انواع موتورهاي الکتريکي و کاربرد آن

يک موتور الکتريکي ، الکتريسيته را به حرکت مکانيکي تبديل مي‌کند. عمل عکس آن که تبديل حرکت مکانيکي به الکتريسيته است، توسط ژنراتور انجام مي‌شود. اين دو وسيله بجز در عملکرد ، مشابه يکديگر هستند. اکثر موتورهاي الکتريکي توسط الکترومغناطيس کار مي‌کنند، اما موتورهايي که بر اساس پديده‌هاي ديگري نظير نيروي الکتروستاتيک و اثر پيزوالکتريک کار مي‌کنند، هم وجود دارند.

يک موتور الکتريکي ، الکتريسيته را به حرکت مکانيکي تبديل مي‌کند. عمل عکس آن که تبديل حرکت مکانيکي به الکتريسيته است، توسط ژنراتور انجام مي‌شود. اين دو وسيله بجز در عملکرد ، مشابه يکديگر هستند. اکثر موتورهاي الکتريکي توسط الکترومغناطيس کار مي‌کنند، اما موتورهايي که بر اساس پديده‌هاي ديگري نظير نيروي الکتروستاتيک و اثر پيزوالکتريک کار مي‌کنند، هم وجود دارند.

ايده کلي اين است که وقتي که يک ماده حامل جريان الکتريسيته تحت اثر يک ميدان مغناطيسي قرار مي‌گيرد، نيرويي بر روي آن ماده از سوي ميدان اعمال مي‌شود. در يک موتور استوانه‌اي ، روتور به علت گشتاوري که ناشي از نيرويي است که به فاصله‌اي معين از محور روتور به روتور اعمال مي‌شود، مي‌گردد

اغلب موتورهاي الکتريکي دوارند، اما موتور خطي هم وجود دارند. در يک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده مي‌شود. موتور شامل آهنرباهاي الکتريکي است که روي يک قاب سيم پيچي شده است. گر چه اين قاب اغلب آرميچر خوانده مي‌شود، اما اين واژه عموماً به غلط بکار برده مي‌شود. در واقع آرميچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودي اعمال مي‌شود يا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجي ايجاد مي‌شود. با توجه به طراحي ماشين ، هر کدام از بخشهاي روتور يا استاتور مي‌توانند به عنوان آرميچر باشندبراي ساختن موتورهايي بسيار ساده کيتهايي را در مدارس استفاده مي‌کنند

انواع موتورهاي الکتريکي 

موتورهاي DC 
يکي از اولين موتورهاي دوار ، اگر نگوييم اولين ، توسط مايکل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، مي‌شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بودوقتي که جرياني از سيم عبور مي‌کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي‌آمد و نشان مي‌داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايره‌اي اطراف سيم مي‌شود. اين موتور اغلب در کلاسهاي فيزيک مدارس نشان داده مي‌شود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه ، از آب نمک استفاده مي‌شود.

