تحقیق در مورد ماشین های الکتریکی

ماشینهای الکتریکی : اساس موتورهای القایی AC
امروزه در صنعت، ماشینهای متفاوت و با سرعت های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد که موارد قابل ذکر عبارتند از : ماشین برش فلزات ، چرثقیل الکتریکی ، ماشینهای مربوط به حمل ونقل وانواع مختلف وسایل چاپ ، معدن ذغال سنگ و صنایع دیگر . برای مثال چرخاننده الکتریکی در ماشین برش فلزات ، سرعت سیستم می باید مطابق با نوع کار ، فلز و کیفیت نوع برش واندازه قطعه مورد نظر ، قابل تنظیم باشد . در کلیه ماشین آلات ذکر شده ، چرخاننده باید مجهز به کنترل سرعت باشد تا بتواند کمیت تولید زیاد ، شرایط کار مطلوب و کیفیت محصول خوب باشد . توسط کنترل سرعت می توان سرعت چرخاننده را به میزان مورد نیاز جهت انجام مراحل کار تغییر داد . مفهوم کنترل سرعت یا تنظیم نبا ید شامل تغییر طبیعی در هنگام اخذ بار شود . تغییر سرعت مورد نیاز در روی موتور چرخاننده و یا عنصر مرتبط به موتور چرخاننده انجام می گیرد ، که ممکن است این عمل با دست توسط اپراتور و یا به طور اتوماتیک توسط وسایل کنترل انجام گیرد . امروزه تنظیم سرعت توسط مدار الکتریکی توسعه یافته و از نظر اقتصادی و نتایج حاصله بر کنترل مکانیکی ارجحیت دارد .
موتورهای آسنکرون سه فاز به خاطر امتیازات چشمگیرشان در صنایع کاربرد متنوعی دارند . از آن جمله در سیستمهای محرکه ای که نیاز به تغییر وتنظیم دور دارند بیشتر وبیشتر بکار گرفته می شوند .
دور موتور آسنکرون به خودی خود حداکثر 1- min 3000 (برایP=1 ،F=50 HZ ) است . اما صنعت اتوماسیون و تنظیم دقیق ، نیاز به دورهایی از حدود1 تاmin -1 100000 و بیشتر ( مثلا min -1 350000 در دندانپزشکی با بلبرینگ مغناطیسی ) می باشد . برخی سیستمهای محرکه نظیر جراثقال به دور کمی نیازمنداند. دور موتور آسنکرون وابسته از F فرکانس شبکه ، P تعداد زوج قطب موتور و S لغزش آن می باشد :

Nr = (1- S) NS = ( 1-S

توسط تغییرات این سه عامل می توان دور موتور آسنکرون را تغییر داد . برای این منظور مدارهای متنوعی را می توان تحقق بخشید . در این میان سعی برآنست مدارهائی مورد استفاده قرار گیرند که با هزینه کمتری تحقق پذیرند ، ساده ترند و نیز تلفاتشان کمتر است. بدین ترتیب تعداد این مدارها عملاً محدود می گردد در ادامه متدهای کلاسیک ومدرن تنظیم دور موتور آسنکرون را مورد بحث قرار خواهیم داد .

موتورهای القایی AC عمومی ترین موتورهایی هستند که در سامانه های کنترل حرکت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می شوند.طراحی ساده و مستحکم , قیمت ارزان , هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و کامل به یک منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند.انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است.موتورهای مختلف برای کارهای مختلفی مناسب اند.با اینکه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است , ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند درکی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست.
ااین نکته در اساس انواع مختلف , مشخصات آنها , انتخاب شرایط برای کاربریهای مختلف و روشهای کنترل مرکزی یک موتورهای القایی AC را مورد بحث قرار می دهد.
ااصل ساخت اولیه و کاربری

مانند بیشتر موتورها , یک موتورهای القایی AC یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور که در درون آن می چرخد دارند , که میان آندو یک فاصله دقیق کارشناسی شده وجود دارد.به طور مجازی همه موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می کنند.یک موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است که در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود.در حالی که موتورهای DC به وسیله ای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند.یک موتور القایی AC تک فاز نیازمند یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است.

