همه ما در مورد موتورهای الکتریکی شنیده ایم، اما یک سوال همیشه به ذهن می رسد: "اصل موتور الکتریکی چیست"؟ موتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. به طور عمده سه نوع موتور الکتریکی وجود دارد.

موتور DC.
موتور القایی.
موتور سنکرون.
همه این موتورها کم و بیش با یک اصل کار می کنند. کار موتور الکتریکی عمدتاً به برهمکنش میدان مغناطیسی با جریان بستگی دارد.

اصل موتور الکتریکی چیست: حرکت موتور توسط الکترومغناطیس

ایده اولیه یک موتور الکتریکی واقعا ساده است: شما در یک انتها برق را در آن قرار می دهید و یک محور (میله فلزی) در انتهای دیگر می چرخد و به شما قدرت می دهد تا یک نوع ماشین را به حرکت درآورید. این در عمل چگونه کار می کند؟ دقیقا چگونه برق را به حرکت تبدیل می کنید؟ برای یافتن پاسخ آن، باید به 200 سال قبل برگردیم. پیشنهاد میکنم درباره خرید الکتروموتور موتوژن بیشتر بخوانید.

فرض کنید طولی از سیم معمولی را بردارید، آن را به یک حلقه بزرگ تبدیل کنید و آن را بین قطب های یک آهنربای نعل اسبی قدرتمند و دائمی قرار دهید. حالا اگر دو سر سیم را به باتری وصل کنید، سیم برای مدت کوتاهی به بالا می پرد. وقتی برای اولین بار این را می بینید شگفت انگیز است. درست مثل جادو است! اما یک توضیح کاملا علمی وجود دارد.

هنگامی که جریان الکتریکی در طول یک سیم شروع به خزش می کند، یک میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. اگر سیم را نزدیک یک آهنربای دائمی قرار دهید، این میدان مغناطیسی موقت با میدان آهنربای دائمی تعامل می کند. شما می دانید که دو آهنربا که در نزدیکی یکدیگر قرار گرفته اند، جذب یا دفع می کنند. به همین ترتیب، مغناطیس موقت اطراف سیم، مغناطیس دائمی آهنربا را جذب یا دفع می کند، و این همان چیزی است که باعث پرش سیم می شود.

قانون دست چپ فلمینگ

شما می توانید جهت پرش سیم را با استفاده از یک یادگاری مفید (کمک حافظه) به نام قانون دست چپ فلمینگ (که گاهی اوقات قانون موتور نامیده می شود) مشخص کنید.

انگشت شست، انگشت اول و انگشت دوم دست چپ خود را به گونه ای نگه دارید که هر سه در زاویه قائم باشند. اگر انگشت دوم را در جهت جریان (که از قطب مثبت به قطب منفی باتری می گذرد) و انگشت اول را در جهت میدان (که از شمال به قطب جنوب آهنربا جریان می یابد) بگیرید. ) thumb شما جهت حرکت سیم را نشان می دهد.

یعنی…

انگشت اول = میدان
انگشت دوم = فعلی
ThuMb = حرکت

الکتروموتور چگونه کار می کند؟

در تئوری، فرض کنید ما سیم خود را به شکل یک حلقه U شکل به شکل مربع خم می کنیم تا عملاً دو سیم موازی از میدان مغناطیسی عبور کنند. یکی از آنها جریان الکتریکی را از طریق سیم از ما می گیرد و دیگری جریان را دوباره برمی گرداند. از آنجایی که جریان در جهت مخالف در سیم ها جریان دارد، قانون چپ فلمینگ به ما می گوید که دو سیم در جهت مخالف حرکت می کنند. به عبارت دیگر وقتی برق را روشن می کنیم یکی از سیم ها به سمت بالا و دیگری به سمت پایین حرکت می کند.

اگر سیم پیچ سیم می توانست به این شکل حرکت کند، به طور مداوم می چرخید - و ما در راه ساخت یک موتور الکتریکی هستیم. اما این نمی‌تواند با تنظیمات فعلی ما اتفاق بیفتد: سیم‌ها به سرعت در هم می‌پیچند. نه تنها این، بلکه اگر سیم پیچ بتواند به اندازه کافی بچرخد، اتفاق دیگری رخ می دهد. پیشنهاد میکنم درباره الکتروموتور وگ WEG بیشتر بخوانید.

