مقالات

الکتروموتور چیست و چگونه کار می‌کند؟

الکتروموتور چیست

در زندگی پیشرفته‌ی ماشینی امروز، انسانی پیدا نمی‌شود که با الکتروموتور یا دینام سروکار نداشته باشد، به طور کلی هر جا حرکتی هست، الکتروموتور هم وجود دارد.

الکتروموتور چیست؟

الکتروموتور یا دینام نوعی ماشین الکتریکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی حرکتی و انرژی حرکتی را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کند. به طور کلی، دینام دارای یک میدان مغناطیسی دوار است که به تولید آسانتر انرژی الکتریکی و همچنین امکان انتقال انرژی الکتریکی در طول مسافت‌های طولانی کمک می‌کند.

اغلب الکتروموتور ها دوّار هستند، البته موتورهای خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار، بخش متحرک که معمولاً درون موتور قرار دارد، چرخانه یا روتور نامیده می‌شود که در اثر گشتاور ناشی از نیرویی که توسط میدان مغناطیسی وارد می‌شود، روتور حول محور خود می‌چرخد و تولید نیروی حرکتی می‌کند. بخش غیر متحرک و ثابت در الکتروموتورها به ایستانه یا استاتور معروف است.

کاربرد الکتروموتور

دینام‌ها کاربردهای فراوانی در زندگی روزمره‌ی ما دارند و بخش جدایی‌ناپذیری از صنعت هستند. از الکتروموتورها برای به حرکت درآوردن وسایل حمل‌ونقل زمینی، دریایی و هوایی مانند هلیکوپترها و همچنین خودروها و دوچرخه‌های برقی استفاده می‌شود. از این دینام ها در دستگاه‌های الکترونیکی خانگی و صنعتی مانند چرخ گوشت، مخلوط کن و … استفاده می‌شوند.

یکی دیگر از کاربردهای موتورهای الکتریکی، استفاده در اسباب‌بازی‌هایی مانند ماشین‌های کنترلی است. در بخش نظامی هم از الکتروموتورها برای ساخت پهبادهایی به نام کوادکوپتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یکی از کاربرد خاص موتورهای الکتریکی، کاربرد معکوس آنها، یعنی در حالت ژنراتوری است. در این حالت، بجای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی از آنها برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. مثل موتورهای داخل سدها، که از انرژی آب، برای تولید برق استفاده می‌کنند.

انواع الکتروموتور

دینام ها بر اساس ساختارشان توسط دو نوع جریان برق تغذیه می‌شوند که عبارتند از، دینام جریان مستقیم یا DC و دینام جریان متناوب یا AC.

دینام DC یا جریان مستقیم

کاربرد دینام‌های DC به دلیل گسترش شبکه‌های جریان متناوب و استفاده راحت‌تر از آن محدود شده است، ولی به واسطه مزیت کنترل‌پذیری مطلوب آن، همچنان در صنعت کاربرد دارند.

یکی از ویژگی‌های الکتروموتورهای جریان مستقیم، تنوع آن‌ها است که با ترکیب متنوع در مدار تحریک آن‌ها، می‌توان مشخصه‌های گشتاور-دور گوناگونی بدست آورد. بنابراین الکتروموتور‌های جریان مستقیم به خاطر سادگی کنترل‌شان، در سیستم‌هایی به کار می‌روند که نیازمند کنترل سرعت در محدوده‌ی وسیع و گشتاور زیاد هستند.

باید توجه داشت که، سرعت موتور جریانستقیم وابسته به ولتاژ، و گشتاور آن وابسته به جریان است.

