الکتروموتور چیست: انواع، و قیمت فروش
الکتروموتورها یا موتورهای الکتریکی، با توجه به نیازهای مختلف صنعتی، در انواع گوناگونی تولید و عرضه می‌شوند. این موتورها عمدتاً در دو دسته‌بندی عمده شامل الکتروموتورهای معمولی (TEFC) و الکتروموتورهای ضد انفجار قرار می‌گیرند. همچنین از لحاظ نوع برق مصرفی، به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شوند.
تاریخچه پیشرفت الکتروموتور
تاریخچه الکتروموتور به دستاوردهای مهمی در عرصه فیزیک و مهندسی برق باز می‌گردد. در سال ۱۸۸۲، نیکولا تسلا اصول میدان مغناطیسی دوار را پایه‌ریزی کرد، که این کشف زمینه را برای استفاده از میدان دوار به عنوان نیروی مکانیکی فراهم ساخت. تسلا در سال ۱۸۸۳ از این اصول برای طراحی یک موتور القایی دو فاز بهره برد و در نهایت در سال ۱۸۸۸ موفق به کسب حق امتیاز برای اختراع موتور خود شد. این موتور، یک نوع خاص از موتور القایی بود که در بسیاری از عکس‌های تسلا دیده می‌شود.
در همین حال، گالیلئو فراریس نیز به طور مستقل در سال ۱۸۸۵ تحقیقاتی را در این زمینه آغاز کرد و نتایج تحقیقات خود را در سال ۱۸۸۸ منتشر ساخت.
در سال ۱۸۹۰، میخایل اسیبوویچ نوعی موتور سه فاز روتور قفسی اختراع کرد که امروزه به طور گسترده در کاربردهای متنوع استفاده می‌شود. این اختراعات به عنوان بخشی از آنچه برخی به عنوان انقلاب صنعتی دوم یاد می‌کنند، در نظر گرفته می‌شوند. این پیشرفت‌ها به تولید آسان‌تر انرژی الکتریکی و امکان انتقال آن برای مسافت‌های طولانی منجر شد و تحول عظیمی در عرصه صنعتی به وجود آورد.
انواع الکتروموتورها در دنیای مدرن
در دنیای امروز که تکنولوژی و مکانیزاسیون نقش بسزایی دارند، الکتروموتورها یا موتورهای الکتریکی، جزء جدایی‌ناپذیر از زندگی روزمره هستند. این موتورها در هر جایی که حرکت و فعالیت مکانیکی وجود دارد، به کار گرفته می‌شوند. الکتروموتورها در انواع گوناگونی تولید و استفاده می‌شوند که عبارت‌اند از:
- موتورهای DC (جریان مستقیم):
- موتور سری
- موتور موازی
- موتور کمپوند
- موتور خودتحریک
- موتور مغناطیس دائم (PMDC)
- موتورهای AC (جریان متناوب):
- موتور القایی
- موتور سنکرون
- موتورهای خاص:
- موتور پله‌ای
- موتور DC بدون جاروبک
- موتور هیسترزیسی
- موتور رلوکتانسی
- موتور اونیورسال
کارکرد و ساختار الکتروموتورها
الکتروموتور یا موتور الکتریکی، ماشینی است که انرژی الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. این تبدیل انرژی بر اساس اصلی ساده اما اساسی است؛ زمانی که یک هادی حامل جریان الکتریکی در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی از سوی میدان مغناطیسی بر روی آن هادی اعمال می‌شود. بیشتر موتورهای الکتریکی دوار هستند، اما موتورهای خطی نیز وجود دارند.
در یک موتور الکتریکی دوار، دو بخش اصلی وجود دارد: روتور که قسمت متحرک موتور است و استاتور که قسمت ثابت داخل موتور است. روتور با گشتاور حاصل از نیروی ایجاد شده توسط میدان مغناطیسی در استاتور، به دور محور خود می‌چرخد. هر الکتروموتور بر اساس ساختار خود توسط جریان مستقیم DC یا جریان متناوب AC تغذیه می‌شود.
راهنمای انتخاب الکتروموتور
انتخاب الکتروموتور مناسب برای مصارف صنعتی یا خانگی یک فرآیند مهم و حیاتی است. در این راهنما، به نکات کلیدی که باید در انتخاب الکتروموتور در نظر گرفته شود، پرداخته می‌شود:
- انتخاب بر اساس ولتاژ: اولین مرحله در انتخاب الکتروموتور تعیین تک فاز یا سه فاز بودن ولتاژ برق محل نصب است.
- بررسی توان و دور موتور: الکتروموتورها بر اساس توان (بیان شده در کیلووات) و دور موتور (معمولاً 900، 1400، 2900 دور در دقیقه) انتخاب می‌شوند.
- نحوه نصب موتور: الکتروموتورها ممکن است بر روی پایه نصب یا به صورت مستقیم به گیربکس یا هیدروموتور کوپل شوند که در این صورت باید در خروجی دارای فلنج باشند.
- انتخاب متریال پوسته: پوسته الکتروموتورها از جنس چدن یا آلومینیوم است که با توجه به شرایط کاری، وزن مورد نیاز و میزان لرزش دستگاه انتخاب می‌شود.
تعاریف و اصطلاحات الکتریکی
در این بخش، به تعاریف و اصطلاحات پایه‌ای در عرصه الکتریک پرداخته می‌شود:
- جریان: نسبت تغییرات بار الکتریکی به زمان، که با واحد آمپر (A) اندازه‌گیری می‌شود.
- اختلاف پتانسیل: کمیتی که باعث جاری شدن جریان در مدار می‌شود و با واحد ولت (V) اندازه‌گیری می‌شود.
- واحد کار الکتریکی و توان ظاهری: واحد کار الکتریکی وات بر ثانیه (W/S) و توان ظاهری ولت‌آمپر (VA) است.
- جریان نامی: جریانی که یک دستگاه الکتریکی می‌تواند بدون افزایش دمای بیش از حد یا فشار مکانیکی تحمل کند.
- اهم: واحد مقاومت الکتریکی که با اعمال ۱ ولت به دو سر یک مقاومت و عبور ۱ آمپر جریان از آن تعریف می‌شود.
- وات: میزان انرژی تولید شده که با واحد وات بیان می‌شود.
- آمپر: واحد جریان الکتریکی، نشان‌دهنده میزان الکتریسیته جاری شده در یک مدار.
- ولت: اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه، که نیروی حرکت الکترون‌ها را تعریف می‌کند.
- میدان مغناطیسی: کمیتی که برابر نیروی وارد بر بار آزمون واحد در نقطه مورد نظر تعریف می‌شود.
اجزای اصلی موتورهای الکتریکی
در این بخش، به بررسی ساختار و اجزای تشکیل دهنده یک موتور الکتریکی ساده پرداخته می‌شود:
- آرمیچر: قلب موتور الکتریکی که نقش اصلی در تولید چرخش دارد.
- ذغال هادی: عنصری که به آرمیچر کمک می‌کند تا جریان الکتریکی را از منبع برق دریافت کند.
- سوئیچ تغییر دهنده جهت برق: برای تغییر جهت چرخش آرمیچر استفاده می‌شود.
- محور: قسمتی که آرمیچر روی آن قرار گرفته و حرکت چرخشی را ایجاد می‌کند.
- آهنربا: تولید کننده میدان مغناطیسی که در حرکت آرمیچر نقش دارد.
- منبع برق DC: تأمین کننده انرژی الکتریکی لازم برای کارکرد موتور.
تقسیم بندی الکتروموتورها بر اساس جریان مصرفی
الکتروموتورها یا موتورهای الکتریکی بر اساس نوع جریان مصرفی خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- الکتروموتور DC (جریان مستقیم): موتورهایی که با آرمیچری از آهنربای الکتریکی کار می‌کنند و دارای سوییچ گردشی (کموتاتور) هستند.
- الکتروموتور AC (جریان متناوب): موتورهایی که با جریان متناوب کار می‌کنند و شامل موتور القایی و سنکرون می‌باشند.
انواع الکتروموتورهای DC
- الکتروموتور DC سری (Series): دارای گشتاور راه‌اندازی بالا، مورد استفاده در صنایع سنگین و سیستم‌های حمل و نقل شهری.
- الکتروموتور DC شانت (Shunt): دارای گشتاور حرکتی حداکثر در دور نامی، مناسب برای هواکش‌ها و دمنده‌ها.
- الکتروموتور DC مرکب (Compound): ترکیبی از خصوصیات موتورهای سری و شانت، به دو دسته کمپوند اضافی و نقصانی تقسیم می‌شوند و در موارد خاصی مانند دستگاه‌های تراش و آزمایشگاه‌ها کاربرد دارند.
آشنایی با الکتروموتورهای AC یا جریان متناوب
الکتروموتورهای AC یا جریان متناوب، رایج‌ترین نوع موتورهای مورد استفاده در صنایع و منازل هستند.
مزایای الکتروموتورهای AC
- طراحی ساده و محکم: این موتورها دارای طراحی مستحکم و کاربردی هستند.
- قیمت مناسب و هزینه نگهداری پایین: به دلیل ساختار ساده، هزینه‌های تولید و نگهداری این موتورها نسبتاً پایین است.
- اتصال آسان به منبع تغذیه: این موتورها به راحتی به منابع تغذیه AC متصل می‌شوند.
انواع موتورهای AC
- موتورهای القایی
- موتورهای سنکرون
اجزای موتورهای الکتریکی AC
- استاتور: از چندین قطعه آلومنیومی یا آهنی سبک ساخته شده و به شکل یک سیلندر توخالی منگنه و محکم می‌شود. سیم‌پیچ‌های استاتور به منبع انرژی متصل بوده و میدان مغناطیسی چرخنده‌ای را ایجاد می‌کنند.
- روتور: از چندین قطعه فولادی باریک ساخته شده و میان آنها میله‌های مسی یا آلومینیومی تعبیه شده است. در روتور قفس سنجابی، میله‌ها به وسیله حلقه‌هایی به هم متصل می‌شوند. این روتور به دلیل ساختار مستحکم و ساده، در اکثر الکتروموتورهای AC به کار می‌رود.
کاربرد الکتروموتورهای AC
موتورهای AC به دلیل ساختار ساده و قیمت مناسب، در کاربردهای مختلفی مانند هواکش‌های صنعتی، دمنده‌ها، پمپ‌ها و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. کنترل سرعت و گشتاور در این نوع موتورها نیازمند دانش و تخصص بیشتری است.
انواع الکتروموتورهای AC و خصوصیات آنها
الکتروموتورهای AC در دو نوع عمده سنکرون و آسنکرون تقسیم‌بندی می‌شوند:
- الکتروموتور AC سنکرون:
- ساختار: در الکتروموتورهای سنکرون، هر دو بخش روتور و استاتور سیم‌پیچی می‌شوند. استاتور به منبع AC متصل است و میدان چرخان ایجاد می‌کند؛ روتور نیز که به منبع DC متصل است، با سرعت سنکرون میدان استاتور می‌چرخد.
- کاربردها: به عنوان خازن سنکرون برای اصلاح ضریب توان در کارخانه‌ها و همچنین در تجهیزات دقیق نظیر ساعت‌های الکتریکی که نیازمند دور ثابت هستند.
- مزایا و معایب: بازده بالا، ضریب قدرت مناسب، عدم حساسیت به نوسانات ولتاژ، اما دارای سرعت ثابت، عدم تحمل بار اضافی، نیاز به جریان دائم برای قطب‌ها و نیاز به راه‌انداز اولیه.
- الکتروموتور AC آسنکرون:
- انواع روتور:
- روتور قفسه سنجابی: رایج‌ترین نوع با ساختار ساده و مستحکم.
- روتور سیم‌پیچی شده (Slip Ring): قابلیت تنظیم گشتاور و سرعت.