در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.در یک موتور القایی AC یک سری از مغناطیس شونده ها به خاطراینکه تغذیه AC به پیچه های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده اند.بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الکترومغناطیسی به روتور وارد می شود (درست شبیه ولتاژی که در ثانویه ترانسفورماتور القا می شود).بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده ها خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند.-نام موتور القایی از اینجاست-.تعامل میان این مگنت ها انرژی چرخیدن یا تورک (گشتاور) را فراهم می آورد.در نتیجه موتور در جهت گشتاو بوجود آمده چرخش می کند.
استاتور از چندین قطعه باریک آلومنیوم یا آهن سبک ساخته شده است.این قطعات بصورت یک سیلندر تو خالی به هم منگنه و محکم شده اند(هسته استاتور) با شیارهایی
که در شکا یک نشان داده شده اند.سیم پیچهایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی شده اند.هر گروه پیچه با هسته ای که آن را فرا گرفته یک آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای کار کردن با تغذیه AC شکل می دهد.تعداد قطبهای یک موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه های استاتوربستگی دارد.پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل اند.آنها به صورتی متصل اند که با برقراری تغذیه AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.
روتور از چندین قطعه مجزای باریک فولادی که میانشان میله هایی از مس یا آلومنیوم تعبیه شده ساخته شده است.در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به صورت الکتریکی و مکانیکی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند.تقریبا 90 درصد از موتورهای القایی دارای روتور قفس سنجابی می باشند و این به خاطر آن است که این نوع روتور ساختی مستحکم و ساده دارد.این روتور از هسته ای چند تکه استوانه ای با محوری که شکافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشکیل شده است.هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود.در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها مدار کوتاه برقرار است.چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است , این نام برای آن انتخاب شده است.میله ای روتور دقیقا با محور موازی نیستند.در عوض به دو دلیل مهم قدری اریب نصب می شوند.
دلیل اول آنکه موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارکرده و برای آنکه از هارمونیکها در شکافها کاسته شود.
دلیل دوم آن است که گرایش روتور به هنگ کردن کمتر شود.دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می کنند که در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند.این اتفاق هنگامی می افتد که تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.
روتور بوسیله مهار هایی در دو انتها روی محور نصب شده ; یک انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می شود.ممکن است بعضی موتورها محوری فرعی در طرف دیگر(غیر گردنده – غیر منتقل کننده نیرو) برای اتصال دستگاههای حسگر حالت(وضعیت) و سرعت داشته باشند.بین استاتور و روتور شکافی هوایی موجود است.بعلت القا انرژی از استاتور به روتور منتقل می شود.تورک تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو می کند.صرف نظر از روتور استفاده شده قواعد کلی برای دوران یکی است.
میدان مغناطیسی ای که در استاتور تولید میشود با سرعت سنکرون می چرخد.(Ns)
در روتور میدان مغناطیسی تولید می شود زیرا به طور طبیعی ولتاژ متناوب است.
برای کاهش سرعت نسبی نسبت به (شار)استاتور , روتور چرخش را در همان جهتی که شار استاتور دارد آغاز می کند و تلاش می کند تا به سرعت چرخش فلاکس نایل شود.با اینحال روتور هرگز موفق نمی شود که به سرعت میدان استاتور برسد.روتور از سرعت میدان استاتور کندتر می گردد.این سرعت Base speed نام دارد.(Nb)
تفاوتها میان Ns و NbSlip نام دارد.اسلیپ مقادیر مختلف فشار(مکانیکی) بستگی دارد.هر افزایشی در فشار موجب کندتر کار کردن روتور و افزایش اسلیپ می شود.برعکس کاهش فشار سبب سرعت گرفتن روتور و کاهش اسلیپ می شود.اسلیپ بوسیله درصد نشان داده شده و با فرمول زیر مشخص می شود.
عموما دسته بندی موتورهای القای براساس تعداد پیچه های استاتور است که عبارتند از:
موتورهای القایی تک فاز
موتورهای القایی سه فاز
موتورهای AC :
موتورهای AC تک فاز:

معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می رود. عموماً این موتورها می توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.
هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می کند
موتورهای AC سه فاز:
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.
این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می آید. موتورهای سنکرون را می توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.
سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم. روشهای کنترل سرعت در موتورهای القایی : همانطور که در گذشته نیز گفته شد از معایب اصلی موتورهای آسنکرون نسبت به موتورهای DC در عدم امکانات مناسب در کنترل سرعت آنها می باشد که به همین دلیل در صنعت که احتیاج به کنترل دور موتور با دقت زیاد و در رنج وسیعی می باشد استفاده از ماشینهای DC ترجیح داده می شود و این مسئله در هنگامی که گشتاور راه اندازی بزرگی نیز مورد احتیاج باشد ، تشدید می گردد . به همین دلیل برای کنترل سرعت ماشینهای القایی نیز تمهیداتی انجام گرفته است که توسط آنها بتوان تا حد امکان به کنترل سرعت این موتورها پرداخت0 به طور کلی به چهار روش می توان به کنترل دور موتورهای القایی پرداخت که این موارد عبارتنداز : 1-کنترل دور به وسیله کنترل ولتاژ 2-کنترل دور توسط کنترل فرکانس 3-کنترل دور به وسیله کنترل ولتاژ و کنترل فرکانس به صورت همزمان 4-کنترل سرعت از طریق کنترل جفت قطب در بین این روشها بهترین روش کنترل دوربه وسیله کنترل همزمان ولتاژ و فرکانس می باشد چون مقدار فوران میدان مغناطیسی دوار موتورهای القایی متناسب با نسبت ولتاژ به فرکانس می باشد بنا براین در صورتی که به همان نسبت که ولتاژ را تغییر می دهیم مقدار فرکانس را نیز تغییر دهیم نتیجتاً مقدار دامنه‏ی میدان مغناطیسی دوار موتور تغییری نمی‎نماید و در نتیجه در کار ماشین اختلالی وجود نخواهد داشت. از طرف دیگر با تغییر مشخصات منبع تغذیه منحنی گشتاور بر حسب سرعت تغییر خواهد نمود . عیب این روش در قیمت بسیار بالای مبدلهایی می باشند که به صورت همزمان فرکانس و ولتاژ را کنترل می نمایند و همچنین دارای ساختمان پیچیده ای هستند و تعمیر و نگهداری آنها مشکل می باشد و بعضاّ هزینه های مربوط به این مبدّل ها از هزینه مربوط به خود موتور بیشتر می گردد . بنابراین در بسیاری از مواقع از لحاظ اقتصادی استفاده از این روش برای کنترل سرعت موتور القایی مقرون به صرفه نمی باشد.

موتورهای پله ای :

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می شوند، کنترل می شود. یک موتور پله ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می گیرند، اما موتورهای پله ای نسبتا کنترل شده ، می توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله ای کنترل شده با کامپیوتر یکی

از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

موتورهای خطی :

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله ای هستند. می توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می کند.
احتمالا بیشتر از کل انواع موتورها از موتورهای القایی AC تک فاز استفاده می شود.منطقی است که باید موتورهای دارای کمترین گرانی و هزینه نگه داری بیشتر استفاده شود. موتور القایی AC تک فاز بهترین مصداق این توصیف است.آن طور که از نام آن برمیاید این نوع از موتور تنها یک پیچه (پیچه اصلی) دارد و با یک منبع تغذیه تک فاز کار می کند.در تمام موتورهای القایی تک فاز روتور از نوع قفس سنجابی است.

موتور القایی تک فاز خود راه انداز نیست.هنگامی که موتور به یک تغذیه تک فاز متصل است پیچه اصلی دارای جریانی متناوب می شود.این جریان متناوب میدان مغناطیسی ای ضربانی تولید می کند.بسبب القا روتور تحریک می شود.چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است تورکی که برای چرخش موتور لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود.از این رو موتور القایی تک فاز به دستگاه آغاز گری نیاز داردکه می تواندضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند.

دستگاه آغاز گر موتورهای القایی تک فاز اساسا پیچه ای اضافی در استاتور است (پیچه کمکی) .پیچه استارت می تواند دارای خازنهای سری ویا سوئیچ گریز از مرکز باشد.هنگامی که ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در پیچه اصلی بسبب مقاومت پیچه اصلی ولتاژتغذیه را افت میدهد (ولتاژ به جریان تبدیل می شود).در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می شود.فعل و انفعال میان میدانهای مغناطیسی که پیچه اصلی و دستگاه استارت می سازند میدان برایندی میسازند که در جهتی گردش می کند.موتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز میکند.

