موتور الکتریکی و انواع آن

motor

موتور الکتریکی

موتور الکتریکی نوعی ماشین الکتریکی است که الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته‌است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای، چرخانه(روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می‌شود، می‌گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوار هستنند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه یا روتور و بخش ثابت ایستانه یا استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده‌است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش‌های چرخانه یا ایستانه می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند.

موتورهای DC

موتور کلاسیک جریان مستقیم دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می‌کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ‌های موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

سرعت موتور جریان مستقیم وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپ‌ها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم‌پیچ) در سیم‌پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می‌شود. به دلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعت‌های پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظیر لوکوموتیوها استفاده می‌کنند.

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیت‌های متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیت‌ها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبک‌ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک‌ها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبک‌ها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچ‌ها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای AC

موتورهای القایی AC عمومی‌ترین موتورهایی هستند که در سامانه‌های کنترل حرکت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می‌شوند. طراحی ساده و مستحکم، قیمت ارزان، هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و کامل به یک منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند. انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است. موتورهای مختلف برای کارهای مختلفی مناسب اند. با اینکه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است، ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند درکی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست. این نکته در اساس انواع مختلف، مشخصات آنها، انتخاب شرایط برای کاربریهای مختلف و روشهای کنترل مرکزی یک موتورهای القایی AC را مورد بحث قرار می‌دهد.

اصل ساخت اولیه و کاربری

مانند بیشتر موتورها، یک موتورهای القایی AC یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور که در درون آن می‌چرخد دارند، که میان آن دو یک فاصله دقیق کارشناسی شده وجود دارد. به طور مجازی همه موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می‌کنند. یک موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است که در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می‌شود. در حالی که موتورهای DC به وسیله‌ای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند. یک موتور القایی AC تک فاز نیازمند یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است. در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده‌است. در یک موتور القایی AC یک سری از مغناطیس شونده‌ها به خاطر اینکه تغذیه AC به پیچه‌های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده‌اند. بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الکترومغناطیسی به روتور وارد می‌شود (درست شبیه ولتاژی که در ثانویه ترانسفورماتور القا می‌شود). بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده‌ها خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند. -نام موتور القایی از اینجاست-. تعامل میان این مگنت‌ها انرژی چرخیدن یا تورک (گشتاور) را فراهم می‌آورد. در نتیجه موتور در جهت گشتاو بوجود آمده چرخش می‌کند.

استاتور

استاتور از چندین قطعه باریک آلومینیم یا آهن سبک ساخته شده‌است. این قطعات بصورت یک سیلندر تو خالی به هم منگنه و محکم شده‌اند (هسته استاتور) با شیارهایی که در شکا یک نشان داده شده‌اند. سیم پیچهایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی شده‌اند. هر گروه پیچه با هسته‌ای که آن را فرا گرفته یک آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای کار کردن با تغذیه AC شکل می‌دهد. تعداد قطبهای یک موتور القایی AC به اتصال درونی پیچه‌های استاتور بستگی دارد. پیچه‌های استاتور مستقیماً به منبع انرژی متصل اند. آنها به صورتی متصل اند که با برقراری تغذیه AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می‌شود.

روتور

روتور از چندین قطعه مجزای باریک فولادی که میانشان میله‌هایی از مس یا آلومینیم تعبیه شده ساخته شده‌است. در رایج‌ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله‌ها در انتهای خود به صورت الکتریکی و مکانیکی بوسیله حلقه‌هایی به هم متصل شده‌اند. تقریباً ۹۰ درصد از موتورهای القایی دارای روتور قفس سنجابی می‌باشند و این به خاطر آن است که این نوع روتور ساختی مستحکم و ساده دارد. این روتور از هسته‌ای چند تکه استوانه‌ای با محوری که شکافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشکیل شده‌است. هر شکاف یک میله مسی یا آلومینیومی یا آلیاژی را شامل می‌شود. در این میله‌ها به طور دائمی بوسیله حلقه‌های انتهایی آنها همچنان که در شکل دو مشاهده می‌شود مدار کوتاه برقرار است. چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است، این نام برای آن انتخاب شده‌است. میله‌ای روتور دقیقاً با محور موازی نیستند. در عوض به دو دلیل مهم قدری اریب نصب می‌شوند. دلیل اول آنکه موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارکرده و برای آنکه از هارمونیکها در شکافها کاسته شود. دلیل دوم آن است که گرایش روتور به هنگ کردن کمتر شود. دندانه‌های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می‌کنند که در مقابل دندانه‌های استاتور باقی بمانند. این اتفاق هنگامی می‌افتد که تعداد دندانه‌های روتور و استاتور برابر باشند. روتور بوسیله مهارهایی در دو انتها روی محور نصب شده؛ یک انتهای محور در حالت طبیعی برای انتقال نیرو بلندتر از طرف دیگر گرفته می‌شود. ممکن است بعضی موتورها محوری فرعی در طرف دیگر (غیر گردنده – غیر منتقل کننده نیرو) برای اتصال دستگاه‌های حسگر حالت (وضعیت) و سرعت داشته باشند. بین استاتور و روتور شکافی هوایی موجود است. بعلت القا انرژی از استاتور به روتور منتقل می‌شود. تورک تولید شده به روتور نیرو داده و سپس برای چرخیدن به آن نیرو می‌کند. صرف نظر از روتور استفاده شده قواعد کلی برای دوران یکی است.

موتور بدون جاروبک دی‌سی

موتورهای دی‌سی براش‌لس (electrically commutated motors) شبیه به موتورهای سنکرونی هستندکه با منبع دی‌سی تغذیه می‌شوند که توسط اینورتر مجتمع برای به حرکت درآوردن موتور به سیگنال الکتریکی AC تبدیل می‌شود؛ سنسورها و قطعات الکترونیکی دیگری نیز خروجی اینورتر را کنترل می‌نمایند

موتورهای برس دار(معمولی) در مقایسه با موتورهای بدون برس (براشلس(


موتورهای معمولی عموما از اجزای زیر تشکیل میشوند:

قسمت متحرک یا آرمیچر: که از یک سیم پیچ تشکیل شده است که بر روی یک محور فولادی میچرخد و در انتهای آن یک قسمت برای اتصال برسها قرار دارد که برق از طریق برسها به این قسمت رسیده و وارد سیم پیچها میشود.

قسمت ثابت : که از دو آهنربای دائمی با قطبیت مخالف تشکیل شده است .

برسها: که با اتصال بصورت تماسی با انتهای آرمیچر، برق را به آن منتقل میکنند.برای راه اندازی این موتورها، کافیست که برق را به برسها وصل کنیم. برق از طریق تماس برس با آرمیچر وارد سیم پیچ آن میشود.

سیم پیچها دارای چند قطب هستند و برسها طوری با آرمیچر تماس پیدا میکنند که در هر لحظه برق وارد یکی از قطبهای سیم پیچ شده و یک آهنریای الکتریکی موقتی ایجاد میکند. این آهنربا توسط یکی از آهنرباهای دائمی جذب شده و توسط دیگری دفع میشود. در این لعظه قطبیت سیم پیچ عوض شده و یک قطب دیگر مقابل آهنرباها قرارمیگیرد و این کار باعث چرخش آرمیچر بطور دائم تا زمانی که جریان برق برقرار است میگردد.

معایب موتور دی‌سی براش

توان بیشینه‌ای که می‌تواند به موتور براشلس اعمال شود تقریباً با حرارت محدود می‌شود؛ چراکه آهنرباها را تضعیف می‌کند و می‌تواند به عایق سیم‌پیچ‌ها نیز آسیب بزند. اشکال اساسی یک موتور براشلس نسبت به موتور براش قیمت بالاتر آن است که از دو مسئله برخاسته ‌است. اول، موتورهای براشلس به مدار کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی پیچیده برای حرکت نیاز دارند. موتورهای براش دی‌سی می‌توانند توسط کنترل‌گرهایی در مقایسه ساده‌تر تنظیم شوند؛ همچون رئوستا (مقاومت متغیر). هرچند، این روش کارایی را کاهش می‌دهد؛ چراکه توان در رئوستا تلف می‌شود. دوم، برخی کاربردهای عملی به خوبی در بخش تجاری فراهم نیامده‌است. برای نمونه، در یک کنترل‌کننده رادیویی سرگرم‌کننده، موتورهای براش‌لس معمولن دست‌زخم شده‌اند در حالی که موتورهای برس‌دار معمولن ماشین‌زخم شده‌اند.
به طور کلی معایب این موتورها عبارتند از:
برس­ها و محل تماس آنها به مرور زمان سائیده می­شوند.

 برس­ها و محل تماس آنها باید هر از چند گاهی تمیز شوند. 

اصطکاک برس­ها باعث کند کردن چرخش موتور می­شود.

 اصطکاک برس­ها باعث اتلاف انرژی و کمتر شدن زمان پرواز می­شوند.

 اصطکاک برس­ها باعث کمتر شدن نسبت توان به وزن می­شود.

موتورهای براشلس چگونه کار میکنند؟

موتورهای براشلس هم با همان اصل مورد استفاده در موتورهای معمولی کار میکنند، با این تفاوت که در این موتورها، سیم پیچ ثابت بوده و آهنرباها میچرخند. از آنجائی که سیم پیچ در این موتورها ساکن است، نیازی به برسها وجود ندارد. کار تقسیم ولتاژ بین سیم پیچها را کنترل کننده سرعت موتور یا ESC انجام میدهد.

این نکته قابل ذکر است که نمی­توان از کنترلر سرعت موتورهای معمولی و موتورهای براشلس بجای یکدیگر استفاده نمود زیرا این دو، کار کاملا متفاوتی انجام میدهند.سریعترین راه برای تشخیص اینکه یک موتور براشلس است یا معمولی این است که به سیمهای آن نگاه کرد. موتورهای معمولی دو تا سیم دارند در حالی که موتورهای براشلس دارای سه سیم هستند. سیم وسط فیدبک نام دارد و تغییرجای دو سیم دیگر باعت خواهد شد که جهت چرخش موتور برعکس شود.

سیم­های خروجی از یک موتور براش­لس


برخی مزیت‌ها نسبت به موتور براش

موتورهای براش‌لس در تبدیل برق به توان مکانیکی نسبت به موتورهای برس‌دار کارآمدترند. این پیشرفت تاحد زیادی به خاطر تعریف سرعت موتور توسط فرکانسی است که الکتریسیته سوییچ می‌شود. دست‌آوردهای بیشتر به خاطر نبودن براش و در نتیجه کاهش تلفات اصطکاک است. بیشترین کارآیی پیشرفته در حالت‌های بدون بار و کم بار منحنی عملکرد موتور است. تحت بارهای مکانیکی بالا، موتورهای براشلس و موتورهای باکیفیت براش در کارآیی غیرقابل مقایسه‌اند. محیط‌ها و نیازمندی‌ها در حالت‌هایی که تولیدکننده‌ها از موتورهای براشلس دی‌سی استفاده می‌کنند، شامل عملکردهای بدون نگهداری، سرعت‌های بالا، و عملکردهایی که در آن‌ها جرقه مخاطره‌انگیز است (مانند محیط‌های قابل انفجار)، یا ممکن است به دستگاه‌هایی که نسبت به برق حساس هستند اثر بگذارد.

سایر مزایای موتورهای براشلس:

 از آنجائی که برس وجود ندارد، خوردگی آن هم در این موتورها وجود ندارد.

 نیازی به نگرانی برای تمیز کردن برسها و محل اتصالشان وجود ندارد.

 اصطکاک برس برای گرفتن سرعت موتور وجود ندارد.

 باز هم به همین علت، مدت زمان کارکرد موتور با یک باتری در این موتورها بالاتر است.

 نسبت توان به وزن بسیار بالاتری دارند.

Inrunner در مقایسه با Outrunner

دو نوع موتور براشلس وجود دارد. در نوع Inrunner ، آهنرباهای دائمی در قسمت داخلی سیم پیچها قرار داده شده اند. این موتورها ساختمانی بسیار شبیه به موتورهای معمولی دارند با این تفاوت که جای آنربای دائمی و سیم پیچها عوض شده است.

در نوع Outrunner ، آهنرباهای دائمی در قسمت بیرونی قرار گرفته اند. کاسه بیرونی موتور که محور موتور به آن متصل است، آهنرباهای دائمی را بر روی خود نصب دارد.هرچه یک موتور سریعتر بچرخد، راندمان آن هم بالاتر است.

موتورهای Inrunner بسیار سریع میچرخند و راندمان بسیار بالاتری نسبت به موتورهایOutrunner دارند.

موتورهای Outrunner بسیار کندتر از موتورهای Inrunner میچرخند و گشتاور بسیار بیشتری هم ایجاد میکنند. بزرگترین حسن این موتورها این است که در واقع نیازی به گیربکس ندارند. همچنین، راندمان موتورهای Outrunner در مقایسه با Inrunner پائینتر است.

مقایسه این دو نوع موتور

Inrunner دور بالا ، گشتاور پائین * راندمان بالاتر * قابلیت استفاده از انواع ملخ * سر و صدای زیاد

 * Outrunner: دور پائین ، گشتاور بالا * راندمان پائینتر* عدم نیاز به گیربکس * تقریبا بی صدا

مقایسه با موتور DC معمولی

مقایسه با موتور القائی

عملکرد کنترل گر

کنترل‌گر چرخش روتور را برعهده دارد و در نتیجه به وسیله‌هایی برای درک جهت و موقعیت روتور (نسبت به سیم‌پیچ‌های استاتور) نیازمند است. در برخی طراحی‌ها از حسگرهای اثر هال یا rotary encoder برای اندازه‌گیری مستقیم موقعیت روتور استفاده می‌کنند. برخی دیگر نیز EMF بازگشتی را در روتورهای خارج از هدایت اندازه می‌گیرند تا به موقعیت روتور پی ببرند و بدین‌ترتیب نیاز به حسگر اثر هال جداگانه را از میان برده‌اند. و به همین‌دلیل عموما کنترل‌گرهای بدون سنسور گفته می‌شوند.

یک کنترل‌گر نمونه ۳ خروجی دوقطبی (مثلا خروجی سه‌فاز با فرکانس کنترل شده) دارد، که توسط یک مدار منطقی کنترل شده‌است. کنترل‌گرهای ساده مقایسه‌گرهایی را به کار می‌گیرند تا بفهمند چه موقع فاز خروجی می‌بایست افزایش یابد، درحالی که بیشتر کنترل‌گرهای پیشرفته ریزکنترل‌گری را برای شتاب، کنترل سرعت، و تنظیم بهترین-کارآیی به کار می‌گیرند. کنترل‌گرهایی که مکان روتور را بر اساس EMF برگشتی پیدا می‌کنند؛ دشواری‌های بیشتری در آغاز حرکت دارند؛ چون زمانی که موتور ساکن است هیچ EMF برگشتی نیز تولید نمی‌کند. بدین ترتیب موتور ممکن است در هر جهتی به حرکت درآید؛ و سپس اگر تشخیص دهیم که جهت اشتباه است به جهت درست جهش کنیم. این می‌تواند موجب شود که موتور برعکس حرکت کند، که بر پیچیدگی بخش آغاز می‌افزاید. موتورهای بدون سنسور دیگر توانایی دارند تا اشباع شدن سیم‌پیچ‌ها را که از قرارگیری آهنرباها ایجاد شده‌اند اندازه‌گیری نموده و در جهت یافتن مکان روتور به کار بگیرند.

تنوع ساختمان

موتورهای براش‌لس می‌توانند به شکل‌ها و خصوصیات فیزیکی مختلفی ساخته شوند. به هرحال آهن‌ربای دائمی همواره روی قسمت چرخنده (روتور) قرار می‌گیرد. در حالت «مرسوم» (که به نام inrunner نیز شناخته می‌شوند)، آهنرباها رو به بیرون قرار گرفته‌اند. سه سیم‌پیچ استاتور روتور را احاطه کرده‌اند. در حالت outrunner (یا روتوری خارجی)، جای قرارگیری سیم‌پیچ‌ها و آهنرباها برعکس است؛ سیم‌پیچ‌های استاتور بخش وسطی (هسته) موتور را تشکیل می‌دهند، در همین حال آهنرباهای دائمی رو به داخل، به‌طوری که استاتور را احاطه کرده‌است می‌گردند. نوع شار تخت یا محوری. هنگامی استفاده می‌شود که محدودیت جا یا شکل وجود دارد، و ورق‌های استاتور و روتور رو در رو قرارمی‌گیرند. نوع Outrunner نوعن قطب‌های بیشتری دارد و به صورت سه‌قلو ساخته می‌شوند. تا سه گروه سیم‌پیچ فراهم آورند، و گشتاور بالاتری را در دورهای کم فراهم آید. در همه موتورهای براش‌لس، سیم‌پیچها ساکن هستند.

دو نوع پیکربندی برای سیم‌پیچ‌ها معمول است. پیکربندی دلتا سه سیم‌پیچ را در یک مدار (سری) مثلثی-شکل به هم می‌بندد؛ و توان به هر سر گره‌ها اعمال می‌شود. پیکربندی وای (Y)، همچنین ستاره نیز خوانده می‌شود، سر هر سه سیم‌پیچ را به یک نقطه وصل می‌کند؛ و توان به دو سر هر سیم‌پیچ وصل می‌شود.

موتوری با پیکربندی سیم‌پیچ به شکل دلتا، گشتاور کم در سرعت‌های پایین فراهم می‌کند، اما اندازه بیشتری در سرعت‌های بالاتر فراهم می‌آورد. یکربندی وای گشتاور بالا در سرعت‌های پایین، اما گشتاور کم در سرعت‌های بالا فراهم می‌آورد.

اگرچه راندمان تاثیر بسیاری از ساختار موتور می‌پذیرد، ساختار سیم‌پیچ وای در حالت عادی کارآمدتر است. در اتصال سیم‌پیچ‌ها به صورت دلتا، نصف ولتاژی که به

از دیدگاه کنترل‌گر، این دو ساختمان دقیقن یکسان بررسی می‌شوند. البته کنترل‌گرهای گران‌قیمت‌تر کمتری هستند که برای خواندن ولتاژ از سر وای طراحی شده‌اند.

منابع توان مدار کنترل

نوعاً یک موتور براش‌لس، ماشین الکتریکی AC سنکرون با آهنربای دائم است که با سنسورهای الکترونیکی (برای یافتن مکان روتور) و یک تولیدکننده سیگنال AC (اینورتر) که با منبع DC تغذیه می‌شود؛ ترکیب شده‌است. نوعاً اینورترهای موتور براش‌لس از یک منبع تغذیه سوییچی مدولاسیون عرض پالس برای تولید سیگنال راه‌انداز AC استفاده می‌کنند.

کاربردها

بسیاری از کارها در اصل می‌توانند توسط موتورهای براش‌لس دی‌سی انجام پذیرند. اما قیمت و کنترل پیچیده جلوی جایگزین کردن موتورهای برس‌دار با موتورهای براش‌لس کاملاً در نواحی ارزان‌قیمت گرفته‌است. با این حال، موتورهای براش‌لس در حال حکم‌فرمایی در بسیاری کاربردها، خصوصاً دستگاه‌هایی همچون سخت‌افزارهای کامپیوتر و پخش‌کننده‌های سی‌دی و دی‌وی‌دی است. پنکه‌های خنک‌کننده کوچک استفاده‌شده در دستگاه‌های الکترونیکی منحصراً توسط موتورهای براش‌لس به حرکت در می‌آیند. همین‌طور در دستگاه‌هایی که به منبع شهری متصل نیستند و راندمان اهمیت بسیاری دارد و مدت طولانی طول می‌کشد تا باتری دوباره به شارژ متصل شود از این موتورها استفاده می‌شود. موتورهای براش‌لس کم سرعت و کم توان در دستگاه‌های گرامافون نیز استفاده می‌شوند.

حمل و نقل

موتورهای براش‌لس پرتوان در وسایل حمل‌ونقل برقی و هیبرید یافت می‌شوند. این موتورها اساساً موتورهای AC سنکرون با روتور آهنربای دائم هستند.Segway Scooter و Vectrix Maxi-Scooter از موتورهای براش‌لس استفاده کرده‌اند. تعدادی از دوچرخه‌های برقی از موتور براش‌لس استفاده می‌کنند که خودش به طور مستقیم در توپی چرخ قرار گرفته‌است و استاتور در محور ثابت شده‌است و آهنرباهای دائم روتور بر روی چرخ به گردش در می‌آیند.

گرمایش و تهویه

هم‌اکنون در HVAC و صنایع سردسازی گرایش به سمت استفاده از موتورهای براش‌لس به جای موتورهای AC متعدد وجود دارد. دلیل قابل توجه برای جایگزینی توان موردنیاز پایین‌تر برای گرداندن موتورهای براش‌لس در برابر موتورهای AC است. درحالی که موتورهای قطب سایه‌دار در ابتدا بر موتورهای پنکه حکمرانی می‌کردند، هم‌اکنون بسیاری پنکه‌ها با موتورهای براش‌لس به حرکت در می‌آیند. برخی پنکه‌ها از موتورهای براش‌لس دی‌سی برای افزایش راندمان سراسری سیستم بهره می‌برند.

در کنار راندمان بالاتر موتورهای براش‌لس، در سیستم‌های HVAC خصوصاً زمانی که کنترل سرعت مطرح باشد، از موتورهای براش‌لس دی‌سی استفاده می‌شود چراکه ریزکنترل‌گر داخلی این موتورها امکان برنامه‌ریزی و کنترل بهتر در جریان هوا و ارتباط سری می‌دهد.

مهندسی صنایع

کاربرد موتور دی‌سی براش‌لس در مهندسی صنایع در درجه اول بر مهندسی تولید یا اتوماسیون صنعتی تمرکز دارد. در تولید، موتورهای براش‌لس در درجه اول برای کنترل حرکت، مکان، یا سیستم‌های تحریک به کار می‌روند. موتورهای براش‌لس درحالت ایده‌آل برای کاربردهای تولیدی به خاطر توان بالا، چگالی، مشخصه سرعت-گشتاور خوب، راندمان بالا، محدوده سرعت وسیع و تعمیر و نگهداری اندک مناسب هستند.

سیستم‌های کنترل حرکت

موتورهای دی‌سی براش‌لس عموماً به عنوان محرک پمپ، پنکه، درایو دوک‌های نخ‌ریسی (اسپیندل) در سرعت‌های تنظیم‌پذیر و متغیر به کار می‌روند. آن‌ها می‌توانند گشتاور بالا با پاسخ سرعت مناسب فراهم آورند. به علاوه، آن‌ها می‌توانند به راحتی برای کنترل از راه دور برنامه‌ریزی و اتوماسیون شوند. به خاطر ساختارشان، خصوصیات گرمایی خوب و راندمان انرژی بالایی دارند. برای بدست آوردن پاسخ سرعت متغیر، موتورهای براش‌لس در سیستم الکترومکانیکی عمل می‌کنند که دارای کنترل‌گر الکترونیکی و سنسور فیدبک مکان روتور است.

تثبیت موقعیت و سیستم‌های تحریک

موتورهای براش‌لس برای تثبیت موقعیت صنعتی و سیستم‌های تحریک به کار می‌روند. برای روبات‌ها سرهم کننده، استپرهای براش‌لس یا موتورهای سروو برای تثبیت موقعیت قطعه برای سرهم نمودن یا یا یک ابزار برای پروسه تولید، همانند جوش‌کاری یا نقاشی به کار می‌روند. موتورهای براش‌لس دی‌سی همچنین می‌توانند برای به‌حرکت درآوردن محرک‌های خطی استفاده شوند.

مهندسی مدل

موتورهای براش‌لس موتورهای انتخابی محبوبی برای هواپیماهای مدل شامل هلیکوپترها هستند. نسبت قدرت به وزن مطلوب آن‌ها و محدوده بزرگ اندازه‌های دردسترس، از ۵ گرم تا موتورهای بزرگ در اندازه صدها وات، انقلابی در تجارت هواپیماهای مدل برقی با جایگزین نمودن همه موتورهای برقی برس‌دار ایجاد کرده‌است. آن‌ها همچنین رشد هواپیماهای مدل ساده و کم‌وزن را به جای مدل‌های بزرگ با موتورهای احتراق داخلی تشویق کرده‌اند. نسبت توان به وزن بزرگ باتری‌های مدرن و موتورهای براش‌لس به مدل‌ها اجازه می‌دهند تا به جای فرازگرفتن تدریجی به صورت عمودی بالا روند. به خاطر نویز پایین و کاهش جرم در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی کوچک دلیل دیگری برای محبوبیت آن‌هاست.

محدودیت‌های قانونی برای استفاده از مدل‌های هواپیما با موتور احتراق داخلی در برخی کشورها همچنین از انتقال به سیستم‌های الکتریکی توان بالا پشتیبانی نموده‌اند.

محبوبیت آن‌ها همچنین در ماشین‌ها، حشره‌ها، و کامیون‌های کنترل از راه دور افزایش پیدا کرده‌است.

موتور جریان متناوب سه فاز القایی

در بیشتر محل‌های که سیستم تغذیه سه فاز (یا چند فاز) در دسترس است از این گونه موتورها استفاده می‌شود به ویژه در قدرت‌های بالاتر استفاده از این موتورها بسیار رایج است. اختلاف زاویه بین هر یک از سه فاز تغذیه کننده باعث به وجود آمدن یک میدان دوار متعادل می‌شود که دارای سرعتی ثابت است.

در یک موتور القایی میدان مغناطیسی دوار موجب القای یک جریان در هادی‌های روتور می‌شود. این جریان به طور متقابل میدان مغناطیسی را به وجود می‌آورد که موجب چرخش روتور در جهت میدان مغناطیسی دوار خواهد شد. اما نکته‌ای که باید به آن توجه داشت این است که روتور همیشه باید با سرعتی کمتری از سرعت استاتور بچرخد و به عبارت دیگر در صورتی که سرعت روتور و میدان دوار یکسان باشد جریانی در روتور القا نخواهد شد.

موتورهای القایی در صنایع به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند اما قدرت‌های حدود ۵۰۰ کیلووات خیلی بیشتر رایج هستند. موتورهای القایی معمولاً با اندازه‌های استانداردی ساخته می‌شوند (البته این استانداردها در اروپا و آمریکا متفاوت است) این استانداردگذاری در ساخت موتورها تقریباً همه آنها را قابل تعویض می‌کند. توان برخی از موتورها القایی بسیار بزرگ تا ده‌ها هزار کیلو وات می‌رسد و از جمله استفاده‌های این موتورها می‌توان به کمپرسورهای خطوط لوله و تونل‌های باد اشاره کرد.

ساختمان موتور های القایی

به طور کلی هر ماشین القایی (موتور یا مولد القایی) از دو بخش استاتور و رتور تشکیل شده است. استاتور بخش ثابت و رتور بخش متحرک ماشین می باشد.
در شکل زیر ساختمان ماشین القایی نشان داده شده است.
هر یک از اجزای ماشین بر حسب عملکردشان بر روی یکی از این دو بخش قرار می گیرند. مثلا پروانه خنک کننده روی روتور نصب می شود.

اجزای تشکیل دهنده یک موتور القایی


استاتور:

استاتور ماشین القایی، شامل بدنه، هسته مغناطیسی، سیم پیچ ها و یاتاقان های سر و ته می باشد.
هسته استاتور، مجموعه ای از ورق های فولادی است که دارای شیار در سطح داخلی آن مطابق شکل می باشد که پس از قرار گرفتن در کنار هم تشکیل یک حجم استوانه ای توخالی را مطابق شکل می­دهد.
سیم پیچ های سه فاز ماشین القایی در داخل همین شیارها قرار می گیرند.

در ماشین های القایی به دلیل تلفات هیسترزیس، جنس هسته باید از فولاد الکتریکی با پسماند کمانتخاب شود تا تلفات هیسترزیس ماشین به حداقل ممکن برسد. همچنین برای کاهش تلفات فوکو نیز از روش ورق، ورق کردن هسته بهره می گیرند.

ابعاد هسته استاتور به گونه ای است که به راحتی در بدنه فولادی، چدنی یا آلومینیومی استاتور محکم می شود این بدنه به صورت پره دار ساخته می شود تا برای تهویه بهتر، سطح تماس بیشتری با هوای محیط  (سطح بیرونی) خود داشته باشد.

وظیفه بدنه، پوشش نهایی ماشین القایی می باشد که هسته و سیم پیچ ها را در خود جای داده است و ضمن محافظت ماشین در برابر ورود اجسام خارجی امکان نصب ماشین را فراهم می کند.

همچنین برای اتصال سیم پیچ ها روی بدنه ماشین جعبه ترمینالقرار می گیرد.

به علاوه دو درپوش و یاتاقان های طرفین ماشین به گونه ای طراحی می شوند که قسمت متحرک ماشین (روتور) به راحتی درداخل استاتور بچرخد و تکیه گاه مکانیکی مناسبی برای روتور فراهم شود. این بخش در ساختار الکتریکی ماشین نقشی ندارد و جزو تجهیزات مکانیکی ماشین به حساب می آید.

در موتورهای سنگین که جابه جایی آن برای افراد میسر نیست، یک قلاب در بالای بدنه ماشین پیش بینی می شود که بتوان با جرثقیل آن را جا به جا نمود.

 
هسته استاتور، بدنه و سیم پیچ استاتور

روتور:

 روتور ماشین های القایی بر دو نوع است:

الف) رتور قفسی

ب) رتور سیم پیچی شده

هسته هر دو نوع رتور از ورقه های مغناطیسی دایره ای شکلی تشکیل شده اند که از مرکز آن محور فولادی رتور عبورکرده است. محور فولادی رتور بایستی از نظر مکانیکی از استحکام کافی برخوردار بوده ولی از نظر خاصیت مغناطیسی ضعیف باشد.

روتور قفسی

بیشتر موتورهای جریان متناوب از این نوع روتورها استفاده می‌کنند به طوری که می‌توان گفت همه موتورهای خانگی و موتورهای سبک صنعتی از این نوع روتورها استفاده می‌کنند. روتور قفسی یا قفس سنجابی نام خود را به خاطر شکلش گرفته؛ دو رینگ در دو انتهای روتور که به وسیله میله‌های به هم وصل شده‌اند شکلی تقریباً شبیه یک قفس تشکیل می‌دهند. این میله‌ها عموماً از جنس آلومینیوم یا مس هستند و در بین ورقه‌های لایه لایه شده فولادی ریخته شده‌اند. بیشتر جریان القا شده در روتور از میان این میله‌ها عبور می‌کند چراکه ورق‌های لایه لایه فولادی به علت لاک زنی شدن دارای مقاومت الکتریکی زیادی هستند. ولتاژ ایجاد شده در بین حلقه‌ها بسیار پایین است اما جریان جاری بسیار زیاد است و این به دلیل مقاومت پایین این میله‌هاست. در موتورهایی که راندمان بالاتری دارند از مس برای تولید روتور استفاده می‌شوند چراکه مقاومت الکتریکی این فلز کمتر است.

تصویری از روتور یک روتور قفسی

در هنگام کار، موتور القایی شبیه یک ترانسفورماتور عمل می‌کند که استاتور اولیه و روتور ثانویه آن محسوب می‌شود. زمانیکه روتور با سرعت میدان دوار نمی‌چرخد جریان القا شده در روتور زیاد است، این جریان زیاد میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با افزایش سرعت روتور سرعت آن را هرچه بیشتر به سرعت استاتور نزدیک می‌کند. یک موتور القایی روتور قفسی در هنگام بی باری (سرعت برابر با میدان دوار) تنها مقدار کمی انرژی الکتریکی برای جبران تلفات مکانیکی (اصطکاک) و تلفات مسی (تلفات ایجاد شده به دلیل مقاومت هادی‌های الکتریکی) مصرف می‌کند. اما زمانی که بار موتور افزایش می‌یابد میزان جریان جاری در روتور افزایش می‌یابد (برای جبران فشار وارده به محور موتور) و به این ترتیب موتور مانند یک ترانسفورماتور عمل می‌کند چراکه با افزایش جریان در ثانویه جریان اولیه نیز افزایش می‌یابد. این دلیل کاهش یافتن نور لامپ‌ها در هنگام روشن شدن موتورهای القایی است البته زمانی که این موتورها به هواکش‌ها متصل شده‌اند این اتفاق نمی‌افتد.

موتورهای القایی که از حرکت وامانده‌اند (به دلیل بار زیاد یا گیر کردن محور) جریانی بسیار زیاد مصرف خواهند کرد چراکه تنها عامل محدود کننده جریان در چنین حالتی مقاومت ناچیز هادی‌های استاتور و روتور خواهد بود و در صورتی که این جریان به وسیله عاملی خارجی مهار نشود موتور و تجهیزات تغذیه کننده آن آسیب خواهند دید.

