يکي از اولين موتورهاي دوار ، اگر نگوييم اولين ، توسط مايکل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، مي‌شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود
  • 1397/1/19 4/8/2018 6:07:11 PM 4/8/2018 6:07:11 PM
  • 0
  • 78

يکي از اولين موتورهاي دوار ، اگر نگوييم اولين ، توسط مايکل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، مي‌شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي‌کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي‌آمد و نشان مي‌داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايره‌اي اطراف سيم مي‌شود. اين موتور اغلب در کلاسهاي فيزيک مدارس نشان داده مي‌شود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه ، از آب نمک استفاده مي‌شود.

موتور کلاسيک DC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي ، بستگي دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير ، کنترل مي‌شود. بدليل اينکه اين نوع از موتور مي‌تواند در سرعتهاي پايين گشتاوري زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهاي ترکشن (کششي) نظير لکوموتيوها استفاده مي‌کنند.
اما به هرحال در طراحي کلاسيک محدوديتهاي متعددي وجود دارد که بسياري از اين محدوديتها ناشي از نياز به جاروبکهايي براي اتصال به کموتاتور است. سايش جاروبکها و کموتاتور ، ايجاد اصطکاک مي‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها مي‌بايست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبي را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صداي موتور مي‌شود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتري را روي سرعت ايجاد مي‌کند و به اين معني است که جاروبکها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا مي‌کنند. اتصال ناقص الکتريکي نيز توليد نويز الکتريکي در مدار متصل مي‌کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين مي‌روند، با قرار دادن آهنرباهاي دائم در داخل و سيم پيچها در بيرون به يک طراحي بدون جاروبک مي‌رسيم.

موتورهاي ميدان سيم پيچي شده

آهنرباهاي دائم در (استاتور) بيروني يک موتور DC را مي‌توان با آهنرباهاي الکتريکي تعويض کرد. با تغيير جريان ميدان (سيم پيچي روي آهنرباي الکتريکي) مي‌توانيم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغيير دهيم. اگر سيم پيچي ميدان به صورت سري با سيم پيچي آرميچر قرار داده شود، يک موتور گشتاور بالاي کم سرعت و اگر به صورت موازي قرار داده شود، يک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهيم داشت. مي‌توانيم براي بدست آوردن حتي سرعت بيشتر اما با گشتاور به همان ميزان کمتر ، جريان ميدان را کمتر هم کنيم. اين تکنيک براي ترکشن الکتريکي و بسياري از کاربردهاي مشابه آن ايده‌آل است و کاربرد اين تکنيک مي‌تواند منجر به حذف تجهيزات يک جعبه دنده متغير مکانيکي شود.

 

موتورهاي يونيورسال

يکي از انواع موتورهاي DC ميدان سيم پيچي شده موتور ينيورسال است. اسم اين موتورها از اين واقعيت گرفته شده است که اين موتورها را مي‌توان هم با جريان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً اين موتورها با تغذيه AC کار مي‌کنند. اصول کار اين موتورها بر اين اساس است که وقتي يک موتور DC ميدان سيم پيچي شده به جريان متناوب وصل مي‌شود، جريان هم در سيم پيچي ميدان و هم در سيم پيچي آرميچر (و در ميدانهاي مغناطيسي منتجه) همزمان تغيير مي‌کند و بنابراين نيروي مکانيکي ايجاد شده همواره بدون تغيير خواهد بود. در عمل موتور بايستي به صورت خاصي طراحي شود تا با جريان AC سازگاري داشته باشد (امپدانس/راکتانس بايستي مدنظر قرار گيرند) و موتور نهايي عموماً داراي کارايي کمتري نسبت به يک موتور معادل DC خالص خواهد بود.
مزيت اين موتورها اين است که مي‌توان تغذيه AC را روي موتورهايي که داراي مشخصه‌هاي نوعي موتورهاي DC هستند بکار برد، خصوصاً اينکه اين موتورها داراي گشتاور راه اندازي بسيار بالا و طراحي بسيار جمع و جور در سرعتهاي بالا هستند. جنبه منفي اين موتورها تعمير و نگهداري و مشکل قابليت اطمينان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ايجاد مي‌شود و در نتيجه اين موتورها به ندرت در صنايع مشاهده مي‌شوند، اما عمومي‌ترين موتورهاي AC در دستگاههايي نظير مخلوط کن و ابزارهاي برقي که گاهاً استفاده مي‌شوند، هستند.

 

موتورهاي AC

  • موتورهاي AC تک فاز:

معمولترين موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هايي بکار مي رود که گشتاور پايين نياز دارند، نظير پنکه‌هاي برقي ، اجاقهاي ماکروويو و ديگر لوازم خانگي کوچک. نوع ديگر موتور AC تک فاز موتور القايي است، که اغلب در لوازم بزرگ نظير ماشين لباسشويي و خشک کن لباس بکار مي‌رود. عموماً اين موتورها مي‌توانند گشتاور راه اندازي بزرگتري را با استفاده از يک سيم پيچ راه انداز به همراه يک خازن راه انداز و يک کليد گريز از مرکز ، ايجاد کنند.

هنگام راه اندازي ، خازن و سيم پيچ راه اندازي از طريق يک دسته از کنتاکتهاي تحت فشار فنر روي کليد گريز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل مي‌شوند. خازن به افزايش گشتاور راه اندازي موتور کمک مي‌کند. هنگامي که موتور به سرعت نامي رسيد، کليد گريز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال مي‌شود، خازن و سيم پيچ راه انداز سري شده را از منبع برق جدا مي‌سازد، در اين هنگام موتور تنها با سيم پيچ اصلي عمل مي‌کند.

 

  • موتورهاي AC سه فاز:

براي کاربردهاي نيازمند به توان بالاتر، از موتورهاي القايي سه فاز AC (يا چند فاز) استفاده مي‌شود. اين موتورها از اختلاف فاز موجود بين فازهاي تغذيه چند فاز الکتريکي براي ايجاد يک ميدان الکترومغناطيسي دوار درونشان ، استفاده مي‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادي هاديهاي مسي است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طريق القاي الکترومغناطيسي ميدان مغناطيسي دوار در اين هاديها القاي جريان مي‌کند، که در نتيجه منجر به ايجاد يک ميدان مغناطيسي متعادل کننده شده و موجب مي‌شود که موتور در جهت گردش ميدان به حرکت در آيد.

اين نوع از موتور با نام موتور القايي معروف است. براي اينکه اين موتور به حرکت درآيد بايستي همواره موتور با سرعتي کمتر از فرکانس منبع تغذيه اعمالي به موتور ، بچرخد، چرا که در غير اين صورت ميدان متعادل کننده‌هاي در روتور ايجاد نخواهد شد. استفاده از اين نوع موتور در کاربردهاي ترکشن نظير لوکوموتيوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزايش است. به سيم پيچهاي روتور جريان ميدان جدايي اعمال مي‌شود تا يک ميدان مغناطيسي پيوسته ايجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با ميدان مغناطيسي دوار ناشي از برق AC سه فاز ، به گردش در مي‌آيد. موتورهاي سنکرون را مي‌توانيم به عنوان مولد جريان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذيه بستگي دارد و مقدار لغزش ، يا اختلاف در سرعت چرخش بين روتور و ميدان استاتور ، گشتاور توليدي موتور را تعيين مي‌کند. تغيير سرعت در اين نوع از موتورها را مي‌توان با داشتن دسته سيم پيچها يا قطبهايي در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت ميدان دوار مغناطيسي تغيير مي‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پيشرفت الکترونيک قدرت مي توانيم با تغيير دادن فرکانس منبع تغذيه ، کنترل يکنواخت تري بر روي سرعت موتورها داشته باشيم.

 

موتورهاي پله‌اي

نوع ديگري از موتورهاي الکتريکي موتور پله‌اي است، که در آن يک روتور دروني ، شامل آهنرباهاي دائمي توسط يک دسته از آهنرباهاي خارجي که به صورت الکترونيکي روشن و خاموش مي‌شوند، کنترل مي‌شود. يک موتور پله‌اي ترکيبي از يک موتور الکتريکي DC و يک سلونوئيد است. موتورهاي پله‌اي ساده توسط بخشي از يک سيستم دنده‌اي در حالتهاي موقعيتي معيني قرار مي‌گيرند، اما موتورهاي پله‌اي نسبتا کنترل شده ، مي‌توانند بسيار آرام بچرخند. موتورهاي پله‌اي کنترل شده با کامپيوتر يکي از فرمهاي سيستمهاي تنظيم موقعيت است، بويژه وقتي که بخشي از يک سيستم ديجيتال داراي کنترل فرمان يار باشند.

 

موتورهاي خطي

يک موتور خطي اساساً يک موتور الکتريکي است که از حالت دوار در آمده تا بجاي اينکه يک گشتاور (چرخش) گردشي توليد کند، يک نيروي خطي توسط ايجاد يک ميدان الکترومغناطيسي سيار در طولش ، بوجود آورد. موتورهاي خطي اغلب موتورهاي القايي يا پله‌اي هستند. مي‌توانيد يک موتور خطي را در يک قطار سريع السير ماگليو مشاهده کنيد که در آن قطار روي زمين پرواز مي‌کند.

 

قبل از اينکه ارتباط بين مغناطيس و الکتريسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکتروستاتيک بهره مي‌بردند. ماشين ويمشارت از القاي الکتروستاتيک يا تأثير کردن استفاده مي‌کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تريبوالکتريک برق مالشي براي جدا سازي بارهاي الکتريکي با استفاده از اصطکاک بين عايقها استفاده مي‌کرد. ژنراتورهاي الکتروستاتيک کارآمد نيستند و تنها براي آزمايشات علمي که نيازمند ولتاژهاي بالا است، مناسب هستند.


فارادي

در سال 1831–1832م مايکل فارادي کشف کرد که بين دو سر يک هادي الکتريکي که بصورت عمود بر يک ميدان مغناطيسي حرکت مي‌کند، اختلاف پتانسيلي ايجاد مي‌شود. او اولين ژنراتور الکترومغناطيسي را بر اساس اين اثر ساخت که از يک صفحه مسي دوار بين قطبهاي يک آهنرباي نعل اسبي تشکيل شده بود. اين وسيله يک جريان مستقيم کوچک را توليد مي کرد.

 

دينامو

دينامو اولين ژنراتور الکتريکي قادر به توليد برق براي صنعت بود و کماکان مهمترين ژنراتور مورد استفاده در قرن بيست و يکم است. دينامو از اصول الکترومغناطيس براي تبديل چرخش مکانيکي به يک جريان الکتريکي متناوب ، استفاده مي‌کند. اولين دينامو بر اساس اصول فارادي در سال 1832 توسط هيپوليت پيکسي که يک سازنده تجهيزات بود، ساخته شد. اين وسيله داراي يک آهنرباي دائم بود که توسط يک هندل گردانده مي‌شد. آهنرباي چرخنده بگونه‌اي قرار داده مي‌شد که يک تکه آهن که با سيم پوشانده شده بود، از قطبهاي شمال و جنوب آن عبور مي‌کرد. پيکسي کشف کرد که آهنرباي چرخنده ، هر بار که يک قطبش از سيم پيچ عبور مي‌کند، توليد يک پالس جريان در سيم مي‌کند. به علاوه قطبهاي شمال و جنوب آهنربا جريانها را در جهتهاي مختلف القا مي‌کنند. پيکسي توانست با اضافه کردن يک کموتاتور جريان متناوب توليدي به اين روش را به جريان مستقيم تبديل کند .

 

 ديناموي گرام

به هر حال هر دوي اين طرحها داراي مشکل يکساني بودند: آنها پرشهاي جرياني القا مي‌کردند که از هيچ چيز پيروي نمي‌کرد. يک دانشمند ايتاليايي به نام آنتونيو پاسينوتي اين مسأله را با جايگزيني سيم پيچ چرخنده توسط يک سيم پيچ حلقه‌اي که او با سيم پيچي يک حلقه آهني درست کرده بود، حل کرد. اين بدان معني بود که آهنربا همواره از بخشي سيم پيچ عبور مي‌کرد که اين مسأله موجب يکنواختي جريان خروجي مي‌شد. زنوب گرام چند سال بعد در حين طراحي اولين نيروگاه تجاري در پاريس در دهه 1870م ، اين طرح را دوباره ابداع کرد. طراحي وي با نام دينامي گرام معروف است. نسخه‌هاي مختلف و تغييرات زيادي از آن هنگام تا کنون در اين طراحي بوجود آمده است، اما ايده اصلي چرخش يک حلقه بي پايان از سيم ، کماکان قلب تمامي ديناموهاي پيشرفته باقي ماند.

 

مفاهيم

دانستن اين مطلب مهم است که ژنراتور توليد جريان الکتريکي مي‌کنند و نه بار الکتريکي که در سيمهاي سيم پيچي‌اش وجود دارد. اين تا حدودي شبيه يک پمپ آب است که ايجاد يک جريان آب مي‌کند اما خود آب را ايجاد نمي‌کند. ژنراتورهاي الکتريکي ديگري هم وجود دارند، اما بر اساس ديگر پديده‌هاي الکتريکي نظير: پيزو الکتريسته و هيدرو ديناميک مغناطيسي ، ساختار يک دينامو شبيه يک موتور الکتريکي است و تمام انواع عمومي ديناموها مي‌توانند مانند موتورها کار کنند. همچنين تمامي انواع عمومي موتورهاي الکتريکي مي‌توانند مانند يک ژنراتور کار کنند.

نظرات 0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربری ایجاد حساب کاربری
حمید نظری
انواع موتورهای الکتریکی
زیگماوب