بررسی انواع موتور‎ الکتریکی به زبان ساده

کلید را بزنید و از برق دائمی استفاده کنید. اجداد ما چقدر دوست داشتند از موتورهای الکتریکی استفاده کنند! امروزه شما میتوانید موتور ‎های الکتریکی را همه جا ببینید از قطارهای برقی گرفته تا ماشین های کنترل از راه دور، شاید از این که این موتور الکتریکی به راحتی در دسترس عموم است تعجب بکنید واقعا به این نکته توجه کردید که چند تا از این موتور ‎های الکتریکی در اتاق شما هست؟ احتمالا دو تا از این موتور ‌‎ها را در هارد و فن کامپیوتر دیدید.

نگاهی به اتاق خواب بیندازید این موتور الکتریکی را می‌توانید در سشوار و اسباب بازی بچه ها هم ببینید حتی آنها در فن حمام و ریش تراش هم وجود دارند به آشپزخانه بروید این موتور‎ ها را در لوازم خانگی مثل  ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی، مایکروویو، دستگاه قهوه آسیاب کن و قوطی باز کن برقی هم میتوان دید. اصولا موتور الکتریکی جایگاه خود را به عنوان بزرگترین اختراع بشر تثبیت کرده است.

برای آشنایی بیشتر بهتر است که یکی از این موتور ها را باز کنیم و ببینیم که از چه بخشهایی تشکیل شده است. پس با سنا برق توان فروشنده انواع درایو ایرانی همراه باشید.

الکترومغناطیس چگونه باعث حرکت موتور میشود؟

ایده اصلی موتور های برقی به صورت تئوری کاملا ساده است. اتصال جریان برق از یک طرف و چرخش محور یا میله که نیروی لازم برای حرکت هر نوع دستگاهی را فراهم می‎کند. حالا این ایده در عمل چگونه کار می‎کند؟ به عبارت بهتر چگونه  الکتریسته به نیروی حرکتی تبدیل می‎شود؟ برای پاسخ به این سوال باید تقریبا به 200 سال پیش برگردیم.

 

فرض کنید شما سیمی معمولی را به صورت حلقه ای بزرگ در می آورید و بین قطب های آهنربایی نعل اسبی قوی و دائمی قرار می دهید. حال اگر دو سر سیم را به یک باتری وصل کنید ، سیم برای مدت کوتاهی بالا می رود. البته برای بار اول حیرت انگیز و مثل شعبده بازی به نظر میرسد!

اما برای این اتفاق یک توضیح کاملا علمی وجود دارد. به این صورت که وقتی جریان الکتریسته وارد سیم میشود میدانی مغناطیسی در اطراف آن بوجود می آید حال اگر سیم را در نزدیک آهنربا دائمی قرار دهید ، این میدان مغناطیسی موقتی با میدان آهنربای دائمی تعامل می کند. از طرفی به این  نکته واقف هستید که اگر دو آهنربا در کنار یکدیگر قرار بگیرند یکدیگر را جذب یا دفع میکنند لذا نتیجه این تعامل  بلند شدن سیم است.

 

موتور الکتریکی از نظر تئوری به چه صورت کار میکند؟

اصولا رابطه بین الکتریسیه ، میدان مغناطیسی و حرکت  در سال 1820 توسط فیزیکدانی فرانسوی بنام آندره ماری آمپر کشف شد میتوان گفت این کشف مبنای علمی موتور الکتریکی است از طرفی اگر بخواهیم این کشف علمی حیرت آور را به صورت عملی در وسایل امروزی ببینیم باید کمی جلوتر برویم.

مخترعینی که این کشف را از حالت تئوری به شکل عملی در آوردن مایکل فارادی انگلیسی (1867-1791)، ویلیام استورجون (1850-1783) و جوزف هنری (1878-1797) آمریکایی بودند. حالا ببینیم که آنها چگونه به این اختراع درخشان رسیدند.

