در سال 1821 یک دانشمند انگلیسی با نام مایکل فارادی تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی را شرح داد. طبق تعریف این دانشمند تبدیل انرژی با تنظیم یک هادی حامل جریان در یک میدان مغناطیسی انجام می شود. در سال 1886 اولین موتور الکتریکی طرحی شد که مخترع آن فرانک جولیان بود. این روند ادامه داشت تا امروز که انواع الکتروموتور و کاربرد آن در صنعت بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
الکتروموتور الکتریکی چیست؟
برای معرفی انواع الکتروموتور و کاربرد آن در صنعت می توانیم بگوییم که این وسیله نوعی ماشین به حساب می آید که برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی از آن استفاده می شود. روش کار این ماشین ها به این گونه است که ابتدا توسط جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی و سیم پیچ موتور نیرو تولید می شود که می تواند سبب چرخش شود و به این ترتیب این ماشین ها به کار می افتند. موتور های الکتریکی بر اساس موارد مختلف طبقه بندی می شوند به طور مثال منبع تغذیه و ساختمان و نوع کاربرد و ... از انواع معیار های تقسیم بندی موتور های الکتریکی هستند. موتور هایی که دارای ابعاد و مشخصات معمولی هستند هم می توانند قدرت مکانیکی مورد نیاز در صنایع مختلف را فراهم کنند. این موتور ها در مواردی مانند پمپ ها و فن های صنعتی و ابزار آلات مختلف و دمنده ها و درایو های دیسک و ابزار های برقی به کار برده می شوند.
ساخت الکتروموتور الکتریکی
همان طور که تا این جای مطالب متوجه شدیم موتورهای الکتریکی ابزار های مهمی هستند و از این رو به ساخت آن ها هم توجه ویژه ای می شود. برای ساخت موتور های الکتریکی می توان از وسیله هایی مانند روتور، یاتاقان، استاتور، شکاف هوا، سیم پیچ، کموتاتور و ... استفاده کرد. برای آشنایی با انواع الکتروموتور و کاربرد آن در صنعت باید با اجزای این وسیله کاملا آشنا شویم پس در ادامه مطلب به توضیح بیشتری در مورد این وسیله ها خواهیم پرداخت.
روتور و یاتاقان
روتور در یک الکتروموتور الکتریکی قسمت متحرک است. وظیفه اصلی این وسیله چرخش شافت برای تولید نیروی مکانیکی است. در واقع روتور ها شامل هادی هایی هستند که توانایی آن را دارند که جریان را تنظیم کنند همچنین می توانند با میدان مغناطیسی که در استاتور وجود دارد ارتباط برقرار کند. کار اصلی یاتاقان ها در موتور این است که از روتور پشتیبانی می کنند که در نهایت سبب فعال شدن محور می شوند. شافت موتور با کمک یاتاقان ها به سمت بار موتور منبسط می شود. توجه کنید که از نیرو های بار در خارج از یاتاقان استفاده می شود.
استاتور و شکاف هوا
در موتور ها قسمت استاتور، قسمت غیر فعال مدار الکترومغناطیسی است. این قسمت شامل آهن ربا و سیم پیچ دائمی است. استاتور ها با ورقه های مختلفی ساخته می شوند که همگی آنها نازک و از جنس فلز هستند در واقع این نوع ورقه ها با نام لمینیت شناخته می شوند. یکی از مزایای استاتور ها این است که سبب کاهش اتلاف انرژی می شوند. شکاف هوا بخشی در موتور ها به فضای بین استاتور و روتور گفته می شود. تاثیر شکاف هوا به اندازه عمق شکاف تاثیر دارد. هرچقدر که فاصله ی هوا بین استاتور و روتور بیشتر باشد جریان مغناطیسی هم افزایش پیدا می کند. در واقع بهتر است که فاصله هوا کم تر باشد.
سیم پیچ و کموتاتور
در موتور ها، سیم پیچ به سیم هایی گفته می شود که در داخل سیم پیچ قرار می گیرند و معمولا در اطراف یک هسته مغناطیسی انعطاف پذیر پوشانده می شوند. برای ساختن سیم پیچ موتور ها از جنس های زیادی استفاده می شود اما پر کاربردترین جنس، مس است. البته به جز مس فلز های دیگری هم برای ساختن سیم پیچ موتور ها استفاده می شود به طور مثال فلزی که بعد از مس مورد برای ساخت سیم پیچ به کار برده می شود، آلومینیوم است. کموتاتور جز دیگری از الکتروموتور ها است، در واقع کموتاتور ها یک نیم حلقه هستند که از مس ساخته میشوند. وظیفه اصلی آن ها اتصال به سیم پیچ است. از حلقه های کموتاتور به منظور اطمینان پیدا کردن از معکوس شدن جهت جریان در داخل سیم پیچ استفاده می شود.