موتور کلاسيک DC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي ، بستگي دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير ، کنترل مي‌شود. بدليل اينکه اين نوع از موتور مي‌تواند در سرعتهاي پايين گشتاوري زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهاي ترکشن (کششي) نظير لکوموتيوها استفاده مي‌کنند
اما به هرحال در طراحي کلاسيک محدوديتهاي متعددي وجود دارد که بسياري از اين محدوديتها ناشي از نياز به جاروبکهايي براي اتصال به کموتاتور استسايش جاروبکها و کموتاتور ، ايجاد اصطکاک مي‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها مي‌بايست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبي را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صداي موتور مي‌شود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتري را روي سرعت ايجاد مي‌کند و به اين معني است که جاروبکها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا مي‌کنند. اتصال ناقص الکتريکي نيز توليد نويز الکتريکي در مدار متصل مي‌کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين مي‌روند، با قرار دادن آهنرباهاي دائم در داخل و سيم پيچها در بيرون به يک طراحي بدون جاروبک مي‌رسيم
موتورهاي ميدان سيم پيچي شده 
آهنرباهاي دائم در (استاتور) بيروني يک موتور DC را مي‌توان با آهنرباهاي الکتريکي تعويض کرد. با تغيير جريان ميدان (سيم پيچي روي آهنرباي الکتريکي) مي‌توانيم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغيير دهيم. اگر سيم پيچي ميدان به صورت سري با سيم پيچي آرميچر قرار داده شود، يک موتور گشتاور بالاي کم سرعت و اگر به صورت موازي قرار داده شود، يک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهيم داشت. مي‌توانيم براي بدست آوردن حتي سرعت بيشتر اما با گشتاور به همان ميزان کمتر ، جريان ميدان را کمتر هم کنيم. اين تکنيک براي ترکشن الکتريکي و بسياري از کاربردهاي مشابه آن ايده‌آل است و کاربرد اين تکنيک مي‌تواند منجر به حذف تجهيزات يک جعبه دنده متغير مکانيکي شود
موتورهاي يونيورسال 
يکي از انواع موتورهاي DC ميدان سيم پيچي شده موتور ينيورسال است. اسم اين موتورها از اين واقعيت گرفته شده است که اين موتورها را مي‌توان هم با جريان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً اين موتورها با تغذيه AC کار مي‌کنند. اصول کار اين موتورها بر اين اساس است که وقتي يک موتور DC ميدان سيم پيچي شده به جريان متناوب وصل مي‌شود، جريان هم در سيم پيچي ميدان و هم در سيم پيچي آرميچر (و در ميدانهاي مغناطيسي منتجه) همزمان تغيير مي‌کند و بنابراين نيروي مکانيکي ايجاد شده همواره بدون تغيير خواهد بود. در عمل موتور بايستي به صورت خاصي طراحي شود تا با جريان AC سازگاري داشته باشد (امپدانس/راکتانس بايستي مدنظر قرار گيرند) و موتور نهايي عموماً داراي کارايي کمتري نسبت به يک موتور معادل DC خالص خواهد بود.

مزيت اين موتورها اين است که مي‌توان تغذيه AC را روي موتورهايي که داراي مشخصه‌هاي نوعي موتورهاي DCهستند بکار برد، خصوصاً اينکه اين موتورها داراي گشتاور راه اندازي بسيار بالا و طراحي بسيار جمع و جور در سرعتهاي بالا هستند. جنبه منفي اين موتورها تعمير و نگهداري و مشکل قابليت اطمينان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ايجاد مي‌شود و در نتيجه اين موتورها به ندرت در صنايع مشاهده مي‌شوند، اما عمومي‌ترين موتورهاي AC در دستگاههايي نظير مخلوط کن و ابزارهاي برقي که گاهاً استفاده مي‌شوند، هستند

موتورهاي AC

·         موتورهاي AC تک فاز:

معمولترين موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هايي بکار مي رود که گشتاور پايين نياز دارند، نظير پنکه‌هاي برقي ، اجاقهاي ماکروويو و ديگر لوازم خانگي کوچک. نوع ديگر موتور AC تک فاز موتور القايي است، که اغلب در لوازم بزرگ نظير ماشين لباسشويي و خشک کن لباس بکار مي‌رود. عموماً اين موتورها مي‌توانند گشتاور راه اندازي بزرگتري را با استفاده از يک سيم پيچ راه انداز به همراه يک خازن راه انداز و يک کليد گريز از مرکز ، ايجاد کنند.

هنگام راه اندازي ، خازن و سيم پيچ راه اندازي از طريق يک دسته از کنتاکتهاي تحت فشار فنر روي کليد گريز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل مي‌شوند. خازن به افزايش گشتاور راه اندازي موتور کمک مي‌کند. هنگامي که موتور به سرعت نامي رسيد، کليد گريز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال مي‌شود، خازن و سيم پيچ راه انداز سري شده را از منبع برق جدا مي‌سازد، در اين هنگام موتور تنها با سيم پيچ اصلي عمل مي‌کند.
 

