علت محبوبیت موتورهای الکتریکی چیست ؟ شما می توانید موتور الکتریکی را در همه چیز از قطارهای الکتریکی گرفته تا ماشین های کنترل از راه دور پیدا کنید - و ممکن است تعجب کنید که چقدر رایج هستند. در حال حاضر چند موتور الکتریکی در اتاق با شما وجود دارد؟ احتمالاً دو مورد در رایانه شما برای شروع وجود دارد، یکی برای چرخاندن هارد دیسک به اطراف و دیگری برای تغذیه فن خنک کننده. اگر در اتاق خواب نشسته اید، موتورهای سشوار و اسباب بازی های زیادی پیدا خواهید کرد. در حمام، آنها در فن های استخراج، و ماشین اصلاح برقی هستند. در آشپزخانه، موتورها تقریباً در هر وسیله ای وجود دارند، از ماشین لباسشویی و ماشین ظرفشویی گرفته تا آسیاب قهوه، مایکروویو و درب بازکن های برقی قوطی. موتورهای الکتریکی خود را به عنوان یکی از بزرگترین اختراعات تمام دوران ثابت کرده اند. بیایید تعدادی را از هم جدا کنیم و دریابیم که چگونه کار می کنند!
حتی موتورهای الکتریکی کوچک نیز به طرز شگفت آوری سنگین هستند. این به این دلیل است که آنها مملو از مس محکم و آهنرباهای سنگین هستند. این موتور یک ماشین چمن زنی برقی قدیمی است. چیز مسی رنگ به سمت جلوی محور، با شکاف‌هایی که در آن بریده شده است، کموتاتوری است که موتور را در همان جهت نگه می‌دارد (همانطور که در زیر توضیح داده شد).
الکترومغناطیس چگونه یک الکتروموتور موتوژن را به حرکت در می آورد؟
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 الکتریسیته را به حرکت تبدیل می کنید؟ برای یافتن پاسخ آن، باید به 200 سال قبل برگردیم.
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 یا جذب می کنند یا دفع می کنند. به همین ترتیب، مغناطیس موقت اطراف سیم، مغناطیس دائمی آهنربا را جذب یا دفع می‌کند و این همان چیزی است که باعث پرش سیم می‌شود.
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. ) thumbشما جهت حرکت سیم را نشان می دهد.
یعنی...
انگشت اول = میدان
انگشت دوم = فعلی
= ThuMb حرکت
یک کلمه کوتاه در مورد جریان
اگر با گفتن این که جریان از مثبت به منفی می رود، گیج شده اید، اتفاقاً این یک قرارداد تاریخی است. افرادی مانند بنجامین فرانکلین، که در قرن هجدهم به کشف رمز و راز الکتریسیته کمک کردند، معتقد بودند که جریانی از بارهای مثبت است، بنابراین از مثبت به منفی جریان می یابد. ما این ایده را جریان متعارف می نامیم و هنوز هم تا به امروز از آن در مواردی مانند قانون چپ دست فلمینگ استفاده می کنیم.
اکنون ما ایده های بهتری در مورد نحوه عملکرد الکتریسیته داریم، ما تمایل داریم در مورد جریان به عنوان جریان الکترون ها، از منفی به مثبت، در جهت مخالف جریان معمول صحبت کنیم. وقتی می‌خواهید چرخش یک موتور یا ژنراتور را بفهمید، حتماً به یاد داشته باشید که جریان به معنای جریان معمولی است نه جریان الکترون.
چگونه یک موتور الکتریکی کار می کند - در تئوری
برای بررسی کار کردن یک الکتروموتور کارشناسان یکتا صنعت درکنار شما هستند
پیوند بین الکتریسیته، مغناطیس و حرکت در ابتدا در سال 1820 توسط فیزیکدان فرانسوی آندره ماری آمپر (1775-1867) کشف شد و این علم پایه یک موتور الکتریکی است. اما اگر می‌خواهیم این کشف علمی شگفت‌انگیز را به فناوری کاربردی‌تری برای نیرو دادن به ماشین‌های چمن‌زن برقی و مسواک‌هایمان تبدیل کنیم، باید کمی جلوتر برویم. مخترعانی که این کار را انجام دادند، مایکل فارادی (1791-1867) انگلیسی و ویلیام استورجن (1783-1850) و جوزف هنری آمریکایی (1797-1878) بودند. در اینجا نحوه رسیدن آنها به اختراع درخشان خود آمده است.
فرض کنید 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 دست 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 سیم‌پیچ سیم می‌توانست به این شکل به حرکت خود ادامه دهد، پیوسته می‌چرخید - و ما در راه ساخت یک موتور الکتریکی هستیم. اما این نمی تواند با تنظیمات فعلی ما اتفاق بیفتد: سیم ها به سرعت درهم می روند. نه تنها این، بلکه اگر سیم پیچ بتواند به اندازه کافی بچرخد، اتفاق دیگری رخ می دهد. هنگامی که سیم پیچ به موقعیت عمودی می رسید، بر می گشت، بنابراین جریان الکتریکی برعکس از آن عبور می کرد. اکنون نیروهای هر طرف سیم پیچ معکوس می شوند. به جای چرخش مداوم در همان جهت، به سمتی که تازه آمده بود، برمی گشت! یک قطار برقی با موتوری مانند این را تصور کنید: بدون اینکه هرگز به جایی برود، به عقب و جلو حرکت می کند.
نحوه کار یک موتور الکتریکی 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.
به سادگی به معنای تغییر رفت و برگشت به همان روشی است که commuteبه معنای رفت و برگشت است. .) در ساده ترین شکل خود، کموتاتور یک حلقه فلزی است که به دو نیمه مجزا تقسیم می شود و وظیفه آن این است که هر بار که سیم پیچ از نیم دور می چرخد، جریان الکتریکی در سیم پیچ را معکوس کند. 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 کانکتور شل به نام برس که یا از قطعات گرافیت (کربن نرم شبیه به مداد "سرب") ساخته شده اند یا از طول های نازک فلز فنری که (همانطور که از نامش پیداست) "برس" به کموتاتور وارد می کنند. 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 موتور 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.
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:
یک آهنربا (یا آهنربا) دائمی در اطراف لبه محفظه موتور وجود دارد که ثابت می ماند، بنابراین به آن استاتور موتور می گویند.
در داخل استاتور، سیم پیچی وجود دارد که روی محوری نصب شده است که با سرعت زیاد به دور خود می چرخد – و به آن روتور می گویند. روتور شامل کموتاتور نیز می شود.
موتورهای یونیورسال
موتورهای DCمانند این برای اسباب‌بازی‌های باتری‌دار (چیزهایی مانند قطار مدل، ماشین‌های رادیویی یا ماشین اصلاح‌های برقی) عالی هستند، اما شما آنها را در بسیاری از لوازم خانگی پیدا نمی‌کنید. وسایل کوچک (چیزهایی مانند آسیاب قهوه یا مخلوط کن برقی مواد غذایی) تمایل دارند از موتورهای یونیورسال استفاده کنند که می توانند با AC یا DCتغذیه شوند. برخلاف موتورهای DCساده، یک موتور جهانی به جای آهنربای دائمی دارای آهنربای الکتریکی است و انرژی خود را از برق DC یا AC که شما از آن تغذیه می کنید می گیرد:
هنگامی که شما در DCتغذیه می کنید، آهنربای الکتریکی مانند یک آهنربای دائمی معمولی عمل می کند و یک میدان مغناطیسی تولید می کند که همیشه در یک جهت است. کموتاتور هر بار که سیم پیچ واژگون می شود جریان سیم پیچ را معکوس می کند، درست مانند یک موتور DCساده، بنابراین سیم پیچ همیشه در یک جهت می چرخد.
با این حال، هنگامی که شما در AC تغذیه می کنید، جریانی که از طریق آهنربای الکتریکی می گذرد و جریانی که از سیم پیچ می گذرد هر دو معکوس، دقیقاً در یک مرحله، بنابراین نیروی وارد بر سیم پیچ همیشه در یک جهت است و موتور همیشه در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت می چرخد. در جهت عقربه های ساعت در مورد کموتاتور چطور؟ فرکانس جریان بسیار سریعتر از چرخش موتور تغییر می کند و چون میدان و جریان همیشه در یک مرحله هستند، در واقع مهم نیست که کموتاتور در هر لحظه در چه موقعیتی قرار دارد.
انیمیشن: چگونه یک موتور جهانی کار می کند: منبع الکتریسیته هم میدان مغناطیسی و هم سیم پیچ دوار را تامین می کند. با منبع DC، یک موتور جهانی درست مانند یک DC معمولی، مانند بالا، کار می کند. با منبع AC، هم میدان مغناطیسی و هم جریان سیم پیچ هر بار که جریان تغذیه معکوس می شود، جهت را تغییر می دهند. این بدان معناست که نیروی وارد بر سیم پیچ همیشه به یک سمت است.
داخل یک موتور معمولی یونیورسال: قطعات اصلی داخل یک موتور با اندازه متوسط از یک آسیاب قهوه که می تواند با DC یا ACکار کند. الکترومغناطیس خاکستری دور لبه، استاتور (قسمت استاتیک) است و توسط سیم پیچ های نارنجی رنگ تغذیه می شود. همچنین به شکاف‌های کموتاتور و برس‌های کربنی که به آن فشار می‌آورند، توجه کنید که نیروی روتور (قسمت چرخان) را تامین می‌کند. موتورهای القایی در مواردی مانند قطارهای راه آهن برقی چندین برابر بزرگتر و قدرتمندتر از این هستند و همیشه با استفاده از جریان متناوب ولتاژ بالا (AC) به جای جریان مستقیم ولتاژ پایین (DC) یا ولتاژ متوسط ACخانگی کار می کنند. که موتورهای جهانی را تغذیه می کند.
انواع دیگر موتورهای الکتریکی
عکس: موتورهای الکتریکی در اشکال و اندازه های مختلف وجود دارند. این اتوبوس مدرسه موتور دیزلی کثیف قدیمی خود را با یک موتور الکتریکی بزرگ (جعبه سفید) جایگزین کرده است تا آلودگی هوا کاهش یابد. عکس توسط دنیس شرودر توسط NREL (آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر).
در موتورهای DCساده و یونیورسال، روتور در داخل استاتور می چرخد. روتور یک سیم پیچ است که به منبع تغذیه متصل است و استاتور یک آهنربای دائمی یا آهنربای الکتریکی است. موتورهای AC بزرگ (که در ماشین‌های کارخانه‌ای استفاده می‌شوند) به روشی کمی متفاوت عمل می‌کنند: آنها جریان متناوب را از طریق جفت‌های مغناطیسی متضاد عبور می‌دهند تا یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد کنند، که میدان مغناطیسی را در روتور موتور القا می‌کند (ایجاد می‌کند) و باعث می‌شود.
به دور آن بچرخد شما می توانید در مقاله ما در مورد موتورهای القایی AC اطلاعات بیشتری در این مورد بخوانید. اگر یکی از این موتورهای القایی را بردارید و آن را "باز کنید"، به طوری که استاتور به طور موثر در یک مسیر طولانی پیوسته قرار گیرد، روتور می تواند در امتداد آن در یک خط مستقیم بچرخد. این طراحی مبتکرانه به عنوان یک موتور خطی شناخته می‌شود و شما آن را در مواردی مانند ماشین‌های کارخانه و راه‌آهن‌های شناور "maglev" (جلوگیری مغناطیسی) خواهید یافت.
طراحی جالب دیگر موتور DCبدون جاروبک (BLDC) است. استاتور و روتور به طور موثر با هم عوض می شوند، با سیم پیچ های آهنی متعددی که در مرکز ثابت هستند و آهنربای دائمی در اطراف آنها می چرخد، و کموتاتور و برس ها با یک مدار الکترونیکی جایگزین می شوند. می توانید در مقاله اصلی ما در مورد موتورهای هاب بیشتر بخوانید. موتورهای پله ای، که از طریق زوایای کنترل شده دقیق می چرخند، گونه ای از موتورهای DCبدون جاروبک هستند.
کارشناسان یکتا صنعت الکتروموتور موتوژن ایرانی را به عنوان یک موتور برق عالی معرفی می کنند.
