اجزاء موتورهای الکتریکی
این نوع الکتروموتورها با برق DC کار می کنند و به طور گسترده در لوازم خانگی، ماشین آلات و وسایل نقلیه استفاده می شوند. هنگامی که یک تغذیه می شود یک میدان مغناطیسی در استاتور موتور ایجاد می شود. که این میدان، باعث جذب و دفع آهنربای روی روتور شده و در نتیجه باعث حرکت آن می شود.
الکتروموتور صنعتی چیست ؟ الکتروموتور یک دستگاه تبدیل انرژی است که در آن انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی مکانیکی می شود. درواقع هدف از این تبدیل انرژی، شکل گرفتن کار و انجام یک حرکت است.
ساختمان موتورهای DC از اجزای مختلفی تشکیل شده است که به شرح زیر است:
استاتور الکتروموتور DC
بدنه اصلی بدون حرکت موتورها را استاتور می نامند. استاتور یک میدان مغناطیسی دوار می سازد که روتور را به حرکت در می آورد. یا به عبارتی دیگر، قسمت ساکن موتور است که سیم پیچ های میدان را در خود جای می دهد و منبع الکتریکی را از طریق پایانه های خود دریافت می کند.
روتور الکتروموتور DC
روتور قسمت متحرک موتور است که بر محور خود می چرخد و توسط یک شکاف هوا از سیم پیچ میدان جدا می شود.
کموتاتور الکتروموتور DC
کموتاتور یک موتور DC یک ساختار استوانه ای شکل است که از قطعات مسی کنار هم ساخته شده است این قطعات مسی شکل، با استفاده از میکا (ورق نسوز) از یکدیگر عایق شده اند. وظیفه اصلی یک کموتاتور تامین جریان الکتریکی به سیم پیچ است.
جاروبک ها الکتروموتور DC
جاروبک های یک موتور DC از جنس گرافیت و کربن ساخته شده اند. وظیفه ی جاروبک ها انتقال جریان الکتریکی از مدار خارجی به کموتاتور است. از این رو جاروبک ها و کموتاتورها با انتقال توان از مدار الکتریکی با روتور در ارتباط هستند.
بدنه الکتروموتور DC
قاب بیرونی یک موتور DC یک استوانه توخالی است که از فولاد ریخته گری شده یا فولاد نورد شده به نام یوغ ساخته شده است که از هسته الکتروموتور محافظت می کند.
الکتروموتورهای جریان متناوب به دو دسته ی تک فاز و سه فاز تقسیم بندی می شوند. و پرکاربردترین نوع الکتروموتورها در صنعت هستند. انواع مختلفی از این الکتروموتورها در بازار موجود است و هر کدام دارای ویژگی های متفاوتی هستند. اما متداول ترین موتور الکتریکی مورد استفاده در صنعت (برای پمپ ها، فن ها و …) موتورهای قفس سنجابی است.
ساختمان الکتروموتور از دو قسمت اصلی متحرک و ثابت تشکیل شده است که به قسمت متحرک الکتروموتور روتور و به قسمت ثابت الکتروموتور استاتور می گویند. در یک الکتروموتور میان روتور و استاتور هماهنگی وجود دارد و روتور تحت گشتاوری که ناشی از میدان مغناطیسی موجود در استاتور است به دور خود در حال گردش است. در حالت کلی دینام یا موتورهای الکتریکی ساده از شش قسمت اصلی تشکیل شده است که در زیر به آن ها اشاره خواهیم کرد:
- استاتور
- روتور
- شفت
- بلبرینگ ها
- سیستم خنک کننده
- پوسته موتورهای AC
همان طور که می دانید قسمت ثابت یا ساکن الکتروموتور را استاتور می گویند و وظیفه ی آن هدایت میدان مغناطیسی درون دینام است. استاتور از چند لایه ی فلزی تشکیل شده است که داخل هر لایه سیم پیچ هایی قرار دارد که با وصل شدن جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی در آن ایجاد می شود. استاتور موتورهای القایی سه فاز، دارای شیارهایی است که درون آنها سیم پیچی سه فازی جاسازی شده است، این سیم پیچ ها 120 درجه از هم فاصله دارند، و با توجه به نحوه ی سیم پیچی، به صورت 2 قطبی، 4 قطبی، 6 قطبی و 8 قطبی هستند.
اجزای تشکیل دهنده استاتور
به طور کلی استاتور از سه بخش زیر تشکیل شده است:
انواع استاتور
- استاتور تک فاز : در موتورهای الکتریکی، استاتور تک فاز، از یک دسته سیم پیچ در استاتور آن استفاده می شود و برای توان های پایین مورد استفاده قرار می گیرد.