 

مقاله مرتبط: خواندن پلاک موتور

 

فرض کنید سیمی U شکل را به صورت موازی در داخل میدان مغناطیسی قرار دهیم  بر طبق قانون فلمینگ  وقتیکه از یک طرف جریان وارد و از طرف دیگر خارج میشود یکی از سیمها رو به بالا و دیگری به طرف پایین حرکت میکند.

 

 

اگر سیم پیچ  مطابق توضیح بالا به این شکل حرکت کند در این صورت این چرخش دائمی بوده و باعث بوجود آمدن موتور الکتریکی میشود. البته با این تنظیمات این اتفاق نمی‎افتد برای اینکه سیم ها بلافاصله به هم می‎پیچند ولی اگر سیم پیچ ما به اندازه کافی بچرخد، در این صورت سیم ها در هم نمی‎روند.

زمانی که سیم پیچ در وضعیت عمودی قرار بگیرد، بر می‎گردد بنابراین جریان برق از طرف دیگر خارج می‎شود حالا نیروهای دو طرف سیم پیچ، عکس هم عمل می‎کنند به این معنا که از مسیری که آمده اند بازمی‎گردند، به عنوان مثال تصور کنید قطار برقی را که در حال رفت و برگشت بر روی یک نقطه است بدون اینکه به جایی برود.

 

 

همانگونه که در عکس میبینید یک تکنسین  در حال تعمیر موتور برقی بر روی یک ناو هواپیما بر  امریکایی است فلز براقی که وی استفاده میکند شبیه طلا است ولی در واقع مس می‎باشد این فلز علاوه بر اینکه رسانای خوبی است، ارزان‎تر هم می‎باشد.

یک موتور الکتریکی به صورت عملی چگونه کار میکند؟

برای غلبه بر این مشکل دو راه وجود دارد. استفاده از  جریان متناوب یا  AC که به طور دوره ای جهت جریان را معکوس می کند.در مقیاس کوچک میتوان به موتورهایی اشاره کرد که مجهز به باتری هستد و در خانه استفاده می‎شوند، راه حل دوم و بهتر افزودن قطعه ای به نام کموتاتور به انتهای سیم پیچ است.

به عبارت دیگر کموتاتور یک حلقه فلزی است که از دو نیمه جدا از هم تشکیل شده و وظیفه آن معکوس کردن جریان برق در سیم پیچ در هر بار نیم دور چرخش سیم پیچ است. جریان باتری نیز به ترمینال موتور الکتریکی وصل است.

این جریان، نیروی برق کموتاتور را ازطریق یک جفت جاروبک موتورهای الکتریکی تامین میکند جنس این جاروبک ها  گرافیتی  و یا از نوع فنری است. با قرار گرفتن کموتاتور در دستگاه، سیم پیچ به صورت پیوسته در یک جهت حرکت میکند.

 

 

 توجه داشته باشید که هر بار که سیم پیچ نیم دور میچرخد ، کموتاتور جریان را معکوس می کند. این بدان معنی است که نیروی موجود در هر طرف سیم پیچ همیشه در همان جهت فشار می آورد که باعث چرخش سیم پیچ در جهت عقربه های ساعت می شود.

البته این نوع موتور در ابعاد آزمایشی توان تولید نیروی برق لازم را ندارد. ولی میتوانیم به سه روش نیروی گشتاور را زیاد کنیم:

1. استفاده از آهنربا‎ی قویتر
2. افزایش جریان برق از طریق سیم
3. افزایش تعداد دورهای سیم پیچ با سیم نازکتر به جای سیم ضخیم

 

مقاله مرتبط: شروع نرم موتور الکتریکی

 

ضمنا در موتور هایی که آهنربای مداوم به صورت مدور قرار گرفته و سیم پیچ تماس بیشتری با آهنربا دارد، نیروی بیشتری تولید میشود.

اگرچه در اینجا بخشهای مختلف را توضیح دادیم ولی موتوری را در نظر بگیرید که لزوما فقط دارای دو بخش اساسی است:

• در اطراف لبه بدنه موتور، یک آهنربا (یا آهنربا دائمی) وجود دارد که ثابت است و به آن استاتور موتور می گویند.
• در داخل استاتور، یک سیم پیچ وجود دارد که، بر روی محوری نصب شده است. با سرعت زیاد به دور خود می چرخد و​​ روتور نامیده می شود. این روتور همچنین شامل کموتاتور است.

 

موتورهای یونیورسال

موتورهایی که با برق مستقیم یا DC  کار می‎کنند  را میتوان در وسایلی دید که از باتری استفاده میکنند. این موتورها را معمولامیتوان در وسایلی مانند قطارهای مدل، ریش تراش یا رادیوی کنترلی اتومبیل پیدا کرد.اما  در بسیاری از لوازم خانگی این موتورها دیده نمیشوند. چرا که لوازم خانگی کوچک مانند دستگاه اسیاب قهوه یا مخلوط کن معمولاً از موتورهای یونیورسال استفاده می کنند که منبع تغذیه آنها برق AC یا DC میباشد.

 

 

برخلاف یک موتور ساده DC ، یک موتور یونیورسال به جای آهنربای دائمی ، دارای آهنربای الکترومغناطیسی است و انرژی خود را از جریان مستقیم ( DC ) یا متناوب ( AC ) به دو شکل زیر تامین می‎کند:

وقتی که منبع تغذیه برق DC است:

آهنربای الکتریکی مانند موتور آهنربای دائمی معمولی کار می کند و میدانی مغناطیسی تولید می کند که همیشه در یک  جهت است. در اینجا کموتاتور دقیقاً مانند یک موتور ساده DC عمل میکند. بدین معنا که در هر بار چرخش، جریان سیم پیچ را معکوس می کند. بنابراین سیم پیچ همیشه در یک جهت می چرخد.

 

وقتی که از برق AC استفاده میکنیم :

جریان جاری در آهنربای الکترومغناطیسی و سیم پیچ معکوس می شود، دقیقاً به صورت مرحله ای، بنابراین نیروی وارد شده به سیم پیچ همیشه در یک جهت است و موتور همیشه در جهت عقربه های ساعت یا برعکس آن می چرخد حال وضعیت کموتاتور چگونه است؟

در این حالت فرکانس جریان خیلی سریعتر از چرخش موتور تغییر می کند و چون میدان  مغناطیسی و جریان همیشه در یک مرحله قرار دارند، لذا مهم نیست که در هر لحظه کموتاتور در چه موقعیتی قرار دارد.

 

انواع دیگر موتور های الکتریکی

در موتورهای ساده DC و جهانی، روتور در داخل استاتور می چرخد. روتور سیم پیچی است که به منبع تغذیه الکتریکی متصل است و استاتور یک آهنربا دائمی یا آهنربای الکترومغناطیسی است. موتورهای بزرگ که با برق AC  کار می‌کنند مانند ماشین آلات موجود در کارخانه ها با کمی تفاوت  به شکل دیگری عمل می کنند:

به این صورت که این موتورها جریان متناوب برق را از طریق یک جفت آهنربا که مخالف هم هستند عبور می دهند تا یک میدان مغناطیسی چرخشی ایجاد شود. این میدان مغناطیسی چرخشی، میدان مغناطیسی را در روتور ایجاد می‌کند که نهایتا منجر به چرخیدن روتور میشود.

 

 

اگر یکی از این موتورهای القایی را باز ​​کنید، میبینید که استاتور بر روی خطی قرار گرفته بطوری که می تواند در امتداد آن و در یک خط مستقیم بچرخد. این طراحی هوشمندانه به عنوان یک موتور خطی شناخته می شود و شما آن را در مواردی از جمله ماشین آلات کارخانجات و مونوریل خواهید یافت.

 

مقاله مرتبط: سرو موتور

 

طراحی جالب دیگر، موتورهای بدون جاروبک هستند. در این موتورها استاتور و روتور به طور موثری جایگزین یکدیگر می شوند به این شکل که در مرکز سیم پیچهای آهنی چند لایه ثابت میمانند و آهنربای دائمی به دور استاتور و روتور می چرخد. کموتاتور و جاروبک ها  نیز با یک مدار الکترونیکی جایگزین می شوند. نوعی دیگر از موتورهای BLDC  موتور های پله ای یا استپرموتورها هستند که با زوایای دقیق و کنترل شده به دور خود میچرخند.

 

موتور الکتریکی با چه چیزی کار می کند و می تواند چه چیزی را به چرخش در آورد؟

هر وسیله یا سازه یک اصل دارد و موتور الکتریکی نیز یک اصل تعریف‌شده دارد. یک موتور الکتریکی بر این اصل کار می‌کند که وقتی جریانی از سیم‌پیچ مستطیلی که در میدان مغناطیسی قرار دارد عبور می‌کند، نیرویی به سیم‌پیچ وارد می‌شود. این نیرو وظیفه چرخش مداوم موتور را بر عهده دارد.

به دلیل این چرخش تبدیل انرژی صورت می‌گیرد. به عبارت ساده، اصل موتور الکتریکی به یک هادی حامل جریان رله می‌شود. این هادی حامل جریان یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند. این هادی حامل جریان در جهت عمود میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد. به همین دلیل، نیرو را تجربه می‌کند و موجب به حرکت درآوردن بخشهای مختلف میشود.

 

 

به عبارت بسیار ساده موتور الکتریکی وسیله‌ای است که برای تبدیل الکتریسیته به انرژی مکانیکی در مقابل ژنراتور الکتریکی استفاده می‌شود. آن‌ها با استفاده از اصول الکترومغناطیس عمل می‌کنند، که نشان می‌دهد وقتی یک جریان الکتریکی در یک میدان مغناطیسی وجود دارد، نیرو اعمال می‌شود.

 

ساختار موتور الکتریکی

هر دستگاهی ساختار منحصربه‌فردی دارد و برای ساخت یک موتور الکتریکی درک ساخت‌وساز ضروری است. در اینجا توضیحی در مورد ساختار موتور الکتریکی آورده شده است.

هر موتور الکتریکی:

• دارای سیم‌پیچ مستطیلی شکل ABCD است.
• دارای آهنربای نعل اسبی قوی است. سیم‌پیچ ABCD عمود بر این آهنربا قرار می‌گیرد.
• انتهای سیم‌پیچ ABCD به حلقه‌های تقسیم P و Q متصل می‌شود. این حلقه‌های شکاف نقش کموتاتور را بازی می‌کنند. این به معکوس کردن جهت جریان کمک می‌کند.
• قسمت داخلی حلقه‌های شکاف عایق‌بندی شده است. به محور متصل است. چرخش محور آزاد است.
• طرف خارجی لبه‌های رسانای حلقه‌های شکاف با برس های ثابت متصل می‌شود. این برس های X و Y با باتری متصل می‌شوند. این مدار را کامل می‌کند.

این ساختار کلی یک موتور الکتریکی است و شاید به جواب این سؤال تا حدودی برسید که موتور الکتریکی با چه چیزی کار می‌کند. شکل بالا یک نوعی موتور الکتریکی ساده است که با باتری کار میکند.

 

قطعات یک موتور الکتریکی

یک موتور الکتریکی از قطعات زیادی تشکیل‌شده است. این قطعات برای عملکرد روان موتور ضروری هستند. در اینجا قسمت‌های اصلی یک موتور الکتریکی توضیح داده‌شده است. به تصویر زیر توجه کنید:

 

روتور یا Rotor

روتور قسمت متحرک یک موتور الکتریکی است و نقش آن چرخاندن شفت موتور است. این چرخش در شفت نیروی مکانیکی تولید می‌کند. روتار یا روتور همچنین شامل یک هادی است که این هادی جریان‌ها را حمل می‌کند. همچنین روتور به برقراری ارتباط با میدان مغناطیسی موجود در استاتور کمک می‌کند.

 

بیرینگ یا Bearings

بیرینگ ها یا یاتاقان ها برای پشتیبانی از روتار استفاده می‌شوند. این بخش برای فعال کردن محور روتور ضروری است. با کمک این‌ها شفت موتور منبسط می‌شود. تا بار موتور گسترش می‌یابد.

 

استاتور یا Stator

این قسمت غیرفعال مدار الکترومغناطیسی موتورهای الکتریکی است. این قسمت شامل آهنربا و سیم‌پیچ دائمی است. استاتور می‌تواند از ورق‌های فلزی نازک ساخته شود که به آن‌ها لمینیت گفته می‌شود. لیمینت ها به کاهش اتلاف انرژی کمک می‌کنند.

 

سیم‌پیچ‌ها

سیم‌هایی که در داخل سیم‌پیچ موتور الکتریکی قرار می‌گیرند، سیم‌پیچ نامیده می‌شوند. آن‌ها معمولاً دور یک هسته مغناطیسی آهنی انعطاف‌پذیر پیچیده می‌شوند. این باعث می‌شود که قطب های تیک مغناطیسی در هنگام تأمین جریان وجود داشته باشد. این‌ها همه قطعات مهم و کاربرد آن‌ها در یک موتور الکتریکی بود.

 

موتور الکتریکی چگونه کار می‌کند؟

موتور الکتریکی همان‌طور که گفته شد یک دستگاه چرخان است. کار یک موتور الکتریکی مکانیسم آن را توضیح می‌دهد. در اینجا چند مرحله وجود دارد که عملکرد موتور الکتریکی را برای شما تشریح می‌کند.

 

1. هنگامی‌که باتری موتور روشن می‌شود جریانی در آن به وجود می‌آید. جریان از طریق سیم‌پیچ AB از A به B جریان می‌یابد. در طی این، جهت میدان مغناطیسی شمال به جنوب است. در مورد قانون چپ‌دست فلمینگ، نیرویی به سمت پایین بر روی AB عمل می‌کند. مشابه این یک نیروی رو به بالا بر روی CD اعمال می‌شود. به همین دلیل سیم‌پیچ می‌چرخد. AB به سمت پایین و CD به سمت بالا حرکت می‌کند.
2. اکنون هر دو سیم‌پیچ AB و CD در موقعیت‌های تعویض شده قرار دارند. اکنون جریان از C به D است؛ و جهت میدان مغناطیسی از شمال به جنوب است. CD سیم‌پیچ یک نیروی رو به بالا دریافت می‌کند و به سمت بالا حرکت می‌کند. سیم‌پیچ AB به سمت پایین حرکت می‌کند؛ بنابراین هر دو سیم‌پیچ نیمی از چرخش را انجام می‌دهند.
3. یک موتور الکتریکی برای کار کردن نیاز به چرخش کامل دارد. برای بدست آوردن این امر جهت جریان تغییر می‌کند. جهت جریان با استفاده از یک کموتاتور تغییر می‌کند. یک کموتاتور دارای دو حلقه تقسیم است. برس ها نیز به مدار آن متصل می‌شوند.
4. همان‌طور که چرخش سیم‌پیچ شروع می‌شود، حلقه ها نیز می چرخند. هنگامی‌که سیم‌پیچ با میدان مغناطیسی موازی می‌شود، برس ها شکاف بین حلقه ها را لمس می‌کنند به همین دلیل مدار قطع می‌شود. ش به دلیل وجود اینرسی، حلقه به حرکت خود ادامه می‌دهد. انتهای مخالف حلقه به انتهای مثبت سیم متصل می‌شود.
   