روتور سیم‌پیچی

زمانی که مقاومت سر راه روتور قابل تغییر باشد، روتور را سیم‌پیچی شده می‌نامند. یکی از کاربردهای این نوع روتورها در موقعیت‌هایی است که به سرعت متغیر نیاز است. در این روتورها سیم‌پیچ روتور طوری پیچیده شده که تعداد قطب‌ها در روتور و استاتور برابر هستند و خروجی هر فاز از روتور به طور جداگانه و به وسیله حلقه‌های لغزنده از موتور خارج شده‌است. این حلقه‌های لغزنده ارتباط الکتریکی خود با محور موتور را معمولاً به وسیله کربن ایجاد می‌کنند و پس از خارج شدن از موتور به یک مقاومت متغیر خارجی وصل می‌شوند.

در مقایسه با موتورها روتور قفسی، موتورهای روتور سیم‌پیچی گران‌تر هستند و به علت استهلاک حلقه‌های لغزان دارای هزینه تعمیر و نگه‌داری بالاتری نیز هستند، قبل از تولید تجهیزات کنترل سرعت الکترونیکی این موتورها بهترین راه برای کنترل سرعت بودند همچنین این موتورها می‌توانند در لحظه شروع به کار گشتاور بالاتری داشته باشند. استفاده از کنترل کننده‌های ترانزیستوری فرکانس راهی مناسب برای کنترل دور موتورهای جریان متناوب است و این از تمایل برای استفاده از موتورهای روتور سیم‌پیچی کاسته‌است.

راه‌های مختلفی برای راه‌اندازی موتورهای جریان متناوب استفاده می‌شود که اغلب این راه‌ها بر کاهش جریان هجومی در هنگام راه‌اندازی و همچنین افزایش گشتاور راه‌اندازی تکیه می‌کنند. این گونه موتورها تنها با وصل ترمینال‌های ورودی به برق شهری با ولتاژ استاندار شروع به کار می‌کنند و (بر خلاف برخی موتورهای جریان مستقیم) نیاز به روش راه‌اندازی ویژه‌ای ندارند. یکی دیگر از روش‌های کاهش جریان راه‌اندازی موتور، کاهش ولتاژ سیم‌پیچ‌ها در لحظه راه‌اندازی است که این کار به وسیله سری کردن سیم‌پیچ‌های بیشتر یا استفاده از اتوترانسفورماتور، تریستور و یا دیگر تجهیزات کاهش ولتاژ صورت می‌گیرد. روشی دیگر برای کاهش ولتاژ سیم‌پیچ‌ها در لحظه راه‌اندازی تغییر طرز قرار گرفتن سیم پیچ‌ها و استفاده از کلیدهای ستاره-مثلث است. در این حالت ابتدا موتور را در حالت ستاره راه‌اندازی کرده و پس از رسیدن به دور نامی، ترتیب قرار گرفت سیم‌پیچ‌ها را به وسیله کلید تغییر داده و به حالت مثلث می‌برند. این روش در اروپا رایج‌تر از آمریکای شمالی است.

موتور جریان متناوب سه فاز سنکرون

اگر خروجی قطب‌های روتور به وسیله کلکتورها از موتور خارج شده و به یک منبع خارجی وصل شود به طوری که روتور نیز به نوبه خود میدانی جداگانه و مداوم را ایجاد کند به موتور موتور سنکرون یا هم‌زمان گفته می‌شود. سرعت چرخش روتور در موتورهای سنکرون همواره برابر سرعت میدان دوار است و به همین دلیل این موتورها را هم‌زمان می‌نامند. از این موتورها می‌توان به عنوان یک ژنراتور جریان متناوب نیز استفاده کرد.

امروزه موتورهای سنکرون را اغلب به وسیله کنترل کننده‌های ترانزیستوری فرکانس راه‌اندازی می‌کنند. این موتورها همچنین می‌توانند به صورت یک موتور القایی نیز راه‌اندازی شوند به این صورت که در روتور این موتورها از میله‌های هادیی شبیه روتورهای قفسی استفاده می‌شود و پس از راه‌اندازی، این قسمت روتور خود به خود از مدار خارج می‌شود به این صورت که پس از رسیدن موتور به دور نامی مقدار ناچیزی جریان در قفس رتور القا می‌شود و بدین ترتیب تقریباً از مدار خارج می‌شود.

یکی از کاربردهای موتورهای سنکرون اصلاح ضریب توان است. در مراکز صنعتی تقریباً تمامی بارها (به جز موتورهای سنکرون پر تحریک) از انرژی الکتریکی به صورت پس فاز استفاده می‌کنند. بارهای پس فاز موجب به وجود آمدن اختلاف فاز در مدار شده و ضریب توان مدار را کاهش می‌دهند که این می‌تواند موجب به وجود آمدن تلفات اضافی در طول خطوط شود. به دلیل خصوصیت خاص موتورهای سنکرون می‌توان از آنها برای اصلاح ضریب توان نیز استفاده کرد، چراکه در صورتی که موتور سنکرون در حالت پر تحریک کار کند تقریباً مانند یک بار خازنی عمل کرده و از انرژی الکتریکی به صورت پیش فاز استفاده می‌کند و به این ترتیب می‌توان از یک موتور سنکرون به جای خازن‌های اصلاح ضریب توان استفاده کرد. این خصوصیت موتورهای سنکرون باعث شده که با وجود مشکلات مربوط به راه‌اندازی آنها، استفاده از آنها هنوز رایج باشد.

