آشنایی با الکتروموتور یا موتور الکتریکی و انواع آن

انواع اصلی الکتروموتورها

الکتروموتورها به طور معمول بر اساس نوع جریان الکتریکی ورودی به دو دسته اصلی DC (جریان مستقیم) و AC (جریان متناوب) تقسیم می‌شوند. علاوه بر این، گروه سومی به نام الکتروموتورهای خاص وجود دارند که برای کاربردهای ویژه طراحی شده‌اند.

الکتروموتورجریان مستقیم یا DC وانواع آن

الکتروموتورهای جریان مستقیم یا دی‌سی، دستگاهی هستند که انرژی الکتریکی با جریان یک‌سو را به حرکت مکانیکی دورانی تبدیل می‌کنند. عملکرد این موتورها بر پایه تعامل میدان‌های مغناطیسی بین دو بخش اصلی، یعنی قطعه ثابت به نام استاتور و قطعه چرخان به نام روتور، استوار است.

یکی از برجسته‌ترین ویژگی‌های این موتورها، امکان تنظیم دقیق و گسترده سرعت چرخش و همچنین توانایی تولید گشتاور اولیه بسیار قوی در لحظه شروع به کار است. با این حال، محدودیت‌هایی مانند دشواری تولید جریان مستقیم با قدرت بالا به‌صورت پایدار و نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتر(به ویژه در انواع جاروبک‌ها)، باعث شده کاربرد آن‌ها در مقایسه با موتورهای جریان متناوب (AC) کمتر باشد. در واقع بسیاری از کاربران صنعتی و نیمه‌صنعتی که به شبکه برق تک‌فاز دسترسی دارند یا به دنبال سیستم‌های راه‌اندازی ساده‌تر هستند، به جای موتورهای DC، از الکتروموتورهای AC استفاده می‌کنند. رایج‌ترین نوع این موتورها در کاربری‌های سبک، نوع تک‌فاز است.

الکتروموتورهای سری

در میان انواع مختلف موتورهای DC، نوع سری قرار دارد که در آن سیم‌پیچ میدان و آرمیچر به دنبال هم و متوالی بسته شده‌اند. این آرایش موجب می‌شود گشتاوراولیه فوق‌العاده قدرتمندی ایجاد شود، اما سرعت چرخش آن به میزان بار مکانیکی وابسته است و با تغییر بار، کاهش یا افزایش می‌یابد. به همین دلیل، این موتورها برای تجهیزاتی مانند بالابرهای صنعتی و وینچ‌ها که به نیروی شروع‌کننده بالا نیاز دارند، بسیار مناسب هستند.

الکتروموتورهای موازی یا شنت

الکتروموتور شنت (موازی) طراحی متفاوتی دارد؛ به این شکل که سیم‌پیچ میدان به صورت موازی و جداگانه در کنار آرمیچر قرار می‌گیرد. این پیکربندی باعث می‌شود سرعت دوران موتور به طور معمول ثابت بماند و کنترل و تنظیم آن نیز ساده‌تر باشد. این ویژگی‌ها، این نوع موتور را به گزینه‌ای ایده‌آل برای ماشین‌آلاتی مانند دستگاه‌های تراش و ابزارهای با دقت بالا تبدیل کرده است.

الکتروموتور خود تحریک

برای بهره‌مندی همزمان از مزایای هر دو نوع الکتروموتور موازی و سری، الکتروموتورهای مرکب (کامپوند) توسعه یافته‌اند. این طراحی ترکیبی از اتصال الکتروموتور سری و موازی است که تلاش می کند میان گشتاور راه‌اندازی قابل توجه (ویژگی موتور سری) و پایداری و کنترل‌پذیری سرعت (مزیت موتور شنت)، تعادل برقرار کند.

الکتروموتور مغناطیس دائم یا PMDC

نوع دیگری از الکتروموتور نیز وجود دارد که به‌جای استفاده از سیم‌پیچ برای تولید میدان مغناطیسی، از آهنربای دائم در ساخت استاتور بهره می‌برد. این انتخاب، باعث ساده‌شدن ساختار داخلی، افزایش بازده انرژی، کاهش اندازه و وزن کلی موتور می‌شود. از این رو، این نوع موتورها به‌طور گسترده در ابزارهای برقی قابل حمل مانند دریل‌ها، اره‌های برقی و سایر تجهیزات دستی کاربرد دارند.

