الکتروموتور

الکتروموتور چیست؟

الکتروموتور یا موتور الکتریکی یک دستگاه است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. عملکرد آن بر خلاف ژنراتور برق است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

این موتورها بیشتر با استفاده از نیروی مغناطیسی که توسط جریان الکتریکی ایجاد می‌شود، به تولید نیرو می‌پردازند. جریان الکتریکی که برای کارکرد الکتروموتور استفاده می‌شود، می‌تواند از نوع جریان مستقیم (DC) باشد که توسط باتری یا موتور خودرو تأمین می‌شود، یا از نوع جریان متناوب (AC) که از منابعی مانند برق شهری، اینورتر یا ژنراتور برق به دست می‌آید.

الکتروموتورها در ابعاد مختلف ساخته می‌شوند و عمدتاً در صنایع مختلف کاربرد دارند. بزرگترین نمونه‌های آن‌ها که ممکن است توانشان به 100 مگاوات برسد، در صنایع سنگین مانند کشتی‌سازی و خطوط لوله تحت فشار استفاده می‌شوند. علاوه بر این، الکتروموتورها به طور گسترده در زندگی روزمره کاربرد دارند. یکی از معروف‌ترین انواع آن‌ها، الکتروموتور کولر یا دینام کولر است که انرژی الکتریکی را به گشتاور تبدیل کرده و شافت متصل به پره‌ها را به حرکت در می‌آورد تا هوای خنک به داخل کانال‌ها هدایت شود. کاربرد دیگری که برای الکتروموتور شناخته‌شده است، پمپ آب یا همان الکتروپمپ است. این پمپ‌ها از ترکیب یک الکتروموتور با یک پمپ آب (پروانه و کلگی) تشکیل شده‌اند که الکتروموتور وظیفه ایجاد گشتاور لازم برای چرخش پروانه پمپ را بر عهده دارد.

الکتروموتورها نیروی خروجی خود را به صورت خطی یا گردشی (گشتاور) تولید می‌کنند و در مقایسه با دستگاه‌هایی مانند سلونوئیدهای مغناطیسی (که در شیرهای برقی کاربرد دارند) یا بلندگوها قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها نیز انرژی الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کنند، اما قادر به تولید انرژی مکانیکی قابل استفاده نیستند. الکتروموتورها در دسته‌بندی اکچوئیتورها و ترنسدیوسرها قرار دارند.

این موتورها به طور گسترده در تجهیزات مختلفی مانند فن هواساز، بلوئر، پمپ آب، ماشین‌آلات صنعتی، دیسک درایوها، بالابرها و جرثقیل‌ها به کار می‌روند. همچنین، موتورهای کوچک الکتروموتور در ساعت‌های مچی نیز استفاده می‌شوند.

انواع الکتروموتر

موتور جریان مستقیم DC: این نوع الکتروموتور توسط جریان برق مستقیم مانند منبع باتری، موتور ماشین و … عمل می کند.

موتور جریان متناوب AC: این نوع موتور توسط جریان برق متناوب از منبعی برق شهری یا ژنراتور عمل می کند.

اجزاء تشکیل دهنده الکتروموتور

روتور (چرخنده)

در الکتروموتور بخشی که چرخش در آن صورت می گیرد، روتور نام دارد که وظیفه آن چرخاندن شفت و تولید انرژی مکانیکی می باشد. معمولاً روتور شامل کنداکتور دارای برق می باشد که در تقابل با میدان مغناطیسی استاتور نیروی محرک شفت را ایجاد می کند. همچنین برخی روتور ها دارای آهنربای دائمی بوده و در آن ها کنداکتور درون استاتور قرار داده شده است.

بیرینگ یا یاتاقان

روتور در داخل بیرینگ قرار دارد که به آن اجازه چرخش حول محور را می دهد. بیرینگ ها درون موتور قرار گرفته اند.

استاتور

استاتور در واقع بخش ثابت مدار الکترومغناطیس موتور بوده و غالباً شامل سیم پیچ یا آهنربای دائمی است. هسته استاتور شامل تعدادی صفحه فلزی نازک به نام لمینت است. لمینت ها به منظور کاهش هدر رفت انرژی هنگام استفاده از هسته جامد استفاده می شوند.

​

فاصله یا گپ هوا

فاصله بین استاتور و روتور را گپ هوا می نامند. گپ هوا تاثیر بسیار مهمی داشته و معمولاً تا حد ممکن کوچک است چرا که فاصله زیاد روی عملکرد موتور تاثیر منفی دارد. البته گپ بسیار کم نیز ممکن است موجب مشکلات مکانیکی صدای زیاد و هدر رفت شود.

​

سیم پیچ

سیم پیچ مجموعه ای از سیم های درون کویل است که معمولاً به دور ورقه آهن نرم با هسته مغناطیسی پیچیده شده اند و در هنگام برق دار شدن قطب مغناطیسی ایجاد می کنند.​

تفاوت سیم پیچ آلومینیوم و مس در الکتروموتور

الکتروموتور با استفاده از نیروی القایی متاثر از جریان برق موجود در سیم پیچ سبب گردش شفت می شود. یکی از مواردی که اکثر متقاضیان خرید الکتروموتور سوال می پرسند، تفاوت بین سیم پیچ مس و سیم پیچ آلومینیوم است. در مقاله زیر به بررسی این مورد می پردازیم.

معمولا از مس جهت سیم پیچ درون الکتروموتور استفاده می شود. از نظر کیفیت سیم پیچ مسی بهتر بوده و معمولاً دوام بیشتری دارد. از آلومینیوم نیز جهت سیم پیچ استفاده می شود اما به شکل استاندارد باید ضخات آن بیشتر باشد تا توان عبور جریان کافی را داشته باشد. در مجموع می توان گفت موتور های با سیم پیچ مسی را می توان جهت الکتروموتور های با سایز کوچکتر نیز مورد استفاده قرار داد.

سوختگی الکتروموتور چگونه است؟

یکی از سوالات رایج کاربران این است که چرا الکتروموتور می‌سوزد. علت سوختن الکتروموتور معمولاً زمانی رخ می‌دهد که موتور برای مدت طولانی و با بار بیشتر از ظرفیت طراحی‌شده‌اش کار کند. در این حالت، دمای بالا باعث می‌شود که سیم‌پیچ‌های موتور در بخش‌هایی دچار قطعی یا ذوب شوند. همچنین، اگر ولتاژ ورودی به موتور بیشتر از مقدار طراحی‌شده آن باشد، نیز ممکن است سوختگی اتفاق بیافتد. در این شرایط، سیم‌پیچ در ضعیف‌ترین قسمت ذوب شده و اتصال قطع می‌شود. برای تست موتور و تشخیص سوختگی می‌توان از یک اهم‌متر استفاده کرد یا به دنبال لکه‌های سیاه روی سیم‌پیچ موتور گشت.

یکی از کاربردهای رایج الکتروموتور، استفاده از آن به همراه پمپ آب یا همان الکتروپمپ است. در واقع، الکتروموتور با استفاده از شافت خود گشتاور لازم را برای چرخش پروانه پمپ ایجاد می‌کند. در ساخت پمپ‌های آب، از سیم‌پیچ‌های آلومینیومی و مسی استفاده می‌شود، اما توصیه می‌شود اگر پمپ با سیم‌پیچ آلومینیومی خریداری کرده‌اید، آن را تحت فشار بیش از حد قرار ندهید.

الکتروموتور 2 پل، 4 پل و 6 پل به چه معناست؟

اگر اقدام به خرید الکتروموتور کرده باشید ممکن است فروشنده از شما بپرسد الکترموتور چند پل می خواهید؟ پل اصطلاحی است که برای مشخص کردن دور موتور الکتروموتور کاربرد دارد. نحوه تقسیم بندی آن به شکل زیر است؟

• الکتروموتور 2 پل: محدوده چرخش شفت در موتور بین 2800 تا 3000 دور بر دقیقه است.
• الکتروموتور 4 پل: محدوده چرخش شفت بین 1400 تا 1500 دور برق دقیقه است.
• الکتروموتور 6 پل: محدوده چرخش شفت بین 900 تا 1000 دور بر دقیقه است.

نکته : تعداد پل هیچ ارتباطی با توان الکتروموتور ندارد. یعنی یک الکتروموتور 2 پل می تواند از 0.5 اسب بخار تا 200 اسب بخار توان توان داشته باشد.

الکترموتور DC یا جریان مستقیم

نخستین موتور الکتریکی جریان برق مستقیم DC توسط دانشمند بریتانیایی -ویلیام استرجن- در سال 1832 ابداع شد. سپس در سال 1837 در ادامه کار دانشمند آمریکایی -توماس داونپورت- آن را ارتقاء و به ثبت رسانید.موتور های اولیه با دور حدود 600 بار در دقیقه کار می کردند. از آنجایی که جریان برق مستقیم در آن زمان تنها توسط باتری تامین می شد و مصرف برق این موتور ها بسیار زیاد بود لذا به لحاظ هزینه مقرون به صرفه نبوده و به همین جهت در اقتصاد جایی نگرفت.

مزیت جالبی که موتور های جریان مستقیم داشتند این بود که به شکل اتفاقی کشف شد که این دستگاه ها قابلیت عملکرد برعکس نیز داشته و می توانند در صورتی که شفت آنها به نوعی بچرخد به شکل ژنراتور برق نیز عمل کنند.

انواع الکتروموتور DC

• سری
• شانت
• کامپاوند
• مغناطیس دائم ( PMDC )

به طور کلی موتور های با جریان برق مستقیم از گشتاور بسیار بالایی برخوردار بوده و به همین جهت در صنایع سنگین کاربرد دارند.

الکتروموتور DC سری

در موتور های دی سی سیم پیچ به شکل سری بسته شده است. عملکرد این موتور ها بر اساس قانون ساده مغناطیس است که میدان مغناطیسی درون سیم پیچ توسط جریان برق دور کنداکتور بوجود آمده و باعث چرخش روتور می شود. این موتور ها به وفور در صنایع ماشین سازی به عنوان استارت موتور و یا در آسانسور ها استفاده می شوند.

الکتروموتور شانت (موازی)

نوع اتصال در این الکتروموتور همانند آرمیچر به شکل موازی است.

الکتروموتور از نوع PMDC

عبارت PMDC کوتاه شده Permanent Magnet DC motor و به معنی موتور DC مغناطیس دائم است. این موتور ها امکان ارائه مغناطیس دائم را دارا می باشند.

الکتروموتور کامپاوند

این موتور ترکیبی از موتور DC موازی و سری است و هر دو میدان آن وجود دارد. به این صورت که روتور و استاتور می توانند به شکل سری و موازی به هم متصل شوند.

الکتروموتور AC

این موتور ها بیشتر به شکل سنکرون، آسنکرون و القایی وجود دارند.

موتور سنکرونیک (سنکرون)

عملکرد این موتور ها غالباً به شکل سه فاز است. در این موتور ها استاتور وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی را بر عهده دارد و سرعت چرخش روتور با سرعت چرخش میدان درون استاتور برابر بوده و به همین جهت در صنایع بسیاری مانند اتوماسیون، رباتیک و … کاربرد دارند. آنچه در خصوص این موتور ها اهمیت دارد قدرت بالای گشتاور و بازدهی مناسب تر آن است.

موتور القایی

موتور هایی که به شکل آسنکرون هستند به نام موتور القایی نیز شناخته می شوند. این موتور ها از میدان مغناطیسی جهت تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می کنند. نکته مهم در خصوص این موتور ها این است که سرعت چرخش روتور از استاتور بیشتر است. همین امر باعث می شود که گشتاور آن کمتر باشد.

الکتروموتور های خاص

الکتروموتور های خاص غالباً شامل سرووموتور، موتور استپر و موتور های القایی خطی می باشند.

1) استپ موتور (یا موتور پله ای)

همانطور که از نام آن ها پیداست این موتور ها به شکل پله ای حرکت می کنند که اگر شفت آن را با دست حرکت دهید نیز این موضوع را درخواهید یافت. این موضوع را پیش از این می دانیم که در الکتروموتور های معمولی دور کامل یا روولوشن 180 درجه است. اما در موتور های پله ای یا استپ موتور این دور می تواند به مقادیر پایین تر یعنی 10 درجه نیز تقلیل یابد. یعنی برای چرخش 180 درجه ای شفت در این مدل باید 18 روولوشن در آن صورت گیرد. این قضیه کمک بسیاری در کنترل دقیق میزان چرخش به کاربر ارائه می دهد. این موتور های از نظر عملکرد تا حدودی شبیه به سرو موتور هستند.

