آشنایی با اجزا و عملکرد الکتروموتور ها و انواع آن

آشنایی با اجزا و عملکرد الکتروموتور ها

شما زمانی که کلمه الکتروموتور را میشنوید به یاد چی می افتید؟ برای من این کلمه یاد آور انقلاب صنعتی، پمپ های خانگی، نیروی زحمت کش صنعت است.

الکتروموتور چیست و چرا انقدر محبوبیت دارد؟

الکتروموتورها، یکی از مهم ترین ابتکارات عظیم تکنولوژی مدرن هستند که توانایی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را فراهم کرده اند. این تجهیزات بسیار پرکاربرد و پر استفاده هستند. هم در صنعت و هم در مصارف خانگی  و از انجایی که ساختار ساده ای دارند؛ هزینه تعمیر و نگهداری پایین بهینه ای در قبال کاری که انجام میدهند دارند. به همین دلایل هست که الکتروموتور یکی از مهمترین و کلیدی ترین تجهیزات امروزه دنیا برای انجام کار های مکانیکی است.

الکتروموتور از چه اجزایی ساخته شده؟

اجزای اصلی الکتروموتور را میتوان به  دو بخش اساسی تقسیم کرد؛ بخش اول که ثابت است را استاتور و بخش دوم که متحرک است را روتور مینامیم .

استاتور : در واقع یک استوانه تو خالی است که از چندین لایه فازی چسبیده به هم ساخته شده است ( برای جلو گیری از ایجاد جریان گردابی یا اثر فوکو به این شکل ساخته می شود.) و در موتور الکتریکی ثابت است. روتور  درون استاتور می چرخد و همین  چرخش باعث تولید انرژی شده و موتور را به حرکت در میاورد. شیارهایی روی ورقه ها وجود دارند و سیم پیچ هایی درون این شیار ها جاسازی می شوند. به این سیم پیچ ها کلاف هم می گویم. و درون شیار های استاتور که با عایق پوشیده شده اند قرار می گیرند.

هر کلاف یا سیم پیچ با هسته هایی که درونش قرار می گیرد، یک آهنربا مغناطیسی را تشکیل میدهد. کلاف های استاتور مستقیما به منبع انرژی الکتریکی وصل می شوند و با برقراری جریان AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می کنند.

 اثر فوکو چیست : هنگامی که یک رسانا در یک میدان مغناطیسی خارجی حرکت می‌کند (یا منبع میدان مغناطیسی نسبت به رسانا حرکت می‌کند)، در اثر پدیدهٔ القای الکترومغناطیسی (طبق قانون القای فارادی)، نیروی محرکه الکتریکی (EMF) در رسانا تولید می‌شود. ازآنجایی‌که رسانا ایده‌ آل نیست، مقداری مقاومت الکتریکی دارد. نیروی محرکه الکتریکی، باعث پدید آمدن جریان‌های پراکنده گردشی در رسانا می‌شود. این جریان‌ها، میدان مغناطیسی پدید می‌آورند که با تغییرات میدان مغناطیسی اولیه مخالفت می‌کند (قانون لنز) و از سوی دیگر، انرژی را در مقاومت رسانا به شکل گرما تلف می‌کنند.

لئون فوکو فیزیکدان فرانسوی (۱۸۶۸–۱۸۱۹) با کشف جریان‌ها گردابی شهرت یافت. در سپتامبر سال ۱۸۵۵ او کشف کرد که نیروی لازم برای حرکت یک دیسک مسی هنگامی بزرگتر می‌شود که مجبور شود با لبه‌هایش بین قطب‌های آهنربا بچرخد، در همین هنگام دیسک توسط جریان گردابی القاء شده در فلز داغ می‌شود.

روتور : در داخل استاتور قرار دارد بهتر است بگویم شفت قسمتی از روتور است.  که با چرخش روتور درون استاتور، شافت موتور به گردش در می آید.

روتور ها معمولا دارای هسته‌ ای استوانه‌ای هستند که از لایه‌ های فولادی ساخته شده اند. این لایه‌ها به کاهش تلفات انرژی ناشی از جریان‌های گردابی کمک می‌کنند و راندمان موتور را بهبود می‌بخشند. هسته روتور اغلب از میله‌ها یا سیم‌پیچ‌ های رسانایی تشکیل شده که به هم متصل شده‌اند تا یک حلقه بسته تشکیل دهند. این عناصر رسانا هنگامی که جریان الکتریکی از آن‌ها عبور می‌کند، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند که با میدان مغناطیسی استاتور در تعامل است.

الکتروموتور ها به چند دسته تقسیم می شوند؟

الکتروموتورها را به صورت کلی میتوان به سه دسته تقسیم بندی کرد.

1. الکتروموتور های تکفاز یا جریان مستقیم (Direct Current) یا DC
2. الکتروموتور های سه فاز جریان متناوب (Alternating Current) یا AC
3. الکتروموتورهای خاص

بررسی انواع الکتروموتور های تکفاز یا جریان مستقیم

1) الکتروموتور DC سری (Series)

این نوع الکتروموتور هنگام راه اندازی به گشتاور بالایی نیاز دارد؛ بنابراین قابل استفاده در صنایعی هستند که نیاز به گشتاورهای بالا را دارند. انواع الکتروموتور های موجود در جرثقیل های سنگین و آسانسورهای هیدرولیکی از همین نوع الکتروموتور ها بهره میبرند. به این مدل از الکتروموتورها ( الکتروموتورهای کششی) نیز گفته می شود.

2) الکتروموتور DC شانت (Shunt)

اجزای داخلی این نوع از الکتروموتورها زیر بار سنگین آسیب می بینند؛ بنابراین نمی توان آن ها را زیر بار راه اندازی کنید. این نوع از الکتروموتر ها در دور نامی خود دارای گشتاور حرکتی حداکثر است؛ از این رو در ساختار دمنده های صنعتی و هواکش ها کاربرد دارد؛ مانند موتور سانتریفیوژ ها.

3) الکتروموتور DC کمپوند (Compound)

الکتروموتورهای کمپوند خصوصیات مشترک الکتروموتورهای شانت و سری را دارد و خود این نوع از الکتروموتور به دو دسته دیگر تقسیم میشود.

• الکتروموتور کمپوند نقصانی: در برخی از جایگاه ها تنها به بار ثابت کوچک تر از بار نامی نیاز است؛
  بنابراین در این موارد از الکتروموتورهای کمپوند نقصانی استفاده می شود؛ مانند آزمایشگاه های تولید بار ثابت با سرعت تقریبا ثابت.
• الکتروموتورهای کمپوند اضافی: این نوع الکتروموتور در مواردی که الکتروموتور سری نیاز است، کاربرد دارد؛با این تفاوت که الکتروموتور کمپوند اضافی از دور گرفتن شدید و غیرقابل کنترل جلوگیری می کند.از همین رو در صنایعی همچون دستگاه های تراشکاری کاربرد دارد.

بررسی انواع الکتروموتورهای سه فاز یا جریان متناوب AC

با رواج استفاده از جریان متناوب (AC)، صنایع بسیاری از این جریان و درنتیجه الکتروموتورهای متناوب بهره می برند. انواع الکتروموتور AC از قسمت ثابتی به نام استاتور و قسمت متحرکی به نام روتور تشکیل شده اند که میدان مغناطیسی به وجود آمده باعث تغییر جهت و حرکت روتور می شود. معمولا انواع الکتروموتور متناوب، ساختار ساده تری دارند؛ بنابراین تعمیر و اصول نگهداری از آن ها نسبت به سایر مدل های الکتروموتور آسان تر است. از این نوع در بسیاری از صنایع و مصارف خانگی استفاده می شود.

1) الکتروموتور AC سنکرون (Synchronous)

این نوع الکتروموتور، روتور و استاتور سیم پیچی شده دارد. روتور توسط جریان مستقیم و استاتور توسط جریان متناوب تغذیه و باعث به وجود آمدن میدان چرخشی می شوند. روتور با سرعت سنکرون ایجاد شده توسط میدان دوار به حرکت در می آید.

• ساخت ساده
• قیمت نسبتا کم
• تعمیر و نگهداری راحت

از بین انواع مختلف الکتروموتورها، الکتروموتورهای القایی سه فاز، بیشترین کاربرد را دارند به طوری که به راحتی می توان هزاران کاربرد از موتورهای القایی سه فاز را نام برد!!! از صنعت نساجی گرفته تا صنعت سنگ، چوب، فولاد، عمران، صنایع نظامی و هرکجا که فکرش را کنید.

الکتروموتورها می­‌توانند گشتاورهای مختلفی را تولید کنند، لذا برای ماشین های صنعتی بزرگ، ساخت محصولات، پردازش و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می­‌شوند.

• آسانسورها
• جرثقیل‌ها
• ماشین های تراشکاری
• بازوی ربات‌ها
• کانوایرها
• سنگ‌ شکن‌ ها
• میکسرها
• و …

بحث را با معرفی اجزای الکتروموتور القایی سه فاز ادامه می‌دهیم!!

به طور کلی موتور دارای سه قسمت زیر است:

• استاتور
• روتور
• و سیم پیچ­‌های استاتور

همانطور که می دانیم، دو جز اصلی الکتروموتور القایی، استاتور و روتور است، و هنگامی که با یکدیگر شروع به کار می­‌کنند، انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌­شود. استاتور از عایق و قطعات فشرده ی آهن تشکیل شده و دارای اسلات هایی است که سیم پیچ­‌های استاتور از داخل آن عبور می کند.

در مرکز استاتور، روتور قرار گرفته که شبیه به یک سیلندر با هسته های آهنی می باشد و مانند استاتور به صورت ورق ورق ساخته شده است. روتور به شفت الکتروموتور چسبیده و توسط بلبرینگ‌ها (یاتاقان ها) محافظت شده و امکان چرخش شفت را به همراه بدنه­‌ی استاتور فراهم می­‌نمایند. شفت، انرژی مکانیکی ایجاد شده توسط روتور را به بار انتقال داده و فاصله­‌ی هوایی بین استاتور و روتور را حذف می­‌کند.

قرار گرفتن همه ی این اجزا در کنار یکدیگر،‌ یک قفس دوار را تشکیل داده که بسیار شبیه به قفس سنجاب می باشد. لذا به همین علت است که به الکتروموتورهای القایی، الکتروموتور قفس سنجابی نیز گفته می شود. حفاظت از این مجموعه، توسط بدنه صورت می‌­گیرد، این بدنه شامل قاب موتور و سپر انتهایی (End bell) است.

سپر انتهایی، تجهیزی در داخل الکتروموتورها است که جزیی از محفظه بوده و از قطعات چرخان و بلبرینگ ها محافظت و پشتیبانی می­­‌کند. بعضی اوقات از این تجهیز به عنوان براکت انتهایی یا محافظ نیز یاد می­‌شود. این دستگاه ها از مواد محکمی ساخته شده اند که برای پوشش دادن سیم پیچ های انتهایی روتور استفاده می­‌شوند.

اکنون وارد این بحث شویم که این الکتروموتور پرکاربرد و پراستفاده چه چالش هایی برای ما می­­‌تواند ایجاد نماید؟؟

الکتروموتور چاره ی بسیاری از مشکلات در صنعت است، با این حال به شدت می‌­تواند چالش برانگیز باشد، هرچه سایز، زور و توان الکتروموتور بیشتر شود، چالش­‌هایش نیز بیشتر شده، و ما باید بتوانیم این چالش ها را شناخته و آن‌ها را حل نماییم، اما این چالش­ ها کدامند؟

1. 1. انتخاب الکتروموتور مناسب
   2. راه اندازی و استارت الکتروموتور
   3. کنترل سرعت
   4. کنترل موقعیت
   5. کنترل ولتاژ
   6. کنترل جریان
   7. نویز و ویبره
   8. اضافه جریان
   9. اضافه ولتاژ
   10. اتصال کوتاه
   11. اضافه گرما
   12. قطعی فاز
   13. حفاظت
   14. تعمیر و نگهداری
   15. مصرف برق