موتور الکتریکی

موتور الکتریکی (Electric Motor)،برق مورد نیاز برای بخشهای بزرگ صنعتی و در حال افزایش اقتصاد مدرن رشد ما را تامین می کند. طیف  اندازه و نوع موتور بسیار وسیع است و تعداد و تنوع کاربرد آن ها همچنان در حال گسترش می باشد. به عنوان مثال  کامپیوتر، وسیله ای که این مطلب در آن تایپ شده است، چند موتور الکتریکی در داخل، در فن خنک کننده و در دیسک درایو دارد. حتی یک موتور کوچک  برای بیرون راندن دیسک از درایو وجود دارد. 

 

این نوع از ماشین ها با دریافت نیروی الکتریکی میتوانند نیروی مکانیکی مورد نظر ما را تامین کنند.در اطراف ما ، دستگاه های الکتریکی هستند که چیزهای اطراف  را حرکت می دهند. تقریبا هر چیزی که حرکت می کند، این کار را به وسیله یک موتور الکتریکی می کند.موتورهای الکتریکی در وسایل بسیار کوچک نیز کاربرد دارند. این موتور های کوچک در ساعت مچی به حرکت عقربه  ساعت مچی کمک می کنند، این کار قبلا توسط مکانیزم فنر مکانیکی انجام می شد. موتور ها بیشترین مقدار انتقال قدرت را در دستگاه ها دارند که میزان آن میتواند صدها مگاوات باشد. کوچکترین موتورها، دارای طیف وسیعی از 12 تا 15 مگاوات هستند، از این موتورها برای تامین نیاز نیروی محرکه برای حرکت کشتی ها استفاده می شود که این کار قبلا توسط موتورهای بخار بسیار بزرگ و دیزل موتورهای کم سرعت انجام می شود.انعطاف پذیری موتورها و ژنراتورهای الکتریکی و امکان انتقال قدرت الکتریکی از جایی به جای دیگر استفاده از موتور الکتریکی در بسیاری از مکانیسم ها را جذاب می کند.همچنین، از آنجایی که برق می تواند از طریق تماس سطحی منتقل شود، نیروگاه های  برق می توانند برق مورد نیاز را برای وسایل نقلیه ریلی فراهم کنند. البته محرک نهایی  ، یک موتور الکتریکی است.

گسترش استفاده صنعتی، تجاری و مصرف کننده  از موتورهای الکتریکی هنوز به حد نهایی خود نرسیده است. فرم های جدید سیستم های ذخیره سازی انرژی، مانند خودروهای سواری الکتریکی هیبریدی، و کاربرد های دیگرکه هنوز برای بشر یک رویا است به موتورهای الکتریکی نیاز دارد. در برخی موارد  به موتورهایی نیاز است که هنوز اختراع نشده اند.

انواع موتور الکتریکی

باید در ابتدا به یاد داشته باشید که موتورهای الکتریکی از طریق تعامل شار مغناطیسی و جریان الکتریکی، یا شارش بار کار می کنند. این جریان ها نیرو تولید می کنند زیرا جریان در حال حرکت در یک میدان مغناطیسی نیرویی تولید می کند که قائم بر حرکت جریان در میدان مغناطیسی  است. ماشین های الکتریکی در صورتی که هادی جریان، در میدان مغناطیسی  حرکت کند ولتاژ تولید می کنند. توجیه تعامل در یک موتور الکتریکی نیاز به هر دو پدیده دارد، زیرا تبدیل انرژی که توسط میزان گشتاور سرعت چرخش مشخص شده است باید توسط میزان ولتاژ عقب نیز مشخص گردد.  موتور ها بطور گسترده به دو دسته طبقه بندی می شوند: AC , DC. این طبقه بندی ها خود به دسته های دیگر تقسیم بندی می شوند. به تازگی، با توسعه قدرت اقتصادی و اجزای الکترونیکی قابل اطمینان ، یک طبقه بندی دقیق تر و انواع دیگری از موتورها ظاهر شده اند. با این حال، بهتر است با طبقه بندی های موجود از موتورها بحث را آغاز کنیم.

موتورهای DC

موتور DC همانطور که از نامش پیداست، با ولتاژ ترمینال و جریان "مستقیم"، و یا ثابت کار می کند.
در موتورهای DC  از یک سوئیچ مکانیکی و یا کموتاتوربرای تبدیل جریان ترمینال ، که ثابت یا DC است، به جریان متناوب در آرماتور ماشین استفاده می شود.
موتورهای DC معمولا در دو نوع گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.
یکی از این مجموعه ها مربوط به زمانی می شود که منبع قدرت DC  است. به همین دلیل است که موتورها در اتومبیل ها، همه DC هستند، از موتوری که فن خنک کننده موتور را به حرکت در می آورد ومحفظه تهویه گرفته تا استارتر موتور.  
دلیل دوم برای استفاده از موتورهای DC آن است که مشخصه سرعت گشتاور آن ها ساده تر و مناسب تر از موتورهای ac است.  به همین دلیل اکثر موتورهای کشش و سروو ،ماشین های DC  بوده اند. به عنوان مثال، موتورهایی که وسایل نقلیه ریلی را به حرکت در می آورند، تا همین اواخر، منحصرا از نوع DC بوده اند.
کموتاتور مکانیکی و جاروبک های مرتبط با آن به چند دلیل مشکل آفرین هستند، و به همین دلیل، ظهور نیمه هادی های پر قدرت ارزان تر منجر به استفاده از ماشین های AC شده است. به عنوان مثال، موتورهای القایی در حال حاضر کاربرد مخصوصی در راه آهن پیدا کرده اند.
دسته ای از دستگاه ها که به عنوان  بدون جاروبک شناخته شده است در واقع دسته ای از ماشین های سنکرون است که با مجموعه ای از سوئیچ های نیمه هادی تحت کنترل موقعیت روتور همراه  می باشد. این ماشین ها دارای ویژگی های شبیه به ماشین های کموتاتور هستند.

موتورهای AC

موتورهای الکتریکی که برای کار  با جریان متناوب (AC)  طراحی شده اند  بطور گسترده به دو دسته طبقه بندی میشوند: سنکرون و آسنکرون.

موتورهای AC با ایجاد یک میدان مغناطیسی که سیم پیچی های استاتور آن را می سازد ​​و سپس القای این نیرو به رتور و چرخش رتور حول میدان مغناطیسی کار می کند. ماشین های سنکرون معمولا دارای یک میدان مغناطیسی اند که نسبت  به روتور ثابت است، در نتیجه با همان سرعت میدان مغناطیسی استاتور می چرخند. میدان مغناطیسی در موتورهای القایی ، همانگونه که از نام پیداست، ناشی از حرکت روتور در میدان مغناطیسی استاتور است.
امروزه موتورهای القایی صرفه اقتصادی زیادی داشته و در تعداد زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.
ماشین های القایی ساده ،  با دوام و معمولا  برای تولید ارزان هستند.
سطح انتقال قدرت آنها ازچند صد وات گرفته تا صدها اسب بخار (شاید نیم مگاواتی) می رسد.
موتورهای سنکرون هیچوقت به عنوان ماشین های القایی مورد استفاده قرار نمی گیرند، زیرا روتور  آن ها پیچیده تر است و نیاز به راه اندازی دارد.
با این حال، موتورهای سنکرون در برنامه های بزرگ صنعتی کاربردارند. به طور کلی از موتورهای سنکرون در شرایطی استفاده می شود که نیاز به  ارائه ضریب قدرت پیشفاز و کمک به پایداری ولتاژ برای بهبود ضریب قدرت باشد. همچنین در توان های بالا نسبت به چند صد اسب بخار، ماشینهای سنکرون نسبت به ماشین های القایی اغلب کارآمد تر هستند و به طور گسترده آن ها را به جای ماشین های القایی انتخاب می کنند.
درحالیکه موتور سنکرون  و القایی در مقابل فرکانس منبع AC ثابت کار می کنند، هر دو (تقریبا) سرعت ثابتی دارند . با این حال، زمانی که منبع AC با فرکانس قابل تنظیم به آن وصل شود، هر دو موتور می توانند درایوهایی با سرعت قابل تنظیم تشکیل دهند.  تفاوت های مهمی بر اساس روش کنترل بین این دو وجود دارد

موتور DC بدون جاروبک: آهنربای دائم ماشین سنکرون با مکانیزم های سوئیچینگ همراه شده و توسط موقعیت روتور کنترل می شوند. آنها دارای ویژگیهای شبیه به ماشین های کموتاتور آهنربایی دائم هستند. 

تحریک با سرعت قابل تنظیم: موتور سنکرون  یا القایی با اینورتری که به تولید فرکانس متغیر می پردازد همراه می شود. سرعت موتور متناسب با فرکانس است. 

کنترل برداری: کنترل میدان گرا نیز نامیده می شود. از آن در  تولید سروو مکانیزم های کارامد با پیش بینی محل شار داخلی و سپس تزریق جریان برای تعامل مطلوب با شار استفاده می شود. 

موتورهای یونیورسال: ماشین های کموتاتورهستند که شبیه به ماشین های DCاند، اما به کار با ولتاژ ترمینال AC سازگارند. این دستگاه ها از نظر اقتصادی بسیار اهمیت دارند چرا که تعداد زیادی از آن ها به عنوان لوازم مصرفی ساخته می شوند. آنها می توانند به سرعت عمودی زیاد و قدرت (به ازای هر واحد وزن یا حجم) نسبتا بالا دست پیدا کنند و در نتیجه بر اساس یک وات برای هر واحد هزینه مقرون به صرفه هستند. آنها به طور گسترده ای در لوازم خانگی از جمله جارو برقی و لوازم آشپزخانه مورد استفاده قرار می گیرند. 

ماشین متغیر :(VRMs) ماشین رلوکتانس متغیر نیز نامیده می شود . این ماشین از نظر مکانیکی بسیار ساده است . تحت تأثیر جریان القایی، مدارهای مغناطیسی برای افزایش ظرفیت‌ القاء‌ مغناطیسی‌ در یک جهت کشیده می شوند. آنها تا حدودی شبیه به ماشین های سنکرون هستند به طوری که آنها در سرعتی که متناسب با فرکانس است عمل می کنند. از آنجا که عملکرد آنها در برابر یک منبع سینوسی ضعیف است  به طور معمول باید با قطعات دارای قدرت سوئیچینگ، عمل کنند.  هنوز شاهد کاربرد گسترده  VRMs ها نیستیم، اما استفاده از آنها به دلیل سادگی روتور و توانایی های آن در کارکردن در سرعت های بالا و در شرایط سخت در حال رشد است.