موتور الکتریکی (یا الکتروموتور) یک ماشین الکتریکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. بیشتر الکتروموتورها از طریق تعامل بین میدان مغناطیسی موتور و جریان الکتریکی در سیم پیچی کار می کنند. این فعل و انفعال نیرویی (طبق قانون فارادی) نیروی گشتاوری ایجاد می کند که به شفت موتور اعمال می شود. موتور الکتریکی می تواند از منابع جریان مستقیم (DC) مانند باتری ها یا یکسو کننده ها یا توسط منابع جریان متناوب (AC) مانند اینورترها، ژنراتورهای الکتریکی یا شبکه برق تغذیه شود. الکتروموتور دلیل بوجود آمدن بسیاری از فناوری‌هایی را که در قرن بیست و یکم از آن‌ها لذت می‌بریم، هست. بدون موتور، ما هنوز در دوران توماس ادیسون زندگی می‌کردیم، زمانی که تنها هدف برق روشن کردن لامپ‌ها بود. موتور الکتریکی در اتومبیل ها، قطارها، تجهیزات برقی، فن ها، تهویه مطبوع، لوازم خانگی، دیسک درایوها و موارد دیگر یافت می شوند. برخی از ساعت های الکتریکی حتی از دینام های کوچک استفاده می کنند. انواع مختلفی از موتورها وجود دارد که برای اهداف مختلف ساخته شده اند.
اصل اساسی عملکرد یک موتور الکتریکی، قانون القایی فارادی است. یعنی زمانی که یک جریان متناوب با یک میدان مغناطیسی متغیر تعامل دارد، نیرو ایجاد می‌شود. از زمان اختراع الکتروموتور، پیشرفت های زیادی در این زمینه مهندسی به وجود آمده است و تبدیل به موضوع بسیار مهم برای مهندسان امروزی شده است. در زیر به تمام موتورهای الکتریکی اصلی مورد استفاده در عصر حاضر می پردازیم.
نوعی ماشین است که انرژی الکتریکی را به مکانیکی (حرکتی) تبدیل می‌کند. نحوه کار الکتروموتور به این صورت است که از طریق القای الکترومغناطیسی و ایجاد میدان مغناطیسی چرخشی جریان را در هادی‌های روتور ایجاد می‌نماید و سبب چرخاندن روتور در جهت چرخش میدان می‌شود. اغلب موتورهای الکتریکی دوار هستند ولی موتور های الکتریکی هم وجود دارند که دوار نیستند (الکتروموتور خطی). عملکرد ژنراتور برعکس الکتروموتور است، به عبارتی در ژنراتور، انرژی مکانیکی به الکتریکی تبدیل می شود. به طور کلی وقتی جسمی که حامل جریان الکتریکی است تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد، به آن جسم نیرو اعمال می شود. به عنوان یک مثال ساده میتوان دو آهنربا را در نظر گرفت. در آهنربا قطب های همنام هم دیگر را دفع و قطب های نا همنام یکدیگر را جذب می کنند.
انواع الکتروموتور
الکتروموتورها بر اساس ساختار، کاربرد، توان، ولتاژ و … به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در این بخش، به معرفی انواع مختلف الکتروموتور می‌پردازیم.
- الکتروموتور سه فاز سنگین ، سه فاز آلومینیومی و سه فاز چدنی
- الکتروموتور شناور آب خنک قابل سیم پیچی، تکفاز دو خازنه، کولری ، تکفاز خازن دائم
- دینام خاص ، پایه دار ، الکتروموتور ترمزدار 1400 دور
- الکتروموتور ضد انفجار ،3000 دور سه فاز ضد انفجار
- دینام 1400 دور تک فاز بدون کلاچ ، 1400 دور تک فاز کلاچ دار ، موتور 3000 دور تک فاز بدون کلاچ ، 3000 دور تک فاز کلاچ دار و شافت بلند
- الکتروموتور دو سرعته یا دالاندر ، موتور برای چرخ سفالگری
- انواع مختلف الکتروموتور عبارت است از:
- موتورهای DC
- موتورهای سنکرون
- موتورهای القایی سه فاز ( موتور آسنکرون)
- موتورهای القایی تک فاز (موتور آسنکرون)
- سایر موتورهای خاص و فوق خاص (مانند موتور پله ای)
در نمودار زیر الکتروموتورها طبقه بندی شده اند:
در میان چهار طبقه بندی اصلی موتورها که در بالا ذکر شد، موتور DC همانطور که از نام آن پیداست، تنها موتوری است که توسط جریان کار می کند. این ابتدایی ترین نسخه موتور الکتریکی است که در آن گشتاور چرخشی به دلیل عبور جریان از طریق یک رسانا در یک میدان مغناطیسی تولید می شود. بقیه الکتروموتورها از نوع AC هستند و توسط جریان متناوب به حرکت در می آیند، برای مثال، موتور سنکرون که همیشه با سرعت سنکرون کار می کند. در اینجا روتور یک آهنربای الکتریکی است که به صورت مغناطیسی با میدان مغناطیسی دوار استاتور قفل شده و با آن می چرخد. سرعت این ماشین‌ها با تغییر فرکانس (f) و تعداد قطب‌ها (P) با استفاده از فرمول زیر مشخص می شود.
یک نوع دیگر از موتور AC وجود دارد که در آن میدان مغناطیسی دوار هادی های روتور را قطع می کند، بنابراین جریان گردشی در هادی های روتور اتصال کوتاه شده ایجاد می شود.
به دلیل برهمکنش میدان مغناطیسی و این جریان های گردشی، روتور شروع به چرخش می کند و به چرخش خود ادامه می دهد. این یک موتور القایی است که به عنوان موتور ناهمزمان (آسنکرون) نیز شناخته می شود که با سرعت کمتر از سرعت سنکرون خود کار می کند و گشتاور چرخشی و سرعت با تغییر لغزش کنترل می شود که تفاوت بین سرعت سنکرون Ns و سرعت روتور Nr را نشان می دهد.
به دلیل تغییر چگالی شار، بر اصل القای EMF حاکم است. از این رو به این الکتروموتور ماشین القایی گفته می‌شود. موتور القایی تک فاز مانند موتور سه فاز بر اساس اصل القایی emf به دلیل وجود شار کار می کند. اما برخلاف الکتروموتور سه فاز، الکتروموتور تک فاز با منبع تغذیه تک فاز کار می کنند. روش‌های راه‌اندازی موتور تک فاز بر اساس دو نظریه کاملاً تثبیت شده، یعنی تئوری میدان دوار و تئوری میدان متعامد می باشد.
اجزای الکتروموتور
ساختمان موتورهای الکتریکی از دو قسمت ثابت و دوار که به ترتیب به نام های استاتور و رتور معروف هستند، تشکیل شده اند. وظیفه استاتور ایجاد یک میدان مغناطیسی اطراف رتور است. ساختار استاتور از یکسری ورقه های فلزی تشکیل شده است که یک استوانه توخالی فلزی را تشکیل می دهد. درون ورقه های فلزی موجود در استاتور یکسری شیارهایی وجود دارد که در این شیارها سیم پیچ های الکتروموتور جاسازی شده اند که به کلاف نیز معروف می باشند.
روتور نیز همانند استاتور از دو قسمت هسته و سیم پیچ تشکیل شده است که سیم پیچ های اطراف رتور می تواند از جنس مس یا آلمینیوم 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 آلمینیومی استفاده می شود. در ساخت سیم پیچ رتور مسی از روش دایکست استفاده شده، در حالی که در سیم پیچ های آلمینیومی از روش ریخته گری استفاده می شود. روتور موتورهای القایی به دو دسته سیم پیچی شده و قفس سنجابی تقسیم می شود. برای موتورهای بزرگ معمولا از رتور قفس سنجابی با شمش مسی و برای موتورهای کوچک از شمش آلمینیومی استفاده می شود. در عکس زیر میتوانید تمام اجزای الکتروموتور را مشاهده کنید.
- بدنه یا قاب: پوششی است که تمام اجزای موتور را در بر می گیرد و نقش حفاظتی دارد.
- شافت: قطعه ای فلزی که در امتداد روتور از الکتروموتور بیرون است و تجهیز مصرف کننده به آن متصبل می شود.
- 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. آهنربا های الکترومغناطیسی دارای یک سیم پیچ هستند که معمولاً از سیم مسی یا آلومینیومی ساخته شده است.
- 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 می رود.
- جاروبک: قطعه ای است که با کموتاتور در تماس است و برای تکمیل سوئیچ و تغییر جریان استفاده می شود.
- بلبرینگ ها: یاتاقان های یک موتور الکتریکی در نزدیکی نقطه ای قرار دارند که امتداد روتور از قاب و بدنه خارج می شود و بر روی براکت ها قرار می گیرد. بلبرینگ اجازه می دهد تا شافت با حداقل اصطکاک بچرخد و حرکت ناخواسته را از بین می برد.
- روتور: روتور یا همان آرمیچر قطعه حامل جریان است که در مرکز موتور الکتریکی قرار دارد و زمانی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد و سیم پیچ برای ایجاد گشتاور مکانیکی در تعامل است و چرخش شافت را ایجاد می کند.
- براکت: براکت در قسمت انتها و ابتدای پوسته متصل شده است، شافت الکتروموتور بر روی براکت ها سوار است و وسیله ای برای ایمن سازی دستگاه و محل عبور شافت می باشد.