الکتروموتور compound نقصانی

الکتروموتور کمپوند یا ترکیبی، همان‌طور که از نامش پیداست، دارای دو سیم‌پیچی تحریک است: یکی به صورت سری و دیگری به صورت موازی . اما در مدل کمپوند نقصانی، یک تفاوت استراتژیک و حیاتی وجود دارد؛ در این موتور، جهت جریان و در نتیجه جهت میدان مغناطیسی سیم‌پیچ سری، برخلاف میدان مغناطیسی سیم‌پیچ شنت است. به عبارت ساده‌تر، این دو میدان اثر یکدیگر را تضعیف کرده و منجر به بروز رفتارهای خاص و متفاوت در عملکرد موتور می‌شود.

الکتروموتور compound اضافی

​در الکتروموتور کمپوند اضافی، برخلاف مدل نقصانی، میدان‌های مغناطیسی با هم هم‌جهت بوده و یکدیگر را تقویت می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود موتور به‌طور همزمان از مزایای گشتاور استارت بالای موتور سری و پایداری سرعت موتور شنت بهره‌مند شود. به همین دلیل، این مدل برای پروژه‌هایی با بارهای ناگهانی و سنگین، انتخابی بسیار ایده‌آل و کارآمد است.

با توجه به تنوع گسترده برندها و مشخصات فنی، انتخاب نهایی موتور مستلزم مقایسه دقیق قیمت و کارایی است.

الکتروموتورهای سنکرون یا همگام

این الکتروموتورها، ویژگی منحصربه‌فردی دارند؛ در واقع سرعت چرخش روتور آن‌ها دقیق و به طور ثابت با فرکانس جریان برق و سرعت میدان مغناطیسی استاتور همگام است و هیچ اختلافی بین آنها وجود ندارد. این ثبات سرعت، آن‌ها را برای کاربردهای حساسی که دقت سرعت درآن امری حیاتی است، مانند ژنراتورهای برق، ربات‌های صنعتی پیشرفته و برخی کمپرسورهای خاص، گزینه‌ای ایده‌آل کرده است. الکتروموتورهای سنکرون به دلیل برابری سرعت چرخش روتور با فرکانس جریان برق، برای کاربردهای دقیق که نیاز به ثبات سرعت دارند، ایده‌آل هستند. بررسی دقیق ساختار این موتورها نشان می‌دهد که قفل شدن مغناطیسی روتور با میدان دوار استاتور، عامل اصلی عملکرد آن‌هاست.

​استاتور: استاتور بخش ثابت و بیرونی الکتروموتور است که از یک بدنه فلزی و هسته‌ای با شیارهای موازی تشکیل شده که کلاف‌های سیم‌پیچی (اغلب مسی) درون آن‌ها قرار می‌گیرند. وظیفه اصلی آن، دریافت جریان الکتریکی و ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار است که مانند یک آهنربای متحرک، روتور را به چرخش درمی‌آورد. در واقع، استاتور نقش منبع اصلی ایجاد میدان مغناطیسی را دارد و نیرو را به بخش متحرک منتقل می‌کند.

​روتور: ساختار بخش متحرک یا روتور در موتورهای سنکرون به‌گونه‌ای طراحی شده است که برای ایجاد میدان مغناطیسی، به یک منبع تغذیه خارجی (جریان مستقیم یا DC) نیاز دارد تا عملکردی مشابه یک آهنربای الکتریکی داشته باشد. البته در نسل‌های پیشرفته‌تر این تجهیزات، به‌جای سیم‌پیچی متحرک، از آهنرباهای دائمی جهت بهبود راندمان و ساده‌سازی ساختار روتور استفاده می‌شود.

از مزایای بسیار مهم الکتروموتورهای سنکرون می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

​سرعت ثابت: موتور تحت هیچ شرایطی تا زمانی که از گشتاور حد فراتر نرود، دچار افت دور نمی‌شود. این موضوع برای دستگاه‌هایی مثل ساعت‌های صنعتی یا نوار نقاله‌های دقیق حیاتی است.

​اصلاح ضریب توان: یکی از ویژگی‌های فنی برجسته در مدیریت انرژی، قابلیت این موتورها در بهینه‌سازی پارامترهای شبکه است. با تنظیم دقیق جریان تحریک روتور، موتور می‌تواند به عنوان یک منبع تولید توان راکتیو (خازن متغیر) در شبکه عمل کرده و با بهبود ضریب توان ، هزینه‌های جانبی برق مصرفی واحد صنعتی را به شکل محسوسی کاهش دهد.

​راندمان بسیار بالا: به دلیل عدم وجود لغزش (Slip)، اتلاف انرژی در این موتورها بسیار کمتر از موتورهای آسنکرون است.

با توجه به راندمان بالای مدل‌های القایی درمحیط‌های سخت صنعتی، این موتورها مانند الکتروموتوهای سه فاز، انتخاب اول خطوط تولید بزرگ هستند.