2) موتور هیسترزیس 

عملکرد موتور هیسترزیس بسیار خاص و جالب است. روتور این موتور می تواند توسط جریان القایی به شکل گردابی مورد تحریک قرار گیرد. این موتور ها می توانند توسط جریان تکفاز و سه فاز فعالیت کنند. عملکرد نرم موتور به همراه سرعت ثابت آن بسیار شبیه موتور های سنکرون است. قابلیت دیگر آن صدای بسیار کم موتور بوده که در سیستم های پخش و ضبط صدا کاربرد دارند.

3) موتور یونیورسال

موتور یونیورسال نوع خاصی از موتور است که هم توسط جریان برق AC و هم DC می تواند فعالیت کند. نوع سیم پیچ در آن به شکل سری بوده و به شکل مستقیم از استاتور به روتور متصل شده است. به همین جهت این موتور ها بسیار نزدیک به موتور های جریان مستقیم هستند و اتفاقاً همانند آنها از گشتاور استارت بالایی برخوردارند. موتور های یونیورسال به منظور سرعت بالا (بالاتر از 3500 دور بر دقیقه) طراحی شده اند. از این موتور ها به وفور در کارواش خانگی استفاده می شود.

الکتروموتور افقی و عمودی

در بازار ایران نیز الکتروموتور ها در دسته های مختلف نام برده و از یکدیگر تمیز داده می شوند. برخی موارد مانند نوع ولتاژ (تکفاز و سه فاز) را در بالا ذکر کردیم. همچنین نوع برق DC و AC نیز یکی دگیر از مشخصه های آن است اما مهم ترین دسته بندی الکتروموتور ها در بازار ایران عمودی یا افقی بودن آن هاست.

الکتروموتور افقی

الکتروموتور های افقی انواع معمول مورد استفاده زیاد در بازار ایران است. این الکتروموتور ها کاربرد بسیار گسترده ای در صنعت داشته و از 0.5 اسب بخار تا 275 اسب بخار را می توان در بازار ایران یافت. الکتروموتور های افقی در انواع تکفاز و سه فاز، 2 پل، 4 پل و 6 پل موجود می باشند.

الکتروموتور عمودی

الکتروموتور های عمودی از آن دست الکتروموتور هایی هستند که اگرچه در زندگی روزمره به آن شکل یافت نمی شوند اما کاربرد بسیار گسترده ای در صنعت دارند. این الکتروموتور ها توان بسیار بالایی داشته و شروع آن از 25 اسب بخار است که تا 300 اسب نیز در بازار ایران موجود است. نوع عملکرد و سیستم این الکتروموتور ها با مدل های افقی فرق دارد.

استاندارد ایمنی موتور و نحوه شناسایی هریک

استاندارد های ایمنی موتور های الکتریکی با دو حرف انگلیسی IP شروع شده و دو رقم پس از آن هریک نشان دهنده درصدی از حفاظت را نشان می دهد. هرچه اعداد بالاتر باشند درجه حفاظت بیشتر است. در استاندارد ایمنی موتور الکتریکی به عنوان مثال IP-XY عدد X نشان دهنده درجه حفاظت جانی و عدد دوم نشان دهنده درجه حفاظت موتور در مقابل رطوبت است. لیست اعداد و معنی هریک در جدول زیر نشان داده شده است:

درجه حفاظت فیزیکی الکتروموتور (X)

درجه حفاظت الکتروموتور در مقابل رطوبت (Y):

قیمت الکتروموتور

در بازار ایران الکتروموتور بسته به توان، عملکرد، کشور سازنده، سیم پیچ و نوع آن از قیمت های متنوعی برخوردار است. شروع قیمت از حدود 300-400 هزار تومان برای مدل های ضعیف تر (البته اینجا منظور الکتروموتور های با توان حداقل 370 وات است و نه مدل های بسیار کوچک تر مانند آنچه در ساعت مچی استفاده می شود) شروع شده و بسته به موارد ذکر شده بالا حتی تا چند 10 میلیون نیز قیمت دارند.