الکتروموتور چیست؟

در این مطلب انواع الکتروموتورها (موتور) معرفی خواهند شد.

الکتروموتور چیست؟

الکتروموتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و یا برعکس انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.به طور کلی موتورهای الکتریکی دستگاه هایی هستند که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی، که این نیرو به طور معمول به صورت دورانی است تبدیل می کنند. این تبدیل انرژی با استفاده از فعل و انفعالاتی که بین میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی صورت می گیرد، انجام می شود.این دستگاه ها در ابعاد و اندازه های متفاوت و با ویژگی های گوناگونی ساخته می شوند، از این رو دارای کاربردهای متنوع چه در صنعت و چه در زندگی روزمره هستند.

تفاوت ژنراتور و الکتروموتور

در صورتی که انرژی الکتریکی به مکانیکی تبدیل شود به آن موتور (Motor) و در حالتی که انرژی مکانیکی به الکتریکی تبدیل شود به دینام ژنراتور (Generator) می گویند.

اصول کاری الکتروموتور چیست؟

در ادامه خوب است بدانید عملکرد موتورهای الکتریکی بر اساس قانون دست چپ فلمینگ (Fleming) تعیین می شود. به گونه ای که با عبور جریان الکتریکی از طریق یک سیم پیچ با حضور میدان مغناطیسی، نیرویی تولید می شود که باعث چرخش شفت موتور می شود.

تاریخچه الکتروموتورها

تاریخچه موتورهای الکتریکی به دهه 1820 باز می گردد که اولین موتور الکتریکی خام توسط دانشمند بریتانیایی مایکل فارادی ساخته شد. او کشف کرد که با عبور جریان از سیمی که در یک میدان مغناطیسی غوطه ور شده است، می تواند نیروی چرخشی ایجاد کند که می تواند یک ماشین را تغذیه کند. این موتور ابتدایی پایه و اساس توسعه موتورهای الکتریکی مدرن بود.

مایکل فارادی

در سال 1837 اولین موتور الکتریکی با کموتاتور توسط توماس داونپورت در ورمونت ایالات متحده ساخته شد. کموتاتور نوآوری مهمی بود که امکان انتقال الکتریسیته به سیم پیچ های دوار را فراهم می کرد و آن را کارآمدتر و کاربردی تر می کرد.

در سال 1873 اولین موتور الکتریکی عملی توسط Zenobe Gramme ساخته شد. طراحی او شامل یک کموتاتور و یک آرمیچر حلقه بود که به طور قابل توجهی کارایی و توان خروجی موتورهای الکتریکی را بهبود بخشید.

در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20، توسعه موتورهای الکتریکی به دلیل نیاز روزافزون به ماشین های کارآمدتر و قدرتمندتر به سرعت پیشرفت کرد. پیشرفت های عمده ای در زمینه مهندسی برق و علم مواد حاصل شد. انواع جدیدی از آلیاژهای آهن و مس ایجاد شد که باعث افزایش راندمان و خروجی موتورها شد.

در دهه 1940، استفاده از موتورهای جریان متناوب (AC) به دلیل راندمان و قابلیت اطمینان بالاتر، گسترش بیشتری یافت. انواع مختلفی از موتورهای AC از جمله موتورهای القایی، موتورهای سنکرون و موتورهای قفس سنجابی توسعه یافتند.

امروزه موتورهای الکتریکی در همه جا وجود دارند و در بسیاری از کاربردها، از برق رسانی به لوازم خانگی گرفته تا رانندگی ماشین آلات سنگین، استفاده می شوند. همچنین در زمینه انرژی های تجدیدپذیر اهمیت فزاینده ای دارند، زیرا موتورهای الکتریکی در توربین های بادی، پنل های خورشیدی و سایر فناوری های انرژی تجدیدپذیر استفاده می شوند.

انواع الکتروموتور

الکتروموتورها بر اساس نوع ولتاژ و نحوه عملکردشان به انواع مختلفی تقسیم می شوند. در حوزه صنعت می توان یک دسته بندی کلی برای الکتروموتورها معرفی نمود که به شرح زیر است:

1. الکتروموتور AC  یا جریان متناوب
2. الکتروموتور DC یا جریان مستقیم

مهمترین تفاوت الکتروموتور AC و الکتروموتور DC نحوه تعامل بین سیم پیچ ها برای تولید نیروی مکانیکی می باشد.

الکتروموتور AC

یکی از پر کاربردترین الکتروموتور ها در صنعت الکتروموتورهای AC هستند، این نوع الکتروموتورها از یک استاتور با یک سیم پیچ تشکیل شده اند و از جریان متناوب برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می کنند.

استاتور قسمت ثابت موتور و روتور قسمت دوار آن است. این موتورها به صورت تک فاز و سه فاز موجود هستند که موتورهای AC تک فاز برای توان های پایین کاربرد دارند و موتورهای سه فاز برای توان های بالاتر. از مزایای آن میتوان به انرژی کم هنگام راه اندازی موتور اشاره کرد،

انواع الکتروموتور AC

دو نوع الکتروموتور AC وجود دارد، سنکرون و آسنکرون (القایی). در الکتروموتورهای سنکرون، سرعت روتور و سرعت میدان مغناطیسی استاتور برابر است. اما در موتورهای الکتریکی آسنکرون سرعت روتور کمتر از میدان مغناطیسی استاتور است که این پدیده منجر به وجود لغزش در الکتروموتورها است، در صورتی که در موتورهای سنکرون هیچ لغزشی وجود ندارد.

اجزای الکتروموتور AC

ساختمان الکتروموتورهای AC از اجزای مختلفی تشکیل شده است اما مهم ترین آنها عبارتند از:

1) روتور

یکی از تفاوت های اساسی بین موتورهای AC مربوط به روتور است.

