همه چیز درباره ی موتورهای الکتریکی

مقدمه

یک موتور الکتریکی ، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند .

عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است ، توسط ژنراتور انجام می‌شود .

این دو وسیله بجز در عملکرد ، مشابه یکدیگر هستند .

اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند ، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند ، هم وجود دارند .

ایده کلی این است که وقتی یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد ، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود .

در یک موتور استوانه‌ای ، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود ، می‌گردد .

اغلب موتورهای الکتریکی دوارند ، اما موتور خطی هم وجود دارند .

در یک موتور دوار بخش متحرک ( که معمولاً درون موتور است ) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود .

موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است .

گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود ، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود .

در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود .

با توجه به طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند .

برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند .

انواع موتورهای الکتریکی

موتورهای dc

یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود ، می‌شد .

یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود .

وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد ، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود .

این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود ، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آب نمک استفاده می‌شود .

موتور کلاسیک dc دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است .

یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی ، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند .

سرعت موتور dc به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد .

سرعت موتور dc وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است .

معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپ ها ( نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود .

بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند .

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است.

سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک ها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند.

نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند.

اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند .

این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند ، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم .

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در ( استاتور ) بیرونی یک موتور dc را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد .

با تغییر جریان میدان ( سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی ) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم .

اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود ، یک موتور گشتاور بالا با سرعت کم و اگر به صورت موازی قرار داده شود ، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت .

می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم .

این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود .

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای dc میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است .

اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان dc و هم ac بکار برد ، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه ac کار می‌کنند .

اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور dc میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود ، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر ( و در میدانهای مغناطیسی منتجه ) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود .

در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان ac سازگاری داشته باشد ( امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل dc خالص خواهد بود .

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه ac را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای dc هستند بکار برد ، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند .

جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند ، اما عمومی‌ترین موتورهای ac در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند .

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 پنکه‌های 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 می‌رود .

عموماً این موتورها می‌توانند 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 کنتاکت های تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند .

خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند .

هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید ، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکت ها فعال می‌شود ، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد ، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند .

موتورهای ac سه فاز :

برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر ، از موتورهای القایی سه فاز ac (یا چند فاز) استفاده می‌شود .

این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند .

اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند .

از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند ، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود 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 کننده‌های 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 می‌شود 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 می‌آید .

موتورهای سنکرون را می‌توانیم 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 می‌کند .

تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند ، 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 .

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است ، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند ، کنترل می‌شود .

یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی dc و یک سلونوئید است .

موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند ، اما موتورهای پله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند .

موتورهای پله‌ای 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 پله‌ای هستند .


می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند .

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/i...ectromotor.jpg

منبع : انجمن تخصصی مکانیک