الکتروموتور چیست؟ انواع آن و کاربرد آن

الکتروموتور وسیله ای است که جریان الکتریکی را به چرخش مکانیکی یک دوک یا روتور تبدیل می کند. چرخش در بسیاری از کاربردها به حرکت خطی تبدیل می شود.

نحوه ساخت الکتروموتور

انواع الکتروموتور

الکتروموتور ها انواع مختلفی دارند. دارای تغذیه DC یا AC و ولتاژهای مختلف که بسته به کاربرد آن ها، متفاوت می باشند.

یکی از نکات مهم در انتخاب الکتروموتور، تفاوت بین موتورهای سروو و پله ای است. سروو موتور مکانیزم بازخورد دارد. سیگنال بازخورد با یک نقطه تنظیم مقایسه می شود تا زمانی که موتور به موقعیت دلخواه رسید، اختلاف صفر وجود داشته باشد.

یک موتور پله ای نیز کنترل را ارائه می دهد، اما می توان آن را نسخه دیجیتالی یک موتور با ساختار خاص در نظر گرفت. چند سیم پیچ استاتور مستقل (استاتور قسمت ثابت موتور است) و یک روتور مخصوص طراحی شده به موتور اجازه می دهد تا در یک موقعیت یا زاویه مشخص در برابر یک فرمان گام بردارد.

الکتروموتور های پله ای به طور ایده آل برای برنامه های کم مصرف و کم هزینه، مانند درایو سی دی، مناسب هستند. برعکس، سروو الکتروموتور ها برای کاربردهای با توان بالاتر، شتاب بالا و دقت بالا مناسب ترند.

کاربردهای معمول الکتروموتور ها

الکتروموتور ها در کاربردهای متنوعی یافت می شوند؛ خانگی مانند ماشین لباسشویی، سی دی، دی وی دی و غیره و همچنین کاربردهای تجاری مانند کاربردهای پزشکی، اداری و صنعتی. هنگامی که با مکانیزم محرک خطی همراه می شود، کاربردهای معمولی در خودروسازی، حمل و نقل مواد، روباتیک، غذا و نوشیدنی، بسته بندی و غیره دارند.

آیا برای کارکرد الکتروموتور ها به چیز دیگری نیاز دارم؟

منبع برق مناسب و کابل کشی مرتبط با تجهیزات ضروری است. در هر کاربرد، الکتروموتور  باید مستقیماً از طریق چرخ دنده یا تسمه به اجزای محرک خود متصل شود و این ممکن است نیاز به میرایی ارتعاش داشته باشد. سنسورهای دما قطعاتی معقول هستند و در صورت گرمای بیش از حد احتمالی، یک فن با تهویه مناسب مورد نیاز است.

انواع الکتروموتور ها

  • موتور AC

موتور AC جریان متناوب را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند. به سه دسته تقسیم می شوند؛ که آن ها موتور القایی، موتور سنکرون و موتور خطی هستند. توضیح دقیق موتورها در ادامه مطلب بیان شده است.

  • موتور القایی یا موتور آسنکرون

ماشینی که هرگز با سرعت سنکرون کار نمی کند، الکتروموتور القایی یا ناهمزمان نامیده می شود. این الکتروموتور برای تبدیل نیروی الکتریکی به مکانیکی از پدیده القا الکترومغناطیسی بهره می گیرد. با توجه به ساخت روتور، دو نوع الکتروموتور القایی وجود دارد. یعنی موتور القایی قفس سنجابی و موتور القایی زخم فاز یا موتورهای ناهمزمان روتور زخم سه فاز

  • موتور سنکرون موتور ناهمزمان BASIS Synchronous MOTOR

موتوری که برق  متناوب را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند و فقط با سرعت سنکرون کار می کند، موتور سنکرون نامیده می شود.

هنگامی که منبع تغذیه به الکتروموتور سنکرون داده می شود، یک میدان گردان راه اندازی می شود. این فیلد سعی می کند روتور را با خود بکشد، اما به دلیل اینرسی روتور نمی تواند این کار را انجام دهد. از این رو، هیچ گشتاور راه اندازی تولید نمی شود. بنابراین، موتور ذاتا سنکرون، یک موتور خود راه ‌انداز نیست.

الکتروموتور سنکرون ماشینی است که سرعت روتور با سرعت میدان مغناطیسی استاتور برابر است.

N= NS = 120f/P

در حالی که موتور آسنکرون ماشینی است که روتور آن با سرعت کمتر از سرعت سنکرون می چرخد.

N < NS

موتور براشلس، موتور رلوکتانس متغیر، موتور رلوکتانس سوئیچ شده و موتور هیسترزیس، انواع موتورهای سنکرون هستند.

کاربرد های مختلف الکتروموتور
کاربرد های مختلف الکتروموتور

مقایسه الکتروموتور سنکرون و الکتروموتور آسنکرون

تفاوت بین الکتروموتور سنکرون و ناهمزمان با در نظر گرفتن عواملی مانند نوع آن، لغزش، نیاز به منبع انرژی اضافی، نیاز به حلقه لغزش و برس، هزینه آن ها، کارایی، ضریب قدرت، منبع جریان، خود راه اندازی، اثر در گشتاور، تغییر در ولتاژ، سرعت عملیاتی آن ها و کاربردهای مختلف موتورهای سنکرون و ناهمزمان شناخته می شود.

  • الکتروموتور سنکرون در مقایسه با موتور آسنکرون هزینه کمتری دارد.
  • راندمانی بیشتر از موتور آسنکرون دارد ولی کارایی آن کمتر است.
  • ضریب توان با تغییر برانگیختگی: ضریب توان را می توان بر این اساس به صورت تاخیری، پیشرو یا واحد تنظیم کرد. موتور ناهمزمان فقط با ضریب قدرت عقب مانده کار می کند.
  • منبع جریان: جریان به روتور موتور سنکرون داده می شود. روتور موتور آسنکرون به جریانی نیاز ندارد.
  • سرعت الکتروموتور به تغییر بار بستگی ندارد. ثابت است. سرعت موتور آسنکرون با افزایش بار کاهش می یابد.
  • تأثیر در گشتاور: تغییر در ولتاژ اعمال شده بر گشتاور موتور سنکرون تأثیر نمی گذارد اما بر گشتاور موتور آسنکرون تأثیر می گذارد.
  • سرعت عملیاتی: آن ها در سرعت کم که زیر 300 دور در دقیقه است؛ نرم و نسبتاً خوب عمل می کنند. عملکرد موتور با سرعت بالای 600 دور در دقیقه عالی است.
  • کاربردهای الکتروموتور سنکرون در نیروگاه ها، صنایع تولیدی و غیره می باشد. همچنین به عنوان کنترل کننده ولتاژ استفاده می شوند. همچنین در پمپ ها و فن های گریز از مرکز، دمنده ها، کارخانه های کاغذ و نساجی، کمپرسورها و بالابرها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.
  • الکتروموتور سنکرون موتوری است که با سرعت سنکرون کار می کند، یعنی سرعت روتور برابر با سرعت استاتور موتور است. از رابطه N = NS = 120f/P پیروی می کند، که در آن N سرعت روتور و Ns سرعت سنکرون است.
  • الکتروموتور آسنکرون یک موتور القایی AC است. روتور موتور آسنکرون با سرعت کمتر از سرعت سنکرون می چرخد، یعنی N < NS
الکتروموتور سنکرون
الکتروموتور سنکرون

اصل کار یک موتور القایی

در یک الکتروموتور القایی، سیم پیچ آرمیچر هم به عنوان سیم پیچ آرمیچر و هم سیم پیچ میدان عمل می کند. هنگامی که سیم‌پیچ‌های استاتور به یک جریان AC متصل می‌شوند، در شکاف آن هوا تولید می‌شود. فشار با سرعت ثابتی به نام سرعت سنکرون می چرخد. این فشار دوار باعث القای ولتاژ در سیم پیچ استاتور و روتور می شود.

اگر مدار روتور بسته باشد، جریان از سیم پیچ روتور می گذرد و با فشار دوار واکنش داده و گشتاور تولید می شود. در حالت پایدار، روتور با سرعت بسیار نزدیک به سرعت سنکرون می چرخد.

  • روتور قفس سنجابی:

موتوری که از روتور نوع قفس سنجابی تشکیل شده است به عنوان الکتروموتور القایی قفس سنجابی شناخته می شود. روتور قفس سنجابی صدای زمزمه و قفل مغناطیسی روتور را کاهش می دهد.

انواع الکتروموتور
انواع الکتروموتور
  • روتور زخم فاز:

این روتور به روتور حلقه لغزشی نیز معروف است و موتوری که از این نوع روتور استفاده می کند به روتور پیچ فاز معروف است.

موتورهای القایی بر اساس فازها به دو نوع طبقه بندی می شوند:

  • موتور القایی تک فاز
  • موتور القایی سه فاز
  • الکتروموتور القایی تک فاز

به دستگاهی گفته می شود که با استفاده از پدیده القا الکترومغناطیسی، توان الکتریکی  AC1  فاز را به توان مکانیکی تبدیل کرده و  به عنوان الکتروموتور القایی تک فاز شناخته می شود.

  • الکتروموتور القایی سه فاز

به نوعی از الکتروموتور که می تواند برق AC3 را تبدیل به نیروی مکانیکی کند، موتور القایی سه فاز می گویند.

  • موتور خطی

الکتروموتوری که به جای نیروی دورانی، نیروی خطی تولید می کند موتور خطی نامیده می شود. این موتور دارای روتور و استاتور بدون رول می باشد. این نوع موتور در درب های کشویی و در محرک ها استفاده می شود.

  • موتور رلوکتانس

موتوری که فرآیند راه اندازی آن شبیه به یک الکتروموتور القایی است و مانند یک الکتروموتور سنکرون کار می کند، به عنوان موتور رلوکتانس شناخته می شود.

  • موتور هیسترزیس

موتور هیسترزیس از انواع موتور های سنکرون است که شکاف های هوایی یکنواختی دارد و سیستم تحریک DC ندارد. گشتاور در موتور توسط هیسترزیس و جریان گردابی موتور تولید می شود.

  • موتور DC

ماشینی که توان الکتریکی DC را به توان مکانیکی تبدیل می کند، به عنوان الکتروموتور DC شناخته می شود. کار آن به این اصل اساسی بستگی دارد که وقتی مسیر حامل جریان در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، نیرویی به آن وارد می شود و گشتاور ایجاد می شود.

انواع موتور  DC

یک موتور جریان مستقیم DC،  با توجه به اتصال سیم پیچ، میدان با آرمیچر نامگذاری می شود. به طور عمده دو نوع الکتروموتور DC  وجود دارد:

  • موتور DC با تحریک جداگانه
  • موتور DC خود تحریک شده
الکتروموتور DC
الکتروموتور DC

موتور DC توان الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند. ساختار موتور DC و ژنراتور یکسان است؛ اما موتور DC دارای طیف وسیعی از سرعت و تنظیم سرعت خوب در کشش الکتریکی است.

اصل کار موتور DC بر این اصل استوار است که هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی قرار می گیرد و نیروی مکانیکی توسط آن تجربه می شود.

موتور DC به طور کلی در مکانی که نیاز به یک محفظه محافظ دارد، به عنوان مثال، ضد چکه، ضد حریق و غیره مطابق با الزامات استفاده می شود. شرح دقیق انواع مختلف موتور در زیر آورده شده است.

  • موتور DC با تحریک جداگانه
  • موتور DC خود تحریک
  • موتور شنت
  • موتور سری
  • موتور مرکب
انواع الکتروموتور DC
انواع الکتروموتور DC
  1. موتور به طور جداگانه تحریک شده

الکتروموتور  که در آن سیم پیچ DC توسط منبع DC جداگانه تحریک می شود، به عنوان موتور DC  با تحریک جداگانه شناخته می شود. با کمک منبع مجزا، سیم پیچ آرمیچر موتور، انرژی گرفته و شار تولید می کند.

همانطور که از نام آن مشخص است، سیم‌پیچ‌های میدان توسط یک منبع DC جداگانه انرژی می‌گیرند.

  1. موتور خود تحریک

با اتصال سیم پیچ میدانی، موتور DC خود تحریک شده بیشتر به سه نوع طبقه بندی می شود.

  • موتور DC سری
  • شنت
  • مرکب

همانطور که از نام خود تحریک برداشت می شود، در این نوع الکتروموتور، جریان در سیم پیچ ها توسط خود ماشین یا موتور تامین می شود. موتور DC خود برانگیخته به دو دسته شنت زخم و موتور زخم سری تقسیم می شود.

الکتروموتور خود تحریک
الکتروموتور خود تحریک
  • موتور شنت:

موتوری که سیم پیچ میدان در آن موازی با آرمیچر قرار می گیرد.

  • موتور سری:

در این موتور، سیم پیچ میدان به صورت سری به آرمیچر موتور متصل می شود.

  • موتور DC مرکب:

موتور DC که هم اتصال موازی و هم سری سیم پیچ میدان را دارد به عنوان روتور زخمی مرکب شناخته می شود. موتور زخم مرکب به دو دسته موتورهای شنت کوتاه و شنت بلند طبقه بندی می شوند.

  • موتور شنت کوتاه:

اگر سیم پیچ میدان شنت فقط موازی با آرمیچر موتور باشد و نه میدان سری، آنگاه به عنوان اتصال شنت کوتاه موتور شناخته می شود.

  • موتور شنت بلند:

اگر سیم پیچ میدان شنت، هم با آرمیچر و هم با سیم پیچ میدان سری موازی باشد، موتور به عنوان موتور شنت بلند شناخته می شود.

به غیر از الکتروموتور های ذکر شده در بالا، انواع مختلفی از دستگاه های ویژه وجود دارد که دارای ویژگی های اضافی مانند موتور پله ای، موتور سروو AC و DC و غیره می باشد.

  • موتور AC:

الکتروموتوری که با استفاده از پدیده القای الکترومغناطیسی، جریان متناوب را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند، موتور AC نامیده می شود. این موتور توسط یک جریان متناوب به حرکت در می آید. استاتور و روتور دو قسمت مهم موتورهای AC هستند. استاتور قسمت ثابت موتور است و روتور قسمت چرخان موتور است. موتور AC ممکن است تک فاز یا سه فاز باشد.

موتورهای سه فاز AC بیشتر در صنعت برای تبدیل توان فله از الکتریکی به مکانیکی استفاده می شوند. برای تولید برق کم، بیشتر از الکتروموتور AC تک فاز استفاده می شود. موتور AC تک فاز تقریباً نسبت به دیگر الکتروموتورها کوچک است و کاربرد های مختلفی را در خانه، اداره، محل کار، کارخانه ها و … ارائه می دهد. تقریباً تمام لوازم خانگی مانند یخچال، پنکه، ماشین لباسشویی، سشوار، میکسر و … از الکتروموتور AC تک فاز استفاده می کنند.

موتور AC عمدتا به دو نوع طبقه بندی می شود. آن ها الکتروموتور سنکرون و موتور القایی هستند.

الکتروموتور AC
الکتروموتور AC

الکتروموتور چگونه کار می کند؟

انواع بسیاری از الکتروموتور ها وجود دارند. به عنوان مثال؛ موتورهای DC  براش یا بدون جاروبک و موتورهای AC  القایی (یا ناهمزمان) و سنکرون.

موتورها می توانند با ولتاژهای مختلف، متناسب با کاربرد و منبع موجود کار کنند.

عملکرد یک الکتروموتور بر دو ویژگی جریان الکتریکی متکی است. اولین مورد این است که یک جریان الکتریکی که در یک سیم یا سیم پیچ جریان دارد، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

دوم این است که یک جریان در حال تغییر در یک مسیر، به عنوان مثال از منبع  AC، ولتاژی را در مسیر (القایی خود) یا در مسیرثانویه (القایی متقابل) القا می کند. جریان در مدار یک مسیر ثانویه نیز همانطور که در بالا توضیح داده شد، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

برای آهنربا، در مسیر قطب ها دفع و بر خلاف قطب ها جذب می شود. در ساختار تمامی الکتروموتورها، از این خاصیت برای اطمینان از چرخش مداوم روتور استفاده می کنند.

