انواع موتور الکتریکی
موتورهای الکتریکی با ایجاد تحولات چشمگیری در زندگی انسان نقش بسیار مهمی ایفا کرده‌اند. در این مقاله، ما قصد داریم با انواع مختلف الکتروموتورها و روش‌های عملکرد آنها بیشتر آشنا شویم. با ما همراه باشید تا اطلاعات جذابی از الکتروموتورها را کشف کنید.
الکتروموتور چیست؟
الکتروموتور، ابزاری است که توانایی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را داراست. این انواع موتورها اغلب بر اساس اصول القای فارادی و تعاملات مغناطیسی بین میدان مغناطیسی موتور و سیم حامل جریان عمل می‌کنند.
به طور ساده، هر وسیله الکتریکی اطراف ما، الکتروموتورهای مختلفی را شامل می‌شود که در صنایع و حوزه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عبارت دیگر، الکتروموتور به عنوان وسیله‌ای معرفی می‌شود که توانایی تحول انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را داراست.
هر یک از انواع مختلف موتورهای الکتریکی دارای دو بخش اساسی هستند: سیم پیچ میدان و سیم پیچ آرمیچر. عملکرد اصلی سیم پیچ میدان در تولید میدان مغناطیسی ثابت میباشد، در حالی که سیم پیچ آرمیچر مشابه یک رسانا در میدان مغناطیسی قرار دارد.
با توجه به میدان مغناطیسی، سیم پیچ آرمیچر از انرژی منتقل شده برای ایجاد گشتاور لازم برای چرخش شفت موتور استفاده می‌کند. در حال حاضر، موتورهای DC می‌توانند بر اساس اتصالات سیم‌پیچی خود را دسته‌بندی کنند، که این دسته‌بندی نحوه اتصال دو سیم پیچ در موتور را نشان می‌دهد.
انواع موتور الکتریکی
تنوع و گستردگی نوعی از موتورهای الکتریکی در سه دسته اصلی به نام‌های موتور AC، موتور DC، و موتورهای با هدف خاص وجود دارد. این تقسیم‌بندی‌ها نمایانگر تفاوت‌های مهم در ساختار و کاربری این موتورهاست که در انواع مختلف صنایع و کاربردهای خاص به کار می‌روند. اگر به دنبال اطلاعات بیشتر درباره انتخاب و استفاده از این انواع موتورها برای نیازهای خود هستید، با ما همراه باشید.
موتور DC
موتورهای DC یا جریان مستقیم یکی از انواع الکتروموتورها هستند که بر اساس جریان مستقیم برق عمل می‌کنند. این دسته شامل انواع مختلفی از موتورهای DC می‌شود، از جمله موتورهای سری، Shunt، مرکب و موتورهای PMDC. هر یک از این انواع موتورها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. برای درک بهتر و انتخاب بهینه‌ترین نوع موتور DC برای نیازهای خود، با ما همراه باشید تا اطلاعات جامعی را در این زمینه کسب کنید.
- موتور Shunt
موتور شانت یکی از انواع پرکاربرد موتورهای الکتریکی است که بر اساس جریان مستقیم عمل می‌کند. این موتور الکتریکی دارای ساختاری منحصر به فرد است؛ سیم‌پیچ‌های آرمیچر و سیم‌پیچ‌های میدان به صورت موازی به یکدیگر متصل شده‌اند و این ترکیب به نام شانت شناخته می‌شود.
با بررسی ویژگی‌ها و کاربردهای این نوع موتور، می‌توانید تصمیم‌گیری بهتری در انتخاب موتور مناسب برای نیازهای خود داشته باشید.
- موتور با منبع جداگانه
این یک نوع از موتورهای الکتریکی است که در سیستم‌های با منابع جداگانه عمل می‌کند، که امکان اتصال مستقیم استاتور و روتور به منابع تغذیه مختلف را فراهم می‌کند. این قابلیت به ما اجازه می‌دهد تا موتور را از طریق شانت به دقت کنترل کنیم و با استفاده از سیم‌پیچ‌های آرمیچر، شار را بهبود بخشیم. اطلاعات بیشتر در مورد عملکرد و مزایای این نوع موتورها، به شما کمک می‌کند تا تصمیم‌گیری بهتری در انتخاب و استفاده از آنها داشته باشید.
- موتورهای سری DC
موتورهای DC سری از جمله نوعی از موتورهای الکتریکی هستند که در آن، سیم پیچ‌های روتور به صورت سری متصل می‌شوند. اصل عملکرد این موتورهای الکتریکی به طور اساسی بر اساس یک قانون الکترومغناطیسی ساده استوار است. این قانون به وضوح بیان می‌کند که با تشکیل همواره یک میدان مغناطیسی در اطراف یک رسانا، امکان ایجاد تعامل با یک میدان خارجی و ایجاد حرکت چرخشی وجود دارد.
این نوع موتورها به عنوان قطبشدهنده‌های مواقع مختلف در موتورهای استارتی که در آسانسورها و اتومبیل‌ها به کار می‌روند، به کار می‌روند.
- موتورهای PMDC
موتورهای PMDC جزو دسته‌های مختلف موتورهای الکتریکی محسوب می‌شوند. عبارت PMDC اختصاری است از “موتور DC مغناطیسی دائمی” که به نوعی موتور DC اشاره دارد که با استفاده از یک آهنربای دائمی، توانایی ایجاد میدان مغناطیسی مورد نیاز برای عملکرد این نوع موتورهای الکتریکی را دارد.
- موتورهای DC مرکب
موتورهای DC مرکب به عنوان یک جزء هیبریدی از دو نوع موتور الکتریکی محبوب، یعنی موتورهای DC سری و شانت، شناخته می‌شوند. در این نوع موتور، هر دو میدان سری و شانت به صورت همزمان حضور دارند.
این ترکیب منحصر به فرد از استاتور و روتور، از طریق یک سیم پیچی هوشمندانه از نوع سری و شانت به یکدیگر متصل می‌شوند. طراحی سیم پیچ سری با استفاده از چندین سیم مسی عریض، باعث ایجاد مقاومت کم طولی می‌شود، که این موتور را به یک گزینه کارآمد و پرکاربرد در برنامه‌های مختلف الکترونیکی تبدیل کرده است.
موتورهای AC
موتورهای AC به عنوان یکی از انواع موتورهای الکتریکی که بر اساس جریان متناوب الکتریسیته عمل می‌کنند، شناخته می‌شوند. این دسته از موتورها عمدتاً شامل دو نوع اصلی یعنی موتورهای سنکرون (همزمان) و القایی (نا همزمان) میباشد. با توجه به نوع جریان الکتریکی که در آنها استفاده می‌شود، موتورهای AC انعطاف پذیری بسیاری در کاربردها دارند و در صنایع مختلف با بهره‌وری و کارایی بالا به کار می‌روند.
- موتورهای سنکرون (همزمان)
در موتورهای سنکرون، تعداد دور روتور به طور دقیق با تعداد دور حوزه مغناطیسی سیم پیچ‌های استاتور همخوانی دارد. این ویژگی باعث می‌شود که این موتورها به عنوان “موتورهای سنکرون” یا “همزمان” شناخته شوند. عملکرد این موتورها اصلیاً به منبع تغذیه 3 فازه وابسته است.
در این نوع موتورها، استاتور جریان میدانی را تولید کرده و روتور با سرعت ثابت بر اساس فرکانس AC چرخش می‌یابد. با اینکه موتورهای سنکرون به دلیل ساختار پیچیده، راه‌اندازی دشوار، تعمیرات هزینه‌بر و نگهداری پرهزینه معروف هستند، اما در موارد خاصی از آنها استفاده می‌شود و معمولاً به عنوان مولدهای جریان متناوب به کار می‌روند. همچنین، قیمت نسبتاً مناسب این انواع الکتروموتورها، از آنها یک انتخاب جذاب برای برخی کاربردها می‌سازد.
- موتور القایی یا آسنکرون(نا همزمان)
موتورهای الکتریکی با سرعت ناهمزمان که به نام موتورهای القایی یا موتورهای آسنکرون هم شناخته می‌شوند، جزء دسته‌های متنوع موتورهای الکتریکی محسوب می‌شوند. در مقایسه با موتورهای سنکرون، این نوع موتورها تعداد دور کمتری دارند که با تعداد دور حوزه مغناطیسی دوار استاتور تفاوت دارد.
موتورهای القایی از القای الکترومغناطیسی برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی بهره می‌برند و بیشتر به صورت ساختار قفس سنجابی طراحی می‌شوند.
این دینام‌ها با قیمت مناسبی عرضه می‌شوند و به دلیل سادگی ساختار و عدم وجود کلکتور، در صنایع مختلف به کار می‌روند. موتورهای القایی به صورت تک‌فاز و سه‌فاز تولید و استفاده می‌شوند. همچنین، این نوع موتورها به دلیل قیمت ارزان، اعتمادپذیری، بازده بالا و ضریب قدرت مناسب، جایگاه خود را در بازار الکتروموتورها حفظ کرده‌اند.
تقسیم بندی انواع الکتروموتورها بر اساس فاز برق ورودی
الکتروموتورها را می‌توان بر اساس نوع فاز برق ورودی نیز دسته‌بندی نمود. بر این اساس، الکتروموتورها به دو دسته تقسیم می‌شوند:
الکتروموتورهای تک فاز:
الکتروموتور تک فاز یکی از نوعان الکتروموتورهاست که یکی از خطوط ارتباطی برق آن متصل نیست و به این ترتیب، موتور تنها روی یک فاز عمل می‌کند. شرایط تک فاز ممکن است موتور را در معرض عدم تعادل ولتاژ بیش از حد قرار دهد که معمولاً به افزایش جریان و گرمایش موتور منجر می‌شود.
این الکتروموتورها میدان مغناطیسی دوار ایجاد نمی‌کنند و به همین دلیل به راه‌انداز نیاز دارند. از خازن‌های راه‌انداز در بسیاری از این موتورها استفاده می‌شود. این دسته از الکتروموتورها به طور کلی به دو دسته رله‌ای و کلاچ‌دار دوخازن تقسیم می‌شوند و از نظر قیمت، گزینه‌های مناسبی ارائه می‌دهند.
الکتروموتور دو خازن کلاچ‌دار (CRS)
دینام‌های تک‌فاز، همانطور که در بخش قبل ذکر شد، نیازمند یک راه‌انداز یا استارتر هستند، به این معنا که این موتورها با سلف استارتر (خودراه‌انداز) تجهیز نشده‌اند. در دینام‌های الکتروموتور تک‌فاز کلاچ‌دار، خازن‌ها به عنوان استارتر عمل می‌کنند. با اضافه کردن دو خازن به مدار الکتروموتور، بعد از استارت، خازن راه‌انداز به حدی در مدار باقی می‌ماند که سرعت روتور به میزان مناسبی افزایش یابد.
سپس، توسط سوئیچ سانتریفیوژ، خازن از مدار خارج می‌شود و الکتروموتور با خازن دائمی به کار خود ادامه می‌دهد. در صورتی که خازن راه‌انداز از مدار خارج نشود، ممکن است به سوختن مدار منجر شود. این نوع از دینام‌ها از لحاظ قیمت، گزینه‌های مناسبی را ارائه می‌دهند.
الکتروموتور با خازن دائم‌کار (رله‌ای)
در موتورهای تک‌فاز رله‌ای یا خازن دائم‌کار، یک خازن به صورت دائمی در مدار استفاده می‌شود تا گشتاور و بازدهی موتور به مقدار بهینه نزدیک شود. خازن‌های دائمی در مدار همیشه حضور دارند و نیازی به کلید سانتریفیوژ برای خروج از مدار ندارند. این خازن‌ها معمولاً از نوع روغنی هستند و ظرفیت آنها حدود ۱۰ درصد ظرفیت خازن‌های الکترولیتی است. این خازن‌ها با سیم پیچ راه‌اندازی سری شده و به طور مداوم در مدار حضور دارند.
موتورهای با راه‌انداز خازنی در بین موتورهای تک‌فاز، از بالاترین گشتاور راه‌انداز برخوردار هستند. این نوع از موتورهای الکتریکی دارای قیمت مناسبی بوده و با ارتقاء گشتاور و بازدهی، انتخابی اقتصادی و کارآمد برای برنامه‌های مختلف می‌باشند.
الکتروموتورهای سه فاز
الکتروموتورهای سه فاز، یک نوع برجسته از موتورهای الکتریکی و انواع الکتروموتور صنعتی هستند. موتور تک فاز دو ترمینال دارد و برای راه‌اندازی نیاز به دو سیم دارد، در حالی که موتور سه فاز دارای سه ترمینال است و برای کار به سه یا چهار سیم (شامل نول) نیاز دارد. ضریب قدرت یا کسینوس فی موتورهای القایی تک فاز در مقایسه با موتورهای القایی سه فاز کمتر است.
در مقایسه میان الکتروموتور تک فاز و الکتروموتور سه فاز، مشخص است که الکتروموتورهای سه فاز به لحاظ کارایی برتری برخوردارند؛ زیرا یک موتور سه فاز قادر است برق را سه برابر موتور تک فاز انتقال دهد، با اینکه تنها به یک سیم اضافی (سه سیم به جای دو سیم) نیاز دارد. این ویژگی این موتورها را به گزینه‌ای موثر و کارآمد در برنامه‌های صنعتی تبدیل کرده است.
نحوه کار انواع موتور الکتریکی
مکانیسم کار انواع موتور الکتریکی بر اساس تداخل میدان مغناطیسی با جریان الکتریکی در یک رسانا بنیاد گذاشته شده است. برای بهترین درک از این فرآیند، یک سناریو تصوری را در نظر بگیرید:
دو آهنربای میله‌ای را در نظر بگیرید و قطب‌ها را به یکدیگر مخالف قرار دهید تا یک فضای کوچک میان آنها ایجاد شود. سپس یک تکه کوتاه از یک سیم رسانا را بگیرید و یک حلقه تشکیل دهید. این حلقه را در فضای بین آهنرباها قرار دهید به گونه‌ای که همچنان در محدوده تأثیر آهنرباها باقی بماند.
انتهای حلقه را به پایانه‌های باتری متصل کنید. زمانی که جریان الکتریکی از مدار ساده شما عبور کند، خواهید دید که حلقه شما شروع به حرکت می‌کند. چرا این اتفاق می‌افتد؟! میدان مغناطیسی آهنرباها با میدان مغناطیسی تولیدشده به دلیل جریان الکتریکی در رسانا تداخل دارد.
از آنجایی که حلقه به یک آهنربا تبدیل شده است، یک طرف آن به قطب شمال آهنربا و طرف دیگر به قطب جنوب جذب می‌شود. این باعث می‌شود که حلقه به طور مداوم بچرخد. این اصل اساسی مکانیسم کار انواع موتورهای الکتریکی را تشکیل می‌دهد.
اجزا و تشکیل‌دهنده‌های الکتروموتورها
در بررسی ساختار کلی الکتروموتورها، باید اشاره کنیم که هر نوع الکتروموتور از دو قسمت اصلی تشکیل شده است: متحرک و محرک. این دو بخش به طور عامل به روتور و استاتور شناخته می‌شوند. در یکی از انواع الکتروموتورها، هماهنگی بین روتور و استاتور وجود دارد. روتور تحت تأثیر گشتاوری قرار می‌گیرد که ناشی از میدان مغناطیسی موجود در استاتور الکتروموتور است و به دور خود می‌چرخد. این تعامل بین قسمت‌های متحرک و محرک الکتروموتورها، اساس کارکرد و عملکرد این وسایل الکتریکی حیاتی را تشکیل می‌دهد.
اجزا و مؤلفه‌های حیاتی الکتروموتورها عبارتند از:
۱. روتور (Rotor):
روتور بخش متحرک الکتروموتورهاست که نیروی مکانیکی را از حرکت شفت به دست می‌آورد. در بسیاری از موتورها، رسانای درون روتور قرار می‌گیرد که جریان الکتریک از آن عبور می‌کند. زمانی که این رسانا از تأثیر میدان مغناطیسی می‌افتد، نیروی لازم برای چرخش شفت به وجود می‌آید. برخی از روتورها آهنربای دائمی دارند که بخش ثابت آنها را نگه می‌دارد و به عنوان یکی از پیچیدگی‌های ساختاری الکتروموتورها محسوب می‌شوند.
۲. بلبرینگ (Bearing):
بلبرینگ‌ها نقش پشتیبانی روتور را ایفا می‌کنند و به روتور اجازه می‌دهند در محور خود چرخش کند. این یاتاقان‌ها توسط محفظه موتور پشتیبانی می‌شوند و میله موتور به وسیله بلبرینگ‌ها به خارج از موتور متصل می‌شود. این اجزا مهم در جلوگیری از فشار و بار اضافی در ساختار الکتروموتور و حفظ تعادل و استحکام مکانیکی آن نقش دارند.
۳. استاتور (Stator):
استاتور بخش ثابت مدار الکترومغناطیسی الکتروموتورهاست. این بخش معمولاً از سیم پیچ یا آهنربای دائمی تشکیل شده و هسته استاتور به نام لمینت شناخته می‌شود. لمینت از تعداد زیادی ورق فلزی نازک تشکیل شده و اصلی‌ترین وظیفه آن کاهش انرژی است. استاتور روتور را احاطه کرده و معمولاً آهنرباهای میدانی را در خود نگه می‌دارد که ممکن است از نوع سیم پیچ‌هایی باشند یا آهنربای الکترومغناطیسی با هسته آهن فرومغناطیسی.
۴. شکاف هوا (Air Gap):
شکاف هوا فاصله بین روتور و استاتور است که به آن اجازه می‌دهد روتور بچرخد. عرض این شکاف بر خصوصیات الکتریکی موتورها تأثیر دارد و این بخش از اهمیت زیادی برخوردار است. شکاف هوای مناسب باید برای بهبود خصوصیات الکتریکی موتور حفظ شود. از سوی دیگر، شکاف زیاد ممکن است به عملکرد موتور کاهش دهد، و شکاف کوچک نیز ممکن است مشکلات مکانیکی و سر و صدا را به وجود آورد.
5 .آرمیچر:
آرمیچر، یک اجزای کلیدی در الکتروموتورها، از سیم پیچی حول هسته فرومغناطیسی تشکیل یافته است. جریان الکتریکی که از سیم عبور می‌کند، میدان مغناطیسی آهنربای میدان نیرویی ایجاد می‌کند (نیروی لورنتس) و روتور را بچرخانده و خروجی مکانیکی تولید می‌کند. هسته نرم، آهنی و فرومغناطیسی به گونه‌ای طراحی شده است که در هنگام تغییر جریان، قطب‌های مغناطیسی شکل گیرند.
6 .تغییر دهنده جهت برق یا کموتاتور (Commutator):
کموتاتور یا رفت و برگشت ساز، جزء حیاتی در بسیاری از الکتروموتورهای DC و برخی از الکتروموتورهای AC است که برای تغییر جهت ورودی به کار می‌رود. کموتاتور از حلقه‌های اسلیپ جدا شده که به شکل یک شفت متصل شده‌اند تشکیل شده است. جریان از طریق جاروبک‌ها به کموتاتور ارسال می‌شود، این جاروبک‌ها با مبدل در تماس هستند و باعث برگشت جریان می‌شوند. این چرخش، نیرو را به صورت بهینه از یک قطب به دیگری انتقال می‌دهد و در صورت عدم وجود این فرآیند، موتور متوقف خواهد شد.
خرید انواع الکتروموتور
برای انتخاب و خرید الکتروموتور مناسب، نخستین گام این است که بر اساس نوع مورد نظر، آیا الکتروموتور AC یا DC مد نظر است، و در صورت AC، آیا تک فاز یا سه فاز باشد. سپس، با مرور قیمت‌ها و ویژگی‌های مختلف برندها، انتخاب را با دقت انجام دهید.
در موتورهای DC، به دلیل کاربرد محدودتر، برندهای معتبر کمتری وجود دارند، و بهترین پیشنهاد ما استفاده از موتورهای با کیفیت چینی یا کره‌ای است. اما، در صورت تمایل به الکتروموتورهای القایی، می‌توانید از محصولات با کیفیت ایرانی مانند الکتروموتور الکتروژن و موتوژن بهره‌مند شوید یا به دنبال برندهای با کیفیت چینی مثل الکتروموتور استریم بگردید. البته برندهای اروپایی نیز در دسترس هستند، اما اختلاف قیمت چشمگیر و عدم وجود گارانتی و پشتیبانی، دلایل اصلی انتخاب آنها را کاهش می‌دهد.
