موتور الکتریکی و بررسی کاربردهای آن در صنعت

 13 شهریور 1398   09:35
 0
 746
اشتراک :

در این مقاله به نکاتی می‌پردازیم که باید درباره انواع موتور الکتریکی بدانید، به طور کلی دو دسته موتور الکتریکی داریم: AC و DC. تفاوت این دو دسته در جریان مصرفی آن است که برخی از آن‌ها با جریان متناوب یا AC کار می‌کنند و برخی دیگر نیز با جریان مستقیم یا DC .

موتور الکتریکی چیست؟

به شکل دقیق درواقع باید گفت موتور الکتریکی نوعی از ماشین الکتریکی است؛ امّا ماشین الکتریکی چیست؟ ماشین الکتریکی (به انگلیسی: Electric machine) یک نام کلی برای دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی یا برعکس تبدیل می‌کند یا سطح ولتاژ جریان متناوب را به سطح دیگری از ولتاژ تغییر می‌دهد
در واقع هر وسیله‌ای که انرژی الکتریکی و مکانیکی را به هم تبدیل کند ماشین الکتریکی است حال اگر انرژی الکتریکی به مکانیکی تبدیل شود به آن وسیله «موتور» می‌گوییم، اگر انرژی مکانیکی به الکتریکی تبدیل شود نام آن «ژنراتور» است. در این میان گاهی در متون علمی منظور از ماشین الکتریکی نوع خاص آن یعنی موتور الکتریکی است که کاربرد بیشتری دارد.

اجزای موتورهای الکتریکی

یک موتور الکتریکی به شکل ساده از اجزای زیر تشکیل شده است:

  • آرمیچر
  • ذغال هادی
  • سوییچ (برای تغییر جهت برق)
  • محور اصلی
  • آهنربا
  • منبع برق مستقیم

برای ساختن موتور الکتریکی کار سختی پیش رو ندارید، کافیست دو میله آهنربا را خم کرده و بهم وصل کنید به طوری که دو قطب N و S روبه‌روی هم قرار گیرند، سپس یک الکترومغناطیس (مثلاً میخ سیم پیچی شده) را به دقت بین آن‌ها قرار دهید، موتور الکتریکی شما آماده است. در موتورهای الکتریکی پیشرفته‌تر اجزا تشکیل دهنده موتور الکتریکی عبارتند از:

  • روتور: در یک موتورالکتریکی روتور بخش درحال حرکت است که با چرخاندن شفت یا شافت توان را تحویل می‌دهد.
  • استاتور: بخش ثابت و بدون حرکت موتور الکتریکی است که معمولاً دارای سیم پیچ یا آهنربای دائمی است.
  • فاصله هوایی: شکاف بین استاتور و روتور است که نباید زیاد باشد زیرا تاثیر منفی در عملکرد موتور می‌گذارد.
  • سیم پیچ: سیم‌هایی که به شکل کلاف بسته شده‌اند و تشکیل قطب مغناطیسی می‌دهند.
  • کموناتور: قطاع‌های رینگ‌های لغزشی که از یکدیگر و از شفت عایق شده‌اند و مکانیسیمی برای تغییر ورودی ماشین‌های الکتریکی هستند.
  • تغذیه موتور
  • کنترل موتور

توضیحات: در ابتدا تصور این بود که الکتریسیته و مغناطیس دو پدیده جدا از هم هستند. امّا در قرن نوزدهم ماکسول ثابت کرد تعامل بارهای مثبت و منفی توسط یک نیرو صورت می‌گیرد، پس باورهای قدیمی از میان رفت. چهار اثر عمده ناشی از تداخل این دو وجود دارد که به وضوح توسط آزمایش‌ها نشان داده شده‌اند:

  • نیروی الکتریکی جذب یا دفع‌کننده بارها متناسب با معکوس مربع فاصله آن‌ها است.
  • قطب‌های مغناطیسی همیشه به صورت جفت توسط خطوط میدان مغناطیسی به هم متصل می‌شوند؛ قطب شمال مغناطیسی به قطب جنوب مغناطیسی متصل است.
  • جریان الکتریکی در سیم حامل جریان، میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم ایجاد می‌کند، که جهت آن وابسته به جهت جریان است.
  • هنگامی که یک حلقه سیم به سمت میدان مغناطیسی حرکت کند یا از آن دور شود، یا اینکه میدان مغناطیسی به سمت حلقه نزدیک یا از آن دور شود، در حلقه جریان برقرار می‌شود و جهت آن وابسته به جهت حرکت است.

