مکانیزم الکترومکانیکی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند به عنوان موتور الکتریکی شناخته می شود. موتور به عبارت دیگر وسیله ای است که نیروی چرخشی تولید می کند. فعل و انفعال میدان های مغناطیسی و الکتریکی برای عملکرد یک موتور الکتریکی به ویژه در دستگاه های بی سیم مانند مته های بی سیم بسیار مهم است.

تکامل موتورهای الکتریکی

مایکل فارادی، فیزیکدان بریتانیایی، به عنوان یکی از مهم ترین دانشمندان قرن نوزدهم شناخته می شود که در کشف و توسعه موتورهای الکتریکی مشارکت داشته است. فارادی در سال 1821 با استفاده از آهنربا و میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان الکتریکی به چرخش موفق سیم دست یافت.

???? بسیاری از اشکال اضافی از موتورهای الکتریکی و همچنین معماری هایی که ممکن است موتور DC کلاسیک نامیده شوند، در طول زمان توسعه یافته اند.

به دنبال آن، موتور الکتریکی عملی به جای اختراع در سال 1872 پیدا شد، زمانی که یکی از ژنراتورهای نمایش داده شده در نمایشگاه جهانی وین پس از اتصال ناخواسته به ژنراتور دیگر شروع به چرخش خود به خود کرد. این منجر به درک این موضوع شد که همان اصولی که برای ژنراتورها اعمال می شود می تواند برای موتورها نیز اعمال شود. ژنراتورها در قرن بیستم در نتیجه افزایش سریع کاربرد عملی آنها به ستون اصلی بسیاری از بخش ها تبدیل شدند.

ژنراتورها و موتورها

خرید ژنراتورها انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند، در حالی که موتورهای الکتریکی انرژی الکتریکی را به چرخش و انواع مختلف انرژی مکانیکی تبدیل می کنند.

موتورها و ژنراتورها با وجود وظایف متضاد خود، از نظر طراحی و عملکرد مشترکات زیادی دارند. در حقیقت، تنها چیزی که لازم است یک آزمایش ساده با دو موتور مدل همراه با هم است تا نشان دهد که یک موتور الکتریکی ممکن است به عنوان یک ژنراتور نیز عمل کند.

این دو نوع ماشین به طور سنتی به دلیل روش متمایز استفاده از آنها به طور مستقل طراحی شده اند.

موتورهای الکتریکی چگونه کار می کنند

موتورهای الکتریکی نیروی مکانیکی چرخشی در آرمیچر - واقع در روتور یا استاتور - در اطراف شفت با استفاده از جریان الکتریکی برای تولید میدان‌های مغناطیسی دوار ایجاد می‌کنند. برای تبدیل انرژی الکتریکی به انفجارهای شدید نیرو و تولید درجات دینامیکی از سرعت یا قدرت، طرح‌های موتورهای متعددی از همان فرض اولیه استفاده می‌کنند.

اجزای موتور

در حالی که موتورهای الکتریکی چینی از نظر شکل و نوع متفاوت هستند، بسیاری از آنها شامل قطعات و مجموعه های زیر هستند (از مرکز شروع می شوند و به سمت بیرون کار می کنند):

✅ سیم پیچ

✅ محور موتور مرکزی

✅ بلبرینگ و غلتک (برای کاهش اصطکاک و سایش)

✅ برس (در موتورهای DC)

✅ پایانه ها (قرار گرفته روی روتور، قسمت گردان یا استاتور، قطعه ثابت)

✅ کاربردهای صنعتی موتورهای الکتریکی

✅ قاب و سپرهای انتهایی

موتورهای الکتریکی در طیف وسیعی از کاربردها در صنعت استفاده می شوند. در زیر نمونه هایی از کاربردهای صنعتی رایج آورده شده است:

✅ ماشین آلات سنگین

✅ سیستم های تهویه مطبوع

✅ سنگ شکن

✅ پمپ ها

✅ ماشین تراش

✅ کمپرسور

✅ فن ها و دمنده ها

موتورهای الکتریکی در انواع مختلف

موتورهای الکتریکی در طرح های مختلف با ویژگی های عملکردی و ایمنی متفاوت هستند، اما ممکن است به دو نوع تقسیم شوند: جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC).

در حالی که منبع تغذیه قابل توجه ترین تمایز بین این دو نوع موتور است، هر کدام مجموعه ای از ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. موتورهای AC می‌توانند تجهیزات پیچیده‌تر و ظریف‌تری را هدایت کنند، در حالی که موتورهای DC معمولاً برای تأمین انرژی تجهیزات بزرگ‌تری استفاده می‌شوند که نیاز به نگهداری و کنترل کمتری دارند. از آنجایی که موتورهای AC می توانند گشتاور بیشتری تولید کنند، بسیاری از صنعتگران معتقدند که آنها از موتورهای DC قدرتمندتر هستند.

موتور AC

جریان متناوب توسط موتور AC به نیروی مکانیکی تبدیل می شود. موتورهای القایی، موتورهای سنکرون و موتورهای خطی سه نوع موتور هستند. موتورهای AC بیشترین استفاده را در تجارت دارند زیرا مزایای مختلفی را ارائه می دهند:

• ساخت آنها ساده است
• به دلیل مصرف کمتر در راه اندازی، مقرون به صرفه تر هستند
• آنها همچنین مستحکم تر هستند و بنابراین به طور کلی طول عمر بیشتری دارند
• نیاز به نگهداری کمی دارند
• ساخت آنها ساده است

موتور DC

موتور DC مکانیزمی است که توان الکتریکی DC را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند. عملکرد آن بر این ایده اساسی استوار است که وقتی هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، نیرویی به آن وارد می شود و گشتاور ایجاد می شود. موتورهای DC همچنین در تنظیمات صنعتی بسیار رایج هستند زیرا بسته به فرمت (به موضوع موتور بدون جاروبک مراجعه کنید)، مزایای قابل توجهی را ارائه می دهند:

???? دقیق و سریع هستند

???? سرعت آنها را می توان با تغییر ولتاژ تغذیه تنظیم کرد

???? نصب آنها حتی در سیستم های موبایل (با باتری) ساده است

???? گشتاور استارت عالی است

???? شروع می کنند، متوقف می شوند، شتاب می گیرند و به سرعت معکوس می شوند

مزایای موتورهای AC در مقابل DC

هر نوع موتور مجموعه ای از مزایای خاص خود را دارد که آن را برای انواع کاربردهای تجاری و صنعتی ایده آل می کند. برای مثال، موتورهای AC همه کاره و ساده برای استفاده هستند. برخی از مزایای اضافی آنها به شرح زیر است:

• نیازهای برق اولیه کم که از اجزای انتهایی دریافت کننده محافظت می کند
• سطوح فعلی و شتاب شروع قابل کنترل
• افزودنی های VFD یا VSD که می توانند سرعت و گشتاور را در مراحل مختلف استفاده تنظیم کنند
• دوام و طول عمر بیشتر
• قابلیت راه اندازی چند فازی

موتورهای DC دارای مزایای خاص خود هستند، از جمله:

• نصب و نگهداری آسان تر است.

• قدرت شروع و گشتاور بالا

• زمان واکنش سریع راه اندازی، توقف، و شتاب

• در انواع ولتاژهای استاندارد موجود است

موتور AC یا DC کدام قدرتمندتر است؟

موتورهای AC معمولاً قدرتمندتر از موتورهای DC هستند (مطالعه در مورد تفاوت موتورهای DC با AC) زیرا می توانند گشتاور بیشتری را با جریان بالاتر ایجاد کنند. از طرف دیگر موتورهای DC کارایی بیشتری دارند و از انرژی ورودی خود بیشتر استفاده می کنند. موتورهای AC و DC در اندازه ها و قدرت های مختلف برای برآوردن نیازهای برق هر کسب و کاری موجود هستند.

موتورهای DC بدون جاروبک در مقابل برس‌دار:

موتورهای براش و موتورهای براشلس دو نوع رایج از موتورهای DC (یا موتورهای BLDC) هستند. موتورهای DC براش، همانطور که از نامشان پیداست، دارای برس هایی هستند که برای جابجایی موتور و چرخش آن استفاده می شود. کنترل الکترونیکی جایگزین تابع کموتاسیون مکانیکی در موتورهای براشلس می شود. یک موتور DC بدون جاروبک یا بدون جاروبک ممکن است در کاربردهای متعددی مورد استفاده قرار گیرد. آنها از نظر جاذبه و دافعه بر اساس همان اصول سیم پیچ و آهنرباهای دائمی کار می کنند. هر دو مزایا و معایبی دارند که ممکن است باعث شود بسته به نیاز برنامه شما یکی را بر دیگری ترجیح دهید.

موتور الکتریکی براش دار

برس کربن می تواند یکی از موارد زیر باشد: از یک یا چند اتم کربن تشکیل شده است. یک یا چند شنت و پایانه گنجانده شده است.

???? براش ها از پنج خانواده مختلف برس ساخته شده اند. هر کدام برای نیاز خاصی طراحی شده اند و روش ساخت خود را دارند.

هر متخصص در کنترل حرکت باید بتواند بین موتورهای DC برس دار و بدون جاروبک تمایز قائل شود. پیش از این، موتورهای برس خورده نسبتاً رایج بودند. اگرچه موتورهای DC بدون جاروبک به طور کامل جایگزین آنها شده است، موتور DC صحیح در هر نوع ممکن است پروژه را به طور قابل توجهی کارآمدتر کند.

موتور های الکتریکی الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند. قانون کلی این است که زمانی که یک ماده حامل جریان برق تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد از سوی میدان مغناطیسی نیرویی بر آن ماده وارد می شود. در این مقاله تفاوت بین موتور الکتریکی AC و DC را بررسی می‌کنیم.

در موتور های استوانه ای معمولی روتور به صورت دورانی می چرخد زیرا از فاصله معینی از روتور به آن نیروی پیچشی وارد می شود. هر دو نوع موتور الکتریکی AC و DC از سه بخش اصلی تشکیل شده اند. روتور که وظیفه آن تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است. استاتور که قسمت ثابت موتور است و وظیفه آن ایجاد میدان تحریک است.

تغذیه که وظیفه آن تأمین انرژی مورد نیاز برای تولید میدان های الکترومغناطیسی است. در این مقاله می خواهیم به بررسی موتورهای الکتریکی و تفاوت های آن ها با یکدیگر بپردازیم.

 موتور الکتریکی AC

استاتور الکتروموتور کایجلی AC دارای سیم پیچ هایی است که با جریان متناوب تغذیه می شوند و با استفاده از این جریان یک میدان مغناطیسی دوار تولید می کنند. روتور موتور الکتریکی AC درون سیم پیچ این موتور می چرخد و به شافت خروجی متصل می گردد و با چرخش مغناطیسی گشتاور تولید می کند.

به طور کلی دو نوع موتور الکتریکی AC وجود دارد که در هر کدام از آن ها از روتور متفاوتی استفاده شده است. نوع اول این موتور ها موتور حرکتی القایی نامیده می شوند که به موتور آسنکرون نیز معروف هستند.

یک موتور حرکتی القایی از میدان مغناطیسی که توسط جریان القایی در داخل روتور ایجاد می شود استفاده می کند. مزیتی که موتورهای AC بر موتورهای DC دارند این است که هزینه تعمیر و نگهداری آن ها بسیار کمتر است و برای راه اندازی و فعالیت به یک منبع DC احتیاج ندارند.

نوع دیگری از موتور الکتریکی AC که به آن موتور همزمان نیز گفته می شود. سرعت موتور همزمان همان سرعت چرخش میدان مغناطیسی است که توسط استاتور ایجاد شده است و در حال چرخش است. سرعت همگام همیشه کسری صحیح از فرکانس منبع انرژی است. سه نوع موتور همزمان وجود دارد که عبارتند از : موتورهای اکراه، موتور هیسترزیس و موتور آهنربای دائمی.

دوره آموزش سیم پیچی موتور های الکتریکی با 30 درصد تخفیف در آموزشگاه فنی پایتخت

موتور الکتریکی DC

موتور DC موتوری است که انرژی الکتریکی را به کمک یک آهنربا به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. چون این موتور از جریان برق مستقیم (Direct current) استفاده می کند به آن موتور DC می گویند. این احتمال وجود دارد که با گذشت زمان کموتاتور موتورهای DC فرسوده شود، به همین دلیل این موتورها به مراقبت و نگهداری بیشتری احتیاج دارند.

برای این که بفهمید عملکرد یک موتور DC چگونه است باید یک مدار الکتریکی ساده را در نظر بگیرید که انرژی مورد نیاز آن توسط یک باتری تأمین می شود. زمانی که جریان الکتریکی وارد مدار می شود در اطراف خود یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که باعث می شود آرمیچر به طور پیوسته به چرخش در بیاید. یک موتور DC از روتور یا سیم پیچ، میله های گرافیتی، کموتاتور و استاتور که یک آهنربای ثابت و نعل شکل است تشکیل شده است.

امروزه بیشتر موتورهای الکتریکی را از نوع DC می سازند تا توسط درایو های الکترونیکی صنعتی کنترل شوند. موتورهای برقی DC در بسیاری از برنامه های کاربردی در سرتا سر دنیا به کار برده می شوند مانند دستگاه های تولید کاغذ و ماشین آلات نورد آسیاب فولادی. به علت این که در موتورهای DC بین کموتاتورها جرقه ایجاد می شود در محیط های قابل اشتعال از این موتورها استفاده نمی شود.

فرق موتور الکتریکی AC با DC چیست؟

موتور های AC همان گونه که از نامشان پیدا است به جریان متناوب (Alternative current) برای تولید میدان الکترومغناطیسی احتیاج دارند در حالی که موتور های DC از جریان مستقیم برای این منظور استفاده می کنند.
تفاوت دیگر این است که فرکانس تغذیه موتور DC صفر است در حالی که موتور AC با فرکانس 50 هرتز تغذیه می شود.
موتور های DC معمولاً در جایی استفاده می شوند که سرعت موتور نیاز به کنترل بیرونی دارد. این در حالی است که موتورهای AC در برنامه هایی که عملکرد انرژی را در مدت زمانی طولانی جستجو و بررسی می کنند مورد استفاده قرار می گیرند.
نکته دیگر در هنگام خرید موتور الکتریکی این است که همه موتورهای الکتریکی DC تک فاز هستند اما موتورهای AC می توانند تک فاز یا سه فاز باشند.
هر دو موتور AC و DC از اصل استفاده از سیم پیچ آرماتور و میدان مغناطیسی استفاده می کنند با این تفاوت که در موتور های DC آرماتور می چرخد ولی میدان مغناطیسی نمی چرخد. این نکته در موتورهای AC برعکس است یعنی آرماتور نمی چرخد اما میدان مغناطیسی دائماً در چرخش است.

در مواقعی که درباره تعمیر و نگهداری از موتور الکتریکی نگرانی وجود دارد از موتورهای AC استفاده می شود زیرا همان طور که قبلاً گفته شد موتورهای DC به مراقبت و تعمیر بیشتری احتیاج دارند.
در کارهایی که به سرعت ثابت با راه اندازی بار های سنگین احتیاج داریم موتورهای AC بهتر از موتورهای DC هستند.

موتورهای AC دارای یک کنترل کننده هستند و استفاده و نگهداری از آن ها ارزان تر و مقرون به صرفه تر است در حالی که موتور های DC از اجزای متحرک زیادی تشکیل شده اند که جایگزین کردن آن ها هزینه زیادی دارد.
میدان های چرخشی موتورهای AC و DC با همدیگر تفاوت دارد. در موتور های AC میدان مغناطیسی به دلیل چرخیدن جریان های متناوب و متقارنی که پشت سر هم قرار دارند دائماً می چرخد. این چرخش میدان مغناطیسی به علت سرعت تغییر AC است. این در حالی است که در موتورهای DC چرخش میدان مغناطیسی با تغییر کردن ولتاژ ثابت و مکان واقعی کویل متصل شده امکان پذیر است.
روش کنترل سرعت موتورهای DC و AC نیز متفاوت است. سرعت موتورهای AC می تواند تا زمانی که سرعت جریان متناوب تغییر می کند تغییر کند اما در موتور های DC سرعت فقط زمانی تغییر می کند که سرعت روتور تغییر کند. در این موتورها سرعت روتور متناسب با ولتاژ است، پس با تغییر ولتاژ می توان سرعت موتور را تغییر داد.

نحوه تولید گشتاور در موتور های AC و DC متفاوت است. در موتورهای القایی AC میدان چرخشی استاتور و میدان مغناطیسی چرخشی روتور برای تولید گشتاور با همدیگر تعامل دارند و سرعت های روتور و میدان مغناطیسی با یکدیگر همگام است. در موتور های DC هم میدان مغناطیسی روتور و میدان مغناطیسی استاتور برای تولید گشتاور با همدیگر تعامل دارند اما در حین چرخش میدان مغناطیسی آرماتور ثابت است.
با توجه به تفاوت هایی که درباره آن ها توضیح داده شد می توان نتیجه گرفت که محرک های موتور های AC و DC، همچنین عملکرد و کاربرد های آنان با همدیگر کاملاً متفاوت است.

مزایا و معایب موتور های آسنکرون یا AC

مزایا

• این موتورها ارزان قیمت هستند.
• موتورهای آسنکرون استهلاک پایینی دارند و هزینه تعمیر و نگهداری از آن ها کمتر است.
• راه اندازی و کنترل موتور های AC آسان تر است.
• اگر این موتورها را با استفاده از اینورتر کنترل کنند هزینه کمی به دنبال خواهد داشت.
• مهمترین مزیت موتور های AC یا القایی این است که

معایب

• دقت کنترل سرعت این موتورها پایین است.
• گشتاوری که تولید می کنند یکنواخت نیست.
• به علت این که سرعت روتور موتورهای AC با میدان دوار برابر نیست نمی توانند موقعیت را کنترل کنند.
• تلفات این موتورها زیاد و راندمان آن ها پایین است.
• مزایا و معایب موتور الکتریکی DC

مزایا موتورهای DC

• موتورهای DC در کنترل سرعت دقت قابل قبولی دارند.

• طراحی موتورهای DC ساده و قابل فهم است.
• امکان کنترل سرعت آن ها ساده است و با تغییر ولتاژ انجام می شود.
• امکان کنترل گشتاور آن ها ساده است و با تغییر جریان انجام می شود.
• گشتاور وسیع و یکنواختی تولید می کنند.
• کنترل و راه اندازی این موتورها آسان است.
• موتورهای DC در سرعت های پایین گشتاور مناسبی ایجاد می کنند.
• برای این موتورها امکان کنترل مستقل دور از گشتاور وجود دارد.

معایب

• به علت این که موتورهای DC دارای کموتاتور و جاروبک هستند استهلاک بالایی دارند و هزینه های ناشی از نگهداری و تعمیرشان زیاد است.
• موتورهای DC که قدرت بالایی دارند دارای ابعاد بسیار بزرگی هستند.
• این موتور ها نسبت به موتورهای AC قیمت بالایی دارند.
• این موتورها برای راه اندازی به جریان برق مستقیم احتیاج دارند.
• پاسخ سرعت موتورهای DC چندان قابل قبول نیست.
• راندمان این موتورها نسبتاً پایین است.

منبع