موتورهای الکتریکی چگونه کار می کنند؟

انرژی الکتریکی یکی از مهمترین منابع انرژی در جهان امروز محسوب شده و به دلیل دارا بودن مزایای بسیاری همانند ارزان بودن، عدم وجود آلایندگی و امکان تامین نیروی اولیه از طریق منابع تجدید پذیر، روز به روز بر استقبال عمومی از به کار به بردن این انرژی افزوده می شود.

موتورهای الکتریکی؛ نیروی الکتریسیته را به نیروی حرکتی تبدیل کرده و عمل عکس آن یعنی تبدیل نیروی حرکت مکانیکی به نیروی الکتریسیته توسط ژنراتور انجام می ‌شود. در واقع این دو دستگاه مشابه یکدیگر هستند و تنها عملکرد آنها متفاوت بوده و نوع خروجی آن ها مخالف یکدیگر است.

نخستین ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس و حرکت در سال 1820 میلادی توسط آندره ماری آمپر فیزیکدان فرانسوی کشف شد. در واقع این ارتباط به عنوان علوم پایه در بخش موتورهای الکتریکی در نظر گرفته می شود. از مخترعانی که در ابداع و ساخت موتورهای الکتریکی نقش داشته اند می توان به مایکل فارادی (1791-1867 میلادی) و ویلیام استورگن (1783-1850میلادی) و جوزف هنری (1797- 1878 میلادی) از مخترعان اشاره کرد.

موتورهای الکتریکی؛ نیروی الکتریسیته را به نیروی حرکتی تبدیل کرده و عمل عکس آن یعنی تبدیل نیروی حرکت مکانیکی به نیروی الکتریسیته توسط ژنراتور انجام می ‌شود. در واقع این دو دستگاه مشابه یکدیگر هستند و تنها عملکرد آنها متفاوت بوده و نوع خروجی آن ها مخالف یکدیگر است.

امروزه اغلب موتورهای الکتریکی موجود در بازار دوار هستنند، اما انواع دیگری از موتورهای الکتریکی مانند موتور خطی هم وجود دارد که می تواند برای مصارف مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. در یک موتور دوار بخش متحرک که معمولاً درون موتور است روتور نام داشته و بخش ثابت استاتور نامیده می ‌شود. بیشتر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می ‌کنند و وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می ‌گیرد، نیرویی  بر آن ماده از سوی میدان اعمال می‌ شود. در یک موتور استوانه ‌ای یا دوار، حرکت روتور از گشتاور ناشی از نیرویی به فاصله‌ ای معین از محور چرخانه به استاتور ایجاد می شود. از دیگر اجزای یک  موتور الکتریکی،  آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده ‌قرار گرفته است. بخشی از موتور که به آن ولتاژ ورودی اعمال شده یا بخشی از ژنراتور که در آن ولتاژ خروجی ایجاد شده، آرمیچر خوانده می شود.

 عملکرد موتورهای الکتریکی چکونه است؟

در حقیقت نحوه عملکرد موتورهای الکتریکی بسیبر ساده بوده و بر مبنای میدان مغناطیسی قرار دارد. به بیان دیگر بر اساس قوانین فیزیک مغناطیس، زمانی که یک حلقه U شکل سیم پیچی وجود داشته باشد، دو سیم موازی در حال جریان از طریق میدان مغناطیسی وجود دارد. یکی از این خط سیم ها جریان الکتریکی را از نقطه ثابت دور کرده و دیگری جریان را به سوی آن می آورد. با توجه به قانون فلیمینگ که می گوید؛ جریان در دو سیم در دو جهت مخالف حرکت خواهد کرد، جریان الکتریکی در این سیم ها در جهت مخالف جریان پیدا می کنند. به عبارت دیگر، هنگامی که جریان الکتریکی به این سیم ها وارد شود، جریان  در یکی از سیم ها به سمت بالا حرکت می کند و در دیگری به سمت پایین خواهد آمد.

حال اگر به جای حلقه U شکل، سیم پیچی حلقه مدور سیم پیچ وجود داشته باشد این جریان الکتریکی به طور مداوم و چرخشی وجود به وجود خواهد امد که باعث ایجاد  حرکت درموتور الکتریکی می شود.

موتورهای کلاسیک جریان مستقیم (DC)، دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی بودند که یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می ‌کرد تا در آرمیچر جریان پیدا کند و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. یک سر این سیم پیچ به هر نیمه از کموتاتور متصل شده است و جریان الکتریکی از باتری به برق پایانه موتور متصل می شود. این تغذیه برق به کموتاتور از طریق یک جفت اتصال دهنده که از گرافیت یا همان کربن نرم مشابه مغز مداد ساخته شده، انجام می گیرد. زمانی که الکتریسیته در سرتاسر مدار جریان پیدا می کند، سیم پیچ، به وسیله کموتاتور در همان جهت چرخش به طور مستمر خواهد چرخید.

سرعت موتور به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ‌ های موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد و معمولا این سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم ‌پیچ، در سیم‌ پیچ موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر قابل کنترل است.

موتورهای جریان متناوب (AC) موتورهایی هستند که در آن ها نوع جریان الکتریکی به صورت دوره معکوس جهت وجود دارد. موتورهای القایی عمومی‌ ترین موتورهای جریان متناوب هستند که در سامانه‌ های کنترل حرکت صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.

طراحی موتورهای القایی جریان متناوب از طراحی و ساخت موتورهای جریان مستقیم آسان تر است ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی جریان متناوب نیازمند درکی عمیق تر در طراحی و مشخصات این نوع موتورهاست.

همان گونه که مشخص است همه موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می ‌کنند. در یک موتور القایی AC یک بخش ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور وجود دارد که در درون آن می ‌چرخد و میان آن دو یک فاصله دقیق کارشناسی شده وجود دارد. یک موتور القایی AC تک فاز نیازمند یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است. در یک موتور سه فاز القایی AC نیز میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی به وسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن، تولید می ‌شود.

از دیگر انواع موتورهای الکتریکی می توان به موتور پله ‌ای و موتور خطی نیز اشاره کرد. موتور پله ‌ای نوع دیگری از موتورهای الکتریکی است که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهن رباهایی با کنترل الکترونیکی روشن و خاموش شدن خارجی، کنترل می‌ شود.

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا به جای اینکه یک چرخش گردشی تولید کند، توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش یک نیروی خطی به وجود می آورد.

منبع: explainthatstuff

ترجمه: فاطمه کردی

No tags for this post.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا