موتور القایی همچنین به عنوان "موتور ناهمزمان" شناخته می شود، یعنی روتور در یک میدان مغناطیسی دوار قرار می گیرد و تحت تأثیر میدان مغناطیسی دوار، یک گشتاور چرخشی به دست می آید، بنابراین روتور می چرخد. روتور یک هادی قابل چرخش است که معمولاً به شکل قفس سنجابی است. استاتور قسمت غیر چرخشی موتور است و وظیفه اصلی آن تولید یک میدان مغناطیسی دوار است. میدان مغناطیسی دوار به صورت مکانیکی به دست نمی آید. در عوض، جریان متناوب از طریق چندین جفت الکترومغناطیس عبور داده می شود، به طوری که خواص قطب های مغناطیسی به صورت دوره ای تغییر می کنند، بنابراین معادل یک میدان مغناطیسی دوار است. این نوع موتورها مانند موتورهای DC دارای برس یا حلقه های جمع کننده نیستند. با توجه به نوع توان AC مورد استفاده، موتورهای تک فاز و موتورهای سه فاز وجود دارد. موتورهای تک فاز در ماشین لباسشویی، پنکه برقی و غیره استفاده می شوند. موتورهای سه فاز به عنوان منبع تغذیه برای کارخانه ها استفاده می شوند.

نیکولا تسلا (10 ژوئیه 1856 - 7 ژانویه 1943) یک مخترع، مهندس مکانیک و مهندس برق صربستانی-آمریکایی بود. او یکی از محرک های اصلی تجاری سازی برق محسوب می شود و بیشتر به دلیل ریاست بر طراحی سیستم جریان متناوب مدرن شناخته شده است. تسلا بر اساس نظریه میدان الکترومغناطیسی که توسط مایکل فارادی کشف شد، اختراعات انقلابی متعددی در زمینه میدان های الکترومغناطیسی دارد. موتور القایی را در سال 1887 اختراع کرد، اختراعات متعدد مرتبط با او و تحقیقات نظری در مورد الکترومغناطیس، سنگ بنای ارتباطات بی سیم و رادیویی مدرن است.

از طریق حرکت نسبی میدان مغناطیسی دوار تولید شده توسط استاتور (سرعت آن سرعت همزمان n1 است) و سیم پیچ روتور، سیم پیچ روتور خط میدان مغناطیسی را قطع می کند تا نیروی محرکه القایی ایجاد کند، در نتیجه جریان القایی در سیم پیچ روتور ایجاد می شود. جریان القایی در سیم پیچ روتور با میدان مغناطیسی عمل می کند تا گشتاور الکترومغناطیسی ایجاد کند که باعث چرخش روتور می شود. از آنجایی که وقتی سرعت روتور به تدریج به سرعت همزمان نزدیک می شود، جریان القایی به تدریج کاهش می یابد و گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده نیز به همین ترتیب کاهش می یابد. هنگامی که موتور ناهمزمان در حالت موتور کار می کند، سرعت روتور کمتر از سرعت همزمان است. برای توصیف تفاوت بین سرعت روتور n و سرعت همزمان n1، یک لغزش معرفی می شود.

ساختار اساسی موتور ناهمزمان تک فاز

یک موتور ناهمزمان تک فاز موتوری است که فقط به یک منبع تغذیه AC تک فاز نیاز دارد. موتور ناهمزمان تک فاز از استاتور، روتور، یاتاقان، محفظه، درپوش انتهایی و غیره تشکیل شده است. استاتور از یک قاب و یک هسته آهنی با سیم پیچ تشکیل شده است. هسته آهنی با پانچ کردن و لمینیت کردن ورق های فولادی سیلیکونی تشکیل می شود و دو مجموعه از سیم پیچ های اصلی (که سیم پیچ های در حال اجرا نیز نامیده می شوند) و سیم پیچ های کمکی (که سیم پیچ های راه اندازی نیز نامیده می شوند) در شکاف ها با زاویه الکتریکی 90 درجه نسبت به یکدیگر تعبیه شده اند. سیم پیچ اصلی به منبع تغذیه AC متصل می شود و سیم پیچ کمکی به صورت سری با کلید گریز از مرکز S یا خازن راه اندازی، خازن در حال اجرا و غیره متصل می شود و سپس به منبع تغذیه متصل می شود. روتور یک روتور آلومینیومی ریخته گری شده با قفس سنجابی است که با لمینیت کردن هسته آهنی و ریختن آلومینیوم در شکاف هسته آهنی و ریختن حلقه های انتهایی با هم برای کوتاه کردن میله های روتور به یک نوع قفس سنجابی تشکیل می شود.