برخی از بزرگ‌ترین موتورهای جریان متناوب در نیروگاه‌های آب تلمبه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند چراکه این موتورها به راحتی می‌توانند نقش ژنراتور را ایفا کنند و به این ترتیب در ساعات کم مصرف انرژی الکتریکی به صورت موتور عمل کرده و آب را به مخزن پر ارتفاعی پمپ کنند و سپس در ساعات پر مصرف با پایین آمدن آب به صورت ژنراتور عمل کرده و از شبکه پشتیبانی کنند. در نیروگاه آب تلمبه‌ای Bath County در ویرجینیای آمریکا از شش ژنراتور سنکرون ۳۵۰ مگاواتی استفاده شده‌است که در زمان پمپ، هرکدام می‌توانند توانی برابر ۵۶۳۴۰۰ اسب بخار (۴۲۰۱۲۷ کیلووات) تولید کنند.

راه‌اندازی

موتورهای آسنکرون با توجه به قدرت و ولتاژ آن به طرق مختلف راه‌اندازی می‌شوند و با توجه به اینکه موتور در لحظه شروع به کار جریان زیادی از منبع الکتریکی می‌کشد و این جریان زیاد علاوه بر اینکه به خود موتور صدمه می‌زند به مصرف کننده‌های دیگری که از این خط مشترک تغذیه می‌شوند لطمه زده و کار آنها را مختل می‌سازد‌.

موتور آسنکرون معمولاً به روشهای زیر راه‌اندازی می‌شود در نتیجه جریان راه‌اندازی کم می‌شود‌:

به طور مستقیم‌

برای موتورهایی که بزرگ نیستند و آمپر زیادی از شبکه نمی‌کشند بوسیله یک کلید سه قطبی به شبکه متصل می‌شوند‌.

توسط کلید یا مدار ستاره–مثلث

ابتدا ولتاژ اولیه را که بر هر فاز متصل می‌شود، را کم می‌کنیم سپس وقتی که موتور به دور نرمال خود رسید ولتاژی را که به هر فاز می‌رسد زیاد می‌کنیم. بنابراین در لحظه اول کلید به حالت ستاره بوده یعنی ولتاژ دو سر هر فاز به u/√۳ تقلیل می‌یابد در نتیجه موتور با توان ۳/۱ توان نامی خود کار می‌کند‌. استعمال کلید روی انواع موتورها با روتور قفسه‌ای یا روتور سیم پیچی امکان‌پذیر است. ولی در موتورهایی که با بار زیاد کار می‌کنند از کلید برای راه‌اندازی استفاده نمی‌شود. چون گشتاور مقاوم بار زیاد است‌.

توسط کمپانساتور

این وسیله راه‌اندازی که اتوترانسفورماتور کاهنده است بین موتور و شبکه قرار می‌گیرد. این طریق راه‌اندازی به دلیل اینکه جریان شروع به کار و گشتاور شروع به کار هر دو به یک نسبت پایین می‌آیند خیلی خوب است. ولی چون هزینه آن گران است فقط در موتورهایی که قدرت زیاد دارند استفاده می‌شوند‌.

اضافه کردن مقاومت در مدار استاتور

برای جلوگیری از عبور جریان زیاد در موقع راه‌اندازی موتور می‌توان مقاومت‌هایی به طور سری سر راه سیم پیچی‌های موتور قرار دارد. و به تدریج که موتور دور می‌گیرد دسته مقاومتهای راه انداز را به طرف چپ حرکت داده در این صورت کم‌کم مقاومتها از سر راه مدار خارج می‌شود‌. این طریق راه‌اندازی به دلیل تلفات انرژی در مقاومتها زیاد و نیروی کشش در لحظه شروع به کار کم، استعمال کمی دارد‌.

راه‌اندازی به وسیله اینورتر

اینورتر یا همان درایو وسیله‌ای است برای راه‌اندازی نرم موتور بدون هیچگونه ضربه به قسمتهای مکانیکی مثل کوپلینگ‌ها، گیر بکسها، تسمه‌ها، زنجیرها و … و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مکانیکی را به دنبال خواهد داشت.

موتور سنکرون جریان متناوب تک فاز

موتورهای سنکرون تک فاز کوچک به جای ایجاد میدان مغناطیسی به وسیله یک منبع خارجی از آهنرباهای کوچک برای ایجاد میدان استفاده می‌کنند. بنابراین روتور این موتورها نیازی به جریان القا کننده نخواهد داشت. خصوصیت اصلی این موتورها سرعت ثابت آنهاست به طوریکه اغلب در وسایلی از آنها استفاده می‌شود که نیاز به سرعتی ثابت دارند. این موتورها در ساعت‌ها، دیسک گردان‌ها، ضبط صوت‌ها و برخی دیگر از تجهیزات دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

موتور های القایی سه فاز

موتور القایی سه فاز

موتورهای القایی سه فاز (الکتروموتور های سه فاز)، پرکاربردترین موتورهایی هستند که برای به حرکت درآوردن چرخ های صنعت از آنها استفاده می شود. طراحی ساده و مستحکم، قیمت ارزان، هزینه نگهداری پایین و اتصال آسان به منبع سه فاز امتیازات اصلی موتورهای القایی هستند. با اینکه ساختمان موتورهای القایی سه فاز به مراتب ساده تر از موتورهای DC است. ولی مکانیزم عملکرد، کنترل سرعت و گشتاور در این نوع موتورها نیازمند درک عمیق تری از مفاهیم الکتریسیته و مغناطیس می باشد.

این نوع موتور در قدرت های متنوع (کسری از کیلو وات تا چند ده مگا وات) ساخته و بهره برداری می شوند.

انواع موتورهای الکتریکی و کاربرد آن در صنعت

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Thanks!

برای درخواست محصول سفارشی اینجا کلیک کنید

سفارش ویژه
ابعاد موتور

محصولات