انواع الکتروموتور

الکتروموتورها بر اساس ساختار، کاربرد، توان، ولتاژ و… به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که در این بخش، به معرفی انواع مختلف الکتروموتور می‌پردازیم. انواع مختلف الکتروموتور عبارت است از:

الکتروموتورهای جریان مستقیم یا DC
الکتروموتورهای جریان متناوب یا AC
الکتروموتورهای خاص

کوپلینگ  HRC چیست؟

الکتروموتورهای جریان مستقیم یا DC

در میان سه طبقه بندی اصلی موتورها که در بالا ذکر شد، موتور DC همانطور که از نام آن پیداست، دینامی است که توسط جریان مستقیم کار می‌کند. این ابتدایی‌ترین نسخه موتور الکتریکی است که در آن گشتاور چرخشی به دلیل عبور جریان از سیم‌پیچ رسانا در یک میدان مغناطیسی تولید می‌شود.
لازم به ذکر است که دینام‌های DC، فقط به صورت تک‌فاز هستند.

کوپلینگ هالوپین چیست؟

مزایای موتورهای DC

یکی از مزایای استفاده از موتورهای DC نسبت به موتورهای دیگر، توانایی کنترل دقیق سرعت آن‌ها است که برای ماشین آلات صنعتی مورد اهمیت است. موتورهای DC می‌توانند فورا راه اندازی، متوقف و معکوس شوند که عاملی بسیار مهم برای کنترل عملکرد تجهیزات تولید است. به همین دلیل در صنعت، موتورهای DC به اندازه موتورهای القایی سه فاز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. از مزایای اصلی این موتورها نسبت به الکتروموتورهای AC، می‌توان به نصب آسان و نگهداری راحت تر آن نیز اشاره کرد.

کوپلینگ روتکس چیست؟

اجزای الکتروموتور DC

برای درک بهتر عملکرد الکتروموتور DC بهتر است با اجزای آن آشنا شوید، برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد موتورهای DC می‌توانید به دسته محصول الکتروموتور DC مراجعه کنید.
الکتروموتور DC از اجزای مختلفی ساخته شده‌است که در اینجا به چهار قسمت اصلی آن اشاره می‌کنیم.

استاتور: بخش ثابت موتورهای DC است که آهنربای دائم روی آن قرار می‌گیرد، این قسمت میدان مغناطیسی دائم جهت چرخش قسمت متحرک یا همان روتور را فراهم می‌کند.
روتور یا آرمیچر: قسمت متحرک موتورهای DC را روتور یا آرمیچر می‌نامند. این قسمت شامل سیم‌پیچ‌های است که باعث ایجاد میدان مغناطیسی متغیر می‌شوند.
کموتاتور: قسمتی از موتور DC است که به طور دائم جهت جریان میان روتور و مدار خارجی را عوض می‌کند.
جاروبک‌ها: جاروبک همراه کموتاتور باعث انتقال جریان به طور دائم میان روتور و مدار خارجی می‌شود.

الکتروموتورهای جریان متناوب یا AC

الکتروموتورهای جریان متناوب یا AC استفاده‌های گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. این نوع الکتروموتورها با استفاده از جریان متناوب برای تولید گشتاور و سرعت استفاده می‌شوند. آنها به دلیل سادگی ساختار، قدرت بالا، هزینه کمتر و عملکرد قابل اطمینان، در بسیاری از صنایع مانند خودروسازی، معدن، نفت و گاز، صنایع غذایی و غیره استفاده می‌شوند. الکتروموتورهای AC انواع مختلفی دارند که شامل الکتروموتورهای القایی (Induction Motors) و الکتروموتورهای سنکرون (Synchronous Motors) می‌شوند. هر کدام از این انواع الکتروموتورها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.

انواع الکتروموتور AC

الکتروموتور AC به دو دسته‌ی زیر تقسیم می‌شوند:

الکتروموتورهای آسنکرون یا القایی
الکتروموتورهای سنکرون
موتورهای القایی و سنکرون از نظر تولید میدان مغناطیسی روتور تفاوت دارند. اما در موارد دیگر مانند لغزش، تعداد منبع تغذیه، هزینه، راندمان، ضریب قدرت، سرعت، نحوه راه اندازی و کاربرد نیز تفاوت دارند. در صنعت با توجه به عملکرد مناسب و مزایای الکتروموتورهای القایی نسبت به سنکرون، موتورهای القایی کاربرد بیشتری دارند.