موتورهای ناهمزمان تک فاز بیشتر به موتورهای ناهمزمان تک فاز با شروع مقاومت، موتورهای ناهمزمان تک فاز با شروع خازن، موتورهای ناهمزمان تک فاز با خازن در حال اجرا و موتورهای ناهمزمان تک فاز با خازن دو ارزشی تقسیم می شوند.

ساختار اساسی موتور ناهمزمان سه فاز

موتور ناهمزمان سه فاز عمدتاً از استاتور، روتور و یاتاقان تشکیل شده است. استاتور عمدتاً از هسته آهنی، سیم پیچ سه فاز، قاب و درپوش انتهایی تشکیل شده است.

هسته استاتور معمولاً با ورق های فولادی سیلیکونی به ضخامت 0.35 تا 0.5 میلی متر با لایه های عایق روی سطح پانچ و لمینیت می شود و شکاف های یکنواخت در دایره داخلی هسته برای تعبیه سیم پیچ های استاتور پانچ می شوند.

سیم پیچ سه فاز توسط سه سیم پیچ با ساختار یکسان و با زاویه الکتریکی 120 درجه در فضا متصل می شود. سیم پیچ های این سیم پیچ ها به ترتیب در هر شکاف استاتور مطابق با یک قانون خاص تعبیه شده اند. عملکرد آن عبور جریان متناوب سه فاز برای تولید یک میدان مغناطیسی دوار است.

قاب معمولاً چدن است، قاب یک موتور ناهمزمان بزرگ عموماً با صفحات فولادی جوش داده می شود و قاب یک موتور میکرو از آلومینیوم ریخته گری ساخته شده است.

در قسمت بیرونی قاب موتور محصور شده برای افزایش سطح اتلاف حرارت، پره های خنک کننده وجود دارد و درپوش های انتهایی در دو انتهای قاب موتور محافظ با سوراخ های تهویه ارائه می شوند، به طوری که هوای داخل و خارج موتور می تواند مستقیماً همرفت شود تا اتلاف حرارت تسهیل شود. درپوش انتهایی عمدتاً نقش تثبیت روتور، پشتیبانی و محافظت را ایفا می کند.

روتور عمدتاً از هسته آهنی و سیم پیچ تشکیل شده است. جنس هسته روتور مشابه استاتور است که از ورق های فولادی سیلیکونی به ضخامت 0.5 میلی متر پانچ و لمینیت شده است. محیط بیرونی ورق فولادی سیلیکونی با سوراخ های یکنواخت برای قرار دادن سیم پیچ های روتور پانچ می شود. معمولاً از دایره داخلی ورق فولادی سیلیکونی پس از پانچ هسته استاتور برای پانچ هسته روتور استفاده می شود. به طور کلی، هسته روتور موتورهای ناهمزمان کوچک مستقیماً روی شفت دوار پرس می شود و هسته های روتور موتورهای ناهمزمان بزرگ و متوسط (با قطر روتور 300-400 میلی متر یا بیشتر) با کمک براکت روتور روی شفت دوار پرس می شوند.

سیم پیچ های روتور به روتورهای قفس سنجابی و روتورهای سیم پیچی شده تقسیم می شوند.

(1) روتور قفس سنجابی: سیم پیچ روتور از تعدادی میله تشکیل شده است که در شکاف های روتور و دو حلقه انتهایی وارد می شوند. اگر هسته روتور برداشته شود، کل سیم پیچ شبیه یک قفس سنجابی است، بنابراین به آن سیم پیچ قفس گفته می شود. موتورهای قفس کوچک از سیم پیچ های روتور آلومینیومی ریخته گری استفاده می کنند و برای موتورهای بالای 100 کیلو وات، میله های مسی و حلقه های انتهایی مسی جوش داده می شوند. روتورهای قفس سنجابی به موارد زیر تقسیم می شوند: روتورهای امپدانس، روتورهای قفس سنجابی تک، روتورهای قفس سنجابی دوگانه و روتورهای شیار عمیق، با گشتاور راه اندازی متفاوت و سایر ویژگی ها.

(2) روتور سیم پیچی شده: سیم پیچ روتور سیم پیچی شده شبیه سیم پیچ استاتور است و همچنین یک سیم پیچ سه فاز متقارن است که معمولاً به شکل ستاره متصل می شود و سه سر خروجی به سه حلقه جمع کننده شفت دوار متصل می شوند و سپس برس متصل به مدارهای خارجی را عبور می دهند.