بررسی انواع الکتروموتور AC و DC

در دنیای امروز که تکنولوژی به سرعت در حال رشد است همه ما با الکترو موتور یا موتور الکتریکی یا دینام برخورد کرده ایم. وقتی حرکتی انجام شود در انجام آن حرکت الکتروموتور به کار رفته است. الکتروموتور در انواع الکتروموتور معمولی، الکتروموتور ضد انفجار و الکتروموتور کولری می باشد. و از جهت برقی که استفاده می کند در دو نوع الکتروموتور تک فاز و سه فاز موجود است.

الکتروموتور چیست؟

الکتروموتور یا همان موتور الکتریکی یا دینام وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به مکانیکی یا جنبشی تبدیل می کند. عمل عکس آن یعنی تبدیل انرژی جنبشی به الکتریکی را ژنراتور انجام می دهد. اغلب الکتروموتورها بر پایه الکترومغناطیس کار می کنند. وقتی که یک رسانا که حامل جریان الکتریکی است تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی واقع شود نیرویی بر آن رسانا از طرف میدان مغناطیسی وارد می شود. بیشتر موتورهای الکتریکی از نوع دوار هستند اما نوع خطی آن نیز وجود دارد. موتور الکتریکی دوار از دو قسمت متحرک و محرک تشکیل شده است. که به قسمت متحرک روتور و به قسمت محرک که در درون موتور قرار دارد استاتور یا ایستانه می گویند در موتور الکتریکی، روتور به علت گشتاوری که از نیروی که توسط میدان مغناطیسی به وجود آمده در استاتور است به حول محور خودش می چرخد هر الکتروموتور بر اساس نوع و ساختار توسط برق جریان مستقیم DC یا جریان متناوب AC تغذیه می شود.

استاتور:

استاتور از چندین قطعه باریک آلومنیوم یا آهن سبک ساخته می شود. این قطعات بصورت یک سیلندر تو خالی به هم منگنه و محکم می شوند. سیم پیچ هایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی می شود. هر گروه پیچه با هسته ای که درون آن قرار گرفته یک آهنربای مغناطیسی تشکیل می دهد که با تغذیه AC کار می کند. تعداد قطب های یک الکتروموتورAC به اتصال درونی پیچه های استاتور وابسته است. پیچه های استاتور مستقیم به منبع تغذیه متصل هستند. آنها به طوری متصل اند که با برقراری تغذیه AC میدان مغناطیسی چرخنده ایجاد می شود.

روتور:

روتور از چندین قطعه مجزای باریک فولادی که بین آنها میله هایی از مس یا آلومنیوم تعبیه شده ساخته می شود. در رایج ترین روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به طور الکتریکی و مکانیکی به وسیله حلقه هایی به هم متصل هستند. تقریبا 90 درصد از الکتروموتورها دارای روتور قفس سنجابی هستند زیرا ساختی مستحکم و ساده دارد. این روتور از هسته  چند قطعه استوانه ای با محوری که شکافهای موازی برای تعبیه رسانادرون آن دارد تشکیل می شود. هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را در خود جای داده است. در این میله ها به طور دائم به وسیله حلقه های انتهایی آنها مدار کوتاه برقرار می شود چون شکل آن شبیه قفس سنجاب است، این نام به آن اطلاق می شود میله های روتور با محور موازی نمی باشند. به دو دلیل مهم مقداری مایل نصب می شوند.

• موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارمی کند و از هارمونیک ها در شکاف ها کاسته می شود.
• روتور کمتر هنگ می کند. هنگامی که تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند،

دندانه های روتور به دلیل جذب مغناطیسی مستقیم  سعی می کنند که در برابر دندانه های استاتور باقی بمانند.

تاریخچه الکتروموتور:

نیکولا تسلا اصول میدان مغناطیسی دوار را در سال ۱۸۸۲ پایه گذاری کردند و راه برای استفاده از میدان دوار به عنوان یک نیروی مکانیکی باز شد. او از این اصلها  برای طراحی یک موتور القایی دو فاز در سال ۱۸۸۳ استفاده کرد. گالیلئو فراریس پژوهشهایی در این باره آغاز کرد و نتایج تحقیقات خود را در سال ۱۸۸۸ در مقاله‌ای به آکادمی‌سلطنتی علوم در تورین ایتالیا ارائه کرد.