هنگامی که موتور به 75 درصد دور مجاز خود می رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می کند.از این لحظه به بعد موتور تک فاز می تواند تورک کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد.

بجز انواع خاص دارای Capacitor start / capacitor run عموماهمه موتورهای تک فاز فقط برای کاربری های بالای 3/4 hp استفاده می شوند.

بسته به انواع تکنیکهای استارت موتورهای القایی تک فاز AC در دسته بندی ای وسیع قرار دارند.

AC فاز شکسته

موتور فاز شکسته همچنین به عنوان Induction start/Induction run (استارت القایی/کارکرد القایی)هم شناخته می شود که دو پیچه دارد.پیچه استارت از سیم نازکتر و تعداد دور کمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته شده است.همچنین میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه که پیچه اصلی دارد قرار می گیرد که سبب آغاز چرخش موتور می شود.پیچه اصلی که از سیم ضخیم تری ساخته شده است موتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می دارد.

تورک آغازین کم است مثلا 100 تا 175 درصد تورک ارزیابی شده.موتور برای استارت جریانی زیاد طلب می کند.تقریبا 700 تا 1000 درصد جریان ارزیابی شده.تورک بیشینه تولید شده نیز در محدوده 250 تا 350 درصد از تورک براوردشده می باشد.
کاربریهای خوب برای موتورهای فاز شکسته شامل سمباده (آسیاب) های کوچک , دمنده ها و فنهای کوچک و دیگر دستگاههایی با نیاز به تورک آغازین کم با و نیاز به قدرت 1/20 تا 1/3 اسب بخار می باشد.از استفاده از این موتورها در کاربریهایی که به دوره های خاموش و روشن و گشتاور زیاد نیازدارند خود داری نمایید.
این نوع , موتور اصلاح شده فاز شکسته با خازنی سری با آن برای بهبود استارت است.همانند موتور معمولی فاز شکسته این نوع موتور یک سوئیچ گریز از مرکز داشته که هنگامی که موتور به 75 درصد سرعت ارزیابی شده می رسد , پیچه استارت را از مدار خارج می نماید.از آنجا که خازن با مدار استارت موازی است , گشتاور استارت بیشتری تولید می کند , معمولا در حدود 200 تا 400 درصد گشتاور ارزیابی شده.و جریان استارت معمولا بین 450 تا 575 درصد جریان ارزیابی شده است.که بسیار کمتر از موتور فاز شکسته و بعلت سیم ضخیمتر در مدار استارت است.برای منحنی سرعت گشتاور به شکل 9 مراجعه کنید.

نوع اصلاح شده ای از موتو با استارت خازنی ، موتور با استارت مقاومتی است.در این نوع موتور خازن استارت با یک مقاومت جایگزین شده است.موتور استارت مقاومتی در کاربریهایی مورد استفاده قرار می گیرد که میزان گشتاور استارتینگی کمتر از مقداری که موتور استارت خازنی تولید می کند لازم است.صرف نظر از هزینه این موتور امتیازات عمده ای نسبت به موتور استارت خازنی ندارد.

این موتورها در انواع مختلف کاربریهای پولی و تسمه ای مانند تسمه نقاله های کوچک , پمپها و دمنده های بزرگ به خوبی بسیاری از خود گردانها و کاربریهای چرخ دنده ای استفاده می شوند.
AC القایی با خازن دائمی اسپلیت

این موتور (PSC) نوعی خازن دائما متصل به صورت سری به پیچه استارت دارد.این کار سبب آن میشود که پیچه استارت تازمانی که موتور به سرعت چرخش خود برسد بصورت پیچه ای کمکی عمل کند.از آنجا که خازن عملکرد اصلی , باید برای استفاده مداوم طراحی شده باشد , نمیتواند توان استارتی معادل یک موتور استارت خازنی ایجاد نماید.گشتاور استارت یک موتور (PSC) معمولا کم و در حدود 30 تا 150 درصد گشتاور ارزیابی شده است.موتورهای (PSC) جریان استارتی پایین , معمولا در کمتر از 200 درصد جریان برآورد شده دارند که آنها را برای کاربریهایی با سرعتهای دارای چرخه های خاموش روشن بالا بسیار مناسب میسازد.برای منحنی سرعت – گشتاور به شکل 9 مراجعه کنید.

