موتورهای الکتریکی

موتورهای الکتریکی
موتورهای الکتریکی
دسته بندی موتورهای الکتریکی

با توجه به تنوع زیاد در موتورهای الکتریکی می توان آن ها را با توجه به اساس کارکرد و یا نوع کارکرد و ... به صورت های مختلفی دسته بندی کرد که در اینجا سعی میکنیم با تقسیم بندی آن ها به گروه های AC , DC  و موتورهای با کاربرد خاص همه موتورها را پوشش دهیم .

آشنایی با موتور الکتریکی

موتور الکتریکی (Electric Motor)، نوعی ماشین الکتریکی است که انرژی الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. که این حرکت می تواند به صورت دورانی و یا رفت و برگشتی باشد .

موتورهای الکتریکی را می توان با استفاده از نیروی الکترومغناطیس ، نیروی الکترواستاتیک و یا اثر پیزوالکتریک بحرکت درآورد ولی غالبا موتورهای الکتریکی ، الکترومغناطیسی هستند ،  و اساس کار آن ها بر این اصل استوار است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریکی در داخل یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد از طرف میدان نیرویی بر آن ماده وارد می شود که با طراحی و هدایت مناسب می توان این نیرو را کنترل و باتوجه به نیاز به نیروی دورانی و یا رفت و برگشتی تبدیل نمود .

 هر موتور دارای دو بخش اصلی بشرح زیر می باشد :

۱- روتور - بخش متحرک موتور می باشد که غالبا در داخل موتور قرار می گیرد

۲- استاتور - بخش ایستای یا ثابت موتور می باشد .

دسته بندی موتور های الکتریکی

همانطور که در جدول بالا مشاهده می کنید موتورهای الکتریکی باتوجه به نوع ولتاژ تغذیه و یا اساس کار آن ها در دسته های مختلفی قرار گرفته اند ولی غالبا موتورهای الکتریکی را باتوجه به نوع ولتاژ تغذیه آن ها یعنی ولتاژ مستقیم و ولتاژ متناوب دسته بندی می کنند . یعنی موتور های الکتریکی DC و موتورهای الکتریکی AC ولی در این میان موتورهایی وجود دارند که نمی توان آن ها به صورت کامل در یکی از این دو دسته قرار داد مانند موتور یونیورسال که با هردو ولتاژ مستقیم و متناوب کار می کند . از اینرو اینگونه موتورها را در دسته دیگری بنام موتورهای خاص قرار می دهیم که در جدول بالا اسامی پرکاربردترین موتورهای خاص گنجانده شده است و سعی در تکمیل آن نیز داریم . البته این جدول را بصورت زیر نیز می توان نمایش داد .

نمایش درختی دسته بندی موتورهای الکتریکی

نمایش درختی دسته بندی موتورهای الکتریکی

 

 

موتورهای AC

موتور AC  با توجه به قیمت پایین ، استحکام بالا نسبت به سادگی ساخت و هزینه سرویس و نگهداری پایین ، پرکاربردترین موتورهای الکتریکی جهت ساخت سامانه های حرکتی در تجهیزات صنعتی و همچنین خانگی باشند . راه اندازی این موتورها براحتی با اتصال موتور AC به منبع تغذیه AC امکان پذیر است . طراحی و ساخت موتور AC نسبت به موتور DC ساده تر می باشد ولی کنترل سرعت و گشتاور این نوع موتور مستلزم درک عمیقتر در طراحی این نوع موتور است .

 ساختار کلی موتور AC

موتور AC مانند بیشتر موتورهای الکتریکی دارای استاتور ( قسمت ثابت بیرونی ) و روتور ( قسمتی که داخل استاتور می چرخد ) می باشد که با فاصله دقیق و حساب شده ای از هم قرار داده شده اند . در حالت کلی برای چرخش موتور AC روتور داخل یک میدان مغناطیسی دوار قرار گیرد که درموتور AC  به صورت طبیعی توسط استاتور بدلیل طبیعت منبع تغذیه این میدان مغناطیسی دوار ایجاد می شود درحالیکه در موتورهای DC و همچنین موتورهای AC تک فاز  این میدان دوار باید توسط یک وسیله الکتریکی یا مکانیکی ایجاد می گردد .

AC Induction Motor

AC Induction Motor

  انواع موتورهای AC

          موتور القایی سه فاز

                    موتور سه فاز سنکرون

برای آشنایی بیشتر با موتور های AC سه فاز مقالات زیر را مطالعه نمایید .

          موتور القایی تک فاز

                    موتور تک فاز با خازن راه انداز

                    موتور تک فاز با خازن دائم

                    موتور تک فاز دو خازنی

                    موتور تک فاز فاز شکسته

                    موتور تک فاز یونیورسال ( اونیورسال )

                    موتور سه فاز تبدیل شده

 

 برای مطالعه بیشتر در زمینه منحوه پلاک خوانی موتورهای سه فاز و دانلود یک مقاله در این زمینه پیشنهاد می شود مقاله زیر را مطالعه فرمایید .

موتورهای DC

ساختمان و نحوه کار موتور DC

 

نحوه عملکردبه این صورت است که ولتاژ DC اعمال شده به موتور از طریق برس کربن که روی کموتاتور سوار شده است به سیم پیچ های آرمیچر اعمال می شود که این کار باعث تبدیل شدن سیم پیچ های آرمیچر به آهنربا می شود  . ( سیم پیچ های آرمیچر به به کموتاتور متصل هستند )  البته در موتور های جریان مستقیم کوچک از آهنربای دائمی برای استاتور استفاده می شود . که معمولا در دستگاه های الکتریکی کوچک از این روش استفاده می شود مانند درایوهای سی دی ، اسباب بازی ها ، فن های لب تاپ و ... . ولی در موتورهای بزرگتر در کاربردهای صنعتی استاتور همچنان یک آهنربای الکتریکی است .  معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.

موتور DC

ساختمان داخلی موتور DC با آهنربای دائمی

موتور جریان مستقیم یا DC

در موتورهای جریان مستقیم کلاسیک از آهنربای الکتریکی استفاده می شود . جهت جریان الکتریکی باید در هر سیکل یا گردش برای ایجاد نیروی جاذبه و دافعه بین آهنربای دائمی و آهنربای الکتریکی دو بار عوض شود که این کار توسط یک سویچ گردشی به نام کموتاتور انجام می شود . با اتصال ولتاژ به سیم پیچ های استاتور ، سیم پیچ ها تبدیل به آهنربای استاتیک یا ثابت با قطب شمال و جنوب می شود ،

 

 

انواع موتورهای الکتریکی DC

۱- موتور سری - آهنرباهای الکتریکی وصل شده صورت سری (پیشنهاد می شود جهت آشنایی بیشتر با موتور DC با تحریک سری مقاله زیر را مطالعه فرمایید. )
 
۲- موتور موازی - میدان بطور موازی (شنت) به سیم پیچ آرمیچر متصل می شود. (پیشنهاد می شود جهت آشنایی بیشتر با موتور DC با تحریک موازی مقاله زیر را مطالعه فرمایید. )
۳- موتور کمپوند یا ترکیبی - دارای یک میدان اتصال سری با آرمیچر و یک میدان تحریک شنت جداگانه است. (پیشنهاد می شود جهت آشنایی بیشتر با موتور DC با تحریک ترکیبی مقاله زیر را مطالعه فرمایید. )
۴- موتور مغناطیس دائم (PMDC ) - رتور بدون سیم پیچی است. (پیشنهاد می شود جهت آشنایی بیشتر با موتور DC با مغناطیس دائم مقاله زیر را مطالعه فرمایید. )
 
۵- موتور های تحریک مستقل - در این موتور های سیم پیچی تحریک و آرمیچر به دو منبع جداگانه وصل می شوند
 

 

 

درایو موتور DC

در یک موتور DC میدان مغناطیسی توسط جریان از طریق سیم‌پیچ میدان ایجاد می‌شود که این میدان همیشه در زاویه راست میدان ایجادشده با سیم پیچ آرمیچر قرار دارد. این موقعیت که جهت‌گیری میدان نام دارد، برای ایجاد حداکثر گشتاور موردنیاز است.

مجموعه کموتاتور - براش، حفظ این شرایط را صرف‌نظر از موقعیت رو تور تضمین می‌کند. زمانی که جهت‌گیری میدان حاصل شد، گشتاور موتور DC به‌آسانی با جریان متفاوت آرمیچر و ثابت نگه‌داشتن جریان مغناطیسی کنترل می‌شود.

توسط درایوهای DC گشتاور و سرعت مستقیماً از طریق جریان آرمیچر کنترل می‌شوند: یعنی گشتاور در حلقه کنترل درونی و سرعت در حلقه کنترل بیرونی قرار دارد.

 

موتورهای خاص

ماشین های الکتریکی بزرگ اعم از DC و AC عمدتا برای تبدیل انرژی پیوسته مورد استفاده قرار می گیرند اما در برخی از کاربرد های خاص به تبدیل انرژی پیوسته نیاز نیست فی المثل می توان از حرکت بازو های آدم اهنی نام برد .در این کاربرد هدف تغییر مکان بازو از وضعیتی خاص به وضعیت دیگراست . در کاربرد هایی که تبدیل انرژی پیوسته مد نظر نباشد از ماشین های مخصوص که عمدتا در حالت موتوری مورد بهره برداری قرار می گیرند استفاده می شود.

اصول مربوط به این ماشین ها شبیه ماشین های الکتریکی عادی است اما نحوه ساخت, طراحی و بهره برداری از آن ها با ماشین های عادی تفاوت دارد .

