الکتروموتور

الکتروموتور یا موتور الکتریکی، دستگاهی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. این دستگاه‌ها در صنایع مختلف به عنوان منبع اصلی نیروی محرکه برای ماشین‌آلات و تجهیزات استفاده می‌شوند. در ادامه به بررسی انواع الکتروموتورها و کاربردهای آن‌ها در صنعت می‌پردازیم. ایده کلی بر این اساس است که وقتی که یک هادی حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد نیرویی بر روی آن هادی حامل جریان از سوی میدان مغناطیسی اعمال می شود. اغلب موتورهای الکتریکی دوار هستند. اما موتور خطی هم وجود دارند.

هر موتور دارای دو بخش اساسی است، سیم پیچ میدان و سیم پیچ آرمیچر. عملکرد اصلی سیم پیچ میدان، تولید میدان مغناطیسی ثابت است، در حالی که سیم پیچ آرمیچر شبیه رسانایی است که در میدان مغناطیسی چیده شده است. به دلیل میدان مغناطیسی، سیم پیچ آرمیچر از انرژی به منظور تولید گشتاور کافی برای چرخاندن شفت موتور استفاده می کند. در حال حاضر طبقه بندی موتور DC را می توان بر اساس اتصالات سیم پیچ انجام داد که به معنای نحوه اتصال دو سیم پیچ در موتور به یکدیگر است.

انواع الکتروموتورها

1. بر اساس نوع جریان

موتورهای DC (جریان مستقیم): الکتروموتور DC از چندین بخش تشکیل شده است اما 2 قسمت اصلی آن، استاتور و روتور است.الکتروموتور DC یا جریان مستقیم، از طریق جریان مستقیم برق راه اندازی می شود. اکثر الکتروموتورهای DC حرکت چرخشی دارند به جز موتورهای خطی که همان طور که از نام آن مشخص است، حرکت آن ها خطی شکل است.

مهم ترین ویژگی موتورهای DC این است که گشتاور بسیار بالایی نسبت به حجم موتور ایجاد می کنند.

ویژگی دیگر این است که چون معمولا اندازه کوچکی دارند، قابل انتقال و جابجایی هستند ولی یکی از مهم ترین عیب های این موتور ها این است که تولید جریان مستقیم یا DC بسیار سخت است و باید از مبدل ها استفاده کرد. این موتور ها با گشتاور ثابت کار می کنند و با تغییر بار اعمالی روی آن سرعت آن تغییر زیادی نمی کند.

الکتروموتورهای DC بر اساس نوع سیم پیچی که دارند به مدل های متفاوتی تقسیم می شوند.

موتورهای سری: در مدل سری، سیم پیچ میدان الکتریکی و روتور به صورت سری بسته شده است و جریان روتور به سیم پیچ میدان منتقل می شود که باعث ایجاد گشتاور بالا می شود. موتورهای سری با مقدار گشتاور زیادی، شروع به کار می کنند و سرعت موتور آن ها به میزان تغییرات بار، بسیار وابسته است.

ویژگی آن گشتاور بالا و از معایب می توان به قابل تنظیم نبودن سرعت است.برای بارهای متغیر مناسب هستند و معمولاً در خودروها و تجهیزات حمل و نقل استفاده می‌شوند.

موتورهای موازی: در این مدل، ارتباط میدان الکتریکی و سیم پیچ آرمیچر به شکل موازی است. موتور DC موازی، قابلیت تنظیم سرعت را دارد و می تواند آرمیچر و میدان الکتریکی را مستقل کنترل کند.

ویژگی این مدل، ثابت بودن گشتاور است.برای بارهای ثابت و گشتاور بالا مناسب‌اند.

موتورهای مغناطیس دائم:الکتروموتور مغناطیس دائم DC (Permanent magnet DC = PMDC) موتوری با یک آهن ربای دائمی است.

برای راه اندازی موتور نیاز به یک میدان مغناطیسی است که توسط آهن ربای دائمی که درون موتور قرار دارد، ایجاد می شود. برای تولید میدان مغناطیسی هستند و در کاربردهایی مانند رباتیک و اتوماسیون استفاده می‌شوند.

الکتروموتور DC مرکب یا compound

این مدل با نام های الکتروموتور ترکیبی، الکتروموتور مرکب و الکتروموتور compound شناخته می شود. در مدل compound دو میدان الکتریکی موازی و سری وجود دارد. همچنین بخش های استاتور و روتور را می توان از طریق سیم پیچی ترکیبی سری و موازی به یکدیگر متصل کرد.

الکتروموتور compound نقصانی: در این مدل، میدان الکتریکی سیم پیچ موازی باعث ضعیف شدن میدان سیم پیچ سری می شود.

الکتروموتور compound اضافی : بر عکس مدل قبل، میدان الکتریکی سیم پیچ موازی عاملی برای تقویت میدان سیم پیچی سری است.

به دلیل اتصال سری، گشتاور بهتری برای شروع کار دارد و با اتصال موازی، تنظیم و کنترل بهتر سرعت امکان پذیر می شود.

موتورهای AC (جریان متناوب):

الکتروموتور AC هم مثل موتور DC تشکیل شده از 2 قسمت اصلی استاتور و روتور است که استاتور بخش ثابت و روتور بخش متحرک است و میدان مغناطیسی، باعث حرکت آن می شود.

موتورهای آسنکرون یا القایی: در الکتروموتورهای آسنکرون یا غیر همزمان با جریان الکتریکی در بخش استاتور، میدان مغناطیسی دورانی با قطب های هم نام و غیر هم نام تولید می شود و این کار باعث حرکت چرخشی روتور با سرعت کمتری نسبت به استاتور می شود.

در الکتروموتورهای آسنکرون چون میدان مغناطیسی باعث ایجاد جریان القایی می شود، به آن موتور القایی هم می گویند.

همچنین چون عملکرد موتورهای القایی شبیه ترانسفورماتور است، به آن ها ترانسفورماتور دوار هم می گویند؛ چون استاتور شبیه به سیم پیچ اولیه و روتور شبیه به سیم پیچ ثانویه ترانس است.

از ویژگی های موتور آسنکرون می توان به طراحی ساده نسبت به موتور DC، قدرت بالا، عملکرد پایدار، هزینه نگهداری کم، عدم نیاز به جاروبک ها، اتصال آسان و کامل به یک منبع برق AC تک فاز و سه فاز اشاره کرد.

موتور سه فاز القایی نسبت به تک فاز آن، ارزان تر و تعمیر و نگهداری آسان تری دارد، برای همین بیشتر از سه فاز القایی استفاده می شود.

از نظر تعداد زغال ها در الکتروموتورها بستگی به کلاف های موتور ما دارد که اگر از نوع چهارقطب باشد ما در الکتروموتور چهار زغال داریم و اگر الکتروموتور ما از نوع دو قطب باشد طبیعتاً دو زغال در الکتروموتور ما وجود خواهد داشت. رایج‌ترین نوع موتور در صنعت، با طراحی ساده و کارایی بالا، مناسب برای پمپ‌ها، کمپرسورها و نوار نقاله‌ها.

موتورهای سنکرون: در الکتروموتورهای سنکرون، استاتور جریانی را تولید می کند و با سرعت ثابت بر اساس فرکانس AC می چرخد و روتور هم با همان سرعت شروع به چرخش می کند؛ یعنی هیچ اختلافی بین سرعت جریان استاتور و روتور وجود ندارد.

موتورهای سنکرون یا همگام عموما با منبع تغذیه سه فاز کار می کنند.برای کاربردهایی که نیاز به سرعت ثابت دارند، مانند توربین‌های بادی و سیستم‌های تهویه مطبوع.

2. بر اساس تعداد فاز

موتورهای تک فاز: در موتورهای القایی تک فاز، میدان مغناطیسی که در ابتدا تولید می شود از نوع دورانی نیست و برای تولید میدان مغناطیسی گردان باید اختلاف فاز وجود داشته باشد.

یعنی خود راه انداز نیست و موقع راه اندازی و شروع به کار موتور، به قطعه دیگری هم نیاز است.

در ادامه به مواردی که باعث راه اندازی موتور می شود، اشاره می کنیم.

با سیم پیچ راه انداز

در این مدل موتورها علاوه بر سیم پیچ اصلی، استاتور دارای سیم پیچ دیگری به نام سیم پیچ کمکی یا سیم پیچ راه انداز‌ است.

با استارت خازنی یا خازن موقت

در این مدل موتور، یک سیم پیچ کمکی سری شده با یک خازن قرار دارد که برای راه اندازی موتور از خازن برای ایجاد اختلاف فاز بین سیم پیچ اصلی و سیم پیچ کمکی استفاده می شود.

وقتی سرعت موتور به 75% سرعت نامی برسد، سیم پیچ کمکی از مدار خارج می شود و موتور به کار خود ادامه می دهد.

با استارت خازنی و خازن دائم کار (روش دو خازن)

این روش ترکیبی از خازن موقت و خازن دائم است. به این صورت که در لحظه استارت موتور، هر دو خازن در مدار وجود دارند و موتور گشتاور بالایی موقع راه اندازی دارد.

پس از رسیدن به سرعت مورد نظر، جریان سیم پیچ با خازن موقت قطع می شود اما جریان سیم پیچ با خازن دائم متصل خواهد بود.

قطب چاک دار یا قطب سایه دار

موتور القایی قطب چاک دار به موتوری می گویند که روی استاتور، قطب های برجسته ای باید که شیار دارند و چند حلقه سیم رسانا در آن شیار قرار گرفته باشد تا خاصیت القایی داشته باشند.

ویژگی اصلی این موتور‌ها ساده بودن طراحی آن است اما گشتاور راه اندازی این موتور‌ها کم است و در توان های کمتر از ۱۵۰ وات ساخته می شوند.

با فاز شکسته

الکتروموتور فاز شکسته دارای دو سیم پیچ است که یکی برای استارت و دیگری سیم پیچ اصلی است.

برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر در سیم پیچ استارت از سیم نازکتر و با تعداد دور کمتری نسبت به سیم پیچ اصلی استفاده می شود.

ضخیم بودن سیم پیچ اصلی به این دلیل است که الکتروموتور را همیشه درحالت چرخش نگه دارد.معمولاً برای مصارف خانگی و بارهای سبک استفاده می‌شوند، مانند یخچال‌ها، ماشین لباسشویی‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع.

موتورهای سه فاز: برای موتور آسنکرون سه فاز، می توان به مدل های قفس سنجابی و روتور سیم پیچی شده اشاره کرد. برای کاربردهای صنعتی و بارهای سنگین مناسب هستند، مانند پمپ‌ها، کمپرسورها و ماشین‌آلات سنگین.

3. موتورهای خاص

این موتورها معمولاً شامل طراحی‌های خاصی هستند که برای کاربردهای ویژه توسعه یافته‌اند:

موتورهای هیسترزیس: در این مدل استاتور یک میدان مغناطیسی چرخشی ایجاد می کند که باعث کاهش تلفات موتور و افزایش راندمان آن می شود و روتور آن استوانه ای از جنس مواد مغناطیسی و بدون سیم پیچ است.

عملکرد موتور هیسترزیس، براساس گشتاور هیسترزیس است.

هیسترزیس یا پسماند یعنی مشخص کردن و نمایش وضعیت فعلی یک سیستم نسبت به حالت قبلی سیستم. که برای کنترل دقیق موقعیت کاربرد دارند.

موتورهای سروو: سروو موتورها، امکان ایجاد تغییراتی با دقت بالا در موقعیت، جهت و سرعت را دارند.

عملکرد این الکتروموتورها به 2 شکل چرخشی یا دورانی و خطی یا مستقیم است و به صورت سه فاز با منبع تغذیه AC و DC کار می کنند.

در سایر موتورها وقتی دستور یا فرمانی اجرا می کنند نمی توانیم از درستی اجرا، اطمینان پیدا کنیم اما در سروو موتور این قابلیت وجود دارد که به اطلاعات خروجی دسترسی داشته باشیم و همین ویژگی باعث محبوبیت سروو موتور شده است.

اشاره به مهم ترین مزیت های سروو موتورها نسبت به استپر موتورها:

سروو موتورها در خروجی موتور دارای فیدبک هستند که باعث می شود کنترل بهتر موتور می شود.

سرعت سروو موتورها بیشتر از استپر موتورها است و با وجود سرعت بیشتر، حرکت و چرخش آن ها، نرم و بی صدا است.

سروو موتورها می توانند در سرعت های بالا، با گشتاور کامل کار کنند اما در استپر موتورها با افزایش سرعت، گشتاور کم می شود.برای کنترل سرعت و موقعیت در رباتیک.

فاکتور های مهم در مورد انتخاب موتور ها یا الکترو موتور های AC

برای انتخاب کردن یک الکترو موتور باید به مواردی خاص حتما توجه شود تا بهینه ترین و مناسب ترین موتور ممکن برای طرح یا کار خود را انتخاب کنید. مواردی که در زیر مشاهده میکنید جزء فاکتور های مهم در این انتخاب میباشند که باید مد نظر شما عزیزان قرار گیرد:

تعمیرات ارزان و سریع

سطح ولتاژ شبکه

محدوده تغییرات بار

ضد انفجار بودن در صورت لزوم

منبع تغذیه مورد نیاز

راه اندازی آسان

کشتاور راه اندازی مناسب

سرعت موتور و محدوده تغییرات آن

ترمز آسان

سرویس و نگهداری راحت و کم هزینه

کاربردها در صنعت

الکتروموتورها در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارند:

• صنعت نفت و گاز: در پمپ‌ها نفت، کمپرسورها، و تجهیزات تصفیه.
• صنایع معدنی: برای جابجایی مواد معدنی و پمپاژ دوغاب.
• صنایع غذایی: در تجهیزات بسته‌بندی، مخلوط‌کن‌ها و پمپ‌های انتقال مایعات.
• صنایع خودروسازی: در سیستم‌های برقی خودرو مانند برف‌پاک‌کن‌ها، شیشه‌بالابرها و سیستم‌های تهویه.
• تجهیزات ساختمانی: مانند بالابرها، آسانسورها، و پمپ‌های بتن.

مزایا

• کارایی بالا: تبدیل موثر انرژی الکتریکی به مکانیکی.
• طول عمر بالا: به ویژه در موتورهای بدون جاروبک که نیاز به نگهداری کمتری دارند.
• تنوع طراحی: امکان انتخاب بر اساس نیاز خاص هر کاربرد.

الکتروموتورها جزء اساسی بسیاری از سیستم‌های صنعتی هستند که با توجه به نوع سیال، فشار و دبی مورد نیاز انتخاب می‌شوند. انتخاب صحیح نوع الکتروموتور بر اساس نیازها، شرایط کاری و نوع بار بسیار مهم است. این موتورها با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژیکی همچنان در حال توسعه هستند تا کارایی بیشتری را ارائه دهند.

موتور های الکتریکی Electric motors را می توان در مواردی گوناگون از وسایل متداول خانگی تا انواع مختلف در حمل و نقل و حتی کاربردهای پیشرفته هوافضا استفاده کرد.

موارد استفاده الکتروموتور

موتورهای الکتریکی مهمترین دستگاههایی هستند که از آنها میتوان درصنایع و موارد مختلف کمک گرفت مانند:

• تجهیزات تهویه و خنک کننده گرمایش
• نوار نقاله ها یا کانوایر
• وسایل نقلیه موتوری
• لوازم خانگی مانند لباسشویی، کولرهای آبی
• تجهیزات صنعتی مانند آسیاب، قله بر، دمنده ها مکنده، نوار نقاله ها
• کامیون های چنگال
• کشتیرانی
• روبات ها
• وینچ و بالابر، بالابر ساختمانی و فروشگاهی
• صنایع مختلفی از جمله صنایع خودروسازی، صنایع غذایی، دارویی، فولاد، کشاورزی، سیمان، معادن، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

بنابراین، موتور الکتریکی یک دستگاه الکتریکی و مکانیکی است و یکی از اصلی ترین پیشرفت ها در زمینه مهندسی است. این دستگاه انرژی الکتریکی را به مکانیکی متبدیل میکند. انواع مختلفی از موتورها در بازار موجود است که کاربردهای متفاوتی دارند و طبقه بندی منحصر به فردی با توجه به:

• نوع برق مصرفی AC/DC
• توان خروجی KW/HP
• تعداد دور گردش در دقیقه RMP (تعداد پل 2 یا 4 یا 6 یا 8 ) (3000 دور یا 1400 یا 900 یا 700)
• ضد جرقه EX  یا معمولی
• نوع سیم پیچی ( مس یا آلومینیم)
• جنس پوسته الومینیومی یا چدنی