آشنایی با نحوه عملکرد الکتروموتور ac

موتور الکتریکی چگونه کار می کند؟

الکتروموتور ها خصوصا الکتروموتور ac همه جا هستند! در خانه شما تقریبا هر حرکتی که در اطراف خود می بینید با موتورالکتریکی AC برق متناوب یا موتورالکتریکی DC جریان مستقیم به حرکت در می آیند. در این مقاله ما به هر دو مورد خواهیم پرداخت تا با طرز کار موتور الکتریکی آشنا شوید. با دانستن اینکه موتور الکتریکی چگونه کار میکند، مطالب زیادی در مورد آهن ربا، مغناطیس و در کل الکتریسیته خواهید آموخت. یک موتور الکتریکی یا الکتروموتور از مگنت (مغناطیس) استفاده میکند تا حرکت را به وجود بیاورد. اگر تا به حال با آهنرباها بازی کرده باشید حتما در مورد قانون اصلی همه آنها میدانید: قطب های مخالف همدیگر را جذب و قطب های موافق همدیگر را دفع میکنند.

خب. اگر شما دو آهنربای میله ای داشته باشید که انتهای هرکدام شمال و جنوب مشخص شده باشد. میدانید که انتهای شمال آهنربا انتهای جنوب دیگری را جذب میکند و انتهای جنوبی یک آهنربا انتهای جنوبی دیگری را دفع میکند.(شمال نیز شمال دیگری را دفع میکند.) درون یک موتور الکتریکی این نیروهای جاذب و دافع حرکت چرخشی را به وجود می آورند.

داخل الکتروموتور

برای فهمیدن اینکه یک موتور الکتریکی چگونه کار میکند، باید دانست که یک آهنربای الکتریکی یا الکترومغناطیس چگونه کار می کند. الکترومغناطیس قانون پایه الکتروموتورها است. فرض کنید شما یک آهنربای مغناطیسی را با پیچیدن صد دور از یک سیم مسی به دور یک میخ و وصل کردن انتها و ابتدای سیم به یک باتری به وجود آورده اید. وقتی باتری وصل است میخ تبدیل به یک آهنربا می شود که قطب های شمال و جنوب دارد. حال فرض کنید مانند تصویر زیر آهنربای مغناطیسی خودتان را برداشته اید یک محور در وسط میخ خود درست کرده اید و آن را به صورت معلق در وسط یک آهنربای نعل اسبی قرار داده اید.

موتور الکتریکی DC

اگر یک باتری را به آهنربای الکتریکی وصل کنید تا انتهای شمالی میخ مطابق شکل ظاهر شود، قانون اساسی مغناطیس به شما میگوید که چه اتفاقی می افتد. انتهای شمالی آهنربای الکتریکی از انتهای شمال آهنربای نعل اصبی دفع میشود و به اتهای جنوبی آهنربای نعل اصبی جذب میشود. انتهای جنوبی آهنربای الکتریکی نیز به روشی مشابه دفع میشود. میخ نیم دور جرکت میکند و سپس در موقیعت نشان داده شده می ایستد.

نکته کلیدی موتور الکتریکی این است که یک قدم فراتر برویم، در لحظه ای که نیم دور چرخش میخ کامل میشود میدان آهنربای الکتریکی میچرخد. میدان مغناطیسی را با عوض کردن جهت حرکت الکترون ها در سیم (که به معنی عوض کردن قطب های باتری است) تغییر میدهیم که این امر باعث میشود تا نیمه دیگر حرکت کامل شود. اگر میدان مغناطیس الکترومغناطیس دقیقاً در لحظه مناسب در پایان هر نیم دور حرکت چرخانده شود، موتور الکتریکی آزادانه می‌چرخد.

موتور DC چگونه کار می کند؟

همانطور که گفته شد، شما با دو نوع الکتروموتور (موتور الکتریکی) مواجه میشود. موتور الکتریکی جریان مستقیم یا DC و الکتروموتور جریان متناوب یا AC. موتور های جریان مستقیم یا دی سی اولین بار در اواسط صده 1800 توسعه یافته و تولید شدند و تا امروز نیز مورد استفاده قرار میگیرند.

یک موتور الکتریکی ساده از شش بخش تشکیل میشود:

• استاتور
• روتور
• کموتاتور(Commutator) یا تغییر دهنده جهت برق
• براش(Brushes) یا جاروبک
• محور
• منبع تغذیه نا متناوب Dc

قسمت بیرونی یک موتور الکتریکی DC استاتور قرار دارد:

استاتور یک آهنربای دائمی است که حرکت نمیکند و ثابت است. قسمت داخلی موتور الکتریکی نیز روتور قرار دارد که میچرخد. روتور در اینجا حکم میخ را در مثال قبل دارد و استاتور نیز همان مگنت نعل اسبی است.

وقتی که برق Dc از طریق روتور ارسال میشود، یک میدان مغناطیسی موقت ایجاد میکند که با میدان مغناطیسی دائمی استاتور در تعامل است. وظیفه کموتاتور حفظ قطبیت میدان است که باعث چرخش مدام روتور میشود. این امر باعث ایجاد گشتاور مورد نیاز برای تولید نیروی مکانیکی میشود.

موتور اسباب بازی

موتور DC اسباب بازی ها معمولا بسیار کوچک و در اندازه یک سکه هستند که با دو سیم به باتری وصل میشوند. اگر سیم های باتری موتور را به باتری وصل کنیم محور یا روتور میچرخد و اگر اتصال سیم ها را معکوس کنیم روتور در جهت مخالف خواهد چرخید.

درپوش انتهایی پلاستیکی توسط دو زبانه در جای خود ثابت میشود. درون درپوش انتهایی برس های موتور (جاروبک) با چرخش موتور نیرو را از باتری به کموتاتور منتقل میکنند. (از آنجایی که برس ها ممکن است فرسوده شوند و نیاز به تعویض دارند، موتور های Dc مدرن غالبا بدون جاروبک ساخته میشوند)

محور روتور و کموتاتور را در جای خود نگه میدارد. روتور مجموعه ای از آهنرباهای الکترومغناطیسی است که در این مورد سه عدد است. آرمیچر در این موتور مجموعه ای از صفحات فلزی نازک است که در کنار هم قرار میگیرند و سیم مسی نازکی در اطراف هر یک از این سه قطب روتور پیچیده شده است. دو سر هر سیم (یکی برای هر قطب) به یک ترمینال متصل میشود و سپس هر یگ از سه پایانه به یک صفحه از کموتاتور وصل میشود.

قطعه نهایی هر موتور الکتریکی DC استاتور است. در این موتور، استاتور توسط خود قوطی به اضافه دو آهنربای دائمی منحنی مانند شکل میگیرد. در موتور های DC آرمیچر روتور است و میدان استاتور است.

روتور، کموتاتور و جاروبک

همانطور که قبلا اشاره شد، روتور مانند میخ در مثال و تصویر ما از آهنربای الکتریکی است. کموتاتور هم به محور نصب شده است. کموتاتور به صورت ساده یک جفت از صفحه ها است که به محور نصب شده است. این صفحه ها دو اتصال سیم پیچ آهنربای الکتریکی را فراهم میکنند.

قسمت “برگردان میدان مغناطیسی – جابجایی قطب های” یک موتور الکتریکی توسط دو بخش کموتاتو و جاروبک ها (برس) انجام میشود.

این نمودار نشان میدهد که کموتاتور (سبز رنگ) و برس ها (قرمز رنگ) با هم جریان را به آهنربای الکتریکی میرسانند و همچنین جهت حرکت الکترون ها را در لحظه مناسب عوض میکنند. صفحه های کموتاتور به محور مغناطیس الکترومغناطیس متصل می شوند، بنابراین با آهنربا می چرخد. برس ها فقط دو تکه فلز فنری یا کربنی هستند که با کموتاتور تماس پیدا میکنند.

ترکیب اجزای الکتروموتور کنار هم

وقتی تمامی این بخش ها را در کنار یکدیگر قرار دهید یک موتور الکتریکی کامل خواهید داشت. نکته کلیدی اینجا است که وقتی روتور از وضعیت افقی عبورمیکند، قطب های آهنربا الکترومغناطیسی جابجا میشوند. به دلیل این چرخش قطب شمال آهنربای الکتریکی همیشه بالای محور قرار دارد ، بنا بر این قطب شمال استاتور را دفع میکند و قطب جنوب استاتور را جذب میکند. معمولا روتور به جای دو قطبی که در این مقاله صحبت میشود دارای سه قطب است. دو دلیل خوب برای داشتن سه پل برای موتور وجود دارد:

باعث میشود موتور دینامیک بهتری داشته باشد. در یک موتور دو قطبی اگر آهنربای الکتریکی در نقطه تعادل، کاملا افقی بین دو قطب استاتور هنگام روشن شدن موتور باشد، میتوانید تصور کنید که روتور در آنجا گیر میکند. این هرگز در یک موتور سه قطبی اتفاق نمی افتد.

هر موقع که کموتاتور به نقطه ای برخورد میکند که میدان را در یک موتور دو قطبی میچرخاند، کموتاتور برای لحظه ای باتری را خاموش میکند. این اتصال کوتاه باعث هدر رفتن انرژی و تخلیه بی مورد باتری میشود. موتور سه قطبی این مشکل را حل کرده است.

با توجه به سایز یک موتور الکتریکی و کاری که باید انجام دهد میتوان هر تعداد قطب برای آن در نظر گرفت.

موتور الکتریکی AC چگونه کار می کند؟

الکتروموتور های AC یا برق متناوب تمامی موتور هایی هستند که ما امروزه در کارخانجات و صنایع مختلف جهت تبدیل انرژی الکتریکی سه فاز یا تکفاز به نیروی مکانیکی از انها استفاده می کنیم. موتور های الکتریکی جریان مستقیم یا Dc با الکتروموتور های Ac از لحاظ قطعات و نحوه کار و تعویض میدان مغناطیسی خیلی مشابه یکدیگر هستند و نیروی مکانیکی را تولید میکنند.

قطعات داخل اکتروموتور AC

• استاتور روتور
• محور
• سیم پیچی
• قفس سنجابی

سیم پیچی استاتور در موتور الکتریکی AC به نوعی کار روتور یک موتور DC را انجام میدهد. در این مورد، حلقه ای از آهنرباهای الکتریکی که به ترتیب با هم جفت میشوند و انرژی میگیرند که میدان مغناطیسی دوار را ایجاد میکند. اگر به یاد داشته باشید گفتیم که روتور در یک موتور الکتریکی DC به باتری متصل میشود. اما روتور در یک الکتروموتور AC هیچ ارتباط مستقیمی با منبع تغذیع ندارد. برس یا براش نیز وجود ندارد. اما در عوض عموما از چیزی به نام قفس سنجاب استفاده میشود.

قفس سنجاب

در یک موتور AC، قفس سنجاب مجموعه ای از میله های روتور است که به دو حلقه متصل میشوند، یکی در دو انتها. شبیه به وقتی که یک موش یا سنجاب به داخل قفس می دود. هنگامی که برق متناوب از طریق استاتور ارسال میشود، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد میکند. میله های روتور قفس سنجاب هادی هستند، پس به چرخاندن قطب های استاتور پاسخ میدهند به این ترتیب روتور میچرخد.