هنگامی که سیم پیچ به موقعیت عمودی می رسد، برمی گردد، بنابراین جریان الکتریکی برعکس از آن عبور می کند. اکنون نیروهای هر طرف سیم پیچ معکوس می شوند. به جای اینکه به طور مداوم در همان جهت بچرخد، در جهتی که از آن آمده است به عقب برمی گردد! یک قطار برقی با موتوری مانند این را تصور کنید: بدون اینکه واقعاً به جایی برود، در جا به جلو و عقب می چرخد.

در عمل، دو راه برای غلبه بر این مشکل وجود دارد. یکی استفاده از نوعی جریان الکتریکی است که به صورت دوره ای جهت را معکوس می کند، که به عنوان جریان متناوب (AC) شناخته می شود. در نوع موتورهای کوچک و باتری دار که در اطراف خانه استفاده می کنیم، راه حل بهتر این است که قطعه ای به نام کموتاتور را به انتهای سیم پیچ اضافه کنیم.

در مورد نام فنی بی معنی نگران نباشید: این کلمه کمی قدیمی "commutation" کمی شبیه کلمه "commute" است. این به سادگی به معنای تغییر رفت و برگشت به همان روشی است که رفت و آمد به معنای رفت و برگشت است. در ساده ترین شکل آن، کموتاتور یک حلقه فلزی است که به دو نیمه جداگانه تقسیم شده است و وظیفه آن معکوس کردن جریان الکتریکی در سیم پیچ در هر بار چرخش سیم پیچ از طریق نیم دور است. یک سر سیم پیچ به هر نیمه از کموتاتور متصل است.

جریان الکتریکی باتری به پایانه های الکتریکی موتور متصل می شود. اینها نیروی الکتریکی را از طریق یک جفت اتصال دهنده شل به نام برس که از قطعات گرافیت (کربن نرم شبیه به مداد "سرب") یا طول های نازک فلز فنری ساخته شده است، به کموتاتور وارد می کند، که (همانطور که از نامش پیداست) "برس" را بر روی آن قرار می دهد. کموتاتور هنگامی که کموتاتور در جای خود قرار دارد، هنگامی که برق از مدار عبور می کند، سیم پیچ به طور مداوم در همان جهت می چرخد.

یک الکتروموتور ساده و آزمایشی مانند این، قادر به تولید قدرت زیادی نیست. ما می‌توانیم نیروی چرخشی (یا گشتاور) را که موتور می‌تواند ایجاد کند به سه طریق افزایش دهیم: یا می‌توانیم یک آهنربای دائمی قوی‌تر داشته باشیم، یا می‌توانیم جریان الکتریکی را که از سیم عبور می‌کند، افزایش دهیم، یا می‌توانیم سیم‌پیچ را طوری بسازیم که تعداد زیادی "چرخش" (حلقه) سیم بسیار نازک به جای یک "چرخش" سیم ضخیم. پیشنهاد میکنم درباره پمپ وکیوم روغنی بیشتر بخوانید.

در عمل، یک موتور همچنین دارای آهنربای دائمی خمیده به شکل دایره ای است، بنابراین تقریباً سیم پیچ سیمی را که درون آن می چرخد، لمس می کند. هرچه آهنربا و سیم پیچ به هم نزدیکتر باشند، موتور می تواند نیروی بیشتری تولید کند.

اگرچه ما تعدادی از قطعات مختلف را توضیح داده‌ایم، شما می‌توانید یک موتور را تنها دارای دو جزء اساسی در نظر بگیرید:

در اطراف لبه محفظه موتور یک آهنربا (یا آهنربا) دائمی وجود دارد که ثابت می ماند، بنابراین به آن استاتور موتور می گویند.
در داخل استاتور، سیم پیچی وجود دارد که بر روی محوری نصب شده است که با سرعت زیاد به اطراف می چرخد – و به آن روتور می گویند. روتور شامل کموتاتور نیز می شود.