کاربرد موتور الکتریکی و انواع آن

بیشتر بخوانید: راهنمای عیب یابی الکتروموتور ها

موتور الکتریکی چگونه کار می‌کند؟

در بخش اجزای موتور الکتریکی گفتیم که یک الکترومغناطیس اگر بین آهنربا قرار گیرد به دلیل قوانین ماکسول حرکت می‌کند، حال در موتورهای پیشرفته‌تر به جای قرار دادن یک میخ سیم‌پیچی شده از آرمیچر استفاده می‌شود؛ آرمیچر، الکترومغناطیسی است که با پیچاندن سیم حول دو یا چند میله فلزی، ساخته می شود. سیم پیچی در آرمیچر طوری ساخته شده است که حول محور عمودی قطع شود. 

اغلب موتور‌های الکتریکی بر اساس اصول «الکترومغناطیس» (electromagnetism) به حرکت درمی‌آیند، ولی برخی موتورها که بر اساس دیگر «پدیده‌های الکترو مکانیکی» (electromechanical phenomena) مانند «نیروی الکترو استاتیک» (electrostatic force) و «اثر پیزو الکتریک» (piezoelectric effect) کار می‌کنند، نیز وجود دارند. 

اصل اساسی در موتورهای الکترومغناطیسی این است که به سیم‌های حامل جریان الکتریکی در داخل «میدان مغناطیسی» (magnetic field) نیروی مکانیکی اعمال می‌شود. این نیرو در «قانون نیروی لورنتز» (Lorentz force law) بیان شده است. با استفاده از قانون دست راست می‌توان جهت نیرو را تعیین کرد برای این منظور کافیست چهار انگشت دست راست خود را درجهت جریان قرار دهید به طوری که وقتی چهار انگشت خود را خم می‌کنید به سمت میدان مغناطیسی خم شود، اصطلاحاً می‌گوییم خمش در جهت میدان در این حالت انگشت شصت شما جهت نیرو را نشان می‌دهد.

انواع موتورهای الکتریکی

الکتروموتورها همان موتورهای الکتریکی هستند، نوع جریان متناوب یعنی AC به دو دسته تقسیم می‌شود:

سنکرون (Synchronous)
سرعت این موتور ثابت است و قابلیت تنظیم برای سرعت های بالاتر و یا پایین تر را ندارد.

آسنکرون (Asynchronous)
این موتور خود به دو دسته تقسیم می‌شود:                                                                                   

  1. قفس سنجابی: سرعت گردش این موتورهای الکتریکی در بارهای مختلف تقریبا ثابت است.
  2. روتور سیم پیچی شده: جریان استارت موتور قابل تنظیم است و دارای گشتاور حداکثر در لحظه استارت است.

امّا حالا برویم سراغ موتورهای الکتریکی جریان مستقیم یعنی DC به سه دسته تقسیم می‌شوند:

وموتور DC سری (Series)
دارای گشتاور راه انداز بسیار بالایی هستند و در جرثقیل و متروی شهری استفاده می‌شوند.

موتور DC شانت (Shunt)
نام دیگر آن موازی است و در دورنامی گشتاور حداکثری دارد.

موتور DC مرکب (Compound)
موتور الکتریکی کمپوند خود به دو دسته تقسیم می‌شود:

  1. کامپاند اضافی: زمانی استفاده می‌شود که به موتوری نیاز داشته باشیم که بدون بار دور آن خیلی بالا نرود.
  2. کامپاند نقصانی: وقتی به سرعت ثابت نیاز داشته باشیم از این موتورها استفاده می‌کنیم.

کاربرد موتور الکتریکی چیست؟

موتورهای الکتریکی تقریباً در تمام سطوح صنعتی کاربرد دارند و نمی‌توان حتی زندگی روزمره را بدون آن‌ها تصور کرد، به خصوص موتورهای القایی که در ماشین لباسشویی، یخچال، پله برقی و... کاربرد دارند، به طور کلی هر زمان که بخواهیم انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل کنیم احتمالاً از یک موتور الکتریکی استفاده خواهیم کرد. 

در این میان انواع مختلفی از موتورها باتوجه به عملکرد و ویژگی‌های ساختاری وجود دارند که کاربرد خاص خود را می‌توانند در اختیار ما قرار دهند، مثلاً اگر گشتاور برای ما عامل کلیدی باشد بهتر است سراغ موتور دی‌سی سری برویم یا اگر به سرعت ثابت نیاز داریم موتور دی‌سی کامپوند نقصانی می‌تواند ایده خوبی باشد. 

دسته دیگری از موتورها با نام خطی وجود دارند که در واقع حرکت را به شکل طولی تبدیل می‌کنند. الکتروموتور ها از ‌مهم‌ترین‌ مصرف‌‌کنندگان‌ انرژی‌ الکتریکی‌ در بخش‌های‌ صنعتی‌، کشاورزی‌، خانگی‌، تجاری‌ و عمومی‌ بوده‌ و متوسط در حدود شصت درصد از برق‌ تولیدی‌ کشور را مصرف‌ می‌کنند. در ادامه نکات تکمیلی موتورهای جریان مستقیم و جریان متناوب را آورده‌ایم که به کاربردهای آن‌ها به طور خاص نیز اشاره شده است.

برای آگاهی از قیمت الکتروموتور موتوژن کلیک کنید.

 

نکات بیشتری درباره موتورهای DC 

موتورهای DC در دو دسته کلی قرار می‌گیرند: Brushless DC – Brush DC
نکته: نوع دیگری از موتورهای DC به نام موتور "یونیورسال" وجود دارند که ممکن است در برخی منابع به عنوان موتورAC لحاظ شوند، درست است که عمل این موتورها با تغذیه‌ی AC به کار می‌روند ولی اصول کار این موتورها این گونه است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده با جریان متناوب تغذیه می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و از این رو در میدان‌های مغناطیسی حاصل شده) به صورت هم زمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی تولید شده همواره در هم جهت است. 
این موتورها دارای گشتاور راه ‌اندازی بسیار بالا و طراحی خیلی فشرده در سرعت‌های بالا هستند. از معایب این موتورها تعمیر و نگهداری وهمچنین عمر کوتاه آن‌ها است پس این موتورها معمولا در دستگاه‌های AC نظیر مخلوط‌کن و آبمیوه‌گیری و سایر ابزارهای برقی که اغلب به شکل دائمی استفاده نمی‌شوند، به کار می‌روند. 

نکات بیشتری درباره موتورهای AC 

موتورهای AC تک فاز

انواع الکتروموتور تک فاز القایی را در زیر مشاهده می کنید:

  • الکتروموتور تک فاز القایی AC با فاز شکسته: این موتورها دو پیچه دارند. در پیچه استارت این موتور الکتریکی سیم نازک تر و تعداد دورکمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته می شود این موتور فاز شکسته با عنوان استارت القایی / کارکرد القایی هم شناخته می شود.
  • موتور الکتریکی تک فاز القایی AC با استارت خازنی: همانند موتور معمولی با فاز شکسته، یک سوئیچ گریز از مرکز داشته که هنگامی که محور موتور به ۷۵ درصد سرعت نامی می‌رسد، پیچه استارت را از مدار خارج می‌نماید.
  • الکتروموتور تک فاز القایی AC با خازن دائمی اسپیلت: می‌توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در بار نامی طراحی شوند. از سویی به عنوان قابل اطمینان‌ترین موتور الکتریکی تک فاز مطرح هستند. به ویژه به این دلیل که به سوییچ گریز از مرکز نیازی ندارند. این موتور الکتریکی بسته به طراحی کاربردهای متنوعی دارد که شامل فن‌ها، دمنده‌ها با نیاز به گشتاور استارت کم و به طور خاص بازکننده‌های درب گاراژها می‌شود.
  • رایج‌ترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، این موتور بیشتر در دستگاه هایی کاربرد دارد که گشتاور پایین نیاز دارند مانند: پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک
  •  نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است. اغلب در لوازم خانگی بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک‌کن لباس می‌توانیم این موتورها را مشاهده کنیم. این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه‌انداز به همراه یک خازن راه‌انداز و یک کلید گریز از مرکز، ایجاد کنند.