بر خلاف موتورهای DC، روتور موتورهای AC هیچ ارتباط مستقیمی با منبع تغذیه خارجی نداشته و قدرت خود را از استاتور دریافت می کند. در موتورهای القایی سه فاز، روتور می تواند به صورت زیر باشد:

• قفس سنجابی ساده (Squirrel Cage)
• روتور قفس سنجابی مضاعف (Double Squirrel Cage)
• روتور سیم پیچی شده (Wound Rotor)

متداول ترین روتور برای موتورهای القایی سه فاز، روتور قفس سنجابی ساده است، به دلیل اینکه شباهت زیادی به قفس سنجاب دارد به این نام شناخته می شود.

به این ترتیب الکتروموتور AC آسنکرون قفس سنجابی ساده به عنوان پرمصرف ترین نوع موتور در حوزه صنعت بوده که از مزایای آن می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• ساختار ساده
• یکسان بودن سرعت گردش در بارهای مختلف
• عدم توقف روتور در صورت تغییر بار (Load)
• ضریب قدرت (P.F) مناسب

2) استاتور

قسمتی از الکتروموتور که یک میدان مغناطیسی دوار تولید می کند استاتور نامیده می شود. در موتورهای AC، برق مستقیما به سیم پیچ های بیرونی استاتور وصل می شود.

در موتورهای القایی سه فاز، استاتور آن دارای شیارهایی است که درون آن ها سیم پیچی سه فازی جاسازی شده است، این سیم پیچ ها 120 درجه از هم فاصله دارند، و با توجه به نحوه ی سیم پیچی، به صورت 2 قطبی، 4 قطبی، 6 قطبی و 8 قطبی هستند.

3) پوسته موتور

تمامی اجزای داخلی الکتروموتور درون یک محفظه از جنس آلومینیوم یا چدن قرار می گیرد. این محفظه پوسته دستگاه نام دارد و بر اساس توان (کیلووات یا اسب بخار) و کاربرد مورد نظر می توان نوع آلومینیومی یا چدنی آن را انتخاب کرد.

الکتروموتور DC

الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم رایج ترین نوع موتور الکتریکی هستند. این نوع الکتروموتورها با برق DC کار می کنند و به طور گسترده در لوازم خانگی، ماشین آلات و وسایل نقلیه استفاده می شوند.

هنگامی که یک الکتروموتور DC تغذیه می شود یک میدان مغناطیسی در استاتور موتور ایجاد می شود. که این میدان، باعث جذب و دفع آهنربای روی روتور شده و در نتیجه باعث حرکت آن می شود.

یکی از مزایای استفاده از موتورهای DC نسبت به موتورهای دیگر، توانایی کنترل دقیق سرعت آنهاست که برای ماشین آلات صنعتی مورد اهمیت است. موتورهای DC می توانند فورآ راه اندازی، متوقف و معکوس شوند که عاملی بسیار مهم برای کنترل عملکرد تجهیزات تولید است. به همین دلیل در صنعت، موتورهای DC به اندازه موتورهای القایی سه فاز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

از مزایای اصلی این موتورها نسبت به الکتروموتورهای AC، نصب آسان و نگهداری راحت تر آنها است.

انواع الکتروموتور DC

انواع مختلفی از الکتروموتورهای DC وجود دارد. برای شناخت و درک بهتر مزیت های موتورهای DC، شناخت انواع آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

انواع موتورهای DC با اتصالات بین سیم پیچ میدان و آرمیچر متمایز می شوند. سیم پیچ میدان را می توان به صورت موازی یا سری با آرمیچر وصل کرد. در برخی موارد، اتصال هم به صورت موازی و هم به صورت سری است.

وجه تمایز دیگر موتورهای DC نحوه تغذیه روتور است. تغذیه روتور می تواند با جاروبک یا بدون جاروبک باشد. در موتورهای DC براش، جریان توسط جاروبک ها به روتور اعمال می شود. در موتور DC بدون جاروبک، روتور دارای آهنربای دائمی است.

اجزای الکتروموتور DC

ساختمان موتورهای DC از اجزای مختلفی تشکیل شده است که به شرح زیر است:

1) استاتور

بدنه اصلی بدون حرکت موتورها را استاتور می نامند. استاتور از موتور پشتیبانی و محافظت می کند. همچنین یک میدان مغناطیسی دوار می سازد که آرمیچر یا روتور را به حرکت در می آورد. یا به عبارتی دیگر، قسمت ساکن موتور است که سیم پیچ های میدان را در خود جای می دهد و منبع الکتریکی را از طریق پایانه های خود دریافت می کند.

2) شفت

سیم پیچ ها و کموتاتور شفت در مرکز موتور قرار دارند و از یک فلز سخت که معمولا از جنس فولاد است ساخته می شوند. این قطعه ای میله ای شکل وظیفه ی انتقال نیرو یا گشتاور را دارد.

میله های کموتاتور به صفحه ای که با قالب گیری پلاستیکی به شفت چسبیده شده اند متصل می شوند. گشتاور تولید شده توسط سیم پیچ به شفتی که توسط استاتور پشتیبانی می شود منتقل می شود.

3) پایانه ها

موتورهای DC دارای دو ترمینال مثبت و منفی هستند. زمانی که سیم مثبت به پایانه مثبت و سیم منفی به پایانه منفی متصل می شود موتور درجهت عقربه های ساعت می چرخد. و زمانی که سیم مثبت به پایانه منفی و سیم منفی به پایانه مثبت متصل می شود جهت چرخش موتور معکوس شده و در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد.

تغذیه موتور از طریق ترمینال تامین می شود و به برس ها و بازوهای برس داخل قاب پشتی وصل می شوند.