 
کار موتورهای DC

اصل کار موتور DC عمدتاً به قانون دست چپ فلمینگ بستگی دارد. در یک موتور DC پایه، یک آرمیچر در بین قطب های مغناطیسی قرار می گیرد. اگر سیم پیچ آرمیچر توسط یک منبع DC خارجی تامین شود، جریان از طریق هادی های آرمیچر شروع به جریان می کند. از آنجایی که هادی ها جریان را در داخل یک میدان مغناطیسی حمل می کنند، نیرویی را تجربه می کنند که تمایل دارد آرمیچر را بچرخاند.

فرض کنید هادی های آرمیچر در زیر قطب های N آهنربای میدان، جریان را به سمت پایین (تقاطع) و آن هایی که در زیر قطب های S هستند جریان را به سمت بالا (نقطه) حمل می کنند. با اعمال قانون چپ فلمینگ، جهت نیروی F که توسط هادی در زیر قطب های N و نیرویی که توسط هادی ها در زیر قطب های S تجربه می شود را می توان تعیین کرد. مشخص شد که در هر لحظه نیروهایی که هادی ها تجربه می کنند در جهتی هستند که تمایل دارند آرمیچر را بچرخانند.

باز هم به دلیل این چرخش هادی ها در زیر قطب های N زیر قطب S قرار می گیرند و هادی ها در زیر قطب های S تحت قطب N قرار می گیرند. در حالی که هادی ها از قطب های N به قطب S و از قطب های S به قطب N می روند، جهت جریان عبوری از آنها با استفاده از کموتاتور معکوس می شود.

با توجه به این معکوس شدن جریان، تمام هادی ها تحت قطب N قرار می گیرند و جریان را در جهت پایین و تمام هادی ها تحت قطب S قرار می گیرند و جریان را در جهت بالا می برند. از این رو، هر رسانا تحت قطب N قرار می گیرد، نیرویی را در یک جهت تجربه می کند و همین امر برای هادی هایی که در زیر قطب های S قرار دارند نیز صادق است. این پدیده به ایجاد گشتاور پیوسته و یک جهته کمک می کند.

کار الکتروموتور القایی چیست؟

عملکرد موتور الکتریکی در مورد موتور القایی کمی با موتور DC متفاوت است. در موتور القایی تک فاز، زمانی که منبع تغذیه تک فاز به سیم پیچ استاتور داده می شود، میدان مغناطیسی ضربانی ایجاد می شود و در موتور القایی سه فاز، زمانی که منبع تغذیه سه فاز به سیم پیچ استاتور سه فاز داده می شود، یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می شود. تولید می شود.

روتور یک موتور القایی یا از نوع زخمی یا از نوع قفسه سنجابی است. نوع روتور هرچه باشد، هادی های روی آن در انتها کوتاه می شوند تا حلقه بسته را تشکیل دهند. به دلیل میدان مغناطیسی دوار، شار از شکاف هوا بین روتور و استاتور عبور می کند، از سطح روتور عبور می کند و بنابراین هادی روتور را قطع می کند.

بنابراین طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، جریان القایی در هادی های روتور بسته در گردش است. مقدار جریان القایی متناسب با نرخ تغییر پیوند شار نسبت به زمان است. باز هم، این نرخ تغییر پیوند شار متناسب با سرعت نسبی بین روتور و میدان مغناطیسی دوار است. طبق قانون لنز، روتور تلاش می کند تا هر دلیلی که باعث تولید جریان در آن می شود را کاهش دهد. از این رو روتور می چرخد و سعی می کند به سرعت میدان مغناطیسی دوار دست یابد تا سرعت نسبی بین روتور و میدان مغناطیسی دوار را کاهش دهد.

کار موتورهای سنکرون

در موتور سنکرون، هنگامی که منبع تغذیه سه فاز متعادل به سیم پیچ ثابت سه فاز استاتور داده می شود، یک میدان مغناطیسی دوار تولید می شود که با سرعت سنکرون می چرخد. حال اگر یک الکترومغناطیسی در داخل این میدان مغناطیسی دوار قرار گیرد، به صورت مغناطیسی با میدان مغناطیسی دوار قفل می شود و اولی با میدان مغناطیسی دوار با همان سرعتی که با سرعت سنکرون است می چرخد.

منبع نوشته: فروشگاه مگاکو