- انواع روتور:
الکتروموتورهای آسنکرون به دلیل ساختار ساده و قابلیت کنترل گشتاور و سرعت در موارد مختلف صنعتی و خانگی کاربرد دارند و در مقایسه با موتورهای سنکرون، انعطاف‌پذیری بیشتری در شرایط کاری مختلف ارائه می‌دهند.
الکتروموتور AC آسنکرون قفسه سنجابی و خصوصیات آن
الکتروموتورهای AC آسنکرون قفسه سنجابی از جمله انواع متداول موتورهای الکتریکی هستند که بر اساس ساختار خاص خود در بسیاری از صنایع کاربرد دارند.
ساختار روتور: روتور این موتورها از میله‌هایی از جنس آلومینیوم یا مس تشکیل شده که در شیارهای محیطی آهنی یا فولادی قرار گرفته‌اند. این میله‌ها می‌توانند به دو صورت گرد یا مستطیلی ساخته شوند. طراحی مورب میله‌های روتور به منظور ایجاد هم‌پوشانی با میدان‌های استاتور و جلوگیری از لرزش یا قفل شدن در لحظه استارت است.
مزایای الکتروموتور آسنکرون قفسه سنجابی:
- قیمت مناسب و طراحی ساده: این موتورها به دلیل قیمت مناسب و طراحی ساده در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- ثبات سرعت: سرعت گردش این موتورها در بارهای مختلف تقریباً ثابت است.
- پایداری در برابر تغییرات بار: تغییر بار نمی‌تواند باعث از کار افتادن این نوع موتور شود.
- ضریب قدرت بهتر نسبت به موتورهای سیم‌پیچی شده: نسبت به الکتروموتورهای سیم‌پیچی شده (Slip Ring) دارای ضریب قدرت بهتری هستند.
نقاط ضعف الکتروموتور آسنکرون قفسه سنجابی:
- کاهش ضریب قدرت در بار کم: در هنگام کار با بار کم، ضریب قدرت این موتورها کاهش می‌یابد.
- تغییر دور محدود: تغییر دور این نوع موتور با روش کاهش ولتاژ غیر ممکن است و نیاز به دستگاه AC Drive دارد.
- حساسیت به تغییرات ولتاژ: این موتورها به تغییرات ولتاژ حساس بوده و در صورت کاهش ولتاژ، جریان مصرفی آنها افزایش می‌یابد.
- گشتاور پایین و جریان بالا در هنگام استارت: گشتاور پایین و در زمان راه‌اندازی، جریان زیادی (حدود 3 تا 7 برابر جریان نامی) مصرف می‌کنند.
آشنایی با الکتروموتورهای AC آسنکرون روتور سیم‌پیچ و AC عمومی
الکتروموتور AC آسنکرون روتور سیم‌پیچ:
- ساختار روتور سیم‌پیچ:
- در مقابل الکتروموتورهای قفس سنجابی، روتورهای سیم‌پیچی شده دارای مقاومت قابل تنظیم هستند.
- روتور به جای میله‌های متصل به حلقه‌های انتهایی، با سیم‌پیچ‌های متصل به حلقه‌های لغزنده و جاروبک‌ها ساخته می‌شود.
- بانک مقاومتی و استارتر:
- استفاده از بانک‌های مقاومتی برای تغییر مقاومت روتور و تنظیم جریان کشی موتور.
- کاربردها:
- مورد استفاده در صنایع سنگین مانند آسیاب‌ها، سنگ‌شکن‌ها و جرثقیل‌ها.
- مزایا:
- گرمای کمتر تولید شده در استارتر، قابلیت استارت‌های متواوب زیر بار، تنظیم‌پذیری جریان استارت و داشتن گشتاور بالا در لحظه استارت.
الکتروموتورهای AC عمومی:
- ساختار کلی:
- دارای یک استاتور ثابت و یک روتور چرخنده درون آن.
- میدان مغناطیسی دوار:
- در موتورهای سه فاز AC، میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی توسط استاتور ایجاد می‌شود.
- راه‌اندازی الکتروموتورهای تک فاز AC:
- نیاز به یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید میدان مغناطیسی چرخشی.
- آهنرباهای مغناطیسی:
- در هر موتور AC، دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده است.
الکتروموتورهای AC، به دلیل قابلیت‌های منحصر به فرد خود، در بسیاری از برنامه‌های صنعتی و خانگی به کار می‌روند. انتخاب نوع موتور بستگی به کاربرد مورد نظر و شرایط عملیاتی دارد.
آشنایی با انواع الکتروموتورهای AC تک فاز
1. الکتروموتور تک فاز AC:
- این نوع الکتروموتورها برای کار با یک منبع تغذیه تک فاز طراحی شده‌اند.
- به دلیل نیاز به تحریک برای شروع به کار، دارای دستگاه آغازگر (استارتر) هستند.
- در این موتورها، روتور معمولاً از نوع قفس سنجابی است.
2. روند کارکرد الکتروموتور تک فاز AC:
- کلاف اصلی و دستگاه استارت همکاری می‌کنند تا میدان مغناطیسی چرخان ایجاد شود.
- با رسیدن موتور به 75% دور مجاز، سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می‌کند.
انواع الکتروموتور تک فاز AC:
- الکتروموتور تک فاز AC با فاز شکسته:
- دارای دو پیچه با سیم‌پیچی‌های متفاوت برای ایجاد گشتاور راه‌اندازی.
- مناسب برای کاربردهای با گشتاور راه‌اندازی کم.
- الکتروموتور تک فاز AC با استارت خازنی:
- استفاده از خازن برای بهبود گشتاور راه‌اندازی و کاهش جریان استارت.
- الکتروموتور تک فاز AC با خازن دائمی اسپیلت:
- به کارگیری خازن برای تقسیم فاز و ایجاد یک میدان چرخشی نسبتاً موثر.
مزایا و کاربردها:
- الکتروموتورهای تک فاز AC به دلیل سادگی و هزینه پایین تولید در بسیاری از کاربردهای خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- این موتورها برای کاربری‌هایی که نیازمند گشتاور راه‌اندازی بالا نیستند مناسب هستند.
این موتورها در مواردی که نیاز به روشن و خاموش کردن‌های پیاپی وجود دارد یا در محیط‌هایی که نیاز به گشتاور زیاد است، کاربرد مناسبی ندارند.
بررسی انواع الکتروموتورهای تک فاز AC
الکتروموتور تک فاز AC با استارت خازنی:
- مکانیسم کار: این مدل به منظور بهبود گشتاور راه‌اندازی و بهبود استارت، با خازن سری در پیچه استارت طراحی شده است.
الکتروموتور تک فاز AC با استارت مقاومتی:
- توسعه یافته از استارت خازنی: در این نوع، خازن استارت با مقاومت جایگزین شده و برای کاربردهایی با نیاز به گشتاور استارت کمتر از استارت خازنی مناسب است.
- کاربردها: مورد استفاده در تسمه نقاله‌های کوچک، پمپ‌ها، دمنده‌های بزرگ و کاربردهای چرخ‌دنده‌ای.
الکتروموتور تک فاز AC با خازن دائمی اسپلیت:
- خازن دائمی: خازن به صورت دائمی و سری به پیچه استارت متصل است و تا رسیدن به سرعت چرخش نامی به عنوان پیچه کمکی عمل می‌کند.
- مشخصات: گشتاور استارت کم، حدود 30 تا 150 درصد گشتاور نامی.
الکتروموتور تک فاز AC استارت با خازن/کارکرد با خازن:
- دو نوع خازن: خازن استارت برای گشتاور بالای استارت و خازن دائمی برای کارکرد بهتر بعد از شروع.
- قابلیت‌ها: قابلیت طراحی برای بازدهی بالاتر.
الکتروموتور تک فاز AC با قطب سایه دار (با حلقه اتصال کوتاه):
- ساختار ویژه: فقط یک پیچه اصلی دارد و بدون پیچه راه‌انداز.
- استارت خودکار: استفاده از حلقه مسی پیوسته برای ایجاد میدان مغناطیسی ضعیف‌تر و ایجاد چرخش.
این موتورها برای کاربردهای متنوعی از جمله در تجهیزات خانگی و برخی صنایع کوچک به کار برده می‌شوند و هر کدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند.
بررسی الکتروموتور سه فاز AC و ویژگی‌های آن
الکتروموتور سه فاز AC:
- کاربرد برای توان بالا:
- این نوع موتور برای کاربردهایی با نیاز به توان بالاتر طراحی شده و از اختلاف فاز موجود بین فازهای منبع تغذیه چند فاز استفاده می‌کند.
- ایجاد میدان الکترومغناطیسی دوار:
- از طریق القای الکترومغناطیسی در روتور، میدان مغناطیسی دوار ایجاد شده و محور الکتروموتور را به حرکت درمی‌آورد.
- مکانیسم کارکرد:
- محور باید با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه بچرخد تا میدان متعادل‌کننده در روتور ایجاد شود.
- کاربردهای ترکشن:
- استفاده در لوکوموتیوها و کاربردهای ترکشن به دلیل ویژگی‌های خاص این نوع موتورها.
- الکتروموتورهای همزمان (سنکرون):
- قابلیت استفاده به عنوان مولد جریان نیز وجود دارد.
- تعیین گشتاور تولیدی:
- سرعت موتور به فرکانس تغذیه بستگی دارد و لغزش موجود بین روتور و میدان مغناطیسی استاتور گشتاور تولیدی را تعیین می‌کند.
- تغییر سرعت:
- امکان تغییر سرعت با داشتن دسته‌های مختلف سیم‌پیچی در استاتور و یا تغییر فرکانس منبع تغذیه.
الکتروموتورهای سه فاز AC به دلیل قابلیت‌های چندگانه‌شان در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی دارند و به خصوص در مواردی که نیاز به توان بالا و کنترل دقیق سرعت و گشتاور است، مورد توجه قرار می‌گیرند.
بررسی انواع الکتروموتورهای سه فاز و خصوصیات آنها
1. الکتروموتور سه فاز قفس سنجابی:
- کاربرد عمومی: این نوع الکتروموتور در بسیاری از کاربردهای صنعتی با توان‌های مختلف (از ⅓ تا چند صد اسب بخار) استفاده می‌شود.
- هزینه و کارایی: در مقایسه با موتورهای تک فاز، کم هزینه‌تر و قابل استفاده با بارهای سنگین‌تر در زمان استارت هستند.
2. الکتروموتور سه فاز قفس سنجابی با روتور سیم پیچی شده (اسلیپ رینگ):
- ویژگی‌ها: دارای روتور سیم‌پیچی شده با قابلیت اتصال به حلقه‌های لغزان.
- کاربردهای خاص: مورد استفاده در کاربردهایی با نیاز به چرخش با گشتاور و سرعت‌های مختلف مانند پرس‌های چاپ، کمپرسورها و آسانسورها.
3. الکتروموتور خطی:
- کارکرد متفاوت: به جای تولید گشتاور گردشی، نیروی خطی تولید می‌کند و معمولاً به صورت الکتروموتورهای القایی یا پله‌ای است.
4. الکتروموتور پله‌ای یا سرو:
- مکانیزم پیچیده: کنترل شده توسط آهنرباهای دائمی درونی و آهنرباهای با کنترل الکترونیکی خارجی.
- کاربردهای دقیق: این موتورها برای کاربردهای نیازمند به کنترل دقیق موقعیت و حرکت‌های آرام مناسب هستند و اغلب در سیستم‌های دیجیتالی با کنترل دقیق به کار می‌روند.
الکتروموتورهای سه فاز به دلیل توان بالا و قابلیت‌های مختلف کاربردی در بسیاری از صنایع و کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب نوع موتور بستگی به نیاز ویژه‌ی هر کاربرد دارد.