استاتور با فاصله زاویه ای معمولا ۹۰ درجه الکتریکی نسبت به سیم پیچ اصلی قرار می گیرد تا بتواند اختلاف فاز مکانی لازم را فراهم کند.

از نظر ساختاری، سیم پیچ راه انداز با سیم نازک تر و تعداد دور کمتری نسبت به سیم پیچ اصلی پیچیده می شود. همین انتخاب باعث می شود این سیم پیچ مقاومت اهمی بیشتر و اندوکتانس کمتری داشته باشد. نتیجه این ترکیب، این است که جریان عبوری از سیم پیچ راه انداز نسبت به جریان سیم پیچ اصلی از نظر زمانی جلوتر می افتد (اختلاف فاز ایجاد می کند). این اختلاف فاز، به همراه اختلاف مکانی ۹۰ درجه ای بین دو سیم پیچ، همان چیزی است که میدان دوار اولیه لازم برای چرخش روتور را می سازد.

نکته مهم این است که سیم پیچ راه انداز طراحی نشده تا برای مدت طولانی در مدار بماند. اگر بعد از راه اندازی موتور، این سیم پیچ در مدار باقی بماند، به دلیل سیم نازک و مقاومت بالا به سرعت داغ می شود و می سوزد. به همین دلیل در اکثر موتورهای تک فاز از یک کلید گریز از مرکز یا رله جریان استفاده می شود که وقتی موتور به حدود ۷۰ تا ۷۵ درصد سرعت نامی خود رسید، سیم پیچ راه انداز را به طور خودکار از مدار خارج می کند.

مقایسه کوتاه و مستقیم دو سیم پیچ

برای جمع بندی تفاوت ها می توان گفت سیم پیچ اصلی از سیم ضخیم تر و دور بیشتر ساخته شده، مقاومت کمتر و اندوکتانس بیشتری دارد و همیشه در مدار فعال باقی می ماند. در مقابل، سیم پیچ راه انداز از سیم نازک تر و دور کمتر تشکیل شده، مقاومت بیشتر و اندوکتانس کمتری دارد و فقط در چند ثانیه اول راه اندازی موتور فعال است. این تفاوت فیزیکی همان چیزی است که اختلاف فاز الکتریکی لازم برای شروع چرخش روتور را به وجود می آورد.

انواع موتور تک فاز بر اساس روش ایجاد اختلاف فاز

بسته به این که چگونه اختلاف فاز بین دو سیم پیچ ایجاد شود، موتورهای تک فاز به چند دسته تقسیم می شوند.

در موتور فاز شکسته یا مقاومتی، اختلاف فاز فقط با تفاوت مقاومت و اندوکتانس دو سیم پیچ ایجاد می شود، بدون استفاده از خازن. زاویه اختلاف فاز در این نوع معمولا کمتر از ۹۰ درجه است (حدود ۲۵ تا ۳۰ درجه) و به همین دلیل گشتاور راه اندازی این موتورها نسبتا ضعیف است.

در موتور با خازن راه انداز، یک خازن الکترولیتی به صورت سری با سیم پیچ راه انداز قرار می گیرد تا زاویه اختلاف فاز را به عدد بهینه نزدیک تر (نزدیک به ۹۰ درجه) برساند. این موتورها گشتاور راه اندازی بسیار بهتری دارند و بعد از راه اندازی، هم خازن و هم سیم پیچ راه انداز از مدار خارج می شوند.

در موتور با خازن دائم، برخلاف نوع قبلی، سیم پیچ کمکی و خازن مربوط به آن هرگز از مدار خارج نمی شوند و در تمام مدت کارکرد موتور فعال باقی می مانند. به همین دلیل در این نوع، سیم پیچ کمکی معمولا نیازی به کلید گریز از مرکز ندارد اما طراحی سیم آن با موتورهای خازن راه انداز متفاوت است.

در موتورهای دو خازنه، از ترکیب یک خازن الکترولیتی (برای راه اندازی) و یک خازن دائم (برای کارکرد پیوسته) استفاده می شود تا هم گشتاور راه اندازی بالا باشد و هم راندمان کارکرد دائم موتور بهبود پیدا کند.

روش عملی تشخیص سیم پیچ اصلی از سیم پیچ راه انداز با اهم متر

یکی از سوالاتی که تعمیرکاران و برقکاران به آن نیاز دارند، تشخیص سیم پیچ ها در موتوری است که سیم بندی آن مشخص نیست یا برچسب سرسیم ها از بین رفته است. روش کار به این صورت است:

ابتدا با اهم متر، مقاومت بین هر جفت از سه سرسیم خروجی موتور (که معمولا سیم پیچ اصلی، سیم پیچ راه انداز و سیم مشترک هستند) اندازه گیری می شود. از آن جا که سیم پیچ راه انداز همیشه مقاومت بیشتری نسبت به سیم پیچ اصلی دارد، بالاترین عدد مقاومت اندازه گیری شده بین دو سر سیم پیچ راه انداز به تنهایی است. کمترین عدد مقاومت مربوط به سیم پیچ اصلی است و عددی که تقریبا برابر مجموع دو مقاومت قبلی باشد، مسیر مشترک (سیم پیچ اصلی به علاوه سیم پیچ راه انداز) را نشان می دهد. با این روش ساده، بدون نیاز به باز کردن موتور، می توان سرسیم مشترک و دو سیم پیچ را از هم تشخیص داد.

علائم رایج خرابی سیم پیچ راه انداز

سوختن سیم پیچ راه انداز یکی از رایج ترین خرابی های موتورهای تک فاز است. معمولا وقتی کلید گریز از مرکز خراب شود و سیم پیچ راه انداز بعد از استارت از مدار خارج نشود، این سیم پیچ به دلیل مقاومت بالا و سیم نازک به سرعت داغ شده و می سوزد. نشانه های این خرابی شامل بوی سوختگی از بدنه موتور، داغ شدن غیرعادی موتور در چند دقیقه اول کارکرد و گاهی صدای وزوز بدون چرخش روتور است. در چنین مواردی، موتور معمولا اگر با دست چرخانده شود شروع به کار می کند، چون سیم پیچ اصلی هنوز سالم است، اما به تنهایی توانایی ایجاد گشتاور راه اندازی ندارد.

اشتباهات رایج هنگام تعمیر یا سیم پیچی مجدد

یکی از خطاهای متداول تعمیرکاران کم تجربه، جابه جا کردن نقش سیم پیچ اصلی و راه انداز در هنگام سیم پیچی مجدد است. اگر سیم نازک تر به جای سیم پیچ راه انداز در محل سیم پیچ اصلی قرار گیرد، موتور در کارکرد پیوسته به شدت داغ خواهد کرد و عمر آن به شدت کاهش می یابد. اشتباه دیگر، عدم رعایت جهت پیچش صحیح سیم پیچ راه انداز نسبت به سیم پیچ اصلی است که می تواند جهت چرخش موتور را برعکس کند یا اصلا مانع از راه اندازی شود.

جمع بندی

تفاوت سیم پیچ اصلی و سیم پیچ راه انداز در موتور تک فاز، هم در ساختار فیزیکی (قطر سیم، تعداد دور، مقاومت و اندوکتانس) و هم در نقش عملکردی (کارکرد دائم در برابر کارکرد لحظه ای هنگام استارت) قابل مشاهده است. شناخت دقیق این دو سیم پیچ نه تنها برای دانشجویان و علاقه مندان برق صنعتی مفید است، بلکه برای هر تعمیرکاری که قصد عیب یابی، تعویض یا سیم پیچی مجدد یک موتور تک فاز را دارد، ضروری محسوب می شود.