دستگاههاي صنعتي

مكانيزم الكترومكانيكي كه انرژي الكتريكي را به انرژي مكانيكي تبديل مي كند به عنوان موتور الكتريكي شناخته مي شود. موتور به عبارت ديگر وسيله اي است كه نيروي چرخشي توليد مي كند. فعل و انفعال ميدان هاي مغناطيسي و الكتريكي براي عملكرد يك موتور الكتريكي به ويژه در دستگاه هاي بي سيم مانند مته هاي بي سيم بسيار مهم است.

تكامل موتورهاي الكتريكي

مايكل فارادي، فيزيكدان بريتانيايي، به عنوان يكي از مهم ترين دانشمندان قرن نوزدهم شناخته مي شود كه در كشف و توسعه موتورهاي الكتريكي مشاركت داشته است. فارادي در سال 1821 با استفاده از آهنربا و ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط جريان الكتريكي به چرخش موفق سيم دست يافت.

? بسياري از اشكال اضافي از موتورهاي الكتريكي و همچنين معماري هايي كه ممكن است موتور DC كلاسيك ناميده شوند، در طول زمان توسعه يافته اند.

به دنبال آن، موتور الكتريكي عملي به جاي اختراع در سال 1872 پيدا شد، زماني كه يكي از ژنراتورهاي نمايش داده شده در نمايشگاه جهاني وين پس از اتصال ناخواسته به ژنراتور ديگر شروع به چرخش خود به خود كرد. اين منجر به درك اين موضوع شد كه همان اصولي كه براي ژنراتورها اعمال مي شود مي تواند براي موتورها نيز اعمال شود. ژنراتورها در قرن بيستم در نتيجه افزايش سريع كاربرد عملي آنها به ستون اصلي بسياري از بخش ها تبديل شدند.

ژنراتورها و موتورها

خريد ژنراتورها انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند، در حالي كه موتورهاي الكتريكي انرژي الكتريكي را به چرخش و انواع مختلف انرژي مكانيكي تبديل مي كنند.

موتورها و ژنراتورها با وجود وظايف متضاد خود، از نظر طراحي و عملكرد مشتركات زيادي دارند. در حقيقت، تنها چيزي كه لازم است يك آزمايش ساده با دو موتور مدل همراه با هم است تا نشان دهد كه يك موتور الكتريكي ممكن است به عنوان يك ژنراتور نيز عمل كند.

اين دو نوع ماشين به طور سنتي به دليل روش متمايز استفاده از آنها به طور مستقل طراحي شده اند.

موتورهاي الكتريكي چگونه كار مي كنند

موتورهاي الكتريكي نيروي مكانيكي چرخشي در آرميچر - واقع در روتور يا استاتور - در اطراف شفت با استفاده از جريان الكتريكي براي توليد ميدان‌هاي مغناطيسي دوار ايجاد مي‌كنند. براي تبديل انرژي الكتريكي به انفجارهاي شديد نيرو و توليد درجات ديناميكي از سرعت يا قدرت، طرح‌هاي موتورهاي متعددي از همان فرض اوليه استفاده مي‌كنند.

اجزاي موتور

در حالي كه موتورهاي الكتريكي چيني از نظر شكل و نوع متفاوت هستند، بسياري از آنها شامل قطعات و مجموعه هاي زير هستند (از مركز شروع مي شوند و به سمت بيرون كار مي كنند):

✅ سيم پيچ

✅ محور موتور مركزي

✅ بلبرينگ و غلتك (براي كاهش اصطكاك و سايش)

✅ برس (در موتورهاي DC)

✅ پايانه ها (قرار گرفته روي روتور، قسمت گردان يا استاتور، قطعه ثابت)

✅ كاربردهاي صنعتي موتورهاي الكتريكي

✅ قاب و سپرهاي انتهايي

موتورهاي الكتريكي در طيف وسيعي از كاربردها در صنعت استفاده مي شوند. در زير نمونه هايي از كاربردهاي صنعتي رايج آورده شده است:

✅ ماشين آلات سنگين

✅ سيستم هاي تهويه مطبوع

✅ سنگ شكن

✅ پمپ ها

✅ ماشين تراش

✅ كمپرسور

✅ فن ها و دمنده ها

موتورهاي الكتريكي در انواع مختلف

موتورهاي الكتريكي در طرح هاي مختلف با ويژگي هاي عملكردي و ايمني متفاوت هستند، اما ممكن است به دو نوع تقسيم شوند: جريان متناوب (AC) و جريان مستقيم (DC).

در حالي كه منبع تغذيه قابل توجه ترين تمايز بين اين دو نوع موتور است، هر كدام مجموعه اي از ويژگي ها و كاربردهاي خاص خود را دارند. موتورهاي AC مي‌توانند تجهيزات پيچيده‌تر و ظريف‌تري را هدايت كنند، در حالي كه موتورهاي DC معمولاً براي تأمين انرژي تجهيزات بزرگ‌تري استفاده مي‌شوند كه نياز به نگهداري و كنترل كمتري دارند. از آنجايي كه موتورهاي AC مي توانند گشتاور بيشتري توليد كنند، بسياري از صنعتگران معتقدند كه آنها از موتورهاي DC قدرتمندتر هستند.

موتور AC

جريان متناوب توسط موتور AC به نيروي مكانيكي تبديل مي شود. موتورهاي القايي، موتورهاي سنكرون و موتورهاي خطي سه نوع موتور هستند. موتورهاي AC بيشترين استفاده را در تجارت دارند زيرا مزاياي مختلفي را ارائه مي دهند:

• ساخت آنها ساده است
• به دليل مصرف كمتر در راه اندازي، مقرون به صرفه تر هستند
• آنها همچنين مستحكم تر هستند و بنابراين به طور كلي طول عمر بيشتري دارند
• نياز به نگهداري كمي دارند
• ساخت آنها ساده است

موتور DC

موتور DC مكانيزمي است كه توان الكتريكي DC را به نيروي مكانيكي تبديل مي كند. عملكرد آن بر اين ايده اساسي استوار است كه وقتي هادي حامل جريان در ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد، نيرويي به آن وارد مي شود و گشتاور ايجاد مي شود. موتورهاي DC همچنين در تنظيمات صنعتي بسيار رايج هستند زيرا بسته به فرمت (به موضوع موتور بدون جاروبك مراجعه كنيد)، مزاياي قابل توجهي را ارائه مي دهند:

? دقيق و سريع هستند
? سرعت آنها را مي توان با تغيير ولتاژ تغذيه تنظيم كرد
? نصب آنها حتي در سيستم هاي موبايل (با باتري) ساده است
? گشتاور استارت عالي است
? شروع مي كنند، متوقف مي شوند، شتاب مي گيرند و به سرعت معكوس مي شوند

مزاياي موتورهاي AC در مقابل DC

هر نوع موتور مجموعه اي از مزاياي خاص خود را دارد كه آن را براي انواع كاربردهاي تجاري و صنعتي ايده آل مي كند. براي مثال، موتورهاي AC همه كاره و ساده براي استفاده هستند. برخي از مزاياي اضافي آنها به شرح زير است:

• نيازهاي برق اوليه كم كه از اجزاي انتهايي دريافت كننده محافظت مي كند
• سطوح فعلي و شتاب شروع قابل كنترل
• افزودني هاي VFD يا VSD كه مي توانند سرعت و گشتاور را در مراحل مختلف استفاده تنظيم كنند
• دوام و طول عمر بيشتر
• قابليت راه اندازي چند فازي

موتورهاي DC داراي مزاياي خاص خود هستند، از جمله:

• نصب و نگهداري آسان تر است.

• قدرت شروع و گشتاور بالا

• زمان واكنش سريع راه اندازي، توقف، و شتاب

• در انواع ولتاژهاي استاندارد موجود است

موتور AC يا DC كدام قدرتمندتر است؟

موتورهاي AC معمولاً قدرتمندتر از موتورهاي DC هستند (مطالعه در مورد تفاوت موتورهاي DC با AC) زيرا مي توانند گشتاور بيشتري را با جريان بالاتر ايجاد كنند. از طرف ديگر موتورهاي DC كارايي بيشتري دارند و از انرژي ورودي خود بيشتر استفاده مي كنند. موتورهاي AC و DC در اندازه ها و قدرت هاي مختلف براي برآوردن نيازهاي برق هر كسب و كاري موجود هستند.

موتورهاي DC بدون جاروبك در مقابل برس‌دار:

موتورهاي براش و موتورهاي براشلس دو نوع رايج از موتورهاي DC (يا موتورهاي BLDC) هستند. موتورهاي DC براش، همانطور كه از نامشان پيداست، داراي برس هايي هستند كه براي جابجايي موتور و چرخش آن استفاده مي شود. كنترل الكترونيكي جايگزين تابع كموتاسيون مكانيكي در موتورهاي براشلس مي شود. يك موتور DC بدون جاروبك يا بدون جاروبك ممكن است در كاربردهاي متعددي مورد استفاده قرار گيرد. آنها از نظر جاذبه و دافعه بر اساس همان اصول سيم پيچ و آهنرباهاي دائمي كار مي كنند. هر دو مزايا و معايبي دارند كه ممكن است باعث شود بسته به نياز برنامه شما يكي را بر ديگري ترجيح دهيد.

موتور الكتريكي براش دار

برس كربن مي تواند يكي از موارد زير باشد: از يك يا چند اتم كربن تشكيل شده است. يك يا چند شنت و پايانه گنجانده شده است.

? براش ها از پنج خانواده مختلف برس ساخته شده اند. هر كدام براي نياز خاصي طراحي شده اند و روش ساخت خود را دارند.

هر متخصص در كنترل حركت بايد بتواند بين موتورهاي DC برس دار و بدون جاروبك تمايز قائل شود. پيش از اين، موتورهاي برس خورده نسبتاً رايج بودند. اگرچه موتورهاي DC بدون جاروبك به طور كامل جايگزين آنها شده است، موتور DC صحيح در هر نوع ممكن است پروژه را به طور قابل توجهي كارآمدتر كند.

موتور هاي الكتريكي الكتريسيته را به حركت مكانيكي تبديل مي كنند. قانون كلي اين است كه زماني كه يك ماده حامل جريان برق تحت تأثير يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد از سوي ميدان مغناطيسي نيرويي بر آن ماده وارد مي شود. در اين مقاله تفاوت بين موتور الكتريكي AC و DC را بررسي مي‌كنيم.

در موتور هاي استوانه اي معمولي روتور به صورت دوراني مي چرخد زيرا از فاصله معيني از روتور به آن نيروي پيچشي وارد مي شود. هر دو نوع موتور الكتريكي AC و DC از سه بخش اصلي تشكيل شده اند. روتور كه وظيفه آن تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي است. استاتور كه قسمت ثابت موتور است و وظيفه آن ايجاد ميدان تحريك است.

تغذيه كه وظيفه آن تأمين انرژي مورد نياز براي توليد ميدان هاي الكترومغناطيسي است. در اين مقاله مي خواهيم به بررسي موتورهاي الكتريكي و تفاوت هاي آن ها با يكديگر بپردازيم.

 موتور الكتريكي AC
استاتور الكتروموتور كايجلي AC داراي سيم پيچ هايي است كه با جريان متناوب تغذيه مي شوند و با استفاده از اين جريان يك ميدان مغناطيسي دوار توليد مي كنند. روتور موتور الكتريكي AC درون سيم پيچ اين موتور مي چرخد و به شافت خروجي متصل مي گردد و با چرخش مغناطيسي گشتاور توليد مي كند.

به طور كلي دو نوع موتور الكتريكي AC وجود دارد كه در هر كدام از آن ها از روتور متفاوتي استفاده شده است. نوع اول اين موتور ها موتور حركتي القايي ناميده مي شوند كه به موتور آسنكرون نيز معروف هستند.

يك موتور حركتي القايي از ميدان مغناطيسي كه توسط جريان القايي در داخل روتور ايجاد مي شود استفاده مي كند. مزيتي كه موتورهاي AC بر موتورهاي DC دارند اين است كه هزينه تعمير و نگهداري آن ها بسيار كمتر است و براي راه اندازي و فعاليت به يك منبع DC احتياج ندارند.

نوع ديگري از موتور الكتريكي AC كه به آن موتور همزمان نيز گفته مي شود. سرعت موتور همزمان همان سرعت چرخش ميدان مغناطيسي است كه توسط استاتور ايجاد شده است و در حال چرخش است. سرعت همگام هميشه كسري صحيح از فركانس منبع انرژي است. سه نوع موتور همزمان وجود دارد كه عبارتند از : موتورهاي اكراه، موتور هيسترزيس و موتور آهنرباي دائمي.

دوره آموزش سيم پيچي موتور هاي الكتريكي با 30 درصد تخفيف در آموزشگاه فني پايتخت

موتور الكتريكي DC

موتور DC موتوري است كه انرژي الكتريكي را به كمك يك آهنربا به انرژي مكانيكي تبديل مي كند. چون اين موتور از جريان برق مستقيم (Direct current) استفاده مي كند به آن موتور DC مي گويند. اين احتمال وجود دارد كه با گذشت زمان كموتاتور موتورهاي DC فرسوده شود، به همين دليل اين موتورها به مراقبت و نگهداري بيشتري احتياج دارند.

براي اين كه بفهميد عملكرد يك موتور DC چگونه است بايد يك مدار الكتريكي ساده را در نظر بگيريد كه انرژي مورد نياز آن توسط يك باتري تأمين مي شود. زماني كه جريان الكتريكي وارد مدار مي شود در اطراف خود يك ميدان مغناطيسي ايجاد مي كند كه باعث مي شود آرميچر به طور پيوسته به چرخش در بيايد. يك موتور DC از روتور يا سيم پيچ، ميله هاي گرافيتي، كموتاتور و استاتور كه يك آهنرباي ثابت و نعل شكل است تشكيل شده است.

امروزه بيشتر موتورهاي الكتريكي را از نوع DC مي سازند تا توسط درايو هاي الكترونيكي صنعتي كنترل شوند. موتورهاي برقي DC در بسياري از برنامه هاي كاربردي در سرتا سر دنيا به كار برده مي شوند مانند دستگاه هاي توليد كاغذ و ماشين آلات نورد آسياب فولادي. به علت اين كه در موتورهاي DC بين كموتاتورها جرقه ايجاد مي شود در محيط هاي قابل اشتعال از اين موتورها استفاده نمي شود.

فرق موتور الكتريكي AC با DC چيست؟

موتور هاي AC همان گونه كه از نامشان پيدا است به جريان متناوب (Alternative current) براي توليد ميدان الكترومغناطيسي احتياج دارند در حالي كه موتور هاي DC از جريان مستقيم براي اين منظور استفاده مي كنند.
تفاوت ديگر اين است كه فركانس تغذيه موتور DC صفر است در حالي كه موتور AC با فركانس 50 هرتز تغذيه مي شود.
موتور هاي DC معمولاً در جايي استفاده مي شوند كه سرعت موتور نياز به كنترل بيروني دارد. اين در حالي است كه موتورهاي AC در برنامه هايي كه عملكرد انرژي را در مدت زماني طولاني جستجو و بررسي مي كنند مورد استفاده قرار مي گيرند.
نكته ديگر در هنگام خريد موتور الكتريكي اين است كه همه موتورهاي الكتريكي DC تك فاز هستند اما موتورهاي AC مي توانند تك فاز يا سه فاز باشند.
هر دو موتور AC و DC از اصل استفاده از سيم پيچ آرماتور و ميدان مغناطيسي استفاده مي كنند با اين تفاوت كه در موتور هاي DC آرماتور مي چرخد ولي ميدان مغناطيسي نمي چرخد. اين نكته در موتورهاي AC برعكس است يعني آرماتور نمي چرخد اما ميدان مغناطيسي دائماً در چرخش است.

در مواقعي كه درباره تعمير و نگهداري از موتور الكتريكي نگراني وجود دارد از موتورهاي AC استفاده مي شود زيرا همان طور كه قبلاً گفته شد موتورهاي DC به مراقبت و تعمير بيشتري احتياج دارند.
در كارهايي كه به سرعت ثابت با راه اندازي بار هاي سنگين احتياج داريم موتورهاي AC بهتر از موتورهاي DC هستند.

