بهترین روش راه اندازی الکتروموتور سه فاز با برق تک فاز

در بسیاری از محیط‌های صنعتی و کارگاهی، استفاده از الکتروموتورهای سه‌فاز به دلیل بازده بالا، گشتاور مناسب و طول عمر زیاد، امری رایج است. با این حال، در مناطقی که دسترسی به برق سه‌فاز وجود ندارد، نیاز به راه‌اندازی این موتورها با برق تک‌فاز به‌وجود می‌آید.راه‌اندازی الکتروموتور سه‌فاز با برق تک‌فاز در جاهایی که برق سه‌فاز در دسترس نیست (مثل کارگاه‌های کوچک یا منازل روستایی) بسیار متداول است.با این حال باید بدانی که توان خروجی موتور در این حالت کاهش پیدا می‌کند (حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد)، و راندمان و گشتاور نیز کمتر می‌شود.جهت خرید الکتروموتور صنعتی با کارشناسان فنی و فروش دینامیک موتور با شماره 02133902025 در تماس باشید.

همچنین می توانید مطلب 10 تا از بهترین الکتروموتور صنعتی بازار ایران زیر را بخوانید.

روش‌های اصلی راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز

برای راه‌اندازی یک الکتروموتور صنعتی سه فاز با استفاده از برق تک‌فاز، سه روش رایج وجود دارد:

1️⃣ استفاده از اینورتر تک‌فاز به سه‌فاز (VFD)

2️⃣ استفاده از خازن (Capacitor Start/Run)

3️⃣ استفاده از RPC یا مبدل فاز چرخان

همچنین می توانید مطلب 10 تا از بهترین الکتروموتورهای ضدانفجار را بخوانید.

1️⃣ استفاده از اینورتر تک‌فاز به سه‌فاز (VFD) برای راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز

در سال‌های اخیر، با پیشرفت فناوری الکترونیک قدرت، استفاده از درایور فرکانس متغیر (VFD – Variable Frequency Drive) به عنوان یکی از بهترین و مطمئن‌ترین روش‌ها برای راه‌اندازی الکتروموتورهای سه‌فاز با برق تک‌فاز رایج شده است. اینورترها با دریافت برق تک‌فاز، آن را به جریان مستقیم (DC) تبدیل کرده و سپس با استفاده از مدارهای سوئیچینگ (مانند IGBT)، مجدداً سه فاز مصنوعی با فرکانس و ولتاژ قابل کنترل تولید می‌کنند.

الکتروموتور سه‌فاز می‌تواند بدون افت محسوس در توان و گشتاور، با برق تک‌فاز کار کند. بر خلاف روش خازنی که تنها اختلاف فازی محدود ایجاد می‌کند، اینورتر توانایی ایجاد سه فاز واقعی با اختلاف زاویه‌ای دقیق ۱۲۰ درجه را دارد؛ بنابراین موتور تقریباً همانند حالت تغذیه سه‌فاز واقعی عمل می‌کند.

یکی از بهترین و قابل‌اعتمادترین روش‌ها برای راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز، استفاده از اینورتر یا درایو با فرکانس متغیر (VFD) است. اینورتر (درایور) با تبدیل برق تک‌فاز به برق سه‌فاز، باعث راه‌اندازی نرم موتور بدون ضربه‌های اولیه می‌شود و امکان تنظیم سرعت و کنترل دقیق عملکرد موتور را فراهم می‌کند.

لازم است در انتخاب اینورتر، مدلی را برگزینید که ورودی تک‌فاز را پشتیبانی کند. این روش نسبت به استفاده از خازن، بازده و اطمینان بیشتری دارد و برای کاربردهای دائم‌کار و سنگین بسیار مناسب است.

همچنین می توانید مطلب 10 تا از بهترین الکتروموتور چینی را مطالعه کنید.

نحوه عملکرد اینورتر VFD

☑️ یکسو‌سازی (Rectification): در این مرحله، برق ورودی تک‌فاز به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌شود.

☑️ فیلتر و ذخیره انرژی: خازن‌های داخلی انرژی DC را صاف و تثبیت می‌کنند.

☑️ تولید سه‌فاز خروجی (Inversion): مدار سوئیچینگ با کنترل دقیق زمان‌بندی، سه خروجی متناوب با اختلاف فاز ۱۲۰ درجه ایجاد می‌کند.

☑️ کنترل فرکانس و ولتاژ: فرکانس خروجی می‌تواند از ۰ تا حتی ۶۰ یا ۸۰ هرتز تنظیم شود، که امکان کنترل سرعت موتور را فراهم می‌کند.

مزایای استفاده از اینورتر تکفاز به سه فاز

☑️ راه‌اندازی نرم (Soft Start) الکتروموتور بدون ضربه و جریان زیاد راه می‌افتد

☑️ کنترل دقیق سرعت و جهت چرخش

☑️ افزایش طول عمر موتور و کاهش استهلاک مکانیکی

☑️ بهره‌وری بالا و کاهش تلفات انرژی

☑️ حفاظت در برابر اضافه‌جریان، اضافه‌حرارت، نوسان ولتاژ و اتصال کوتاه

☑️ استفاده از توان کامل موتور برخلاف روش خازنی

نکات و ملاحظات فنی استفاده از اینورتر تکفاز به سه فاز

☑️ اینورتر باید ورودی تک‌فاز و خروجی سه‌فاز داشته باشد (که با عنوان “1φ in / 3φ out” شناخته می‌شود).

☑️ توان اینورتر باید حداقل ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر از توان نامی موتور انتخاب شود.

☑️ استفاده از فیلتر EMI برای کاهش نویز الکترومغناطیسی توصیه می‌شود.

☑️ در محیط‌های صنعتی، باید از تهویه مناسب و فیوز حفاظتی مخصوص استفاده شود.

2️⃣ استفاده از خازن برای راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز

در شرایطی که برق سه‌فاز در دسترس نباشد، یکی از ساده‌ترین و اقتصادی‌ترین روش‌ها برای به‌کار انداختن یک الکتروموتور سه‌فاز، استفاده از خازن است. در این روش با استفاده از یک یا چند خازن، اختلاف فاز مصنوعی بین سیم‌پیچ‌های موتور ایجاد می‌شود تا موتور بتواند گشتاور اولیه‌ی لازم برای چرخش را به دست آورد.

الکتروموتورهای سه‌فاز معمولاً دارای سه سیم‌پیچ هستند که در حالت عادی با اختلاف فاز ۱۲۰ درجه نسبت به یکدیگر تغذیه می‌شوند. اما در برق تک‌فاز، تنها دو سیم (فاز و نول) وجود دارد؛ بنابراین موتور بدون خازن نمی‌تواند جهت چرخش مشخصی پیدا کند و قادر به راه‌اندازی نخواهد بود. با اضافه کردن یک خازن در مسیر یکی از سیم‌پیچ‌ها، اختلاف فازی تقریباً ۹۰ درجه‌ای بین جریان‌ها ایجاد می‌شود و این اختلاف فاز موجب تولید میدان گردان در استاتور می‌گردد که موتور را به حرکت درمی‌آورد.

☑️ انواع خازن‌ها در راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز

در راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز، از دو نوع خازن استفاده می‌شود: خازن راه‌انداز و خازن دائم‌کار. خازن راه‌انداز فقط در لحظه شروع به کار موتور فعال بوده و گشتاور اولیه را افزایش می‌دهد، در حالی که خازن دائم‌کار در تمام مدت کار موتور فعال است و به بهبود راندمان و پایداری عملکرد کمک می‌کند.

1️⃣ خازن دائم کار (Run Capacitor)

این نوع خازن در تمام مدت کار موتور در مدار باقی می‌ماند و معمولاً از نوع روغنی با ظرفیت پایین‌تر (بین 30 تا 70 µF به ازای هر کیلووات) است.