کاری که در سال ۱۸۸۸  نیکولا تسلا شروع کرد چیزی بود که امروزه  به عنوان «انقلاب صنعتی دوم» یاد می شود، چراکه این حرکت به تولید راحت تر  انرژی الکتریکی و انتقال انرژی الکتریکی در مسافت‌های طولانی شد. پیش  از اختراع موتورهای جریان متناوب به وسیله تسلا موتورها به وسیله حرکت کردن دائم یک رسانا در میان میدان مغناطیسی ثابت به ایجاد می شدند. تسلا نشان داد  که می شود کلکتورهای موتور را حذف کرد تا موتور به وسیله میدانی دوار حرکت کند.

میخایل اسیبوویچ  در سال ۱۸۹۰ یک موتور سه فاز روتور قفسی ایجاد کرد. این موتور به طور گسترده ای برای کاربردهای مختلف استفاده می شود.

اجزاء تشکیل دهنده موتور الکتریکی:

•  ذغال هادی
•  آرمیچر
•  محور
•  آهن ربا
•  منبع برق DC
•  سوئیچ تغییر دهنده جهت برق

از انواع الکتروموتور می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

  dc الکتروموتورهای    

• الکتروموتور سری

• الکتروموتور کمپوند

• الکتروموتور موازی

• الکتروموتور مغناطیس دائم

• الکتروموتور خود تحریک

الکتروموتورهای ac

1.  القایی 

2. سنکرون

الکتروموتورهای خاص:

• الکتروموتور اونیورسال

• الکتروموتور پله ای

• الکتروموتور رلوکتانسی

• الکتروموتور هیسترنیسی

• الکتروموتور دی سی بدون جاروبک

الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم:

الکتروموتور DC دارای آرمیچری از آهن ربای الکتریکی می باشد که یک سوییچ به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر دوره  یا سیکل دو بار برعکس می کند تا آهنربای الکتریکی در آرمیچر ایجاد شود ، تا آهنربای دائمی را در خارج از  آرمیچر جذب و دفع شود. سرعت چرخش الکتروموتورهایDC به گشتاور مرکزی بستگی دارد به بیان دیگر به ولتاژ ورودی و گشتاور جریان ورودی وابسته می باشد.

الکتروموتور DC سری:

الکتروموتورهای DC سری گشتاور راه انداز بالا دارند در ماشین هایی مانند: بالابر هیدرولیک، جرثقیل ها، آسانسورها،  پرس های ضربه ای استفاده می گردد. همچنین در لوکوموتیوهای شهری استفاده شده است که به آن موتور کششی یا اصطحکاکی گفته می شود.

الکتروموتور DC شانت:

الکتروموتورهای DC شانت یا موازی گشتاور حرکتی بالایی در دور نامی دارد. در هواکش های صنعتی و دمنده ها مورد استفاده دارد. این الکتروموتورها در زیر بار سنگین نباید راه اندازی شود زیرا مقدار جریان آرمیچر در آن بیش از حد بالا می رود و به الکتروموتور آسیب می رساند.

الکتروموتور DC مرکب:

الکتروموتورهای کمپوند یا  مرکبCompound) ) ویژگی های الکتروموتورهای  سری و شانت دارند و دو دسته می باشند:

1.  الکتروموتورهای DC  کمپوند اضافی:

این الکتروموتور زمانی استفاده می شود  که ویژگیهای  موتور سری احتیاج باشد در صورتی که با برداشتن بار الکتروموتور موتور غیر قابل کنترل نباشد و دور آن  زیاد بالا نرود. مثل: دستگاه های تراش که در هر دوره کاری بی بار می شوند و دوباره زیر بار می رود.

 2.  الکتروموتورهای  DC کمپوند نقصانی:

هر موقع بارها کمتر از بارهای نامی و زمانی که به سرعت ثابت احتیاج است الکتروموتورهای کمپوند نقصانی استفاده می شود. از این موتورها معمولاً در آزمایشگاه ها برای آنکه بتوانند دور ثابت را تأمین کنند استفاده می‌شود.  