موتور الکتریکی چیست | موتورهای AC

موتورهای AC سه فاز

وقتی به توان بالاتر نیاز داریم، سراغ موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) یا الکتروموتور سه فاز می‌رویم. سیستم کار آن‌ها به این شکل است که 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 از جنس است که در فولاد قرارگرفته‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی‌ها القای جریان را انجام می‌دهد، پس منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده می‌شود و از طرفی موتور در جهت گردش میدان به حرکت خواهد آمد. امروزه موتورهای سنکرون اغلب توسط درایوهای فرکانس متغیر ترانزیستور رانده می‌شوند که باعث می‌شود عمدتاً مشکل راه اندازی روتورهای بزرگ در موتورهای سنکرون بزرگ حل شود.

«موتور القایی» نام رایجی است که برای آن درنظر گرفته‌اند. برای اینکه این موتور به حرکت درآید لازم است همیشه موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور چرخش را انجام دهد؛ به نظر شما چرا؟ پاسخ ساده است، در غیراین صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها که به آن موتور ترکشن نیز می‌گویند، 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، در این حالت موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید. 

موتورهای القایی نیروی کار صنعتی هستند و موتورهایی که توان خروجی آن‌ها حدود 500 کیلو وات (۶۷۰ اسب بخار) است در اندازه‌های بسیار استاندارد قابل ساخت و تولید هستند. از طرفی به طور کامل قابل تعویض بین تولید کنندگان هستند. موتورهای سنکرون بسیار بزرگ برای مثال موتورهای مورد استفاده برای کمپرسورهای خط لوله قادر به تولید ده‌ها هزار کیلو وات در خروجی هستند لازم به ذکر است موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC وابسته به فرکانس تغذیه است، عامل دیگر مقدار لغزش خواهد بود. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطب‌هایی در موتور که با روشن و خاموش کردن آن‌ها سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر خواهد کرد، عملی کرد.

نوعی از "سروو موتور AC دو فاز" (two-phase AC servo motor) دارای یک روتور قفس سنجابی و یک میدان متشکل از دو سیم پیچ است: یک سیم پیچ اصلی ولتاژ ثابت (AC) و دومی سیم پیچ ولتاژ کنترلی در آرایش چهارتایی با سیم پیچ اصلی که یک میدان مغناطیسی چرخشی تولید کند. مقاومت الکتریکی روتور با طرح و برنامه مشخص بزرگ ساخته می‌شود علت آن است که نمودار گشتاور-سرعت تا حد مناسبی به شکل خطی تبدیل شود. به طور کلی سروو موتورهای دو فاز ذاتاً موتورهای سرعت بالا و گشتاور پایین هستند و معمولاً پیش از وصل به بار سرعت آن‌ها به وسیله وصل به چرخ‌دنده‌ها کاهش می‌یابد.

شما می توانید تمام انواع موتور الکتریکی موردنظر خود را از برند موتوژن از طریق سایت داداشی موتوژن دریافت کنید. برای اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره در این خصوص از طریق شماره تلفن های ما با ما در ارتباط باشید. کارشناسان ما همواره پاسخگوی شما عزیزان هستند.

دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید
امتیاز شما به این مقاله :