موتورهاي AC داراي يك كنترل كننده هستند و استفاده و نگهداري از آن ها ارزان تر و مقرون به صرفه تر است در حالي كه موتور هاي DC از اجزاي متحرك زيادي تشكيل شده اند كه جايگزين كردن آن ها هزينه زيادي دارد.
ميدان هاي چرخشي موتورهاي AC و DC با همديگر تفاوت دارد. در موتور هاي AC ميدان مغناطيسي به دليل چرخيدن جريان هاي متناوب و متقارني كه پشت سر هم قرار دارند دائماً مي چرخد. اين چرخش ميدان مغناطيسي به علت سرعت تغيير AC است. اين در حالي است كه در موتورهاي DC چرخش ميدان مغناطيسي با تغيير كردن ولتاژ ثابت و مكان واقعي كويل متصل شده امكان پذير است.
روش كنترل سرعت موتورهاي DC و AC نيز متفاوت است. سرعت موتورهاي AC مي تواند تا زماني كه سرعت جريان متناوب تغيير مي كند تغيير كند اما در موتور هاي DC سرعت فقط زماني تغيير مي كند كه سرعت روتور تغيير كند. در اين موتورها سرعت روتور متناسب با ولتاژ است، پس با تغيير ولتاژ مي توان سرعت موتور را تغيير داد.

نحوه توليد گشتاور در موتور هاي AC و DC متفاوت است. در موتورهاي القايي AC ميدان چرخشي استاتور و ميدان مغناطيسي چرخشي روتور براي توليد گشتاور با همديگر تعامل دارند و سرعت هاي روتور و ميدان مغناطيسي با يكديگر همگام است. در موتور هاي DC هم ميدان مغناطيسي روتور و ميدان مغناطيسي استاتور براي توليد گشتاور با همديگر تعامل دارند اما در حين چرخش ميدان مغناطيسي آرماتور ثابت است.
با توجه به تفاوت هايي كه درباره آن ها توضيح داده شد مي توان نتيجه گرفت كه محرك هاي موتور هاي AC و DC، همچنين عملكرد و كاربرد هاي آنان با همديگر كاملاً متفاوت است.

مزايا و معايب موتور هاي آسنكرون يا AC

مزايا

اين موتورها ارزان قيمت هستند.
موتورهاي آسنكرون استهلاك پاييني دارند و هزينه تعمير و نگهداري از آن ها كمتر است.
راه اندازي و كنترل موتور هاي AC آسان تر است.
اگر اين موتورها را با استفاده از اينورتر كنترل كنند هزينه كمي به دنبال خواهد داشت.
مهمترين مزيت موتور هاي AC يا القايي اين است كه
معايب

دقت كنترل سرعت اين موتورها پايين است.
گشتاوري كه توليد مي كنند يكنواخت نيست.
به علت اين كه سرعت روتور موتورهاي AC با ميدان دوار برابر نيست نمي توانند موقعيت را كنترل كنند.
تلفات اين موتورها زياد و راندمان آن ها پايين است.
مزايا و معايب موتور الكتريكي DC
مزايا موتورهاي DC
موتورهاي DC در كنترل سرعت دقت قابل قبولي دارند.
طراحي موتورهاي DC ساده و قابل فهم است.
امكان كنترل سرعت آن ها ساده است و با تغيير ولتاژ انجام مي شود.
امكان كنترل گشتاور آن ها ساده است و با تغيير جريان انجام مي شود.
گشتاور وسيع و يكنواختي توليد مي كنند.
كنترل و راه اندازي اين موتورها آسان است.
موتورهاي DC در سرعت هاي پايين گشتاور مناسبي ايجاد مي كنند.
براي اين موتورها امكان كنترل مستقل دور از گشتاور وجود دارد.
معايب

به علت اين كه موتورهاي DC داراي كموتاتور و جاروبك هستند استهلاك بالايي دارند و هزينه هاي ناشي از نگهداري و تعميرشان زياد است.
موتورهاي DC كه قدرت بالايي دارند داراي ابعاد بسيار بزرگي هستند.
اين موتور ها نسبت به موتورهاي AC قيمت بالايي دارند.
اين موتورها براي راه اندازي به جريان برق مستقيم احتياج دارند.
پاسخ سرعت موتورهاي DC چندان قابل قبول نيست.
راندمان اين موتورها نسبتاً پايين است.

منبع