در یک زاویه فاز خاص، یک جهت حاصل برای میدان وجود خواهد داشت که می تواند با جمع بردار محاسبه شود. آهنربا(های) دائمی در روتور تعبیه شده که با جهت میدان هم راستا هستند و همانطور که موج  AC در زمان “پیشرفت” می کند، روتور چرخش می یابد.

و به همین ترتیب، از طریق یک چرخه کامل (3600) که در آن، روتور به طور موثر به موقعیت شروع خود باز می گردد و دوباره این فرآیند را تکرار می کند.

الکتروموتور چگونه کار می کند
الکتروموتور چگونه کار می کند

تفاوت بین الکتروموتور القایی و موتور سنکرون

تفاوت بین سنکرون و الکتروموتور القایی با استفاده از عوامل مختلفی مانند نوع تحریکی که برای هر دستگاه باید مورد استفاده قرار گیرد، مشخص می شود. با بررسی سرعت الکتروموتور، راه اندازی و کارکرد، کارایی هر دو موتور، هزینه، استفاده، کاربردها و فرکانس آن می توان به تفاوت این دو الکتروموتور پی برد.

تفاوت بین الکتروموتور القایی سه فاز و الکتروموتور سنکرون

  • نوع تحریک الکتروموتور سنکرون یک ماشین با تحریک مضاعف است.
  • سیستم تامین سیم پیچ آرمیچر آن از منبع AC و سیم پیچ میدان آن از منبع DC انرژی می گیرد و همچنین سیم پیچ استاتور آن از منبع AC انرژی می گیرد.
  • سرعت آن مستقل از بار است. اگر بار افزایش یابد، سرعت الکتروموتور القایی کاهش می یابد و همیشه کمتر از سرعت سنکرون است.
  • الکتروموتور القایی دارای گشتاور خود راه اندازی است.
  • یک الکتروموتور القایی فقط با ضریب قدرت تاخیری کار می کند. در بارهای بالا ضریب توان بسیار ضعیف می شود.
  • می توان از آن برای تصحیح ضریب قدرت علاوه بر تامین گشتاور برای هدایت بارهای مکانیکی استفاده کرد.
  • موتور القایی فقط برای هدایت بارهای مکانیکی استفاده می شود.
  • راندمان آن بیشتر از یک الکتروموتور القایی با خروجی و ولتاژ یکسان است.
  • راندمان آن کمتر از موتور سنکرون با همان خروجی و رتبه ولتاژ است.
  • هزینه یک الکتروموتور سنکرون از یک موتور القایی با همان خروجی و ولتاژ یکسان، بیشتر است.
تفاوت های الکتروموتور سنکرون و الکتروموتور القایی سه فاز
تفاوت های الکتروموتور سنکرون و الکتروموتور القایی سه فاز
  • موتور القایی با نام الکتروموتور ناهمزمان نیز شناخته می شود. به این دلیل نامیده می شود که هرگز با سرعت همزمان اجرا نمی شود. یعنی Ns = 120f/P
  • موتور القایی پرکاربردترین موتور در تمام موتورهای خانگی و تجاری است.
  • موتور سنکرون همیشه از سرعت سنکرون پیروی می کند.
  • سرعت روتور با جریان تغذیه حفظ یا هماهنگ می شود.
الکتروموتور سنکرون
الکتروموتور سنکرون

کدام الکتروموتور برای کار من مناسب تر است؟

همه برنامه های کاری خود را بر اساس استفاده از الکتروموتور  سنکرون سه فاز نچینید؛ زیرا که اندازه این الکتروموتور نسبت به قدرت آن بسیار بیشتر است، به عنوان مثال، برای راه اندازی دستگاه پخش دی وی دی بسیار بزرگ است. علاوه بر این، عرضه سه فاز برای یک موقعیت خانگی (یا بیشتر تجاری) ایده آل نخواهد بود.

 

نحوه انتخاب الکتروموتور

 

خدمات مرتبط:

مقالات مرتبط: