موتورهای الکتریکی اصولاً بر پایه تبدیل انرژی الکتریکی به نیروی مغناطیسی و سپس به انرژی حرکتی عمل می‌کنند. این فرآیند از طریق استفاده از متداول‌ترین روش‌ها انجام می‌شود، که به دلیل این تنوع، موتورها در ابعاد، شکل، و طراحی‌های مختلفی تولید می‌شوند. اجزای اصلی انواع مختلف موتورهای الکتریکی شامل روتور و استاتور می‌باشند. عملکرد کلی این موتورها بر پایه عبور جریان الکتریکی از هادی داخل یک میدان مغناطیسی ایجاد شده در دستگاه موتور استوار است.
نحوه عملکرد موتور الکتریکی
جریان الکتریکی از منبع انرژی مانند باتری عبور کرده و از طریق یک مدار چرخاننده و برس‌های کربنی عبور می‌کند. این جریان الکتریکی میدان الکترومغناطیسی را در اطراف چرخاننده ایجاد می‌کند.
بخش بالایی مدار چرخاننده با بخش بالایی آهنربا و بخش پایینی میدان نیز با بخش پایینی آهنربا در تماس قرار می‌گیرد. این میدان‌های مغناطیسی مخالف، نیروی دافعه‌ای را ایجاد می‌کنند که چرخاننده را از آهنرباها دور می‌نمایند. به همین دلیل، چرخاننده در مسیری مشابه مسیر فلش در تصویر حرکت خواهد کرد.
همچنین، در هنگامی که چرخاننده از نقطه‌ای که رابط‌های جابجاگر در آن قرار دارند عبور می‌کند، جریان وارد به چرخاننده به سمت مخالف خواهد تغییر یافت. این تغییر جهت جریان نیز منجر به تغییر جهت نیروی مغناطیسی اطراف چرخاننده خواهد شد. به علت نیروی دافعه آهنربا، چرخاننده به تلاش برای ادامه حرکت خواهد پرداخت و این تلاش منجر به حرکت چرخشی موتور خواهد شد.
موتور الکتریکی: تعریف و عملکرد
موتور الکتریکی یک ابزار قوی از ماشین‌آلات است که با تبدیل جریان الکتریکی به نیروی مکانیکی، انرژی چشمگیری تولید می‌کند. این موتورها توسط برق تغذیه می‌شوند و با چرخش‌های خود گستره‌‌ای از عملکردها را از لوازم خانگی تا دستگاه‌های صنعتی اجرا می‌کنند. موتورهای الکتریکی جزئی بنیادی از زندگی مدرن هستند و در مدت‌های طولانی در انواع مختلف به کار گرفته شده‌اند.
اصول اساسی ساختار موتورهای الکتریکی بسیار ساده است: یک روتور به یک محور متصل می‌شود و زمانی که به آن برق تغذیه می‌شود، شروع به چرخش می‌کند. این روتور توسط نیروی الکترومغناطیسی تغذیه می‌شود که نیرویی بین پیچ‌های استاتور و پیچ‌های روتور با بارهای برخوردی مخالف ایجاد می‌کند. این نیرو باعث می‌شود که روتور بچرخد و در نتیجه انرژی مکانیکی تولید شده که می‌توان آن را برای مصارف مختلف به کار برد.
انواع موتورهای الکتریکی
استفاده‌های متنوع موتورهای الکتریکی، از اسباب بازی‌های کوچک تا دستگاه‌های صنعتی بزرگ را شامل می‌شود. هنگامی که در دنیای موتورهای الکتریکی کاوش می‌کنید، متوجه می‌شوید که هر نوع موتور دارای مزایا و معایب منحصر به فرد خود است. در این مقاله، دسته‌بندی‌های مختلفی از انواع موتورهای الکتریکی را مورد بررسی قرار می‌دهیم و نگرشی از عملکردهای هر یک از این انواع به دست خواهیم آورد.
انواع موتورهای جریان متناوب (AC)
بیشتر موتورهای جریان متناوب (AC) به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: موتورهای همزمان و موتورهای غیر همزمان. در این دسته‌بندی، معمولاً موتورهای AC غیر همزمان شامل موتورهای تک فاز و سه فاز می‌شوند.
موتورهای غیر همزمان به این معنا هستند که سرعت چرخش روتور آنها کمی کندتر از سرعت میدان مغناطیسی چرخشی است که توسط استاتور ایجاد می‌شود. این نوع موتورها به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شوند. موتورهای تک فاز نیاز به خازن برای راه‌اندازی و حفظ چرخش تحت بار دارند و بیشتر برای کاربردهای خانگی مانند پمپ‌ها و فن‌ها مناسب هستند. در مقابل، موتورهای سه فاز نیاز به خازن راه‌اندازی ندارند و در کاربردهای صنعتی متنوعی قابل استفاده هستند.
در عین حال، موتورهای AC همزمان نیز وجود دارند، اما به دلیل عملکرد بهتر و توانایی کنترل دقیق تر، معمولاً گران‌تر از موتورهای غیر همزمان هستند. موتورهای AC همزمان از مغناطیس‌های دائمی در روتور استفاده می‌کنند که از الکترومغناطیسی مجزا از مدل‌های غیر همزمان بهره می‌برند. این موتورها عمدتاً در ماشین‌آلات دقیق، رباتیک و کاربردهای با سرعت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
موتورهای القایی نیز گزینه مناسبی برای بسیاری از کاربردها هستند، به ویژه مدل‌های سه فاز. این موتورها با ایجاد میدان مغناطیسی توسط استاتور که با سرعت بیشتری از روتور چرخش می‌کند، عمل می‌کنند.
به طور خلاصه، موتورهای الکتریکی در انواع مختلفی برای تأمین نیازهای مختلف طراحی و استفاده شده‌اند. هر نوع موتور دارای مزایا و معایب خاص خود است و بر اساس نیازهای کاربردی مشخص می‌شود. انتخاب بین موتورهای AC همزمان و غیر همزمان، موتورهای القایی یا DC بدون تسمه‌گیری، به توجه به مشخصات فنی و نیازهای کنترلی مورد نیاز خواهد بود.
انواع موتورهای جریان مستقیم (DC)
موتورهای جریان مستقیم (DC) جزو موتورهای رایج و گسترده‌ای هستند که در صنایع مختلف از جمله موتورهای الکتریکی استفاده می‌شوند. این نوع موتورها توسط جریان الکتریکی مستقیم (DC) تغذیه می‌شوند، که به آنها نامگذاری شده است.
موتورهای DC با مس از مس‌های مکانیکی برای انتقال قدرت الکتریکی از منبع برق خارجی به شافت روتور استفاده می‌کنند. این نوع موتورها ساختاری نسبتاً ساده دارند، اما ارتعاشات میان مس‌ها و کامیوتاتور باعث اتلاف انرژی می‌شوند؛ بنابراین، عملکرد آنها به عنوان گزینه‌ای مؤثر شناخته نشده است.
موتورهای DC بدون مس از اجزاء الکترونیکی به جای اجزاء مکانیکی برای کنترل سرعت یا گشتاور موتور استفاده می‌کنند. این موتورها نسبت به موتورهای DC با مس، کارایی و اعتمادپذیری بیشتری دارند، اما به همین ترتیب گران‌تر هستند.
موتورهای DC دائمی‌مغناطیسی دارای مغناطیس‌های دائمی در روتور هستند که با استاتور تعامل داشته و حرکت را ایجاد می‌کنند. این نوع موتورها ساختاری ساده‌تر و سبک‌تر از گزینه‌های دیگر دارند، که این ویژگی آنها را برای کاربردهایی که اندازه و وزن مهم هستند، جذاب می‌سازد.
موتورهای سری دائمی‌مغناطیسی دارای خصوصیاتی هستند که با منبع تغذیه برق به آنها وصل می‌شوند. این ویژگی به آنها امکان می‌دهد تا در سرعت‌های پایین، گشتاورهای شروع بالا تولید کنند که برای کاربردهایی مثل سیستم‌های تراکش یا برداشت مناسب هستند. با این حال، به دلیل ایجاد اتلاف حرارت ناشی از مقاومت داخلی خطوط، بهره‌وری عملیاتی آنها کاهش می‌یابد.
موتورهای مستقیم
موتورهای مستقیم نوع ساده‌تری از موتورهای الکتریکی هستند. آنها شامل یک استاتور (قسمت ثابت) و یک روتور (قسمت چرخان) هستند. استاتور به طور معمول یک الکترومغناطیس است که زمانی که با برق تغذیه می‌شود، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند، در حالی که روتور معمولاً از مواد فرآهنگرمایی مانند آهن ساخته شده‌است. زمانی که میدان مغناطیسی استاتور با مغناطیسیت روتور تداخل دارد، گشتاور ایجاد می‌شود که حرکت را در شافت موتور ایجاد می‌کند.
موتورهای مستقیم به طور معمول در سرعت‌های پایین ترک درشتانه دارای گشتاور بالا هستند و در کاربردهایی مانند تسمه‌های نقاله و دستگاه‌های سنگین دیگر که کنترل دقیق مورد نیاز است اما تغییرات سرعت تحمل می‌شوند. مزایای موتورهای مستقیم شامل طراحی ساده، اندازه کوچک، دوام و هزینه پایین هستند. با این حال، موتورهای مستقیم محدوده سرعت محدود و توان خروجی پایین دارند که استفاده آنها را در برخی از کاربردها محدود می‌کند.
موتورهای خطی
موتورهای خطی نوع دیگری از موتورهای الکتریکی هستند که در مجموعه‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. موتور خطی به طور مشابه با یک موتور الکتریکی معمولی کار می‌کند، اما به جای ارائه حرکت چرخشی، خروجی آن نیروی یک خط را ایجاد می‌کند. موتورهای خطی می‌توانند در بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند خطوط تولید اتوماتیک، سیستم‌های مناقصه خودکار، دستگاه‌های تست و اندازه‌گیری و تجهیزات پزشکی استفاده شوند.
نوع معمولی موتورهای خطی، موتور خطی پیچ سربی (Lead Screw Linear Motor) است. در این نوع، یک مهره پیچ سربی به یک روتور خطی متصل شده‌است. زمانی که موتور تحریک می‌شود، چرخش مهره پیچ سربی حرکت خطی را در روتور ایجاد می‌کند. این نوع موتورها به دلیل طراحی ساده و کنترل دقیق موقعیت، در بسیاری از کاربردهای خطی مناسب هستند.
موتورهای خطی خود تغذیه کننده (Self-Propelled Linear Motors) از یک استاتور خطی و یک روتور متصل به شفت پیچ سربی استفاده می‌کنند. در این نوع، روتور خود به عنوان یک خودپرانه حرکت می‌کند و نیازی به ساختار مکانیکی جداگانه برای انتقال حرکت نیست. این موتورها به دلیل عدم وجود سیستم مکانیکی پیچیده، سرعت بالا و دقت بیشتری دارند اما همچنین پیچیدگی در کنترل موقعیت را ایجاد می‌کنند.
بنابراین، موتورهای الکتریکی در انواع مختلف و با ویژگی‌های متفاوت برای موارد مختلفی از کاربردها طراحی شده‌اند. انتخاب نوع مناسب موتور الکتریکی باید بر اساس نیازهای خاص کاربرد، نوع کنترل مورد نیاز، قابلیت‌های مکانیکی، هزینه و سایر عوامل مرتبط با کاربرد انجام شود.