کاربرد موتورها در زندگی روزمره بسیار زیاد است، به طوری که در بسیاری از دستگاه‌ها قسمت‌هایی وجود دارند که در حال چرخش‌اند و این چرخش توسط موتورهای الکتریکی انجام می‌شود. حرکت موتور الکتریکی به صورت چرخشی است و بر اساس تبدیل یک انرژی به انرژی دیگر کار می‌کند. می‌توان گفت. تئوری عملکرد موتورهای الکتریکی در علم فیزیک بررسی می‌شود. این مقاله به شما کمک می‌کند تا با نحوه عملکرد موتورهای الکتریکی و همینطور با ساختار و دیگر ویژگی‌های آن آشنا شوید.
موتور الکتریکی چیست؟
موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. اساس کار این موتورها اصول الکترومغناطیس است.
موتور الکتریکی یک نوع المان چرخشی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. عملکرد آن براساس اصول الکترومغناطیس است، به طوری که حرکت موتور از تاثیر میدان مغناطیسی روی جریان الکتریکی درون سیم‌پیچ ناشی می‌شود. نتیجه این برهم کنش یک گشتاور است که به شافت موتور اعمال می‌شود.
جریان DC یا جریان AC برای تغذیه موتور استفاده می‌شود. جریان DC از طریق باتری یا یکسوسازها و جریان AC از طریق اینورترها، ژنراتورهای الکتریکی و شبکه های برق انتقال می‌یابند. موتورهای الکتریکی بر اساس فاکتورهای زیادی مانند توان، کاربرد و غیره دسته بندی می‌شوند.
اساس عملکرد موتور الکتریکی
هر دستگاهی بر اساس یک اصولی کار می‌کند. موتور الکتریکی نیز به همین صورت است. نحوه عملکرد موتورهای الکتریکی بر این اساس است که زمانی که از یک سیم‌پیچ مستطیلی شکل که در یک میدان مغناطیسی قرار دارد، جریان عبور کند، نیرویی به سیم‌پیچ اعمال می‌شود که منجر به چرخش موتور می‌گردد.
با ایجاد این چرخش، تبدیل انرژی اتفاق می‌افتد. به عبارت ساده، اصل موتور یک رسانای حامل جریان است که میدان مغناطیسی تولید می‌کند. این رسانا عمود بر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد و به همین دلیل نیرو تولید می‌شود.
ساختار موتور الکتریکی
موتور الکتریکی نیز مانند هر دستگاه دیگری ساختار مخصوص به خود را دارد که در این بخش ساختار کلی یک موتور الکتریکی به طور مختصر بیان شده‌است.
- در ساختار خود یک سیم‌پیچ مستطیلی دارد که به صورت ABCD نام گذاری شده‌است.
- دارای یک جفت آهنربای قوی است که سیم‌پیچ ABCD عمود بر این آهنربا قرار دارد.
- انتهای سیم‌پیچ ABCD به دو حلقه با نام P و Q متصل شده است. این دو حلقه نقش کموتاتور را ایفا می‌کنند. کموتاتور به تغییر جهت جریان کمک می‌کند.
- قسمت درونی حلقه‌ها به صورت عایق بندی شده به یک محور متصل است که این محور به صورت آزادانه می‌تواند به گردش درآید.
- بخش خارجی حلقه‌ها به جاروبک‌های ثابت متصل است. جاروبک‌های X و Y به باتری متصل هستند تا مدار را کامل کنند.
اجزای یک موتور الکتریکی
یک موتور الکتریکی از اجزای زیادی تشکیل شده‌است که وجود آن‌ها برای عملکرد خوب و روان موتور ضروری است. در این قسمت با اجزای اصلی یک موتور الکتریکی آشنا می‌شویم.
روتور: بخش متحرک موتور است و نقش آن چرخاندن شافت موتور می‌باشد. چرخش شافت نیز توان مکانیکی تولید می‌کند. روتور رسانای حامل جریان را نیز شامل می‌شود که از طریق آن با میدان مغناطیسی استاتور ارتباط برقرار کند.
بیرینگ یا یاتاقان: برای پشتیبانی از روتور استفاده می‌شود که به کاهش اصطکاک شافت موتور کمک می‌کند.
استاتور: استاتور بخش ثابت مدار الکترومغناطیسی موتور است که از آهنربای دائم و سیم‌پیچ‌ها تشکیل شده‌است. استاتور می‌تواند از ورقه‌های نازک فلزی به نام لمینیت ساخته شود که به کاهش تلفات کمک می‌کند.
سیم‌پیچ: در موتور الکتریکی به سیم هایی که دور هسته مغناطیسی آهنی پیچیده شده‌است را سیم‌پیچ می‌گویند. با برقراری جریان در سیم‌پیچ، قطب‌های مغناطیسی ایجاد می‌شود.