موتورهای PSC امتیازات فراوانی دارند.طراحی موتور براحتی برای استفاده با کنترل کننده های سرعت میتواند اصلاح شود.همچنین می توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در فشار برآورد شده طراحی شوند.آنها به عنوان قابل اطمینان ترین موتور تک فاز مطرح میشوند.مخصوصا به این خاطر که به سوئیچ گریز از مرکز نیازی ندارند.

موتورهای AC القایی استارت با خازن/ کارکرد با خازن

این موتور , همانند موتور با استارت خازن , خازنی از نوع استارتی در حالت سری با پیچه کمکی برای گشتاور زیاد استارت دارد.همچنین مانند یک موتور PSC خازنی از نوع کارکرد که درکنار خازن استارت در حالت سری با پیچه کمکی است که بعد از شروع به کار موتور از مدار خارج می شود.این حالت سبب بوجود آمدن گشتاوری در حد اضافی می شود.
این نوع موتور می تواند … و بازده بیشتر طراحی شود.(منحنی سرعت – گشتاور در شکل 9 را ببینید).این موتور بخاطر خازنهای کارکرد و استارت و سوئیچ گریز از مرکز آن پرهزینه است.

این موتور می تواند در بسیاری از کاربریهایی که از هرموتور تک فاز دیگری انتظار میرود استفاده شود.این کاربریها شامل ماشینهای مرتبط با چوب , کمپرسورهای هوا , پمپهای آب فشار قوی , پمپهای تخلیه و دیگر کاربردهای نیازمند گشتاورهای بالا در حد 1 تا 10 اسب بخار می شوند.

AC با قطب سایه دار

موتورهای با قطب سایه دار فقط یک پیچه اصلی دارند و پیچه استارت ندارند.استارت خوردن بوسیله طرح خاص آن که حلقه پیوسته مسی ای را دور قسمت کوچکی از هر قطب موتور حلقه می کند انجام می شود.این سایه که قطب را دو تکه می کند سبب می شود که میدان مغناطیسی ای ضعیفتر در ناحیه سایه خورده نسبت به قسمت دیگر و در کنار آن بوجود آید.تعامل میان میدانها محور را به چرخش وامی دارد.

چون موتور با قطب سایه خورده پیچه استارت , سوئیچ استارت ویا خازن ندارد از نظر الکتریکی ساده و ارزان است.همچنین سرعت آن راصرفا با تغییر ولتاژ یا بوسیله یک پیچه با چند دور مختلف می توان کنترل کرد.
ساخت موتور با قطب سایه خورده از نظر مکانیکی اجازه تولید انبوه را میدهد.درحقیقت این موتورها به موتورهای یک بار مصرف معروفند.بدین معنی که جایگزین کردن آنها ارزانتر از تعمیر آنهاست.
موتورهای با قطب سایه دار بسیاری مشخصات مثبت دارند.اما چندین مورد بی فایدگی هم دارند.گشتاور استارت کم آن معمولا 25 تا 75 درصد گشتاور برآوردی است.این موتور موتوری با اتلاف بالاست که سرعتی حدود 7 تا 10 درصد سرعت سنکرون دارد.عموما بازده این نوع موتور بسیار پایین است (زیر 20 درصد).
هزینه اولیه پایین آن را برای قدرت کمتر یا کاربردهای با کار کمتر مناسب می سازد.شاید وسیعترین استفاده از آنها در فنهای چند سرعته برای استفاده خانگی است.ولی گشتاور کم موتور دارای قطب سایه دار را برای بیشتر کاربریهای صنعتی یا تجاری که در آنها کار مداوم یا چرخه های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می کند.
PSC بسته به طراحیشان کاربری بسیار متنوعی دارند که شامل فنها , دمنده ها با نیاز به گشتاور استارت کم و چرخه های کاری غیر دائمی مانند تنظیم دستگاهها (طرز کارها) , عملگر درگاهها و بازکننده های درب گاراژها میشود.
ماشینهای الکتریکی از دو بخش اساسی تشکیل شده اند:

الف)قسمت متحرک ودوار به نام رتور

ب) قسمت ساکن به نام استاتور

بین این دو قسمت ،شکاف هوایی وجود دارد .
استاتو و رتور از مواد فرومغناطیسی ساخته می شوند تا چگالی شار بیشتر گردد و در نتیجه اندازه و حجم ماشین کمتر شود.
نکته: اگر شار در رتور و استاتور متغیر با زمان باشد ،هسته اهنی لایه به لایه ساخته می شود تا جریان گردابی کاهش یابد.
در بسیاری از ماشینها محیط داخلی استاتور و محیط بیرونی رتور حاوی شیارهای متعددی است که داخل آنها هادی ها جاسازی میشوند، این هادیها بهم وصل می شوند و سیم پیچی حاصل می شود.به سیم پیچی هایی که در آنها ولتاژ القا می شود ،سیم پیچی آرمیچر اطلاق می گردد. به سیم پیچ هایسی که ار آنها جریان میگذرد تا میدان مغناطیسی و شار اصلی را پدید آورند، سیم پیچ تحریک یا سیم پیچ میدان گفته می شود.
سیم پیچ آرمیچر تامین کننده تمام قدرتی است که تبدیل شده و یا انتقال می یابد. قدرت نامی سیم پیچ آرمیچر، هم در ماشین های DC و هم در ماشین های AC فقط با جریان متناوب کارمی کند.

ماشین جریان مستقیم یک وسیله تبدیل انرژی با کاربرد بسیار در صنعت است که توانایی تولید گشتاور و راه اندازی بالا و متغیر برای بارهای مورد استفاده را دارد. ماشین های جریان مستقیم به دلیل استفاده از نیروی الکتریکی DC در خودروها، درصد زیادی از تولید ماشین های الکتریکی را به خود تخصیص می دهند. همچنین این نوع ماشین در کاربردهای صنعتی که کنترل دقیق سرعت مورد نیاز است، استفاده های فراوان دارد.
کموتاسیون
برای تبدیل کمیت چرخان (گردش آرمیچر) به کمیت مستقیم (ولتاژ و جریان) و ساکن نگه داشتن نیروی محرکهٔ مغناطیسی آرمیچر به کموتاتور نیاز است. مهترین کار کموتاتور همان طور که گقته شد یکسوکردن کمیت متناوب در پیچک آرمیچر به کمیت مستقیم در جاروبک های یک ژنراتور می باشد. ئاالذرالزذ

نیروی محرکهٔ تولید شده در آرمیچر
ولتاژ یکسوشده به وسیلهٔ جمع کردن عرض موج های تولیدشده از پیچک های سری به وجود می آید. هرچه تعداد پیچک های سری افزایش یابد مقدار ولتاژ DC افزایش و تضاریس موج کاهش می یابد، اما به طور کلی شکل موج ولتاژ یکسوشده توسط جاروبک نمی تواند به شکل موج ولتاژ مستقیم تولیدشده از یک باتری برسد.
میانگین ولتاژ تولیدشده در یک پیچک با تعداد دور NC از رابطهٔ زیر به دست می آید:
‎
EC = 2NCpnφ
که در آن p تعداد قطب، φ شار عبوری و n سرعت چرخش روتور است.
اگر C را تعداد کل پیچک های آرمیچر و a را تعداد مسیرهای موازی بین جاروبک ها بدانیم تعداد پیچک های سری بین جاروبک ها C / a می شود و با احتساب Z به عنوان هادی های موجود در آرمیچر، نیروی محرکهٔ موجود در آرمیچر این گونه محاسبه می شود:
‎

با محاسبه ضریب سیم پیچی kw، که برای ماشین های DC معمولاً تنها از ضریب توزیع kd تشکیل شده است، ولتاژ القایی آرمیچر بدین گونه خواهد بود:
‎

گشتاور ماشین جریان مستقیم
با توجه به برابری توان های تبدیل شده و با احتساب شرایط ایده آل تبدیل توان، گشتاور مکانیکی ماشین این گونه محاسبه می شود: که با توجه به آن که مقادیر Z ،p و a برای ماشین ثابت است، نشان می دهد که گشتاور رابطه ای مستقیم با تغیرات Ia و φ دارد.

تحریک آرمیچر
ماشین جریان مستقیم به جز دز مواردی که از مغناطیس دائم در روتور خود استفاده می کند برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و یا بالعکس به یک سیم پیچ تحریک که جریان مستقیم از آن عبور می کند، احتیاج دارد. به این سیم پیچ، سیم پیچ میدان گفته می شود.

تحریک جداگانه
پیچک تحریک جداگانه که از صدها دور سیم نازک تشکیل شده، به منبع خارجی یا جداگانه ای از آرمیچر متصل است و ولتاژ آن منبع هیچ گونه وابستگی با ولتاژ آرمیچر ندارد.

تحریک خودی
تحریک سیم پیچ میدان به وسیلهٔ آرمیچر ماشین را تحریک خودی می نامند. در این ماشین قطب های میدان باید پس ماند مغناطیسی داشته باشند تا هنگام چرخش آرمیچر ولتاژ پس ماندی در جاروبک ها تولید شود.
1. تحریک سری: سیم پیچ میدان در این نوع ماشین از سیم های ضخیم با دور اندک (مقاومت کم) تشکیل شده که به طور سری به آرمیچر متصل شده است و جریان میدان سری به جریان آرمیچر بستگی دارد.
2. تحریک شنت: پیچک میدان از سیم های نازک با تعداد دور زیاد تشکیل شده که به طور موازی به آرمیچر متصل شده است.
3. تحریک کمپوند: شامل هر دو سیم پیچ تحریک سری و تحریک شنت می باشد، البته در مواقعی به جای تحریک شنت از تحریک جداگانه استفاده می شود. در صورتی که شار میدان تحریک سری در جهت شار میدان تحریک شنت باشد ماشین را کمپوند اضافی و در غیر این صورت به آن ماشین کمپوند نقصانی می گویند.

راه اندازی موتور جریان مستقیم
در لحظهٔ شروع راه اندازی سرعت موتور صفر است و بنابرین نیروی ضد محرکه Ea نیز صفر می باشد، در نتیجه با اعمال ولتاژ پایانه Vt به دو سر ماشین جیان عبوری از آرمیچر از رابطهٔ در ماشین های سری و در ماشینهای سری و کمپوند به دست می آید که در این صورت جریان ورودی زیادی وارد موتور می شود که نتایج زیر را دربر دارد:
۱- ایجاد جرقهٔ زیان آور هنگام کموتاسیون
۲- آسیب دیدن سیم پیچ آرمیچر و از بین رفتن عایق بر اثر گرمای بیش از اندازه
۳- گشتاور راه اندازی بالا و شتاب سریع که به قسمت های متحرک ماشین آسیب می رساند.
۴- افت زیاد ولتاژ تغذیه
بنابرای برای راه اندازی مناسب ماشین لازم است که جریان راه اندازی محدود شودف که این کار با قراردادن مقاومت خروجی بر سر مدار آرمیچر انجام می شود. البته این مقاومت باید به تدریج از سر راه مدار برداشته شود، زیرا در هنگام کار عادی ماشین باعث کاخش سرعت کار ماشین و تلفات اصلفی انرژی و در نتیجه کاهش بازدهی ماشین می شود.
از انواع راه اندازهای سری می توان راه اندازهای سه سر، راه اندازهای چهارسر و راه اندازهای اتوماتیک را نام برد.

چگونگی راه اندازی موتور
راه اندازی موتورهای جریام مستقیم با قراردادن مقاومت در مدار ارمیچر انجام می گیرد که این مقاومت خود از مقاومت های کوچک تری که هر کدام در بخش مجزایی هستند تشکیل می شود و هر کدام از این اجزا به تدریج در هنگام راه اندازی از مدار ماشین خارج می شود تا مقاومت موجود در مدار آرمیچر تنها مقاومت آرمیچر یا مقاومت سیم پیچ سری باشد.
طراحی راه انداز
مقاومت راه انداز بین دکمه های مختلف یک راه انداز به قسمت های نامساوی تقسیم می شود تا از ضربات غیرعادی جریان به خصوص در آخرین دکمهٔ اتصالی جلوگیری شود. در این فرایند جریان ماکزیمم آرمیچر Ia1 باید به گونه ای باشد تا کموتاسیون خوب به وجود بیاید (جرقه های خطرناک هنگام کموتاسیون رخ ندهد).