   
   
   
5. حلقه تقسیم P و Q به ترتیب به سیم‌پیچ CD و AB متصل می‌شوند. به همین دلیل جهت جریان در مدار معکوس می‌شود.
6. سیم‌پیچ CD در سمت چپ و سیم‌پیچ AB در سمت راست قرار دارد. جریان در سی دی سیم‌پیچ معکوس است. اکنون جریان از D به C می‌رود. یک نیروی رو به بالا بر روی AB و یک نیروی رو به پایین بر روی CD اعمال می‌شود. این باعث می‌شود که سیم‌پیچ بچرخد.
7. این برگشت جریان الکتریکی پس از هر نیم چرخش صورت می‌گیرد. این کار سیم‌پیچ را تا زمانی که باتری خاموش شود در حال چرخش نگه می‌دارد. این کار دقیق یک موتور الکتریکی است.

 

مزایای موتور الکتریکی

موتور الکتریکی مزایای بسیاری دارد و بهتر از سایر دستگاه‌های تبدیل‌کننده انرژی است. استفاده از موتور الکتریکی مزایای زیادی دارد. برخی از آن‌ها به شرح زیر است:

1. هزینه اولیه یک موتور الکتریکی بسیار کم است. بهتر از موتورهایی است که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند.
2. موتور الکتریکی دارای قطعات کاری مختلفی است. به همین دلیل موتور الکتریکی طول عمر بیشتری دارد.
3. موتور به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد. یک موتور الکتریکی دارای ظرفیت متوسط 30000 ساعت است.
4. موتور الکتریکی دارای کنترل اتوماتیک است. این کنترل‌ها را آسان می‌کند و دارای عملکردهای شروع و توقف خودکار است. همچنین موتورهای الکتریکی بسیار کارآمد هستند.
5. آن‌ها از سوخت‌های فسیلی استفاده نمی‌کنند. این به این دلیل است که آن‌ها به روغن‌موتور نیاز ندارند. این‌ها مزایای مختلف موتور الکتریکی هستند. با توجه به این مزایا، ابزاری پرکاربرد برای تبدیل انرژی است.

 

کاربرد موتور الکتریکی

موتور الکتریکی به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. کاربردهای زیادی دارد. این کاربردها استفاده از موتور الکتریکی را توصیف می‌کنند. موتورهای الکتریکی بخش ضروری بسیاری از ابزارها هستند. کاربردهای زیادی دارد. بعضی از آن‌ها موارد زیر هستند:

• موتور الکتریکی در ماشین‌آلات، ابزار برقی، پمپ‌ها و توربین‌ها استفاده می‌شود. همچنین در دستگاه‌های دوار مانند کمپرسورها، کارخانه‌های نورد، فن‌ها، کشتی‌ها، جابجایی‌ها و غیره استفاده می‌شود.
• موتور الکتریکی نیز جزء ضروری در بسیاری از دستگاه‌ها است. این‌ها شامل تجهیزات گرمایشی و سرمایشی، وسایل مختلف خانگی و همچنین وسایل نقلیه موتوری است. این‌ها چند کاربرد موتور الکتریکی هستند.

 

نتیجه‌گیری

موتور الکتریکی یک ابزار پرکاربرد است. هدف اصلی آن تبدیل انرژی است. در تبدیل انرژی الکتریکی به شکل مکانیکی انرژی یک موتور الکتریکی بسیار کارآمد است. عملکرد آن را می‌توان با اصول الکترومغناطیس توضیح داد. این وسیله دارای قطعات متنوع و ساخت‌وسازهای منحصربه‌فردی است. موتورهای الکتریکی ارزان‌تر و کارآمدتر از هر ابزار تبدیل انرژی دیگری هستند. همچنین این موتورها کاربردهای وسیعی دارند.