الکتروموتورهای AC یا جریان متناوب:

رایج ترین  الکتروموتورهایی که استفاده می شود چه صنعتی و چه خانگی  القایی AC می باشد. مانند بیشتر الکتروموتورها یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک قسمت متحرک به نام روتور که درون آن می چرخد دارند. الکتروموتورها از میدان مغناطیسی دوار به طور مجازی برای چرخاندن روتور استفاده می کنند. الکتروموتور سه فاز AC تنها نوعی می باشد  که میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی به وسیله استاتور که طبیعت تغذیه گر دارد تولید می شود. در الکتروموتورهای DC به وسیله ای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید میدان مغناطیسی دوار نیاز است. برای شروع به کار الکتروموتور تک فاز AC نیاز به وسیله الکتریکی خارجی برای ایجاد میدان مغناطیسی چرخشی می باشد. در هر الکتروموتور AC دو سری آهنربای مغناطیسی قرار داده اند.

مزایای الکتروموتورهای  AC

• قیمت مناسب و به صرفه
• طراحی ساده و مستحکم
• اتصال آسان و کامل به منبع تغذیه
• هزینه نگهداری کم

تنوع زیادی از الکتروموتورهای AC یا القایی در صنعت می باشد. الکتروموتورهای مختلف برای کاربردهای مختلف می باشد. طراحی الکتروموتورهای AC  راحت تر از الکتروموتورهای DC  می باشد اما  کنترل سرعت و گشتاور در الکتروموتورهای  AC داشتن دانشی عمیق تر در طراحی و ویژگی های  آن می طلبد.

انواع الکتروموتور ACیا جریان متناوب:

•  الکتروموتور AC سنکرون
•  الکتروموتور AC آسنکرون

الکتروموتور AC سنکرون:

الکتروموتور سنکرون، روتور و استاتور سیم پیچی دارند. وقتی که استاتور به منبع برق متصل است، میدان گردان در موتور ایجاد می شود تا با سرعت سنکرون بچرخد. روتور هم سیم پیچی است و با منبع DC تغذیه می کند. با اتصال جریان DC به روتور، روتور به گردش با میدان دواراستاتور می کند. راه اندازی الکتروموتور سنکرون، الکتروموتور بعد از قطع محرک اولیه با سرعت سنکرون می چرخد.

کاربرد الکتروموتورهای سنکرون:

برای اصلاح کردن ضریب توان استفاده می شود بر روی محور الکتروموتور سنکرون بار قرار نمی گیرد یعنی الکتروموتور بدون بار کار می کند. به این نوع الکتروموتور خازن سنکرون هم می گویند

این الکتروموتورها هم به عنوان ژنراتور سنکرون و هم بعنوان الکتروموتور سنکرون استفاده می شود.

چون الکتروموتور سنکرون، دارای دور ثابتی است در وسایلی مثل: ساعت های الکتریکی استفاده می شود.

مزایای الکتروموتور سنکرون:

•  بازده بالا
•  در برابر نوسان ولتاژ حساس نیست
•  ضریب قدرت مناسب و قابل تنظیم است.
• بطور مستقیم با ولتاژ زیاد می تواند کار کند.

معایب الکتروموتور سنکرون:

•  تحمل بار اضافه را ندارد.
•  سرعت الکتروموتور سنکرون ثابت می باشد و برای سرعت های بالاتر و یا پایین تر قابل تنظیم نیست.
•  به یک وسیله راه انداز اولیه که می تواند موتور کمکی باشد احتیاج دارد.
•  به غیر از جریان متناوب برای سیم پیچ استاتور، جریان دائم برای قطب های الکتروموتور نیز احتیاج است و این باعث می شود قیمت این الکتروموتور نسبت به موارد مشابه خود بالاتر باشد.