انواع دینام DC
  • موتور سری: این موتور‌ها دارای گشتاور بالایی هستنند به همین دلیل از آن‌ها در جا‌هایی که نیاز به گشتاور بالا دارند، مثل پرس‌های ضربه‌ای، جرثقیل‌ها، بالابر‌ها و آسانسورها و… مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • موتور موازی: این نوع موتور‌ها نباید زیر بار سنگین راه اندازی شوند، چون جریان آرمیچر آن‌ها بیش از حد زیاد شده و به آن صدمه می‌زند. بیشترین کاربرد این نوع موتورها در باز‌های ثابت مانند دمنده‌ها و هواکش‌های صنعتی و… است.
  • موتور کمپوند: این نوع موتورها در جاهایی که نیاز به گشتاور زیاد با سرعت تقریبا ثابت دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثل استفاده در ماشین‌های برش کارخانجات لوله‌سازی.
  • موتور خود تحریک: این نوع موتور‌ها نباید زیر بار سنگین راه اندازی شوند، چون جریان آرمیچر آن‌ها بیش از حد زیاد شده و به آن صدمه می‌زند. بیشترین کاربرد این نوع موتورها در باز‌های ثابت مانند دمنده‌ها و هواکش‌های صنعتی و… است.
  • موتور مغناطیس دائم (PMDC): این نوع موتورها به خاطر حذف کلاف‌های میدان، حجم کوچکی دارند و در رنج توان‌های پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند. به منبع تغذیه‌ی خارجی برای تولید میدان تحریک استاتور نیاز ندارند و بیشتر در ساخت اسباب بازی، برف پاک‌کن خودرو، پمپ شیشه‌شوی خودرو، بالابر شیشه‌ی خودرو، مسواک برقی و… استفاده می‌شوند.

دینام AC یا جریان متناوب

با گسترش شبکه‌های جریان متناوب و استفاده راحت‌تر از آن، مخصوصا برق سه فاز که به عنوان برق صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، امروزه قسمت‌های زیادی از صنعت، با دینام ‌های جریان متناوب یا AC، بخصوص، موتور‌های سه فاز کار می‌کنند.
معمولا الکتروموتور‌ های جریان متناوب نسبت به دینام ‌های جریان مستقیم دارای ساختمان ساده‌تر، عمر مفید بیشتر و تعمیر و نگهداری آسان‌تری هستند، به همین دلیل در اغلب کارخانجات و کارگاه‌ها به جز موارد خاص، از الکتروموتور های جریان متناوب استفاده می‌کنند.

انواع دینام AC

  • موتور القایی: این نوع موتورها با استفاده از قانون القای الکترومغناطیسی، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. این موتورها با توجه به طراحی ساده‌ای که دارند نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارند و از طرفی بسیار پرکاربرد هستند و به طور گسترده‌ای در صنایع بزرگ و کارخانجات تولیدی و حتی لوازم منزل مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • موتور سنکرون: موتورهای سنکرون، موتورهایی هستند با سرعت بالا که معمولا برای قدرت‌های بالای یک اسب بخار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این موتورها در جاهایی که به سرعت بالا نیاز دارند به کار برده می‌شوند. به دلیل راه‌اندازی مشکل موتورهای سنکرون، استفاده از آن‌ها به صورت محدود انجام می‌پذیرد و به دلیل سرعت ثابتی که دارند، در مواردی که به دور ثابت نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرند مثل کاربرد در وسایل دقیق مانند ساعت‌هایی الکتریکی، گرام و …
  • موتورهای خاص: ماشینهای الکتریکی بزرگ اعم از DC و AC عمدتا برای تبدیل انرژی پیوسته مورد استفاده قرار می‌گیرند اما در برخی از کاربردهای خاص به تبدیل انرژی پیوسته نیاز نیست. به عنوان مثال می‌توان از حرکت بازوهای آدم آهنی نام برد که در این کاربرد هدف تغییر مکان بازو از وضعیتی خاص به وضعیت دیگر است. در کاربردهایی که تبدیل انرژی پیوسته مد نظر نیست از ماشین‌های مخصوص که عمدتا در حالت موتوری مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند استفاده می‌شود. اصول مربوط به این ماشین‌ها شبیه ماشین‌های الکتریکی عادی است اما نحوه‌ی ساخت, طراحی و بهره‌برداری از آن‌ها با ماشین‌های عادی متفاوت است.
  • موتور پله ای: این نوع موتورها چرخش زاویه‌ای گسسته یا پله‌ای دارند و با اتصال به ضربان‌هایی در فرکانسی خاص کار می‌کنند. هر ضربان فرستاده شده به موتور سبب حرکت محور موتور با زاویه‌ای معین می‌شود. کاربرد اصلی این نوع موتورها در سیستم تثبیت و سیستم تنظیم موقعیت حلقه‌باز است. موتورهای پله‌ای از نوع AC هستند و فرمان ورودی به شکل پالس‌های الکتریکی می‌باشد. موتورهای پله‌ای را می‌توان جزو گروه سیستم‌های محرکه بدون جاروبک به حساب آورد.
  • موتور DC بدون جاروبک: این نوع موتورها، نوعی از موتورهای سنکرون هستند که میدان مغناطیسی با یک فرکانس در روتور و استاتور ایجاد می‌کنند و دارای لغزش به آن مفهومی که در موتورهای القایی وجود دارد، نمی‌­باشند. این موتورها با منبع دی‌سی تغذیه می‌شوند که توسط اینورتور مجتمع برای به حرکت درآوردن موتور به سیگنال الکتریکی AC تبدیل می‌شود. این موتورها در انواع تک‌فاز، دوفاز و سه فاز وجود دارند که نوع سه فاز آن بیشترین مصرف را دارند. کاربرد این نوع موتورها در وسایل حمل‌ونقل برقی و هیبریدی، گرمایش و تهویه، در مهندسی صنایع که بیشتر بر مهندسی تولید یا اتوماسیون صنعتی تمرکز دارد، به عنوان محرک پمپ، پنکه، درایو دوک‌های نخ‌ریسی در سرعت‌های تنظیم‌پذیر و متغیر، تثبیت موقعیت صنعتی و سیستم‌های تحریک، در روبات‌های سرهم کننده و همچنین در هواپیماهای مدل شامل هلیکوپترها به کار می‌روند.
  • موتور هیسترزیسی: در یک موتور خاص دیگر از پدیده‌ی هیستریزیس برای تولید گشتاور مکانیکی استفاده می‌شود که روتور آن یک استوانه‌ی صاف از یک ماده مغناطیسی است که هیچگونه دندانه، پیش آمدگی، یا سیم پیچی ندارد. استاتور موتور می‌تواند تکفاز یا سه فاز باشد، از طرف دیگر باید در آن یک خازن دائمی همراه با یک سیم پیچی کمکی به کار برده شود تا میدان مغناطیسی همواری تولید کند. این کار باعث می‌شود که تلفات موتور به شدت کاهش یابد. این نوع موتورها کاربردهای مختلفی در صنعت دارند؛ از جمله توربین‌های گازی کوچک، سانتریفیوژهای سرعت بالا و ….
  • موتور رلوکتانسی: این نوع موتور، موتور سنکرون تکفاز است که استاتوری کاملا شبیه به استاتور موتور‌های القایی تکفاز دارد، ولی از نظر روتور تفاوت جزئی با موتور‌های القایی یعنی روتور قفسی دارد که بسته به تعداد قطب‌ها برخی از شیار‌ها را حذف می‌کنند و  ترکیبات آهنربایی یا همان مغناطیس دائم در ساختار روتور یا استاتور آن‌ها به کار نرفته است و تنها با تمایل به کاهش رلوکتانس باعث ایجاد  گشتاور می‌شود. در ساختار و فیزیک  یک موتور رلوکتانسی معمولاً روتور فاقد سیم‌پیچ و مواد مغناطیس دائم است. این نوع موتورها درسطح بالایی از صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • موتور اونیورسال: پیشرفت صنعت و افزایش تعداد دستگاه‌های الکتریکی مورد استفاده در منازل، ادارات و کارگاه‌های کوچک، باعث شد تا نیاز شدید به الکتروموتورهایی که از منابع AC تکفاز تغذیه می‌شوند، احساس شود؛ چرا که به راحتی در مکان‌های ذکر شده قابل دسترسی هستند. استفاده از موتورهای سری AC با قدرت‌های کوچک می‌تواند در این زمینه راه‌گشا باشد. موتورهای یونیورسال اغلب در محدوده کمتر از هزار وات کار می‌کنند. سرعت بالای آن‌ها برای لوازم خانگی مثل جاروبرقی و سشوار که در آن سرعت بالا و وزن کم نیاز دارند، مناسب است. این موتور‌ها معمولاً در ابزارهای قابل حمل قدرتمند مثل دریل، سندر، اره گردبر و عمودبر هم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اجزای اصلی

  1. خار: خار یا پین‌ها برای گشتاور بین میل محور و عضوی که خار روی آن سوار است واسطه‌ی انتقال هستند که روی محور و قطعه‌ی مورد اتصال، به صورت محکم قرار گرفته و در داخل شیارهای محور سوار شده‌اند که معمولا با لقی ناچیزی کار گذاشته می‌شوند. کاربرد مورد استفاده‌ی پین‌ها برای انتقال گشتاور پیچشی، نیروی محوری و ترکیبی از دو حالت قبل است.
  2. شفت: شفت بخش مهمی از موتور است که به عنوان پیوندی برای تبدیل انرژی الکترومکانیکی بین موتور و وسیله، از قسمت‌های چرخان پشتیبانی می‌کند و گشتاور را منتقل می‌نماید و همچنین موقعیت نسبی قطعات دوار را به استاتور تعیین می‌کند. بنابراین، شفت موتور باید از استحکام قابل اطمینانی برای اجرای عملکرد طراحی از پیش تعیین شده، برخوردار باشد. شفت‌ها انواع و ویژگی‌های متفاوتی دارند.
  3. روتور: روتور یا چرخانه یک بخش متحرک از یک سیستم الکترومغناطیسی در موتورها و ژنراتورهای الکتریکی و همچنین آلترناتورها است. چرخش روتور به دلیل تعامل بین سیم‌پیچ‌ها و میدان‌های مغناطیسی که در اطراف محور روتور تولید گشتاور می‌کنند، صورت می‌پذیرد. روتورها در ماشین‌هایی مانند موتورهای برقی، تلمبه‌ها و یا پهپادهای هلیکوپتری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  4. بلبرینگ‌ها: بلبرینگ‌ها نوعی چرخنده از خانواده‌ی یاتاقان‌ها هستند. به طور کلی بلبرینگ درهر وسیله‌ای که امکان چرخش در آن وجود داشته باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. وظیفه‌ی اصلی بلبرینگ‌ها کاهش اصطکاک بین سطوح در حال چرخش و حرکت است. با اختراع بلبرینگ‌ها، به چرخش درآوردن اجسام سنگین بسیار ساده‌تر شده است و در صورت نبودن آن، قطعات به علت ساییده شدن بسیار سریع‌تر فرسوده و خراب می‌شوند. از این قطعه در صنایع مختلف نظیر صنایع خودروسازی، صنایع کشاورزی و صنایع دیگر برای چرخاندن وسایل مکانیکی استفاده می‌شود.
  5. خازن دائم: خازن یا انباره وسیله‌ای الکتریکی است که قادر است بار الکتریکی را در خود ذخیره کند.خازن‌ها انواع مختلفی دارند که یکی از آن‌ها، خازن دائمی است که برای کنترل ولتاژ و جریان سیم‌پیچی به صورت دائم مورد استفاده قرار می‌گیرند و به همین دلیل چرخه‌ی کار پیوسته دارند.
  6. براکت جلو: براکت یا درب جلو بخشی از الکتروموتور به شمار می‌رود که بسته به جنس موتور آلومینیومی یا چدنی، جنس براکت موتور نیز متفاوت می‌شود که با حداقل سه پیچ یا بیشتر به دینام متصل می‌گردد.
  7. براکت عقب: براکت یا درب عقب نیز بخشی از دینام است که بسته به جنس موتور آلومینیومی یا چدنی، جنس براکت موتور نیز متفاوت می‌شود که با حداقل سه پیچ یا بیشتر به دینام متصل می‌گردد.
  8. کاور پروانه: کاور پروانه یا کاسه باد دینام، وسیله‌ای برای جلوگیری از دسترسی مسقیم به پروانه الکتروموتور، به منظور حفظ سلامت پروانه‌ی الکتروموتور و مسیردهی مستقیم باد برای کاهش دمای الکتروموتور می‌باشد.
  9. ترمینال برد: گاهی برای افزایش طول سیم‌ها یا بهره‌برداری از یک زوج سرسیم فیشی از ترمینال بورد یا کانکتور برق استفاده می‌شود. ترمینال بوردها انواع مختلفی دارند. ترمینال‌های پیچی که برای اتصالات دو یا چند سیم رسانا به کار می‌روند. ترمینال ریلی که برای انشعاب‌گیری از سیم‌ها در تابلو برق‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و در نهایت ترمینال شاخه‌ای که برای انشعاب‌گیری در موارد متعدد به کار برده می‌شوند.
  10. قطعات گلند: گلند نوعی اتصال است که در صنعت برای فیکس کردن و ثابت نگه داشتن انواع کابل‌ها در قسمتهای ورودی تخته کلیم موتورها به کار می‌رود و هدف از به کارگیری آن، ایجاد پوشش روی کابل‌ها، در محل اتصال و جعبه تقسیم است که جهت ایجاد ایمنی برای کابل مورد استفاده قرار می‌گیرد و از کابل‌ها در برابر بارهای وارده، رطوبت، گرما، شعلۀ آتش، خوردگی و آسیب‌های جانبی محافظت می‌­کند. از آن­جایی که سیم‌کشی برق در تمام صنایع وجود دارد، گلند هم وسیله‌ای بسیار پرکاربرد که به صورت‌های متفاوت و در صنایع و جاهای مختلف کاربرد دارد. مثل استفاده در تابلو‌های برق، جعبه تقسیم و سینی‌های توزیع و همچنین جایگاه‌های سوخت.
  11. فریم الکتروموتور: برای استفاده از موتورهای الکتریکی اطلاع از مشخصات ابعادی موتور از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل و برای جلوگیری از هرج و مرج استانداردهایی تعیین شده و ابعادی بر اساس ارتفاع شفت، قطر شفت و طول شفت بر روی دینام‌ها پلاک یا حک شده است که بر اساس این اندازه‌ها و نوع کاربرد می‌توان دینام مورد نظر را انتخاب کرد.
  12. درب و جعبه ترمینال: جعبه ترمینال برق و درب آن در دینام برای جاگذاری و محافظت از تخته کلیم دینامها از ضربه یا اتصالی‌های احتمالی می‌باشد.
  13. پروانه‌ی خنک‌کننده: از پروانه‌ی خنک کننده به منظور خنک کردن موتور استفاده می‌شود که روی آن پره‌هایی وجود دارد که همراه با روشن شدن موتور، جریان هوا در داخل کاسه‌ی باد به حرکت در می‌آید و هوا را به داخل موتور و شیارهای بیرونی آن هدایت می‌کند تا باد ایجاد شده در مجاورت بدنه، گرما را از آن بگیرد و موتور را خنک کند. عدم استفاده از پروانه‌ی خنک کننده‌ی مناسب، موجب افزایش گرمای موتور، کاهش راندمان و در نتیجه کاهش عمر موتور می‌شود.
  14. استاتور سیم پیچی شده: سیم پیچ‌ها از سیم‌های بسیار زیاد پیچیده به دور هم تشکیل شده‌اند که به صورت قطب‌های مغناطیسی ساخته و طراحی شده‌اند و موجب تسهیل جریان برق شود. این قسمت مهمترین بخش در تولید و عبور جریان برق می‌باشد.
  15. واشر فنری پشت بلبرینگ: قطعات رایجی برای جلوگیری از شل شدن اجزای مونتاژ شده هستند و مانند فنر تحت فشار، به سطح اتصال نیروی بیشتری وارد می‌کنند و در نتیجه از اتصال در برابر شل شدن و لنگ‌زدن در اثر ارتعاشات و خوردگی جلوگیری می‌کنند.

پارامترهای مهم در انتخاب

از پارامترهای مهم در انتخاب دینام ، می‌توان به سرعت، راندمان، اندازه فریم، ولتاژ ورودی، کلاس عایقی، ضریب قدرت، جریان ورودی، درجه حفاظت، گشتاور خروجی و شرایط محیطی اشاره کرد.

الکتروموتورها از ‌ مهمترین‌ مصرف‌کنندگان‌ انرژی‌ الکتریکی‌ در بخش‌های صنعتی‌، کشاورزی‌، خانگی‌، تجاری‌ و عمومی‌ هستند و به طور متوسط، حدود نیمی از برق‌ تولیدی‌ کشور را مصرف‌ می‌کنند.

منبع الین پمپ

 

 

نوشته های مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

3 × 3 =