2️⃣ خازن راه‌انداز (Start Capacitor)
برای ایجاد گشتاور زیاد در لحظه‌ی شروع به کار استفاده می‌شود و تنها در زمان راه‌اندازی در مدار قرار دارد. پس از رسیدن موتور به سرعت مناسب، توسط یک کلید گریز از مرکز یا تایمر از مدار خارج می‌شود.

محاسبه خازن برای راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز

انتخاب و استفاده از خازن برای راه‌اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز نیازمند دقت بالاست، زیرا انتخاب نادرست می‌تواند باعث افزایش حرارت، کاهش راندمان یا حتی سوختن موتور شود. نکات کلیدی در این زمینه عبارت‌اند از:

انتخاب خازن مناسب برای راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز

1️⃣ توان الکتروموتور صنعتی سه فاز : ظرفیت خازن باید متناسب با توان موتور باشد. به‌طور معمول برای هر ۱ کیلووات توان موتور، حدود ۷۰ میکروفاراد خازن نیاز است. به عنوان مثال، برای الکتروموتوری با توان ۲ کیلووات، خازنی با ظرفیت تقریبی ۱۴۰ میکروفاراد مناسب خواهد بود.

2️⃣ نوع خازن:

☑️ در بارهای سبک، خازن دائم‌کار (Run Capacitor) کفایت می‌کند.

☑️ در بارهای سنگین یا هنگام استارت اولیه، از خازن راه‌انداز (Start Capacitor) به‌صورت موقت استفاده می‌شود که پس از چند ثانیه از مدار خارج می‌گردد.

3️⃣ ولتاژ خازن: ولتاژ نامی خازن باید بیشتر از ولتاژ شبکه باشد. برای شبکه ۲۲۰ ولت، استفاده از خازن با ولتاژ ۴۰۰ تا ۴۵۰ ولت توصیه می‌شود.

4️⃣ کیفیت خازن: خازن‌های روغنی یا پلی‌پروپیلن باکیفیت عمر بیشتری دارند و عملکرد مطمئن‌تری ارائه می‌دهند.

5️⃣ شرایط محیطی: در محیط‌های گرم، از خازن‌هایی با تحمل دمای بالا (حداقل ۸۵ درجه سانتی‌گراد) استفاده شود.

6️⃣ بررسی عملکرد الکتروموتور سه فاز: پس از نصب، با کنترل دمای موتور، صدای عملکرد و جریان مصرفی می‌توان از مناسب بودن ظرفیت خازن اطمینان یافت و در صورت لزوم آن را اصلاح کرد.

شرایط مجاز استفاده از خازن برای راه‌اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز

استفاده از روش خازنی تنها در شرایط خاصی مجاز است و باید نکات زیر رعایت شود:

1️⃣ محدودیت توان الکتروموتور: این روش فقط برای الکتروموتورهایی با توان کمتر از ۲ کیلووات مناسب است. در توان‌های بالاتر، حرارت زیاد و فشار مکانیکی می‌تواند موجب آسیب به موتور شود.

2️⃣ تناسب ولتاژ الکتروموتور: روی پلاک موتور باید ولتاژ ۲۲۰ ولت (در حالت اتصال مثلث یا ستاره) درج شده باشد. این نشان می‌دهد موتور قابلیت کار در ولتاژ پایین‌تر و در نتیجه با برق تک فاز را دارد.

3️⃣ نوع بار خازن: روش خازنی فقط برای بارهای سبک مناسب است. در کاربردهایی با بار سنگین مانند گیربکس‌های صنعتی، پمپ‌های فشار بالا یا کمپرسورهای بزرگ، باید از درایوهای مبدل تک فاز به سه فاز (VFD یا اینورتر) استفاده شود تا از آسیب به موتور جلوگیری گردد.

3️⃣ استفاده از RPC یا مبدل فاز چرخان برای راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز

یکی از روش‌های مؤثر برای راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز، استفاده از مبدل فاز دوار (Rotary Phase Converter – RPC) است. در این روش، یک موتور سه‌فاز آسنکرون به‌عنوان تولیدکننده فاز سوم عمل می‌کند. پس از اتصال آن به برق تک‌فاز و رسیدن به سرعت نامی، سیم‌پیچ‌های موتور از طریق القای الکترومغناطیسی، فاز سوم مصنوعی را تولید کرده و بدین ترتیب خروجی سه‌فاز در دسترس قرار می‌گیرد. این خروجی می‌تواند برای تغذیه سایر موتورها و تجهیزات سه‌فاز استفاده شود.

مراحل عملکرد RPC با مبدل فاز چرخان

1️⃣ برق تک‌فاز (فاز و نول) به ورودی مبدل فاز دوار اعمال می‌شود.

2️⃣ موتور فازساز به کمک خازن یا موتور کمکی راه‌اندازی شده و به سرعت نامی می‌رسد.

3️⃣ در اثر چرخش، سیم‌پیچ‌های موتور یک فاز سوم القایی تولید می‌کنند.

4️⃣ در نهایت، سه خروجی شامل فاز اصلی، نول و فاز تولیدی در دسترس قرار می‌گیرد تا بار سه‌فاز راه‌اندازی شود.

مزایای RPC با مبدل فاز چرخان

✅️ قابلیت تغذیه چند موتور سه‌فاز به‌صورت هم‌زمان

✅️ مناسب برای موتورهای سنگین و بارهای سخت در مقایسه با روش خازنی

✅️ هزینه کمتر نسبت به اینورتر در کاربردهای صنعتی با چندین موتور

✅️ ساخت آسان و قابل انجام در کارگاه‌ها

معایب RPC با مبدل فاز چرخان

✅️ وزن و حجم زیاد به دلیل وجود موتور فازساز

✅️ بازدهی کمتر نسبت به برق سه‌فاز واقعی

✅️ ایجاد صدای مکانیکی هنگام کار

✅️ مصرف انرژی در حالت بی‌بار

✅️ هزینه اولیه بیشتر نسبت به روش خازنی در پروژه‌های کوچک

استفاده از مبدل فاز چرخان (RPC) با استفاده از یک موتور سه‌فاز آسنکرون، فاز سوم مصنوعی تولید کرده و امکان استفاده از برق تک‌فاز برای راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز را فراهم می‌کند. این روش برای بارهای سنگین و چند موتوره بسیار مناسب بوده و نسبت به اینورترها در توان‌های بالا مقرون‌به‌صرفه‌تر است. با این حال، وزن زیاد، صدای بالا، بازده کمتر و مصرف بیهوده انرژی از معایب اصلی آن به شمار می‌رود.

تفاوت بین سیستم RPC و اینورتر VFD

مقایسه نهایی روش‌های راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز

نتیجه گیری 

انتخاب روش راه‌اندازی موتور سه‌فاز با برق تک‌فاز به نیاز کنترلی، نوع بار و هزینه بستگی دارد. در روش RPC، یک موتور کمکی فاز سوم را شبیه‌سازی کرده و توان نسبتاً نامتعادلی تولید می‌کند؛ این روش اقتصادی بوده و برای بارهای با سرعت ثابت مناسب است. اینورتر (VFD) با تبدیل برق تک‌فاز به سه‌فاز واقعی، ولتاژ و فرکانس خروجی را کنترل‌پذیر می‌سازد و امکان تنظیم سرعت، گشتاور و جهت چرخش موتور را فراهم می‌کند؛ بنابراین گزینه‌ای بهینه برای کاربردهای دقیق و متغیر است. در مقابل، روش مستقیم تنها توان محدودی برای بارهای سبک و موقتی ارائه می‌دهد و برای کاربردهای صنعتی یا دائم توصیه نمی‌شود.جهت مشاوره و خرید الکتروموتور صنعتی می توانید با کارشناسان فروش دینامیک موتور در تماس باشید.