انواع الکتروموتور

الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم چیست؟

موتور DC یا جریان مستقیم؛ دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا آهنربا های الکتریکی بوجود آید در آرمیچر، آهنربای دائمی را در بیرون آرمیچر جذب و دفع کنند. سرعت دوران موتور DC به گشتاور ترمزی بستگی دارد به عبارت دیگر به ولتاژ ورودی و گشتاور جریان ورودی وابسته است.

الکتروموتور dc

الکتروموتور DC سری (Series)

موتورهای DC سری دارای گشتاور راه انداز بالا بوده و از این رو در صنایعی که به گشتاور راه اندازی بالا نیاز است (مانند جرثقیل ها، بالابر هیدرولیک، پرس های ضربه ای و آسانسور) مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از این نوع دینام در لوکوموتیوهای شهری (مترو و تراموا) استفاده می شود که به آن اصطلاحا موتور کششی یا اصطکاکی (Traction Motor) گفته می شود.

الکتروموتور DC شانت (Shunt)

موتورهای DC شانت یا موازی دارای گشتاور حرکتی حداکثر در دور نامی می باشد. به همین خاطر در کاربردهایی چون هواکش های صنعتی و دمنده ها مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع از الکتروموتورها نباید در زیر بار سنگین راه اندازی شوند، چون جریان آرمیچر آنها بیش از حد بالا رفته و به موتور صدمه وارد می شود.

الکتروموتور DC مرکب (Compound)

در موتورهای کمپوند خصوصیات موتور سری و شانت وجود دارد و شامل دو دسته هستند.

1. الکتروموتور DC کمپوند اضافی

این نوع موتور الکتریکی در مواردی به کار می رود که خصوصیات موتور سری لازم باشد ولی با برداشتن بار، موتور غیر قابل مهار نشود و دور آن خیلی بالا نرود. مانند دستگاه های تراش که در هر دوره کاری بی بار شده و مجددا زیر بار قرار می گیرد. در صنایع مختلف معمولا به جای استفاده از دینام کمپوند اضافی که طراحی آن شبیه موتورهای الکتریکی سری است، استفاده می شود.

موتور های ac و dc

2. الکتروموتور DC کمپوند نقصانی

در بارهای کمتر از بارهای نامی و مواردی که به سرعت تقریبا ثابت نیاز باشد از موتورهای کمپوند نقصانی استفاده می شود این موتورها معمولا در آزمایشگاه ها برای تامین دور ثابت استفاده می شود.

الکتروموتورهای AC یا جریان متناوب چیست؟

عمومی ترین نوع دینام مورد استفاده در صنعت و خانگی، الکتروموتورهای القایی AC هستند.

مزایای استفاده از الکتروموتورهای AC

طراحی ساده و مستحکم
قیمت مناسب
هزینه نگهداری پایین
اتصال آسان و کامل به یک منبع تغذیه

انواع متنوعی از موتورهای AC یا القایی در صنعت وجود دارد. موتور های الکتریکی مختلف برای کارهای مختلف مناسب اند. با اینکه طراحی موتور AC آسانتر از الکتروموتور DC است. ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف الکتروموتور AC نیازمند درکی عمیق تر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورها است.

استاتور

استاتور از چندین قطعه باریک آلومنیوم یا آهن سبک ساخته شده است. این قطعات بصورت یک سیلندر تو خالی به هم منگنه و محکم شده اند. سیم پیچ هایی از سیم روکش دار در این شیارها جاسازی شده اند. هر گروه پیچه با هسته ای که آن را فرا گرفته یک آهنربای مغناطیسی (با دو پل) را برای کار کردن با تغذیه AC شکل می دهد. تعداد قطب های یک موتور AC به اتصال درونی پیچه های استاتور بستگی دارد. پیچه های استاتور مستقیما به منبع انرژی متصل می باشند. آنها به صورتی متصل اند که با برقراری تغذیه AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می شود.

استاتور

روتور

روتور از چندین قطعه مجزای باریک فولادی که میانشان میله هایی از مس یا آلومنیوم تعبیه شده ساخته شده است. در رایج ترین نوع روتور (روتور قفس سنجابی) این میله ها در انتهای خود به صورت الکتریکی و مکانیکی بوسیله حلقه هایی به هم متصل شده اند. تقریبا 90 درصد از الکتروموتورها دارای روتور قفس سنجابی می باشند و این به خاطر آن است که این نوع روتور ساختی مستحکم و ساده دارد. این روتور از هسته ای چند تکه استوانه ای با محوری که شکافهای موازی برای جادادن رساناها درون آن دارد تشکیل شده است. هر شکاف یک میله مسی یا آلومنیومی یا آلیاژی را شامل می شود. در این میله ها به طور دائمی بوسیله حلقه های انتهایی آنها همچنان که در شکل دو مشاهده می شود مدار کوتاه برقرار است. چون این نوع مونتاژ درست شبیه قفس سنجاب است، این نام برای آن انتخاب شده است. میله ای روتور دقیقا با محور موازی نیستند. در عوض به دو دلیل مهم قدری مایل نصب می شوند.

موتور با کاهش صوت مغناطیسی بدون صدا کارکرده و برای آنکه از هارمونیک ها در شکاف ها کاسته شود.
گرایش روتور به هنگ کردن کمتر شود. دندانه های روتور به خاطر جذب مغناطیسی مستقیم (محض) تلاش می کنند که در مقابل دندانه های استاتور باقی بمانند. این اتفاق هنگامی می افتد که تعداد دندانه های روتور و استاتور برابر باشند.

روتور

انواع الکتروموتور AC

الکتروموتور AC سنکرون (Synchronous)
الکتروموتور AC آسنکرون (Asynchronous)

الکتروموتور AC سنکرون

در دینام های سنکرون، روتور و استاتور سیم پیچی می شوند. هنگامی که استاتور به منبع برق متصل می شوند، میدان گردان در موتور بوجود می آید که با سرعت سنکرون می چرخد. روتور نیز سیم پیچی شده است که توسط منبع DC تغذیه می شود. با اتصال جریان DC به روتور، روتور شروع به گردش با میدان دوار استاتور می کند. برای راه اندازی موتور الکتریکی سنکرون، ابتدا موتور الکتریکی پس از قطع محرک اولیه با سرعت سنکرون می چرخد.

کاربرد الکتروموتور سنکرون

از این محصول برای اصلاح ضریب توان (Cosφ) می باشد در این حالت بر روی محور موتور سنکرون باری قرار نمی گیرد یعنی موتور الکتریکی بدون بار کار می کند. در این حالت موتور سنکرون را خازن سنکرون هم می نامند در کارخانه ها استفاده می شود.
از این موتورها هم بعنوان ژنراتور سنکرون و هم بعنوان الکتروموتور سنکرون می توان استفاده نمود.
بدلیل آنکه موتور الکتریکی سنکرون، دور ثابتی دارد در تجهیزات مانند ساعت های الکتریکی که نیازمنداین خصوصیت است مورد استفاده قرار می گیرد.

مزایای الکتروموتور سنکرون

در مقابل نوسان ولتاژ حساسیت ندارد.
بازده بسیار بالایی دارد.
دارای ضریب قدرت مناسب و قابل تنظیم است.
این الکتروموتور می تواند بطور مستقیم با ولتاژ زیاد کار کند.

نقاط ضعف الکتروموتور سنکرون

سرعت این الکتروموتور ثابت است و قابلیت تنظیم برای سرعت های بالاتر و یا پایین تر را ندارد.
این الکتروموتور قابلیت تحمل بار اضافه را ندارد.
علاوه بر جریان متناوب برای سیم پیچ استاتور، جریان دائم برای قطب های این موتور الکتریکی نیز مورد نیاز است در نتیجه قیمت این الکتروموتور را نسبت به موارد مشابه خود بالاتر می برد.
به یک وسیله راه انداز اولیه که می تواند موتور کمکی باشد احتیاج دارد.

الکتروموتور AC آسنکرون

قفسه سنجابی
روتور سیم پیچی شده (Slip Ring)

الکتروموتور AC آسنکرون قفسه سنجابی چیست؟

روتور موتورهای قفس سنجابی استوانه ای شکل است که میله هایی از جنس آلومینیوم و یا مس درون شیارهای محیطی آهنی و یا فولادی قرار دارد که به دو صورت ساخته می شود که نوع اول از میله های گرد تشکیل شده است و نوع دوم از میله های مستطیلی و یا به شکل دو دایره که به هم متصل و یا جدا از هم هستند تشکیل می شود. میله های روتور الکتروموتور را به این دلیل مورب طراحی می کنند که در تاثیر میدان های استاتور بر روی روتور نوعی هم پوشانی به وجود آید و از لرزش و یا قفل شدن در لحظه استارت جلوگیری به عمل آید.

مزایای الکتروموتور آسنکرون قفس سنجابی

به دلیل قیمت مناسب و سادگی در طراحی در بسیاری از صنایع جایگزین موتورهای دیگر شده است.
سرعت گردش این دینام در بارهای مختلف تقریبا ثابت است.
تغییر بار باعث از حرکت ایستادن این نوع نمی شود.
نسبت به الکتروموتورهای سیم پیچی شده (Slip Ring) دارای ضریب قدرت بهتری هستند.

نقاط ضعف الکتروموتور آسنکرون قفس سنجابی

زمانی که با کار کم در حال کار است، ضریب قدرتش کاهش می یابد.
تغییر دور این نوع با روش کاهش ولتاژ غیر ممکن است و نیاز به دستگاه (AC Drive) برای این کار دارد.
الکتروموتورهای آسنکرون قفس سنجابی به تغییرات ولتاژ حساس هستند و در صورت کم شدن ولتاژ جریان جریان آن به همان نسبت افزایش می یابد.
گشتاور پایینی دارد.
در هنگام استارت این موتور الکتریکی جریان زیادی را از شبکه در حدود 3 تا 7 برابر جریان نامی می گیرند.

روتور قفس سنجابی

الکتروموتور AC آسنکرون روتور سیم پیچ

مشکل موتورهای قفسه سنجابی مقاومت بسیار پایین روتور آن است. میله های روتور توسط حلقه ای در ابتدا و انتهای آن اتصال کوتاه شده است. این مسئله در لحظه استارت که روتور مغناطیسی نیست شار (خطوط میدان الکتریکی که از سطح عمود بر مسیر عبور می کنند را شار الکتریکی گویند) زیادی را برای مغناطیس شدن به خود جذب می کند و باعث بالا رفتن جریان موتور الکتریکی می شود در نتیجه در لحظه استارت جریان زیادی را از شبکه می گیرد و باعث کاهش گشتاور شروع می شود برای رفع این مشکل الکتروموتورهای روتور سیم پیچی شده طراحی و ساخته شدند که این عیب را تا حد زیادی مرتفع گردید.

در این محصولات روتور سیم پیچی شده به جای وجود میله در روتور، روتور را سیم پیچی می کنند و انتهای این سیم پیچ ها را به حلقه های لغزنده که خود توسط جاروبک هایی به بیرون موتور هدایت می شوند، وصل می نمایند. با قرار دادن بانک های مقاومتی (استارتر یا راه انداز) در سر راه این سیم پیچ ها، مقاوت روتور را می توان کم و زیاد کرده و جریان کشی موتور را به دلخواه تغییر دهیم.

بانک مقاومتی، راه انداز یا استارتر

راه انداز دارای سه پله تا رساندن موتور به دور نامی می باشد. پله اول از بانک مقاومتی با رسیدن موتور به ۳۰% دور نامی توسط کنتاکتور مربوطه از مدار خارج شده و دینام به دور گیری خود ادامه می دهد. پله های بعدی، در دور های ۵۰% و ۷۵% دور نامی می باشد. بعد از این دور استارتر کلا از مدار خارج شده و موتور مستقیما به شبکه متصل شده و به دور نامی می رسد.

از الکتروموتورهای روتور سیم پیچی شده در آسیاب ها، سنگ شکن ها، جرثقیل ها و در صنایع سیمان و فولاد استفاده می شود.

مزایای الکتروموتور AC آسنکرون روتور سیم پیچ

گرمای تولید شده در خارج از استارتر اتفاق می افتد.
این دینام قابلیت استارت های پشت سر هم و زیر بار را دارد.
جریان استارت الکتروموتور قابل تنظیم است.
الکتروموتورهای روتور سیم پیچی دارای گشتاور حداکثر در لحظه استارت است.

الکتروموتور AC

موتورهای AC همانند بیشتر موتورهای الکتریکی دارای یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور که درون آن می چرخد دارند. موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار به طور مجازی برای گرداندن روتورشان استفاده می کنند. الکتروموتور سه فاز AC تنها نوعی است که در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می شود. در حالیکه در موتورهای DC به وسیله ای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند. برای راه اندازی یک الکتروموتور تک فاز AC احتیاج به یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است. در درون هر موتور AC دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.

انواع الکتروموتور (انواع دینام)

الکتروموتور تک فاز
الکتروموتور سه فاز

معمولا الکتروموتورها را بر اساس تعداد کلاف های استاتور تقسیم بندی می کنند.

الکتروموتور تک فاز

به دلیل قیمت مناسب و کم بودن هزینه نگهداری بیشترین مصرف را در صنعت دینام تک فاز دارند. در این مدل از الکتروموتورها از یک کلاف یا پیچه استفاده می شود و با یک منبع تغذیه متناوب تک فاز کار می کند. موتور تک فاز خود راه انداز نیست و در همه انواع الکتروموتور تک فاز، روتور از نوع قفس سنجابی است. هنگامی که موتور به یک منبع تغذیه تک فاز متصل است کلاف اصلی دارای جریانی متناوب می شود. این جریان متناوب میدان مغناطیسی ضربانی تولید می کند. به سبب القا، روتور تحریک می شود. چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است گشتاوری که برای چرخش موتور الکتریکی لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود. از این رو الکتروموتور تک فاز به دستگاه آغازگر (استارتر) نیاز دارد که می‌ تواند ضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند. استارتر الکتروموتور تک فاز اساسا کلاف اضافی در استاتور است (پیچ راه انداز). کلاف استارت می‌تواند دارای خازنهای سری و یا سوئیچ گریز از مرکز باشد.

هنگامی که ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در کلاف اصلی به سبب مقاومت کلاف اصلی ولتاژ تغذیه را افت می دهد (ولتاژ به جریان تبدیل می شود). در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می شود. فعل و انفعال میان میدان های مغناطیسی که پیچه اصلی و دستگاه استارت (شامل پیچه کمکی و خازن) می سازند میدان برآیندی می سازند که در جهتی گردش می کند. محور الکتروموتور گردش را در جهت این میدان برآیند آغاز می کند. هنگامی که موتور به ۷۵ درصد دور مجاز خود می رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می کند. از این لحظه به بعد الکتروموتور تک فاز می تواند گشتاور کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد. بجز انواع خاص، معمولا همه موتورهای تک فاز فقط برای کاربری‌ های کمتر از 3 اسب بخار استفاده می شوند. با توجه به انواع تکنیک های استارت، الکتروموتور تک فاز AC به صورت زیر طبقه بندی می شود.

انواع الکتروموتور تک فاز

انواع دینام تک فاز عبارتند از:

الکتروموتور تک فاز AC با فاز شکسته
الکتروموتور تک فاز AC با استارت خازنی
الکتروموتور تک فاز AC با خازن دائمی اسپیلت

الکتروموتور تک فاز AC با فاز شکسته

این نوع از موتور تک فاز دو پیچه دارند. در پیچه استارت این دینام، سیم نازک تر و تعداد دور کمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته می شود. این الکتروموتور فاز شکسته با عنوان استارت القایی / کارکرد القایی هم شناخته می شود. در میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه که پیچه اصلی دارد قرار می گیرد که سبب آغاز چرخش محور الکتروموتور می گردد. پیچه اصلی که از سیم ضخیم تری ساخته شده‌ است موتور الکتریکی را همیشه در حالت چرخش باقی نگه می‌ دارد. کاربری های خوب برای الکتروموتورهای فاز شکسته شامل سنگ سمباده های کوچک، دمنده‌ ها و فن های کوچک و دیگر دستگاه هایی با نیاز به گشتاور آغازین کم و با نیاز به الکتروموتور هایی با قدرت ۱/۲۰ تا ⅓ اسب بخار می باشد. این الکتروموتورها در کاربری هایی که نیاز به روشن و خاموش کردن های پیاپی و یا نیاز به گشتاور زیاد دارند مناسب نیست.

الکتروموتور های تک فاز

الکتروموتور تک فاز AC با استارت خازنی

این نوع همان موتور با فاز شکسته، اصلاح شده با خازنی سری با آن برای بهبود استارت است. همانند دینام معمولی با فاز شکسته، این نوع موتور یک سوئیچ گریز از مرکز داشته که هنگامی که محور الکتروموتور به ۷۵ درصد سرعت نامی می‌رسد، پیچه استارت را از مدار خارج می نماید. از آنجا که خازن در مدار استارت است، گشتاور استارت بیشتری تولید می کند که معمولا در حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ درصد گشتاور نامی است و جریان استارت معمولا بین ۴۵۰ تا ۵۷۵ درصد جریان نامی است که بسیار کمتر از موتور با فاز شکسته و به علت سیم ضخیم تر در مدار استارت است. نوع اصلاح شده‌ ای از الکتروموتور با استارت خازنی، الکتروموتور با استارت مقاومتی است.

در این نوع الکتروموتور خازن استارت با یک مقاومت جایگزین شده‌ است. موتور الکتریکی با استارت مقاومتی در کاربری هایی مورد استفاده قرار می گیرد که میزان گشتاور استارت، کمتر از مقداری که الکتروموتور با استارت خازنی تولید می کند لازم است. صرف نظر از هزینه، این الکتروموتور صنعتی امتیازات عمده ای نسبت به موتور الکتریکی با استارت خازنی ندارد. این موتورها در انواع مختلف کاربری های پولی و تسمه‌ای مانند تسمه نقاله های کوچک و در پمپ ها، دمنده های بزرگ و کاربری های چرخ دنده ای به خوبی استفاده می شوند.

الکتروموتور تک فاز القایی AC با استارت خازنی

الکتروموتور تک فاز AC با خازن دائمی اسپلیت

این نوع از موتور الکتریکی نوعی خازن به طور دائم متصل به صورت سری به پیچه استارت دارد. این کار سبب آن می شود که پیچه استارت تا زمانی که محور الکتروموتور به سرعت چرخش نامی خود برسد به صورت پیچه‌ای کمکی عمل کند. از آنجا که خازن عملکرد اصلی، باید برای استفاده مداوم طراحی شده باشد، نمی‌تواند توان استارتی معادل یک الکتروموتور استارت خازنی ایجاد نماید. گشتاور استارت یک الکتروموتور تکفاز با خازن دائمی معمولا کم و در حدود ۳۰ تا ۱۵۰ درصد گشتاور نامی‌ است. الکتروموتور تک فاز با خازن دائمی، جریان راه اندازی پایینی دارند که معمولا در کمتر از ۲۰۰ درصد جریان نامی است که آنها را برای کاربری هایی دارای پریود‌های خاموش-روشن با سرعت بالا بسیار مناسب می‌سازد. الکتروموتور تک فاز مزایای بسیاری دارد. طراحی موتور الکتریکی تک فاز را می توان به راحتی برای استفاده با کنترل کننده های سرعت دوران اصلاح کرد. همچنین می توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در بار نامی طراحی شوند. آنها به عنوان قابل اطمینان ترین الکتروموتور تک فاز مطرح می شوند. مخصوصا به این خاطر که به سوئیچ گریز از مرکز نیازی ندارند. این موتورهای الکتریکی بسته به طراحی شان کاربری بسیار متنوعی دارند که استفاده به عنوان فن، دمنده های با نیاز به گشتاور استارت کم و پریودهای کاری غیر دائمی مانند بازکننده های درب گاراژها را در بر می گیرد.

الکتروموتور تک فاز AC استارت با خازن/کارکرد با خازن

این نوع، همانند موتور با استارت خازنی، خازنی از نوع استارتی در حالت سری با پیچه کمکی برای گشتاور زیاد استارت دارد. همچنین مانند یک الکتروموتور با خازن دائمی، خازنی از نوع کارکرد دائم دارد که در کنار خازن استارت در حالت سری با پیچه کمکی است که بعد از شروع به کار الکتروموتور از مدار خارج می شود. این حالت سبب بوجود آمدن گشتاوری اضافی می شود. این نوع موتور الکتریکی می‌تواند برای بازده بیشتر طراحی شود. این الکتروموتور بخاطر خازن های کارکرد دائم و استارت و سوئیچ گریز از مرکز آن نسبتا پر هزینه‌ است. این الکتروموتور می تواند در بسیاری از کاربری هایی که از هر الکتروموتور تک فاز دیگری انتظار می رود استفاده شود. این کاربری ها شامل ماشین های مرتبط با چوب، کمپرسورهای هوا، پمپ های آب فشار قوی، پمپ های تخلیه و دیگر کاربردهای نیازمند گشتاورهای بالا می شوند.

الکتروموتور تک فاز AC با قطب سایه دار (با حلقه اتصال کوتاه)

انواع الکتروموتور تک فاز با قطب سایه دار فقط یک پیچه یا کلاف اصلی دارند و پیچه یا کلاف راه انداز ندارند. استارت خوردن به وسیله طرح خاص آن که حلقه پیوسته مسی ای را دور قسمت کوچکی از هر قطب موتور الکتریکی حلقه می کند انجام می شود. این سایه که قطب را دو تکه می کند سبب می شود که میدان مغناطیسی ای ضعیف تر در ناحیه سایه خورده نسبت به قسمت دیگر و در کنار آن بوجود آید. تعامل میان میدان ها محور را به چرخش وا می دارد. چون موتور الکتریکی با قطب سایه خورده پیچه استارت، سوئیچ استارت و یا خازن ندارد از نظر الکتریکی ساده و ارزان است. همچنین سرعت آن را صرفا با تغییر ولتاژ یا بوسیله یک پیچه با چند دور مختلف می توان کنترل کرد. ساختار الکتروموتور با قطب سایه خورده از نظر مکانیکی اجازه تولید انبوه را می دهد.

این نوع الکتروموتور صنعتی به الکتروموتور یکبار مصرف مشهور است. بدین معنی که جایگزین کردن آنها ارزان تر از تعمیر آنهاست. الکتروموتورهای با قطب سایه دار مشخصات مثبت زیادی دارند. اما چندین مورد عیب هم دارند. گشتاور استارت کم آن معمولا ۲۵ تا ۷۵ درصد گشتاور نامی است. آنها الکتروموتورهایی با اتلاف بالا هستند که سرعتی حدود ۷ تا ۱۰ درصد سرعت سنکرون دارند. عموماً بازده این نوع بسیار پایین است (کمتر از ۲۰ درصد). هزینه اولیه پایین آن را برای قدرت کمتر یا کاربردهای با کار کمتر مناسب می سازد. شاید وسیع ترین استفاده از آنها در فن های چند سرعته برای استفاده خانگی است. ولی گشتاور کم، الکتروموتور تک فاز دارای قطب سایه دار را برای بیشتر کاربری های صنعتی یا تجاری که در آنها کار مداوم یا پریود‌های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می کند.