- استاتور سه فاز : در این نوع دینام ها از سه دست سیم پیچ در استاتور استفاده می شود و برای توان های بالا و مصارف صنعتی سنگین مورد استفاده قرار می گیرد.
- قفس سنجابی ساده (Squirrel Cage)
- روتور قفس سنجابی مضاعف (Double Squirrel Cage)
- روتور سیم پیچی شده (Wound Rotor)
موتورهای روتور قفس سنجابی ساده و مضاعف، نامیده می شوند و به موتورهای روتور سیم پیچی شده، سنکرون می گویند. برای مطالعه در مورد تفاوت بین موتورهای آسنکرون و سنکرون می توانید به مقاله”” مراجعه کنید. خوب است بدانید متداول ترین روتور برای موتورهای القایی سه فاز، روتور قفس سنجابی ساده است، دلیل این نامگذاری این است که شباهت زیادی به قفس سنجاب دارد.
تمامی اجزای داخلی الکتروموتور درون یک محفظه از جنس آلومینیوم یا چدن قرار می گیرد. این محفظه “پوسته دستگاه” نام دارد و بر اساس توان (کیلووات یا اسب بخار) و کاربرد مورد نظر می تواند از جنس آلومینیوم یا چدن انتخاب شود.
شفت
شفت یکی از اصلی ترین بخش های الکتروموتور است. میله ای است که داخل روتور قرار می گیرد و نیروی گشتاور تولید شده از طریق همین میله به دیگر دستگاه ها مثل گیربکس انتقال می یابد. هرچه ابعاد الکتروموتور بزرگتر باشد شفت آن بلندتر است. با توجه به اینکه در هنگام راه اندازی الکتروموتور، فشار اصلی بر روی شفت است به همین دلیل شفت باید مقاومت بالایی در برابر ضربات و فشارهای وارده داشته باشد و از آلیاژ مناسبی ساخته شده باشد.
بلبرینگ ها
در الکتروموتورها قطعاتی که بین روتور و استاتور قرار می گیرند را می گویند، بلبرینگ ها از دو طوقه ساخته شده اند. که قسمت ثابت آن به استاتور وصل است و قسمت متحرک آن روی روتور قرار می گیرد. هر چقدر تماس بین دو طوقه کمتر باشد اصطکاک کمتر و در نتیجه بازدهی موتور بیشتر است.
در طراحی بلبرینگ ها میزان فشار و اصطکاکی که باید هر بلبرینگ تحمل کند در نظر گرفته می شود به عبارتی سایز بلبرینگ و تعداد ساچمه ها با میزان فشار تحمیلی به بلبرینگ رابطه ی مستقیمی دارد. هرچه فشار بیشتر، سایز بلبرینگ بزرگ تر و تعداد ساچمه های آن بیشتر است. در موتورهای الکتریکی صنعتی بزرگ که با فشار بالا کار می کنند به جای بلبرینگ از رولبرینگ استفاده می کنند زیرا ساچمه ها تحت فشار بالا می شکند.
سیستم خنک کننده
سیستم خنک کننده در الکتروموتور باعث می شود دمای الکتروموتور تا حد زیادی کاهش یابد. روش های مختلفی برای سیستم خنک کننده الکتروموتور وجود دارد اما روش های IC411 و IC416 متداول تر هستند. در روش IC411 از یک فن خنک کننده متصل به شفت استفاده می شود و در روش IC416 از فن مستقل از شفت یعنی متحرک با الکتروموتور دیگر استفاده می شود.
الکتروموتورهای خاص
تصویر 1. نحوه کار موتور الکتریکی: جریان برق، ایستانه و چرخانه را به دو آهنربا تبدیل می کند که جاذبه یا دافعه مکررِ قطب های شان محور را به چرخش درمی آورد.
تبدیل انرژی در موتور الکتریکی: در موتورهای الکتریکی انرژی الکتریکی به چه نوع انرژی تبدیل می شود؟
همانطور که گفتیم، موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. مثلا وقتی پنکه را به برق می زنید، انرژی الکتریکی از طریق پریز و کابل به موتور الکتریکی پنکه منتقل می شود و محورِ موتور را به چرخش درمی آورد. چرخش محورِ موتورِ پنکه نوعی انرژی مکانیکی است و می تواند کار انجام دهد. مثلا ما انرژی مکانیکی پنکه را برای خنک کردن محیط به کار می بریم. جالب است بدانیم که ژنراتور برعکس پنکه، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. نیز با استفاده از همین ویژگی ژنراتورها برق تولید می کنند.
نیروی باد پره های توربین را به حرکت درمی آورد و ژنراتوری که درون توربین جای دارد، انرژی مکانیکی حاصل از چرخش پره ها را به انرژی الکتریکی تبدیل و می کند و اینگونه برق تولید می شود.