کار موتور الکتریکی
اساسا بیشتر الکتروموتور های الکتریکی ویدفکتور با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی کار می کنند. اما برخی دیگر از موتور ها از روش های دیگری استفاده می کنند که به آن روش الکترومکانیکی گفته می شود یعنی اثر پیزو الکتریک و نیروی الکترو استاتیک. در واقع می توان گفت که اساس کار موتور های الکترومغناطیسی به انرژی مکانیکی بستگی دارد که با استفاده از جریان الکتریکی روی هادی کار می کند و و در میدان مغناطیسی قرار می گیرد. همواره جهت نیروی مکانیکی به سمت میدان مغناطیسی است.
سیم پیچ میدان در موتورهای الکتریکی جریان الکتریکی را برای تولید یک میدان مغناطیسی ثابت، فراهم می کند که سیم پیچ آرماتور از آن برای تولید گشتاور چرخشی در شافت موتور استفاده می کند. تمایز بین انواع مختلف موتورهای الکتریکی به عملکرد منحصر به فرد، ولتاژ و نیازهای آن ها مربوط می شود. حداقل ده نوع مختلف موتور الکتریکی وجود دارد، اما دو طبقه بندی اصلی:
چگونگی تعامل سیم پیچ های داخل موتورهای AC و DC برای تولید نیروی مکانیکی با یکدیگر باعث ایجاد تمایز بیشتر در هر یک از این طبقه بندی ها می شود.
موتور AC:
این نوع از موتور ها به سه دسته تقسیم بندی می شوند. دسته اول موتور های القایی، دسته دوم موتور های سنکرون و در آخر موتور های خطی از انواع این نوع موتور ها هستند.
موتور های القایی خود به بخش های مختلفی تقسیم می شوند. در حقیقت این نوع مدار ها به دو نوع موتور های تک فاز و موتور های دو فاز طبقه بندی می شوند.
موتور های سنکرون هم به 2 طبقه مختلف تقسیم بندی می شود.
موتور DC:
این نوع از موتور ها خود به 2 دسته مختلف تقسیم بندی می شوند.
دسته اول موتور های خود برانگیخته و دسته دوم موتور های جداگانه تحریک شده
کاربرد های موتور الکتریکی در صنعت
کاربرد های موتور الکتریکی شامل موارد زیر است:
از موتور های الکتریکی معمولا در موارد زیر استفاده می شود: دمنده ها، فن ها، ابزار آلات، پمپ ها، توربین ها، ابزار های برقی، دینام، کمپرسور ها، دستگاه های نورد، کشتی ها، انتقال دهنده ها و کارخانه های کاغذ سازی
موتور های الکتریکی در موارد زیر کاربرد دارند: تجهیزات تهویه و خنک کننده هوا، برخی از لوازم های خانگی و همین طور در وسیله های نقلیه.
مزایای الکتروموتور الکتریکی
موتور های الکتریکی دارای مزایای بسیار زیادی هستند که هنگام مقایسه آنها با دیگر ماشین ها به این مزایا پی می بریم.
هزینه اولیه این موتور ها در مقایسه با موتور های سوخت فسیلی کمتر است اما قدرت اسب بخار در هر دو مشابه است.
این نوع از موتور ها شامل قطعات متحرک هستند و بنابراین طول عمر این موتور ها بیش تر است.
این موتور ها از سوخت استفاده نمی کنند پس نیازیی به نگه داری روغن موتور و باتری و سرویس کردن آنها ندارند.
این موتور ها برای عملکرد هایی مانند شروع و توقف خودکار کارآمد هستند.
معایب موتور الکتریکی
موتور های الکتریکی دارای معایبی هم هستند که به توضیح آنها خواهیم پرداخت.
موتور های برقی بزرگ به راحتی قابل جا به جایی نیستند.
برای استفاده از این نوع از موتور ها باید ولتاژ و جریان دقیقی را در نظر گرفت.
در بعضی از شرایط ممکن است که قدرت الکتریکی در دسترس نباشد که در این شرایط نمی توان از این دستگاه ها استفاده کرد، اما اگر مجبور باشیم که در این شرایط از این ماشین ها استفاده کنیم باید شرایطی را فراهم بیاوریم که هزینه زیادی را می طلبد.