موتورهای الکتریکی

موتورهای الکتریکی همه جا هستند! در خانه شما، تقریباً هر حرکت مکانیکی که در اطراف خود می بینید توسط یک موتور الکتریکی AC (جریان متناوب) یا DC (جریان مستقیم) ایجاد می شود. در این مقاله هر دو نوع را بررسی خواهیم کرد.

با درک نحوه کار یک موتور می توانید چیزهای زیادی در مورد آهن ربا، آهنرباهای الکتریکی و به طور کلی الکتریسیته بیاموزید. یک موتور الکتریکی از آهنربا برای ایجاد حرکت استفاده می کند. اگر تا به حال با آهنربا بازی کرده باشید، قانون اساسی همه آهنرباها را می دانید: قطب های مخالف جذب می شوند و قطب های هم نام همدیگر را دفع می کنند, در داخل یک موتور الکتریکی، این نیروهای جذب و دفع، حرکت چرخشی ایجاد می کنند.

آهنربای الکتریکی اساس یک موتور الکتریکی است. با پیچاندن 100 حلقه سیم به دور یک میخ و اتصال آن به باتری، یک آهنربای الکتریکی ساده ایجاد می شود. میخ به یک آهنربا تبدیل شده و در حالی که باتری متصل است دارای یک قطب شمال و جنوب می شود.

حال اگر ما این میخ را داخل یک آهنربای نعل شکل جای دهیم و جریان باتری را دائم عوض کنیم این عمل باعث می شود که قطب های هم نام میخ و آهنربا یکدیگر را دفع کنند و این امر موجب حرکت دورانی میخ می شود.

همانطور که اشاره کردیم، شما با دو نوع موتور الکتریکی مواجه خواهید شد: جریان مستقیم و جریان متناوب. موتورهای دومی، جریان مستقیم یا DC، برای اولین بار در اواسط دهه 1800 توسعه یافتند و هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند.

اجزای موتور

یک موتور ساده دارای شش قسمت است:

• استاتور
• روتور
• کموتاتور
• برس ها
• محور
• منبع تغذیه DC

موتورهای الکتریکی DC

قسمت بیرونی یک موتور DC استاتور است: یک آهنربای دائمی که حرکت نمی کند. قسمت داخلی روتور است که حرکت می کند. روتور در اینجا مانند میخ در مثال قبلی ما است و استاتور مانند آهنربای نعل اسبی است.

هنگامی که برق DC از طریق روتور ارسال می شود، یک میدان الکترومغناطیسی موقت ایجاد می کند که با میدان مغناطیسی دائمی استاتور در تعامل است. وظیفه کموتاتور حفظ قطبیت میدان است که باعث چرخش روتور می شود. این باعث ایجاد گشتاور مورد نیاز برای تولید نیروی مکانیکی می شود.

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، روتور مانند میخ در نمودار ما از یک آهنربای الکتریکی است. کموتاتور نیز به محور متصل است. کموتاتور به سادگی یک جفت صفحه است که به محور متصل شده است. این صفحات دو اتصال سیم پیچ آهنربای الکتریکی را فراهم می کنند.

بخش “چرخش میدان الکتریکی” یک موتور الکتریکی توسط دو بخش انجام می شود: کموتاتور و برس ها.

نمودار نشان می دهد که چگونه کموتاتور (به رنگ سبز) و برس ها (قرمز) با هم کار می کنند تا جریان را به آهنربای الکتریکی برسانند و همچنین جهت حرکت الکترون ها را در لحظه مناسب تغییر دهند. کنتاکت های کموتاتور به محور آهنربای الکتریکی متصل می شوند، بنابراین با آهنربا می چرخند. برس ها فقط دو تکه فولاد فنر یا کربن هستند که با کنتاکت های کموتاتور تماس برقرار می کنند.وقتی همه این قطعات را کنار هم قرار می دهید، چیزی که دارید یک موتور الکتریکی کامل است.

نکته کلیدی این است که وقتی روتور از موقعیت افقی عبور می کند، قطب های آهنربای الکترومغناطیسی برمی گردد. به دلیل چرخش، قطب شمال آهنربای الکتریکی همیشه بالای محور قرار دارد، بنابراین می تواند قطب شمال استاتور را دفع کند و قطب جنوب استاتور را جذب کند.

موتورهای الکتریکی AC

اکنون، ما به موتور AC نگاه می کنیم. موتورهای AC از جریان متناوب به جای جریان مستقیم استفاده می کنند. قطعات زیادی با موتور DC مشترک است و هنوز هم برای تولید نیروی مکانیکی به الکترومغناطیس و میدان‌های مغناطیسی چرخشی متکی است.

قطعات داخل یک موتور AC عبارتند از:

• استاتور
• روتور
• محور جامد
• کویل ها
• قفس سنجابی

سیم پیچی استاتور در یک موتور AC به نوعی کار روتور یک موتور DC را انجام می دهد. در این مورد، حلقه ای از آهنرباهای الکتریکی است که به ترتیب جفت می شوند و انرژی می گیرند، که میدان مغناطیسی دوار را ایجاد می کند.

به یاد دارید که روتور در یک موتور DC به باتری متصل است. اما روتور در موتور AC هیچ ارتباط مستقیمی با منبع تغذیه ندارد. برس هم نداره. در عوض، اغلب از چیزی به نام قفس سنجاب استفاده می کند. درست خواندید

قفس سنجاب در یک موتور AC مجموعه ای از میله های روتور است که به دو حلقه متصل می شوند، یکی در دو انتها. این چیزی شبیه چیزی است که یک موش در قفس (یا سنجاب) داخل آن می دود. روتور قفس سنجاب به داخل استاتور می رود. هنگامی که برق AC از طریق استاتور ارسال می شود، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند. میله های روتور قفس سنجاب هادی هستند، بنابراین به چرخاندن قطب های استاتور پاسخ می دهند. به این ترتیب روتور می چرخد که میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند.

نکته کلیدی موتور القایی AC، جایی که میدان روتور توسط میدان استاتور القا می‌شود، این است که روتور همیشه سعی می‌کند عقب‌نشینی کند. همیشه به دنبال ایستایی است، بنابراین برای یافتن آن حالت ثابت در حال چرخش است. اما میدان الکترومغناطیسی تولید شده توسط استاتور با استفاده از برق AC همیشه کمی سریعتر از میدان روتور خواهد بود. چرخش روتور باعث ایجاد گشتاور مورد نیاز برای ایجاد نیروی مکانیکی برای چرخاندن چرخ‌های ماشین یا چرخش فن می‌شود.

برخی از موتورهای AC از روتور زخمی استفاده می کنند که به جای قفس سنجاب با سیم پیچیده شده است. با این حال، نوع قفس سنجاب رایج‌تر است. در هر صورت، تنها یک قطعه متحرک در موتور AC وجود دارد، به این معنی که چیزهای کمتری نیاز به تعویض یا نگهداری دارند.