الکتروموتور AC آسنکرون:

1.  قفسه سنجابی
2.  روتور سیم پیچی شده

الکتروموتور AC آسنکرون قفسه سنجابی:

روتور الکتروموتورهای قفسه سنجابی استوانه ای می باشد که میله هایی از جنس آلومینیوم و یا مس درون شیارهای اطراف آهنی و یا فولادی قرار دارد که به دو صورت است نوع اول از میله های گرد و نوع دوم از میله های مستطیلی تشکیل شده است یا به حالت دو دایره که به هم متصل اند و یا جدا از هم تشکیل شده است. میله های روتور الکتروموتور را مورب طراحی می کنند به دلیل اینکه در تأثیر میدان استاتور بر روتور نوعی هم پوشانی به داشته باشد و از لرزش و قفل شدن در لحظه شروع جلوگیری شود.

مزایای الکتروموتور آسنکرون قفس سنجابی:

•  نسبت به الکتروموتورهای سیم پیچی شده دارای ضریب قدرت بهتری هستند.
•  سرعت گردش این الکتروموتور در بارهای مختلف ثابت است.
•  تغییر بار باعث از حرکت ایستادن این نوع نمی شود.
•  قیمت مناسب و سادگی در طراحی

معایب الکتروموتور آسنکرون قفس سنجابی:

• موقعی که با کار کم در حال کار است، ضریب قدرتش کاهش می یابد.
• تغییر دور با روش کاهش ولتاژ ممکن نیست و احتیاج به دستگاه (AC Drive) دارد.
• الکتروموتورهای آسنکرون قفس سنجابی به تغییرات ولتاژ حساس می باشند و با کم شدن ولتاژ جریان به همان نسبت افزایش می یابد.
•  گشتاور پایین
•  زمان استارت الکتروموتور جریان زیادی از شبکه در حدود 3 تا 7 برابر جریان نامی می گیرند.

الکتروموتور AC آسنکرون روتور سیم پیچ:

مشکل الکتروموتورهای قفسه سنجابی مقاومت بسیار پایین روتورشان است. میله های روتور توسط حلقه ای در ابتدا و انتهای آن اتصال کوتاه می شود. این مسئله در لحظه شروع یا استارت که روتور مغناطیسی نیست شار (خطوط میدان الکتریکی که از سطح عمود بر مسیر عبور می کنند را شار الکتریکی می گویند) زیادی را برای مغناطیسی شدن به خود جذب می کند و باعث بالا رفتن جریان موتور الکتریکی می شود در لحظه استارت جریان زیادی از شبکه می گیرد و باعث کاهش گشتاور استارت می شود برای رفع کردن این مشکل الکتروموتورهای روتور سیم پیچی شده طراحی و ساخته می شوند.

در این الکتروموتورها به جای وجود میله در روتور، روتور را سیم پیچی می کنند و انتهای این سیم پیچ ها را به حلقه های لغزنده که خود توسط جاروبک هایی به بیرون موتور هدایت می شوند، وصل می کنند. با گذاشتن بانک های مقاومتی (استارتر یا راه انداز) در سر راه این سیم پیچ ها، مقاومت روتور را کم و زیاد می کنند و جریان کشی موتور را به دلخواه تغییر می دهند.

مزایای الکتروموتور AC آسنکرون روتور سیم پیچ:

• گرمای تولید شده در خارج از استارتر است.
• استارت های پشت سر هم و زیر بار
• جریان استارت الکتروموتور قابل تنظیم است.
•  گشتاور حداکثر در لحظه استارت

الکتروموتور خطی:

الکتروموتور خطی از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور گردشی تولید شود، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، ایجاد شود. الکتروموتورهای خطی اغلب الکتروموتورهای القایی یا پله ای می باشند.

الکتروموتور پله ای یا سرو:

الکتروموتور پله ای یا سرو که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهایی با کنترل الکترونیکی روشن-خاموش شدن خارجی، کنترل می شود. یک الکتروموتور پله ای ترکیبی از یک الکتروموتور DC و یک سلونوئید می باشد. الکتروموتورهای پله ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالت های موقعیتی معینی قرار دارند، ولی الکتروموتورهای پله ای کنترل شده، می‌توانند آرام بچرخند. الکتروموتورهای پله ای کنترل شده با رایانه یکی از فرم های سیستم های تنظیم موقعیت است، به ویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان بار هستند.