نحوه عملکرد موتور الکتریکی
در این بخش به به صورت مرحله به مرحله، به بررسی و نحوه عملکرد موتورهای الکتریکی می‌پردازیم.
- با وصل شدن باتری جریان در سیم‌پیچ شروع به چرخش می‌کند. به طوری که در سیم‌پیچ AB ، جریان از نقطه A به نقطه B حرکت می‌کند. در این زمان، جهت میدان مغناطیسی از شمال به جنوب است. با توجه به قانون دست چپ فلمینگ، نیرویی به سمت پایین به AB وارد می‌شود. به طور مشابه، نیرویی به سمت بالا به CD اعمال می‌شود. بنابراین AB به سمت پایین و CD به سمت بالا حرکت و سیم‌پیچ شروع به چرخش می‌کند.
- اکنون جای AB و CD جابه‌جا شده‌است. جهت جریان در CD از C به D و جهت میدان مغناطیسی از شمال به جنوب است. بنابراین نیرویی به سمت بالا به CD اعمال و به سمت بالا حرکت می‌کند. به همین صورت نیرویی به سمت پایین به AB اعمال می‌شود. پس در این حالت موتور به صورت نیمه می‌چرخد.
- حرکت موتورالکتریکی باید به صورت یک چرخش کامل باشد، به همین دلیل جهت جریان باید تغییر کند. همانطورکه قبلا گفته شد، جهت جریان توسط کموتاتور تغییر می‌کند. کموتاتور شامل دو نیم حلقه جدا از هم می‌باشد.
- با چرخش سیم‌پیچ، حلقه‌ها نیز می‌چرخند. در حین چرخش، زمانی که هسته موازی میدان مغناطیسی باشد، جاروبک‌ها فضای خالی بین نیم‌حلقه‌های کموتاتور را پر می‌کنند و مدار سیم‌پیچ قطع می‌شود.
- به دلیل اینرسی، حرکت ادامه پیدا می‌کند و مثبت باتری به نیم حلقه مخالف متصل می‌شود. به این معنا که نیم حلقه P و Q به ترتیب به سیم‌پیچ CD و AB متصل می‌شود. بنابراین جهت جریان در مدار تغییر می‌کند.
- در این حالت سیم‌پیچ CD در سمت چپ و AB در سمت راست قرار می‌گیرد. جهت جریان در سیم‌پیچ CD معکوس می‌شود به این معنا که الان جریان از D به C حرکت می‌کند. به این ترتیب به CD نیرویی به سمت پایین و به AB نیرویی به سمت بالا اعمال و موتور به طور کامل می‌چرخد.
- این تغییر جهت جریان در هر نیم چرخش اتفاق می‌افتد و تا زمانی که باتری به موتور متصل است، موتور به چرخش خود ادامه می‌دهد.
مزایای استفاده موتور الکتریکی:
موتور الکتریکی نسبت به وسایل دیگری اساس عملکرد آن‌ها تبدیل انرژی است، مزایای بسیاری دارد. چند فایده استفاده از موتور الکتریکی در ادامه بیان شده‌است:
- قیمت یک موتور الکتریکی نسبتاً کم است و بهتر از موتورهای مبتنی بر سوخت فسیلی می‌باشد.
- با توجه به این‌که از اجزای متفاوتی تشکیل شده، طول عمر بیشتری دارد.
- به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد.
- قابلیت کنترل خودکار دارد و به راحتی می‌توان به صورت اتوماتیک حرکت آن را کنترل کرد.
- ازآنجایی که از سوخت فسیلی استفاده نمی‌کند و از آلودگی محیط زیستی کمتری برخوردار است.
این موارد تنها چند مورد از مزایای موتور الکتریکی بود. این موتورها به دلیل مزایای زیادشان، به طور گسترده در وسایل و دستگاه‌های مختلف استفاده می‌شوند.
اگر به راه‌اندازی موتورهای الکتریکی با استفاده از آردونیو علاقه دارید پیشنهاد می‌کنیم این مقاله را مطالعه کنید:
کاربرد موتور الکتریکی
موتور الکتریکی کاربردهای زیادی دارد و بخش اصلی بسیاری از وسایل را شامل می‌شوند. برخی از کاربردهای آن عبارتند از:
- موتور الکتریکی در فن‌ها، تجهیزات برقی، پمپ‌ها، توربین‌ها و نیز کمپرسورها استفاده می‌شود.
- موتور الکتریکی یک المان ضروری در بسیاری از وسایل مانند دستگاه‌های گرمایشی و سرمایشی، وسایل خانگی و وسایل نقلیه موتوری است.
امیدواریم از این مقاله لذت برده باشید، دانش تئوری ساختار و نحوه عملکرد موتورهای الکتریکی، یک قدم اصلی برای فعالیت در حوزه برق و الکترونیک است.
سوالات و نظرات خود را در بخش دیدگاه با ما در میان بگذارید.