الکتروموتورهای آسنکرون یا القایی

موتورهای آسنکرون، موتورهایی هستند که با استفاده از جریان متناوب کار می‌کنند. این موتورها با ایجاد یک میدان مغناطیسی چرخشی در قسمت ثابت موتور (استاتور)، باعث چرخش قسمت متحرک موتور (روتور) می‌شوند. سرعت چرخش روتور این موتورها همیشه کمتر از سرعت چرخش میدان مغناطیسی استاتور است. این اختلاف سرعت را لغزش می‌گویند و به عوامل مختلفی مانند بار موتور، فرکانس برق، و تعداد قطب‌های موتور بستگی دارد.
موتورهای آسنکرون مزایای زیادی دارند، از جمله:

قیمت پایین
طول عمر بالا
کارکرد بی‌صدا
تعمیر و نگهداری آسان
به همین دلیل، این موتورها در کاربردهای مختلفی مانند لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی، و وسایل نقلیه استفاده می‌شوند.

الکتروموتور سنکرون

موتور سنکرون یک موتور AC در حالت پایدار است که چرخش شفت آن با فرکانس جریان ورودی به آن برابر است. موتور سنکرون یک نوع موتور AC است و تعداد کل چرخش های انجام شده توسط شفت این نوع الکتروموتور برابر با عدد صحیح فرکانس جریان اعمال شده است. موتور سنکرون برای کار کردن به جریان القایی متکی نیست. در این موتورها، برخلاف موتور القایی ، آهنرباهای الکتریکی چند فاز روی استاتور وجود دارد که یک میدان مغناطیسی چرخشی تولید می‌کند. در اینجا روتور یک آهن ربا دائمی است که با میدان مغناطیسی چرخان همگام می‌شود و همزمان با فرکانس جریان اعمال شده بر آن می چرخد.

عملکرد الکتروموتور سنکرون

الکتروموتور سنکرون با ایجاد جریان میدان مغناطیسی هماهنگ با جریان گذرا، باعث تولید گشتاور و چرخش روتور با سرعت ثابت و دقیق می‌شود. این ویژگی‌ها باعث استفاده الکتروموتور سنکرون در کاربردهایی که نیاز به سرعت ثابت و هماهنگی با فرکانس شبکه دارند، می‌شود. نحوه کارکرد موتورهای سنکرون بر اثر متقابل میدان مغناطیسی استاتور با میدان مغناطیسی روتور وابسته است. استاتور شامل تعدادی سیم پیچ که دارای برق سه‌فاز است. بنابراین ، سیم پیچ استاتور یک میدان مغناطیسی چرخشی بر اساس برق ۳ فاز تولید می‌کنند. منبع تغذیه DC به روتور داده می‌شود. روتور وارد میدان مغناطیسی چرخشی تولید شده توسط سیم‌پیچ‌های استاتور می‌شود و به صورت همزمان می چرخد. سرعت چرخش موتور سنکرون به فرکانس جریان ورودی به الکتروموتور بستگی دارد. سرعت موتور سنکرون توسط فرکانس جریان اعمال شده کنترل می شود.

اگر نیروی گرفته شده از موتور بیشتر از حداکثر نیرو تولید توسط الکتروموتور سنکرون باشد، موتور از حالت همزمان خارج می‌شود. سیم‌پیچ ۳ فاز استاتور این امکان را فراهم می‌کنند که جهت چرخش الکتروموتور مشخص شود. در حالی که در سیم‌پیچ تک‌فاز، نمی‌توان جهت چرخش را بدست آورد و موتور می‌تواند در هر جهتی شروع به چرخش کند. برای کنترل جهت چرخش در این موتورهای سنکرون، تنظیمات اولیه نیاز است.

کاربرد الکتروموتور سنکرون

موتورهای سنکرون برای ایجاد سرعت مشخص و ثابت استفاده می‌شوند و می‌توان از آنها در کاربردهایی که چرخش با سرعت ثابت مورد نیاز باشد استفاده کرد. این موتورهای خود آغازگر نیستند و در صورت نیاز به موتور خود آغازگر نباید موتورهای سنکرون را انتخاب کرد. بازده در این موتورها نسبت به بیشتر موتورهای AC و DC بالاتر و بیشتر از ۹۰٪ است. موتورهای سنکرون برای شرایطی که نیاز به موتورهای سرعت پایین و توان بالا مناسب است و بهترین گزینه تولید نیرو برای دستگاه‌های سنگ شکن‌ها و انواع آسیاب ها است. سرعت این موتورها بدون توجه به بار ثابت باقی می‌ماند و سرعت آنها فقط از طریق VFD قابل تغییر است زیرا جریان ورودی مستقیماً با سرعت خروجی ارتباط دارد.

کارایی این موتورها به اصلاح ناکارآمدی موتورهای القایی کمک می‌کند و وسیله‌ای برای تصحیح تلفات توزیع فراهم می‌کند. این موتورها هم از نظر توانایی تصحیح قدرت و هم از نظر صحت بسیار ارزشمند هستند و گرچه گرانتر و پیچیده‌تر از موتور القایی هستند، اما موتورهای سنکرون یکی دیگر از ماشین های قابل استفاده طراحان است. الکتروموتورها یکی از تجهیزات بسیار پر‌ کاربرد در صنایع مختلف هستند. این تجهیزات صنعتی انرژی الکتریسیته به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند و متناسب با جریان برق ورودی، می‌توانند به صورت تک فاز یا سه‌فاز به مدار متصل شوند. در این مقاله تلاش می‌شود تا جزییات بیشتری در مورد انواع الکتروموتور سه فاز یا موتورهای القایی ارائه گردد. به غیر از چهار نوع اصلی الکتروموتور که در بالا ذکر شد، چندین نوع موتور الکتریکی خاص وجود دارد. این ها عبارتند از:

موتورهای القایی خطی (LIM)
موتور پسماندی
موتور پله ای
موتور سروو
هر کدام از این موتورها دارای ویژگی های خاصی هستند که با توجه به نیاز صنعت و یا برای استفاده در یک تجهیز خاص توسعه یافته‌اند. به عنوان مثال، موتور پسماندی به دلیل ماهیت کوچک و فشرده در ساعت‌های مچی استفاده می‌شود. موتور پسماندی به عنوان یک موتور سنکرون تعریف می‌شود که دارای روتور استوانه ای است و بر روی تلفات هیسترزیس ناشی از روتور فولاد سخت با قابلیت نگهداری بالا کار می‌کند. این موتور تک‌فاز است و روتور آن از مواد فرومغناطیسی با پشتیبانی غیر مغناطیسی روی شفت ساخته شده است. یک موتور پسماندی از پنج جزء اصلی ساخته شده است:

استاتور
سیم پیچ استاتور تک فاز
روتور
شفت
سیم پیچ سایه

اجزای الکتروموتور

ساختمان موتورهای الکتریکی از دو قسمت ثابت و دوار که به ترتیب به نام های استاتور و روتور معروف هستند، تشکیل است. وظیفه استاتور ایجاد یک میدان مغناطیسی اطراف روتور است. ساختار استاتور از یک سری ورقه های فلزی تشکیل شده است که یک استوانه توخالی فلزی را تشکیل می‌دهد.

روتور نیز همانند استاتور از دو قسمت هسته و سیم پیچ تشکیل شده‌است که سیم‌پیچ های اطراف روتور می‌تواند از جنس مس یا آلومینیوم باشد. جنس هسته رتور معمولا رابطه مستقیمی با قدرت موتور دارد به صورتی که برای موتورهای با قدرت بالا معمولا از قفس مسی و در موتورهای با قدرت کم از قفس آلومینیومی استفاده می‌شود. در ساخت سیم‌پیچ روتور مسی از روش دایکست استفاده می‌شود، در حالی که در سیم پیچ های آلومینیومی از روش ریخته گری استفاده می‌شود. روتور موتورهای القایی به دو دسته سیم‌پیچی شده و قفس سنجابی تقسیم می‌شود. برای موتورهای بزرگ معمولا از روتور قفس سنجابی با شمش مسی و برای موتورهای کوچک از شمش آلومینیوم استفاده می‌شود.

استاتور: یک قطعه ثابت در محیط الکتروموتور و زیر پوسته است و معمولاً از تعدادی آهن ربا تشکیل شده است. ممکن است یک آهن ربا دائمی یا ممکن است یک آهنربا الکتریکی باشد. آهنرباهای الکترومغناطیسی دارای سیم‌پیچ هستند که معمولاً از سیم‌مسی یا آلومینیومی ساخته شده‌است.
روتور: روتور یا همان آرمیچر قطعه حامل جریان است که در مرکز موتور الکتریکی قرار دارد و زمانی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد و سیم‌پیچ برای ایجاد گشتاور مکانیکی در تعامل است و چرخش شفت را ایجاد می‌کند.
بدنه یا قاب: پوششی است که تمام اجزای موتور را در بر می‌گیرد و نقش حفاظتی دارد.
شفت: قطعه ای فلزی که در امتداد روتور از الکتروموتور بیرون است و مصرف کننده به آن متصل می‌شود.
کموتاتور: این قطعه نیز در امتداد استاتور و نزدیک به پروانه خنک کننده است، این قطعه جهت جریان را تغییر می دهد و یکی از قطعات متحرک در موتورهای الکتریکی به شمار می‌رود.
جاروبک: قطعه‌ای است که با کموتاتور در تماس است و برای تکمیل سوئیچ و تغییر جریان استفاده می‌شود.
بلبرینگ‌ها: یاتاقان‌های یک موتور الکتریکی در نزدیکی نقطه‌ای قرار دارند که امتداد روتور از قاب و بدنه خارج می‌شود و بر روی براکت‌ها قرار می‌گیرد. بلبرینگ اجازه می‌دهد تا شفت با حداقل اصطکاک بچرخد و حرکت ناخواسته را از بین می‌برد.
براکت: براکت در قسمت انتها و ابتدای پوسته متصل شده‌است، شفت الکتروموتور بر روی براکت‌ها سوار است و وسیله‌ای برای ایمن سازی دستگاه و محل عبور شفت است.

الکتروموتور

تقسیم بندی الکتروموتورها از نظر تعداد فاز

خوب است بدانید که الکتروموتورها از نظر تعداد فاز به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

الکتروموتورهای تک فاز
الکتروموتورهای سه فاز
تفاوت‌های الکتروموتورهای تک فاز و سه فاز

الکتروموتورهای تک فاز و سه فاز از نظر ساختار داخلی و عملکردی دارای تفاوت‌هایی هستند.

تفاوت‌های ساختاری

الکتروموتورهای تک فاز معمولاً از یک سیم‌پیچ استاتور و یک سیم‌پیچ روتور تشکیل شده‌اند.
الکتروموتورهای سه فاز معمولاً از سه سیم‌پیچ استاتور و یک سیم‌پیچ روتور تشکیل شده‌اند.

تفاوت‌های عملکردی

الکتروموتورهای تک فاز برای ایجاد گشتاور به یک راه‌انداز نیاز دارند.
الکتروموتورهای سه فاز بدون نیاز به راه‌انداز می‌توانند شروع به کار کنند.

کاربردها

الکتروموتورهای تک فاز در کاربردهای مختلفی مانند لوازم خانگی، تجهیزات کوچک صنعتی، و وسایل نقلیه کوچک استفاده می‌شوند.
الکتروموتورهای سه فاز در کاربردهای مختلفی مانند تجهیزات صنعتی، وسایل نقلیه، و تولید برق استفاده می‌شوند.

کاربردهای الکتروموتور

امروزه الکتروموتور به همراه گیربکس صنعتی و پمپ کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف مانند ساختمان و کشاورزی دارند. به عنوان مثال در صنایعی مثل پتروشیمی و سیمان، کارخانه‌های مختلف مواد غذایی، صنایع پوشاک، ساختمان، ابزارهای قدرتی و سرعتی و چندین کاربرد مختلف دیگر مورد استفاده هستند. از دیگر کاربردهای آن می‌توان در دمنده‌ها، فن‌ها، ماشین آلات صنعتی، پمپ‌ها، توربین‌ها، ابزارهای برقی (دریل، اره برقی و …) دینام، کمپرسورها، کشتی‌ها، محرک‌ها و به طور کلی هر کجا حرکت مکانیکی نیاز است اشاره کرد. موتور الکتریکی یک وسیله ضروری در کاربردهای مختلف مانند تجهیزات تهویه و خنک کننده با تهویه مطبوع HVAC ، لوازم خانگی و وسایل نقلیه موتوری است.

نحوه کار موتورهای القایی

در هنگام عبور جریان سه‌فاز از استاتور یک میدان مغناطیسی دوار داخل استاتور ایجاد می‌شود. جهت میدان به وجود آمده در سیم‌پیچ با توجه به قانون دست راست به دست می‌آید. چرخش دو قطب یک آهنربا با سرعت زاویه‌ای مشخص موجب القا جریان و ولتاژ مورد نظر در روتور می‌شود. در داخل روتور ورقه‌های مغناطیسی وجود دارد که به انتقال بهتر میدان مغناطیسی کمک می‌کنند. پس از القای مغناطیسی روتور در جهت میدان اصلی شروع به گردش کرده و متناسب با سرعت چرخش، گشتاور ایجاد می‌کند. پس از تولید گشتاور توسط روتور، سرعت چرخش این تجهیز بالا رفته تا به نزدیکی سرعت چرخش میدان مغناطیسی (سرعت سنکرون) برسد. موتورهای القایی سه فاز براساس اصول میدان گردان کار می‌کنند. خطوط شار الکتریکی در فواصل هوایی به شکل شعاعی هستند. اندازه میدان مغناطیسی در فاصله هوایی یکسان ثابت است.

تئوری میدان گردان

سیم پیچ های هر فاز در موتورهای القایی سه فاز دارای اختلاف فاز ۱۲۰ درجه ای هستند که دلیل آن استفاده از جریان برق سه فاز در این موتور ها می باشد. اختلاف فاز موجود در سیم پیچ ها موجب چرخش موتور در جهت میدان مغناطیسی سیم پیچ می شود که این موضوع نیاز به راه انداز را در این موتورها از بین می برد. برای تغییر جهت چرخش موتور کافیست فازهای موجود در دو سیم پیچ را تغییر دهیم.

پارامترهای موثر بر موتور القایی

آزمایشات بی باری، روتور قفل شده و مقاومتی از جمله روش های محاسبه پارامترهای موثر بر موتورهای القایی سه فاز هستند. از جمله عوامل موثر بر سرعت موتورهای القایی، فرکانس برق شبکه می باشد. با توجه به رابطه عکس فرکانس با زمان می توان نتیجه گرفت که با افزایش فرکانس، سرعت دورانی نیز افزایش می یابد. یکی دیگر از پارامترهای موثر در سرعت چرخش موتور القایی تعداد قطب های استاتور است. طبق مطالعات انجام شده افزایش تعداد قطب های استاتور موجب کاهش سرعت چرخش موتور القایی می شود.

توان و گشتاور در موتور القایی

در موتورهای القایی دو نوع توان تعریف می‌شود که عبارتند از:

۱) توان فاصله هوایی: میزان توانی که از استاتور عبور کرده و به فاصله هوایی می رسد.

۲) توان مکانیکی: حاصل تفریق توان فاصله هوایی از تلفات اهمی روتور را توان مکانیکی می‌نامند.

ω_r : سرعت چرخش موتور، S: لغزش موتور. گشتاور یکی از مهمترین پارامترهای موتورهای القایی می باشد. از جمله عواملی که بر روی گشتاور این موتورها اثر گذار است اندازه میدان های استاتور و روتور و اختلاف فاز بین این دو می باشد. موتورهای القایی سه فاز دارای دو مدل گشتاور هستند. این دو مدل عبارتند از گشتاور نامی(T_m) و گشتاور راه اندازی (T_s). گشتاور نامی به به حداکثر گشتاوری که موتور می تواند به آن میل کند، گفته می شود. گشتاور راه اندازی به میزان گشتاوری که موتور در هنگام شروع کار نیاز دارد، گفته می شود. در منحنی گشتاور-سرعت اگر شیب منحنی مثبت باشد، سیستم ناپایدار است و بالعکس اگر شیب منحنی منفی باشد سیستم پایدار است.

نکات مهم هنگام خرید الکتروموتور

برای خرید الکتروموتور، ابتدا باید نیاز خود را برای استفاده از آن مشخص کنید. برای مثال، اگر قصد دارید الکتروموتور را برای کارهای خانگی یا کوچک داشته باشید، ممکن است بتوانید از موتورهای کوچکتر و با توان کمتر استفاده کنید. اما اگر قصد دارید از آن برای کارهای صنعتی و سنگین استفاده کنید، به توان و قدرت بیشتری نیاز دارید. برای خرید بهترین الکتروموتور، بهتر است قبل از خرید، اطلاعات لازم را درباره آن جمع‌آوری کنید و با توجه به نیاز خود، از فروشندگان اطلاعات بیشتری درباره مدل‌ها، برندها، توان‌ها و امکانات مختلف موتورها دریافت کنید.