تاریخچه الکتروموتور
در قرن نوزدهم مایکل فارادی و جوزف هنری با تحقیقات خود در زمینه الکترومغناطیس راه را برای توسعه انواع الکتروموتور باز کردند و سپس توماس داونپورت اولین الکتروموتور واقعی را توسعه داد . از آن زمان تا به امروز، الکتروموتورها به سرعت تکامل یافته و در ابعاد و توان‌های مختلف تولید شده‌اند.
الکتروموتور دستگاهی است که بر اساس اصول الکترومغناطیس عمل می‌کند؛ این دستگاه با ایجاد میدان مغناطیسی ، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل خواهد کرد . هر الکتروموتور از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هرکدام نقش مهمی را ایفا میکنند و عبارتند از :
اجزای الکتروموتور
استاتور
استاتور جزء ثابتی است که در موتورهای الکتریکی و ژنراتورها یافت می شود. این شامل یک هسته چند لایه و سیم پیچ هایی از سیم عایق است که به عنوان سیم پیچ شناخته می شود. هنگامی که جریان متناوب به استاتور اعمال می شود، یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند.
روتور
روتور به بخش دوار یک ماشین الکتریکی مانند موتور الکتریکی یا ژنراتور اشاره دارد. این مولفه‌ای است که در داخل الکتروموتور می‌چرخد . روتور می‌تواند ثابت باشد یا شامل اهن ربای دائمی باشد.
گشتاور موتور : گشتاور موتور توسط ولتاژ و طول سیم در یک آهنربای الکتریکی در استاتور تعیین می شود، هر چه سیم طولانی تر باشد (که به معنای تعداد سیم پیچ های بیشتر در استاتور) میدان مغناطیسی قوی تر است. این به معنای قدرت بیشتر برای چرخاندن روتور است.
سیم پیچی یا “کویل”
سیم های مسی دور یک هسته پیچیده می شوند تا برای ایجاد یا دریافت انرژی الکترومغناطیسی استفاده شوند.
کابل‌ها و سیم‌پیچ‌ها
کابل‌ها و سیم‌پیچ‌ها وظیفه انتقال جریان الکتریکی به استاتور و تولید میدان مغناطیسی لازم برای چرخش روتور را بر عهده دارند. این اجزا از جنس مس یا آلومینیوم هستند و برای افزایش کارایی الکتروموتور، باید به دقت طراحی و نصب شوند.
انواع الکتروموتور
تقسیم بندی می شود که هرکدام نیز انواع مختلفی دارند. الکتروموتورها به دو دسته DC و AC تقسیم می شوند.
الکتروموتورهای AC
موتور جریان متناوب یک موتور الکتریکی است که از یک استاتور با یک سیم پیچ تشکیل شده است که با جریان متناوب برای تبدیل جریان الکتریکی به نیروی مکانیکی عرضه می شود. مهم ترین انواع آن به شرح ذیل می باشد :
موتورهای سنکرون
یک موتور سنکرون با چرخش شفت با همان فرکانس منبع جریان کار می کند و دوره چرخش مربوط به یک عدد صحیح از سیکل ها است. سرعت سنکرون ثابت است و این سرعتی است که موتور در آن نیروی الکتروموتور تولید می کند.
سرعت موتور سنکرون تحت تأثیر تغییرات بار قرار نمی گیرد، به این معنی که تغییرات بار روی سرعت موتور تأثیر نمی گذارد. برخلاف موتورهای خود راه انداز، موتورهای سنکرون خود راه انداز نیستند. آنها قبل از اینکه بتوانند به درستی عمل کنند به یک روش خارجی برای رسیدن به سرعت همزمان نیاز دارند.
موتور آسنکرون
یک موتور آسنکرون از طریق جریان القایی در روتور خود حرکت چرخشی ایجاد می کند. این متداول ترین نوع موتور است که برای کارکرد آن به جریانی که به استاتور می رسد متکی است. تمام توان مورد نیاز برای موتور به استاتور عرضه می شود. روتور نیروی خود را از طریق القاء دریافت می کند . موتور آسنکرون به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می شود :
موتورهای تک فاز
موتورهای تک فاز برای استفاده با منبع تغذیه تک فاز طراحی شده اند. این موتورها معمولاً کوچکتر و مقرون به صرفه تر هستند و ظرفیت کیلووات کمی دارند. آنها با یک منبع برق تک فاز کار می کنند که دارای یک سیم پیچ اصلی و یک سیم پیچ کمکی است که عمود بر سیم پیچ اصلی قرار دارد.
روتور در یک موتور تک فاز بر اساس تئوری میدان دوار دوگانه عمل می کند که شامل دو میدان مغناطیسی دوار متضاد است. گشتاورتولید شده متعادل است و خود را خنثی می کند و عملکرد کارآمد موتور را تضمین می کند.
موتورهای سه فاز
سیستم های سه فاز که اغلب به آنها سیستم های چند فازی گفته می شود، تقریباً 1.5 برابر خروجی بیشتری نسبت به سیستم های تک فاز ارائه می دهند. علاوه بر این، جریان در یک سیستم چند فاز، برخلاف جریان ضربانی یک سیستم تک فاز، ثابت می ماند.
الکتروموتورهای DC
موتور جریان مستقیم، یک ماشین الکتریکی است که انرژی الکتریکی را از طریق ایجاد یک میدان مغناطیسی با نیروی جریان مستقیم به انرژی مکانیکی تبدیل می کند.
هنگامی که یک موتور انرژی می گیرد، یک میدان مغناطیسی در استاتور خود ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی با آهنرباهای روتور تعامل می کند و باعث چرخش آن می شود. برای اطمینان از چرخش مداوم روتور، کموتاتور، متصل به برس هایی که به منبع تغذیه متصل هستند، جریان را به سیم پیچ های موتور می رساند.
شانت
در یک موتور شنت-پیچ، سیم پیچ میدان و آرمیچر به صورت موازی به هم متصل می شوند و سیم پیچ میدان در معرض ولتاژ ترمینال قرار دارد. اگرچه هر دو سیم پیچ ولتاژ تغذیه یکسانی دریافت می کنند، جریان های متفاوتی می کشند. این پیکربندی منجر به سرعت ثابتی می شود که علیرغم تغییرات بار مکانیکی پایدار می ماند.
سری
در موتورهای سری سیم پیچ، سیم پیچ میدان و آرمیچر به صورت سری به هم متصل می شوند، بنابراین جریان یکسانی از هر دو سیم پیچ عبور می کند. این طراحی به موتور اجازه می دهد تا با هر دو و ولتاژ کار کند و آن را به یک موتور جهانی تبدیل می کند. موتورهای سری همیشه بدون توجه به منبع ولتاژ در یک جهت می چرخند، اما سرعت آنها با بار مکانیکی تغییر می کند.
مرکب
یک موتور ترکیبی ویژگی های سیم پیچ های سری و میدان شنت را با هم ترکیب می کند. در این طرح سیم پیچ آرمیچر به صورت سری و سیم پیچ میدان به صورت موازی (شنت) متصل می شود.
موتورهای مرکب بیشتر به انواع تجمعی و دیفرانسیل دسته بندی می شوند. در موتورهای ترکیبی تجمعی، شار حاصل از میدان شنت، شار میدان سری را افزایش می‌دهد و هر دو میدان در یک جهت کار میکنند. برعکس، در موتورهای ترکیبی دیفرانسیل، شار حاصل از میدان شنت با شار میدان سری مخالف است. هر دو موتور ترکیبی تجمعی و دیفرانسیل بسته به پیکربندی سیم‌پیچ میدان شنت، می‌توانند شنت‌های بلند یا کوتاه داشته باشند.
عواملی که در انتخاب موتورهای الکتریکی باید در نظر گرفته شوند :
انتخاب موتور الکتریکی مناسب می تواند مشکل باشد مگر اینکه عوامل کلیدی را که در انتخاب آنها نقش دارند را درک کنید. در اینجا پنج عامل اصلی وجود دارد که باید در نظر بگیرید:
فرکانس
فرکانس یک موتور الکتریکی با سرعت آن نسبت مستقیم دارد. کشورهای مختلف فرکانس استاندارد متفاوتی دارند، مانند 50 هرتز یا 60 هرتز. درک فرکانس مورد نیاز برای برنامه شما تضمین می کند که موتور با سرعت صحیح کار می کند.
گشتاور
نیرویی است که موتور با آن می چرخد. موتورهای با گشتاور بالا می توانند بارهای سنگین تری را هدایت کنند اما اغلب با سرعت موتور کمتر. انتخاب درجه گشتاور به نیازهای گشتاور بار برنامه شما بستگی دارد.
ولتاژ
ولتاژ فشاری است که جریان الکتریکی را از موتور عبور می دهد. موتورها طوری طراحی شده اند که با ولتاژ خاصی کار کنند و کارکردن با ولتاژ بالاتر یا پایین تر می تواند منجر به کاهش بازده یا حتی آسیب شود. مطمئن شوید منبع تغذیه شما با درجه ولتاژ موتور مطابقت دارد.
چرخه عمر
چرخه عمر موتور به طول عمر عملیاتی آن قبل از خرابی یا کاهش بازده قابل توجه اشاره دارد. هنگام انتخاب یک موتور، چرخه عمر مورد انتظار آن را در ارتباط با مدت زمان برنامه و هزینه تعمیر و نگهداری در نظر بگیرید.
این اصطلاح به زمان کارکرد موتور در یک سیکل کامل اشاره دارد. دانستن چرخه کار برنامه خود به شما کمک می کند موتوری را انتخاب کنید که بتواند بار مورد انتظار را بدون گرم شدن بیش از حد تحمل کند.
توان
رتبه قدرت یک موتور توانایی آن را برای انجام کار در طول زمان مشخص می کند. موتورهای با قدرت بالاتر می توانند بارهای سنگین تری را تحمل کنند و برای مدت طولانی تری کار کنند.
کاربردهای موتورهای الکتریکی
موتورهای الکتریکی همه کاره هستند و در طیف گسترده ای از دستگاه ها مانند فن ها، دمنده ها، ماشین ابزارها، توربین ها، پمپ ها، ابزارهای برقی، کمپرسورها، دینام ها، کارخانه های نورد، محرک ها، کشتی ها و کارخانه های کاغذ کاربرد دارند. آنها نقش مهمی در سیستم های گرمایش ولتاژ بالا، تجهیزات خنک کننده و تهویه، خودروها و لوازم خانگی دارند.
مزایای موتورهای الکتریکی
هزینه اصلی موتورهای الکتریکی در مقایسه با موتورهای سوخت فسیلی کمتر است، با این حال رتبه هر دو یکسان است.
موتورهای الکتریکی دارای قطعات متحرک هستند، از این رو طول عمر موتورهای الکتریکی بیشتر است.
ظرفیت موتورهای الکتریکی در صورت نگهداری صحیح به 30000 ساعت می رسد.
موتورهای الکتریکی بسیار کارآمد هستند و کنترل خودکار امکان توقف و استارت خودکار را فراهم می کند.
دوستدار محیط زیست هستند زیرا آلاینده ها را آزاد نمی کنند.
معایب موتورهای الکتریکی
جابجایی موتورهای الکتریکی بزرگ دشوار است و باید جریان و ولتاژ دقیق را در نظر گرفت .
در موارد دیگر، توسعه خطوط پرهزینه برای مناطق ایزوله که در آن برق غیرقابل دسترسی است، اجباری است.
هنگام استفاده از موتور بالا و ضریب بار کم، ممکن است هزینه زیادی برای هر ساعت کار وجود داشته باشد.
قوانین ایمنی موتورهای الکتریکی
- محل کار باید همیشه روشن و تمیز نگه داشته شود.
- همه موتورها دارای اجزای کوچک زیادی هستند. کودکان خردسال باید از محل کار دور نگه داشته شوند.
- موتورها خیلی سریع می چرخند. همیشه باید پوشیده شود
- موتور نباید بدون مراقبت رها شود.
- اگر باتری برای مدت طولانی کوتاه بماند ممکن است پاره شود یا منفجر شود.
- ولتاژ عملیاتی نامی نباید بیش از حد مجاز باشد. ولتاژ بالا ممکن است باعث گرم شدن بیش از حد و ایجاد آتش سوزی شود.
- موتورها باید توسط افراد واجد شرایط کار کنند.
- تعمیر و نگهداری موتور الکتریکی
نگهداری از موتورهای الکتریکی شامل ملاحظات زیر است :
روال تمیز کردن و نگهداری
برای هر سازمانی بسیار مهم است که یک روال تمیز کردن موتورهای خود را ایجاد کند. تمیز کردن منظم موتور هم طول عمر و هم کارایی آن را افزایش می دهد. اطمینان از عاری بودن موتور از گرد و غبار بیش از حد، گریس و سایر مواد زائد برای عملکرد بهینه ضروری است.
روغن کاری موتور
ممکن است موتور الکتریکی بیش از حد روغن کاری شود، که ممکن است منجر به مشکلات داخلی شود. با این حال، یک موتور برای کار در حداکثر سطح عملکرد به روغن کاری نیاز دارد. هر موتور الکتریکی به مقدار متفاوتی از روغن کاری نیاز دارد. روغن کاری موتور خیلی زود یا خیلی دیر ممکن است منجر به پارگی و سایش زودرس شود.
بازرسی بلبرینگ
یاتاقان های موتور بیشترین ساییدگی و پارگی را تجربه می کنند و به مرور زمان آنها را مستعد مشکلات می کند. برای جلوگیری از خرابی زودهنگام یاتاقان ها، اطمینان از تراز مناسب موتور بسیار مهم است، زیرا ناهماهنگی می تواند فشار زیادی را بر یاتاقان ها وارد کند. علاوه بر این، استفاده از نوع نامناسب روان کننده می تواند منجر به سایش زود هنگام بلبرینگ شود. یکی از شاخص های رایج مشکلات بلبرینگ، گرم شدن بیش از حد موتور است.
کاهش یا حذف ارتعاشات
همه موتورها سطحی از ارتعاش تولید می کنند، اما ارتعاشات بیش از حد می تواند منجر به آسیب جدی شود. اگر موتور شروع به لرزش بیش از حد کرد، باید فورا خاموش شود. علل رایج ارتعاشات غیرعادی عبارتند از انحراف مکانیکی، یاتاقان های آسیب دیده یا کشش بیش از حد تسمه.
بازرسی روتور و استاتور
روتور و استاتور اجزای حیاتی موتور هستند. بررسی شکاف های اطراف این قسمت ها و اندازه گیری فاصله قطر ضروری است. فاصله مورد نیاز بسته به نوع موتور و طراحی بلبرینگ می تواند متفاوت باشد.
ثبت یافته ها
ردیابی فعالیت های تعمیر و نگهداری برای نظارت بر طول عمر و سایش موتور حیاتی است. هر بازرسی، تعویض بلبرینگ، تنظیم تسمه، و روغنکاری اضافه شده باید ثبت شود. مستندات مناسب به پیش بینی نیازهای نگهداری آتی و مدیریت موثرتر هزینه های مرتبط کمک می کند .
نتیجه گیری
موتورهای الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. بیشتر آنها از طریق برهمکنش میدان مغناطیسی موتور و جریان الکتریکی در یک سیم زخمی کار می کنند تا نیرویی را به شیوه گشتاور وارد شده به شفت موتور تولید کنند. مهم ترین قسمت های یک موتور روتور و استاتور هستند. آنها ممکن است با جریان متناوب یا مستقیم انرژی بگیرند. انواع مختلفی از موتورهای الکتریکی از جمله موتورهای القایی، سروو، سه فاز و صنعتی وجود دارد که می توان به تعدادی از آنها اشاره کرد. آنها در وسایل نقلیه الکتریکی، تهویه مطبوع، کشتی ها و
ماشین های هیدرولیک استفاده می شوند.