 برخی از موتورهای الکتریکی خاص

۱- موتور شراگ ریشتر

در موتور شراگ ریشتر در روی رتور دو سیم بندی قرار دارد یک سیم بندی DC و یک سیم بندی سه فاز AC .در موتور شراگ ریشتر یک موتور کمکی به نام پیلوت موتور وجود دارد که وظیفه آن تنظیم همزمان زاویه زغال هاست. ساختمان موتور شراگ ریشتر طوری است که زغال ها می توانند زاویه منفی نیز داشته باشند.

موتور سه فاز شراگ ریشتر(Schrage Motors)

 


۲- موتور دالاندر

موتورهای دالاندر موتورهایی با دو سیم پیچی مجزا می‌باشند. این نوع موتور‌ها می‌توانند دو سرعت با هر نسبتی داشته باشند.

موتور دالاندر Dahlander motor


۳- موتور هیسترزیس

از پدیده هیستریزیس برای تولید گشتاور مکانیکی استفاده می شود. روتور موتور هیستریزیس یک استوانه صاف از یک ماده مغناطیسی است که هیچ گونه دندانه , پیش آمدگی , یا سیم پیچی ندارد. استاتور موتور می تواند تکفاز یا سه فاز باشد, باید یک خازن دائمی همراه با یک سیم پیچی کمکی به کار برده شود تا حتی المقدور میدان مغناطیسی همواری تولید کند, این کار تلفات موتور را به شدت کم می کند.

موتور هیسترزیس


۴- استپر موتور

یک استپ موتور چرخش زاویه ای گسسته یا پله ای دارد و با اتصال به ضربان هایی در فرکانسی خاص کار می کند. هر ضربان فرستاده شده به موتور سبب حرکت محور موتور تا زاویه ای معین می شود که این زاویه، زاویه استپینگ (Stepping Angle) نامیده می شود.

۵- سروو موتور

سروو موتور ( Servo Motor ) متشکل از یک موتور الکتریکی ساده است که در کنار موتور تعدادی المان الکترونیکی به منظور کنترل زاویه، سرعت و یا شتاب به شفت موتور متصل می شوند و کلیه المان ها به همراه موتور در یک پکیج واحد ارائه می شوند.

سروو موتور ( Servo Motor )

سروو موتور ( Servo Motor )


۶- موتور ریپالسیونی

در موتور ریپالسیونی سیم پیچی استاتور به یک ولتاژ AC وصل می شود ودوسر سیم پیچ رتور که محور آن منطبق بر محور استاتور نیست از طریق دو جاروبک به بیرون هدایت شده وتوسط سیم رابط اتصال کوتاه شده است .

موتور ریپالسیونی


۷- موتور رلوکتانسی

موتور رلوکتانسی موتور سنکرون تکفاز است .استاتور این موتور ها کاملا شبیه استاتور موتور های القایی تکفاز است  ولی از نظر رتور تفاوت جزئی با موتور های القایی (رتور قفسی دارد)که بسته به تعداد قطب ها برخی از شیار ها را حذف میکنند.

موتورهای رلوکتانسی (reluctance motors)


۸- موتور یونیورسال

موتورهای یونیورسال هم با جریان AC و هم با جریان DC کار میکنند در موتورهای یونیورسال میدان مغناطیسی قطب ها برخلاف موتورهای آسنکرون دوار نیست و سیم پیچ آرمیچر که قسمت گردنده موتور است با سیم پیچ قطب ها سری بسته شده است. پس از عبور جریان از مدار فوق خطوط قوای مغناطیسی قطب ها با خطوط برای برقراری ارتباط قطب ها با آرمیچر که گردان می باشد از قطعه ای بنام کلکتور استفاده می شود. کلکتور از تیغه های مسی کنار هم تشکیل شده است که به شکل استوانه روی محور قرار دارد.

موتور یونیورسال


۹-  موتورهای DC بدون جاروبک

 موتورهای BLDC اصطلاحا ( Brushless DC motor ) نوعی از موتورهای سنکرون هستند. این موضوع به این معنی است که میدان مغناطیسی در روتور و استاتور با یک فرکانس ایجاد می­ شوند. انواع الکتروموتور DC بدون جاروبک دارای لغزش به آن مفهومی که در موتورهای القایی وجود دارد نمی ­باشند.

موتورهای دی‌سی براش‌لس با منبع دی‌سی تغذیه می‌شوند که توسط اینورتر مجتمع برای به حرکت درآوردن موتور به سیگنال الکتریکی AC تبدیل می‌شود. سنسورها و قطعات الکترونیکی دیگری نیز خروجی اینورتر را کنترل می‌نمایند. موتورهای براش‌لس همچنین به صورت موتورهای پله‌ای وصف می‌شوند، هرچند عنوان موتور پله‌ای برای آن دسته از موتورها به کار می‌رود که طراحی آن ها به گونه‌ای است که به حالت‌هایی عمل نمایند که روتور آن به سرعت در نقطه زاویه‌ای تعریف‌شده بایستد.

موتور DC بدون جاروبک

موتور DC بدون جاروبک