الکتروموتور چیست؟

الکتروموتور چیست؟ الکتروموتور و یا Electric motor وسیله‌ایست که نیروی الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل میکند، یا به زبان ساده‌تر، الکتروموتور تولیدکننده نیروی محرک همه پمپ‌هاست و کارکردی برعکس ژنراتور دارد (ژنراتور نیروی مکانیکی را به نیروی الکتریکی تبدیل میکند).

الکتروموتور چیست؟

بطور کلی تقریبا تمامی الکتروموتورها با وارد کردن نیروی الکتریکی و ایجاد میدان مغناطیسی در قسمت سیم پیچ، موجب چرخش شفت میشوند (شفت همان محور اصلی الکتروموتور است که نیروی ایجاد شده را به پروانه‌ها منتقل کرده و در نهایت موجب پمپاژ سیال میشود) حال الکتروموتور هم میتواند با جریان مستقیم (DC) مانند باطری و رکتیفیر کار کنند، و هم میتوانند با برق متناوب (AC) مانند برق شهری، ژنراتور و موتوربرق نیز کار کنند.

عوامل مهم در انتخاب الکتروموتور

در انتخاب یک الکتروموتور عوامل بسیاری از جمله: نوع منبع تغذیه، ساختار داخلی، کاربری و نوع نیروی محرک خروجی مورد نیاز و… را باید در نظر گرفت. همچنین باید بدانید که نوع برق شما AC است یا DC، و اینکه احتیاج به الکتروموتوری تکفاز (۲۲۰ ولت) دارید، یا سه فاز (۳۸۰ ولت)؛

کاربرد الکتروموتور

الکتروموتورها بسته به سایز و قدرتشان برای کاربریهای مختلفی طراحی و ساخته میشوند، اما میتوان بطور کلی گفت، مدلهای کوچکتر با ویژگی فنی متوسط را بیشتر برای مصارف صنعتی بکار میبرند و نوع‌های بزرگتر را در کاربریهایی که سطح کار به ۱۰۰مگاوات هم میرسد، مانند کشتی‌های نیروی، استفاده میکنند.

• فَن و پروانه‌های صنعتی
• پمپ‌ها و دمنده‌ها
• ماشین آلات
• کاربری‌های خانگی
• تجهیزات انرژی
• دیسک درایوها

همچنین در کاربری های خاص، مانند ترمز احیا، از الکتروموتورها برای کاربردی معکوس یعنی احیا و تولید انرژی مصرف شده نیز استفاده می‌کنند.

انواع الکتروموتور

تقریبا میشود گفت چیزی به اسم انواع الکتروموتور نداریم، و الکتروموتورها بسته به ابعاد و مشخصات فنی برای کاربری‌های مختلفی طراحی و تولید می‌شوند که این خود محدوده بسیار وسیعی از مدل‌ها با ویژگی های متفاوت است.

در ادامه به انواع الکتروموتور اشاره می‌کنیم:

موتورهای DC

یکی از اولین موتورهای دوار، توسط مایکل فارادی در سال ۱۸۲۱ میلادی 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 و هنگامی 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 گاهی به‌جای 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 بارموتور 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 تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچ موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می‌شود. به‎دلیل 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، اصطکاک ایجاد می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها باید محکم‌تر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه‌تنها 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 جاروبک‌هایی که از بین رفته‌اند نیاز به تعویض پیدا می‌کنند.

اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابه‌جا 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 یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم‌پیچی شده موتور یونیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC به‌کار برد، اگر چه که اغلب عملا 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 پیچ میدان و هم در سیم پیچ آرمیچر (و در میدان‌های مغناطیسی) همزمان تغییر می‌کند. بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود.

در عمل موتور باید به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (آمپدانس/راکتانس باید 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 موتورهای DC هستند به‌کار برد، خصوصا اینکه این موتورها دارای گشتاور راه‌اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعت‌های بالا هستند.

جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنها است که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند. موتورهای AC در دستگاههایی مانند مخلوط‌کن و ابزارهای برقی بیشتر کاربرد دارند.

موتورهای AC تک فاز

معمول‌ترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی به‌کار می‌رود که گشتاور پایین نیاز دارند؛ مانند پنکه‌های برقی، اجاق‌های ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ مثل ماشین لباسشویی و خشک کن لباس به‌کار می‌رود. عموما این موتورها می‌توانند گشتاور راه‌اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه‌انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز، ایجاد کنند.

هنگام راه‌اندازی، خازن و سیم پیچ راه‌اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه‌اندازی موتور کمک می‌کند.

هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال و دسته کنتاکت‌ها فعال می‌شوند، خازن و سیم‌پیچ راه‌انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد؛ در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.

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 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، به‌ویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

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 باید 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 به‌کار 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 می‌توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه، کنترل یکنواخت‌تری روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده است تا به‌ جای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی با ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، به‌وجود 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.

موتورهای میدان سیم‌پیچی شده

آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرون یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم‌پیچی 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 بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت.

برای به‌دست آوردن سرعت بیشتر و گشتاور کمتر، می‌توانیم 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.

نتیجه گیری

الکتروموتور یکی از اجزای حیاتی در بسیاری از سیستم‌ها و دستگاه‌های صنعتی، تجاری و خانگی است که وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را بر عهده دارد. این دستگاه‌ها در انواع و ابعاد مختلف تولید می‌شوند و کاربردهای متنوعی دارند، از ابزارهای کوچک خانگی گرفته تا ماشین‌آلات بزرگ صنعتی. با توجه به قابلیت‌های بالای الکتروموتورها در بهینه‌سازی مصرف انرژی و افزایش بهره‌وری، اهمیت آن‌ها در بهبود عملکرد سیستم‌ها و کاهش هزینه‌های عملیاتی مشهود است. انتخاب صحیح و نگهداری مناسب از الکتروموتورها می‌تواند نقش موثری در افزایش عمر مفید و کارایی سیستم‌ها داشته باشد.