·         موتورهاي AC سه فاز:

براي کاربردهاي نيازمند به توان بالاتر، از موتورهاي القايي سه فاز AC (يا چند فاز) استفاده مي‌شود. اين موتورها از اختلاف فاز موجود بين فازهاي تغذيه چند فاز الکتريکي براي ايجاد يک ميدان الکترومغناطيسي دوار درونشان ، استفاده مي‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادي هاديهاي مسي است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طريق القاي الکترومغناطيسي ميدان مغناطيسي دوار در اين هاديها القاي جريان مي‌کند، که در نتيجه منجر به ايجاد يک ميدان مغناطيسي متعادل کننده شده و موجب مي‌شود که موتور در جهت گردش ميدان به حرکت در آيد.

اين نوع از موتور با نام موتور القايي معروف است. براي اينکه اين موتور به حرکت درآيد بايستي همواره موتور با سرعتي کمتر از فرکانس منبع تغذيه اعمالي به موتور ، بچرخد، چرا که در غير اين صورت ميدان متعادل کننده‌هاي در روتور ايجاد نخواهد شد. استفاده از اين نوع موتور در کاربردهاي ترکشن نظير لوکوموتيوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزايش است. به سيم پيچهاي روتور جريان ميدان جدايي اعمال مي‌شود تا يک ميدان مغناطيسي پيوسته ايجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با ميدان مغناطيسي دوار ناشي از برق AC سه فاز ، به گردش در مي‌آيد. موتورهاي سنکرون را مي‌توانيم به عنوان مولد جريان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذيه بستگي دارد و مقدار لغزش ، يا اختلاف در سرعت چرخش بين روتور و ميدان استاتور ، گشتاور توليدي موتور را تعيين مي‌کند. تغيير سرعت در اين نوع از موتورها را مي‌توان با داشتن دسته سيم پيچها يا قطبهايي در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت ميدان دوار مغناطيسي تغيير مي‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پيشرفت الکترونيک قدرت مي توانيم با تغيير دادن فرکانس منبع تغذيه ، کنترل يکنواخت تري بر روي سرعت موتورها داشته باشيم

موتورهاي پله‌اي 
نوع ديگري از موتورهاي الکتريکي موتور پله‌اي است، که در آن يک روتور دروني ، شامل آهنرباهاي دائمي توسط يک دسته از آهنرباهاي خارجي که به صورت الکترونيکي روشن و خاموش مي‌شوند، کنترل مي‌شود. يک موتور پله‌اي ترکيبي از يک موتور الکتريکي DC و يک سلونوئيد است. موتورهاي پله‌اي ساده توسط بخشي از يک سيستم دنده‌اي در حالتهاي موقعيتي معيني قرار مي‌گيرند، اما موتورهاي پله‌اي نسبتا کنترل شده ، مي‌توانند بسيار آرام بچرخند. موتورهاي پله‌اي کنترل شده با کامپيوتر يکي از فرمهاي سيستمهاي تنظيم موقعيت است، بويژه وقتي که بخشي از يک سيستم ديجيتال داراي کنترل فرمان يار باشند

موتورهاي خطي .
ايده موتور خطي اولين بار توسط پرفسور اريك ليتويت از كالج امپريال در لندن مطرح شد. در طرح وي و در اكثر طرح‌هاي شتاب پايين، نيرو توسط يك ميدان مغناطيسي خطي سيار كه بر روي هادي‌ها موجود در ميدان عمل مي‌كند، ايجاد خواهد شد. در هر هادي‌ چه يك حلقه، چه يك سيم‌پيچ يا يك تكه از فلز تخت كه در اين ميدان قرار گيرد جريان‌هاي گردابي القا شده وجود خواهد داشت و بنابراين يك ميدان مغناطيسي مخالف را ايجاد خواهد كرد. دو ميدان مغناطيسي همديگر را دفع خواهند كرد و بنابراين جسم هادي را از استاتور دور خواهند كرد و آن را در طول جهت ميدان مغناطيسي سيار حمل خواهند كرد. با توجه به این نظریه موتور های خطی ساخته شدند.

يك موتور خطي در واقع يك موتور الكتريكي است كه استاتورش استونه ای نیست و نمیتواند یک گردش چرخشی ایجاد کند ولی در عوض يك نيروي خطي در راستاي طول استاتور ايجاد كند. ، در واقع استاتور در یک مکان ثابت نگه داشته است و روتور روی ان میلغزد ، با استفاده از موتور خطی میتوان یک حرکت طولی در محدوده استاتور ایجاد کرد .این حرکت طولی در همه جا کاربرد دارد ، از ترن هوايي تا ریل های حمل اجناس در کارخانه ها و فرودگاه ها 

انواع موتور های خطی : (دسته بندی کلی ) موتورهاي خطي شتاب بالا و شتاب پايين.
موتورهاي شتاب پايين براي قطارهاي مگليو و ديگر كاربردهاي حمل و نقلي روي زمين مناسب هستند. از این نوع موتور ها معمولا برای جابجایی اجسام استفاده میشود و طول استاتور انها بلند است .
موتورهاي شتاب بالا معمولاً خيلي كوتاه هستند و براي شتاب دادن به جسمي تا سرعت بسيار زياد و سپس رها كردن آن به كار مي‌روند. اين موتورها معمولاً براي مطالعات برخورد سرعت بالا به عنوان تسليحات نظامي يا به عنوان راه‌اندازنده جرمي براي پيشرانه فضاپيما به كار مي‌رود
معمولا از موتور های شتاب بالا در موارد خاص استفاده میشود ، چون طراحي این موتورها به دلايل متعددي مشكل است. آنها برای ایجاد شتاب مناسب ، به مقادير بزرگ انرژي در مدت زمان كوتاهی نياز دارند
مثلا یک موتور برای پرتاب یک جسم 100 کیلو در راستای قائم (به سمت بالا ) به نیرو برابر با 1000 نیتون نیاز دارد (از عامل ارتفاع صرف نظر شده است ). ژنراتورهاي الكتريكي معمولي براي چنين نوع از باري طراحي نشده‌اند . اما میتوان برای ایجاد چنین انرژی از خازن ها استفاده نمد ، که این مورد علاوه بر هزینه ی زیاد ، نیاز به محاسبات زیادی دارد . به علاوه خازن های مناسب فضای زیادی را اشغال میکنند و به حفاظت نیاز دارند .
در زیر تصویر یک نمونه موتور خطی که برای بخه حرکت در اوردن یک قطار شهری استفاده شده است را مشاهده میکنید در این پروژه قطار به عنوان روتور و ریل به عنوان استاتور میباشد ، میدان مغناطیسی موجود در ریل

باعث حرکت قطار به جلو میشود


دیگر کاربرد های موتور خطی :
خطوط نورد فلزات مختلف ، پمپ فلزات مذاب براي استفاده در ريخته‌گري تحت فشار، انتقال فلزات مذاب و پمپ سيكل بستهء نيروگاههاي اتمي و خورشيدي برای انتقال مواد بدون دخالت انسان .خطوط نقاله لانچرهاي هواپيماهاي جنگي، توپهاي الكترومغناطيسي، قطارهاي معلق مغناطيسي ،
استفاده از موتور خطی در نوار های نقاله ، نیاز به موتور ، تسمه ، نقاله و... را از بین میبرد ، به علاوه بدیدن نبودن اسطحکاک بین قطعات ، عمر انها زیاد میباشد .
یکی از معایب موتور خطی مصرف انرژی ان میباشد.


کلمات کلیدی: موتور- موتور الکتریکی  - روتور - میدان مغناطیسی - موتور خطی - تک فاز - موتور القایی- ژنراتور - خازن - الکتریسیته 

 Copyright © 2015. PARTO GOSTAR IRIC Company - PGICO.IR

Top