الکتروموتور جریان مستقیم (DC Motor)

اولین نمونه‌های الکتروموتور، به شکل موتورهای جریان مستقیم (DC) طراحی شدند. اساس کار این موتورها بر پایه برهم‌کنش میدان مغناطیسی ثابت و متغیر است. زمانی که این میدان‌ها با هم تداخل پیدا می‌کنند، گشتاور چرخشی ایجاد می‌شود و آرمیچر به حرکت درمی‌آید. میدان ثابت معمولاً توسط آهنربای دائمی یا سیم‌پیچ‌های استاتور تأمین می‌شود و میدان متغیر به وسیله جریان عبوری از سیم‌پیچ‌های آرمیچر ایجاد می‌گردد.

موتورهای DC از نظر طراحی به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

• الکتروموتور DC براش‌دار (Brushed)

• الکتروموتور DC بدون براش (Brushless یا BLDC)

موتور DC براش‌دار

در این نوع موتور، برای انتقال جریان به سیم‌پیچ‌های روتور از قطعاتی به نام جاروبک (Brush) استفاده می‌شود. با چرخش روتور، کموتاتور نیز می‌چرخد و جاروبک‌ها پیوسته روی آن حرکت کرده و باعث تغییر جهت جریان در سیم‌پیچ‌ها می‌شوند. این تغییر مداوم جهت جریان، باعث تغییر قطبیت میدان روتور و در نهایت تولید گشتاور می‌شود.

البته به دلیل اصطکاک مداوم جاروبک‌ها و کموتاتور، این موتورها دچار فرسایش و جرقه‌زنی می‌شوند. برس‌ها معمولاً پس از حدود ۱۰,۰۰۰ ساعت کارکرد نیاز به تعویض دارند. به همین دلیل، استفاده از موتورهای براش‌دار برای تجهیزات دائماً روشن مثل فن‌ها توصیه نمی‌شود.

موتور DC براشلس (BLDC)

در موتورهای براشلس، دیگر خبری از جاروبک و کموتاتور نیست. در این مدل، روتور به آهنربای دائمی مجهز می‌شود و سیم‌پیچ‌ها در استاتور قرار دارند. به همین خاطر هیچ تماس مکانیکی بین روتور و استاتور وجود ندارد و این موضوع باعث افزایش راندمان و کاهش استهلاک موتور می‌شود.

موتورهای براشلس با استفاده از کنترلرهای الکترونیکی و سنسورهای موقعیت، جریان عبوری از سیم‌پیچ‌های استاتور را مدیریت می‌کنند. همین ویژگی باعث می‌شود که این موتورها از نظر کنترل سرعت، توقف سریع و تغییر جهت گردش بسیار دقیق و انعطاف‌پذیر باشند. به همین دلیل در صنایع مختلف، از تجهیزات هیدرولیک گرفته تا رباتیک و خودروهای برقی، کاربرد گسترده‌ای دارند.

الکتروموتور جریان متناوب (AC Motor)

الکتروموتورهای AC پرکاربردترین نوع موتورهای الکتریکی در صنعت هستند. این موتورها با استفاده از جریان متناوب، گشتاور و سرعت لازم برای حرکت تجهیزات را تولید می‌کنند. سادگی طراحی، قیمت مناسب، استحکام بالا و راندمان خوب باعث شده تا در صنایعی مانند نفت و گاز، معدن، خودروسازی، صنایع غذایی، پمپ‌ها و کمپرسورها به‌طور گسترده استفاده شوند.

انواع الکتروموتور AC

موتورهای جریان متناوب به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

1. الکتروموتور القایی یا آسنکرون (Induction Motor)

2. الکتروموتور سنکرون (Synchronous Motor)

این دو نوع موتور در نحوه ایجاد میدان مغناطیسی روتور و تطابق سرعت با فرکانس برق تفاوت دارند و همین موضوع باعث تغییر در لغزش، راندمان، هزینه، ضریب قدرت و روش راه‌اندازی آن‌ها می‌شود. در صنعت، به دلیل قیمت کمتر و نگهداری ساده‌تر، موتورهای القایی کاربرد بیشتری نسبت به سنکرون دارند.

الکتروموتور القایی (Asynchronous Motor)

موتورهای القایی با ایجاد یک میدان مغناطیسی چرخشی در استاتور، باعث حرکت روتور می‌شوند. سرعت روتور همیشه کمی کمتر از سرعت میدان استاتور است که این اختلاف را لغزش می‌نامند. میزان لغزش به بار موتور، تعداد قطب‌ها و فرکانس برق ورودی بستگی دارد.

مزایای موتورهای القایی:

• هزینه پایین و اقتصادی

• طول عمر و استحکام بالا

• تعمیر و نگهداری ساده

• عملکرد بی‌صدا

کاربردها: لوازم خانگی، پمپ‌ها، فن‌ها، ماشین‌آلات صنعتی و سیستم‌های حمل‌ونقل.

الکتروموتور سنکرون (Synchronous Motor)

موتور سنکرون در حالت پایدار با سرعتی دقیقاً برابر با فرکانس برق ورودی می‌چرخد. در این موتورها، روتور یک آهنربای دائمی یا الکترومغناطیسی است که همزمان با میدان مغناطیسی استاتور حرکت می‌کند.

ویژگی‌ها:

• سرعت ثابت و دقیق، بدون توجه به تغییر بار

• راندمان بالا (بیش از ۹۰٪)

• امکان اصلاح ضریب توان در شبکه

کاربردها: آسیاب‌ها، سنگ‌شکن‌ها، تجهیزات سنگین صنعتی و جاهایی که نیاز به سرعت ثابت و توان بالا وجود دارد.

انواع خاص الکتروموتور AC

علاوه بر دو نوع اصلی، مدل‌های خاصی از موتورهای AC نیز توسعه داده شده‌اند، از جمله:

• موتور القایی خطی (LIM)

• موتور پسماندی (Reluctance Motor)

• موتور پله‌ای (Stepper Motor)

• موتور سروو (Servo Motor)

هر کدام از این موتورها متناسب با نیازهای خاص طراحی می‌شوند. مثلاً موتور پسماندی به دلیل اندازه کوچک و طراحی ساده، در ساعت‌های مچی کاربرد دارد. موتور پله‌ای و سروو هم در سیستم‌های دقیق کنترلی و رباتیک استفاده می‌شوند.

الکتروموتور تک فاز

الکتروموتورهای تک فاز بیشتر برای مصارف خانگی و دستگاه‌های سبک استفاده می‌شوند. این موتورها طراحی ساده‌ای دارند و به دلیل قیمت پایین و در دسترس بودن، پرکاربردترین گزینه در لوازم برقی خانگی و کارگاه‌های کوچک هستند. هرچند توان و راندمان آن‌ها محدودتر است و برای بارهای سنگین توصیه نمی‌شوند، اما نگهداری آسان و مصرف بهینه آن‌ها باعث محبوبیت بالایشان شده است.

برای مطالعه کامل‌تر به صفحه الکتروموتور تک فاز مراجعه کنید.

الکتروموتور سه فاز

الکتروموتورهای سه فاز انتخاب اصلی صنایع و ماشین‌آلات سنگین هستند. این موتورها قدرت بالاتر، راندمان بیشتر و عملکرد پایدارتر نسبت به مدل‌های تک فاز دارند. استفاده از آن‌ها در خطوط تولید، کمپرسورها، نوار نقاله‌ها و تجهیزات صنعتی رایج است. هزینه اولیه بالاتر و نیاز به شبکه برق سه فاز از محدودیت‌های آن‌هاست، اما در بلندمدت صرفه‌جویی انرژی و عمر طولانی‌مدت آن‌ها این هزینه را جبران می‌کند.

برای جزئیات بیشتر به صفحه الکتروموتور سه فاز سر بزنید.

جدول مقایسه الکتروموتور تک فاز و سه فاز

استاتور الکتروموتور (Stator)

استاتور بخش ثابت الکتروموتور است که سیم‌پیچ‌ها در آن قرار می‌گیرند. وظیفه اصلی آن ایجاد میدان مغناطیسی لازم برای به حرکت درآوردن روتور است. طراحی استاتور به گونه‌ای انجام می‌شود که جریان الکتریکی را به بهترین شکل هدایت کرده و میدان یکنواختی تولید کند.
استاتورها معمولاً از ورق‌های فولادی سیلیس‌دار ساخته می‌شوند تا تلفات آهنی کاهش یابد و راندمان موتور بالاتر برود.

روتور الکتروموتور (Rotor)

روتور بخش چرخان موتور است که درون استاتور قرار می‌گیرد و تحت تأثیر میدان مغناطیسی شروع به حرکت می‌کند. این قسمت وظیفه دارد انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند.
روتور می‌تواند به دو صورت قفس سنجابی یا سیم‌پیچی طراحی شود. مدل قفس سنجابی به دلیل سادگی و استحکام، پرکاربردترین نوع در صنعت است.

سیم‌پیچ‌ها در الکتروموتور (Windings)

سیم‌پیچ‌ها معمولاً از سیم مسی یا آلومینیومی ساخته می‌شوند و نقش اصلی آن‌ها تولید میدان مغناطیسی است. هرچه کیفیت سیم‌پیچ بالاتر باشد، راندمان و طول عمر موتور بیشتر خواهد بود.
در موتورهای تک فاز، سیم‌پیچ اصلی و کمکی وجود دارد، اما در موتورهای سه فاز سه سیم‌پیچ با اختلاف زاویه 120 درجه روی استاتور نصب می‌شوند.

بدنه یا هوزینگ الکتروموتور (Frame)

بدنه وظیفه حفاظت از اجزای داخلی موتور و انتقال حرارت به محیط را بر عهده دارد. بیشتر بدنه‌ها از چدن یا آلومینیوم ساخته می‌شوند تا هم استحکام کافی داشته باشند و هم در برابر ضربه و ارتعاش مقاوم باشند.
طراحی بدنه علاوه بر استحکام، نقش مهمی در خنک‌کاری دارد و معمولاً پره‌ها و شیارهایی برای گردش بهتر هوا روی آن تعبیه می‌شود.

یاتاقان‌های الکتروموتور (Bearings)

یاتاقان‌ها بخش مهمی از موتور هستند که حرکت نرم و روان روتور را امکان‌پذیر می‌کنند. وظیفه اصلی آن‌ها کاهش اصطکاک و جلوگیری از سایش بین قطعات متحرک است.
اگر یاتاقان‌ها دچار خرابی شوند، موتور با صدای زیاد و لرزش کار می‌کند و حتی می‌تواند منجر به سوختن سیم‌پیچ‌ها شود. به همین دلیل نگهداری و روانکاری یاتاقان‌ها اهمیت زیادی دارد.

فن خنک‌کننده یا پروانه الکتروموتور (Cooling Fan)

الکتروموتورها در زمان کار حرارت زیادی تولید می‌کنند. فن خنک‌کننده با گردش هوا این حرارت را از سیم‌پیچ و بدنه دفع می‌کند و مانع از افزایش بیش از حد دما می‌شود.
اغلب فن‌ها در انتهای محور روتور نصب می‌شوند و به صورت مستقیم با حرکت موتور می‌چرخند. در موتورهای بزرگ، گاهی از سیستم خنک‌کاری آبی یا روغنی هم استفاده می‌شود.

درپوش‌های سر و ته الکتروموتور (End Shields)

درپوش‌ها در دو طرف موتور قرار دارند و علاوه بر نگهداری یاتاقان‌ها، از ورود گردوغبار و آلودگی به داخل موتور جلوگیری می‌کنند.
این قطعات باید به‌طور دقیق ماشین‌کاری شوند تا از لقی و لرزش در هنگام کار جلوگیری شود. جنس درپوش‌ها معمولاً از چدن یا آلومینیوم مقاوم انتخاب می‌شود.

ترمینال باکس در الکتروموتور (Terminal Box)

ترمینال باکس محل اتصال کابل‌های برق ورودی به الکتروموتور است. این بخش روی بدنه موتور نصب می‌شود و نقش مهمی در حفاظت از اتصالات برقی دارد.
درون ترمینال باکس، ترمینال‌های اتصال قرار می‌گیرند که امکان تغییر نحوه اتصال سیم‌پیچ‌ها به صورت ستاره یا مثلث را هم فراهم می‌کنند.

فلنج  الکتروموتور (Flange)

فلنج یکی از اجزای مکانیکی الکتروموتور است که برای نصب و اتصال موتور به ماشین‌آلات یا تجهیزات مختلف به‌کار می‌رود. این بخش به‌صورت یک صفحه یا برآمدگی فلزی در جلوی موتور تعبیه می‌شود و امکان فیکس‌کردن موتور روی شاسی، پمپ، گیربکس یا هر دستگاه دیگر را فراهم می‌کند.
فلنج‌ها معمولاً به دو صورت B5 (فلنج بزرگ) و B14 (فلنج کوچک) ساخته می‌شوند و بسته به نوع کاربرد، انتخاب مناسب آن‌ها اهمیت زیادی دارد.

از نظر طراحی، فلنج علاوه بر تحمل وزن موتور باید توانایی مقابله با لرزش و نیروهای مکانیکی را هم داشته باشد. استفاده از فلنج مناسب باعث می‌شود موتور بدون لقی و با راندمان بالاتر روی دستگاه نصب شود و عمر یاتاقان‌ها و سایر قطعات افزایش پیدا کند.