سیمپیچی الکتروموتور یا سیم پیچی موتور الکتریکی

سیم پیچی

بهتر است از اینجا شروع کنیم که در زندگی پیشرفته ی ماشینی امروز انسانی پیدا نخواهد شد که با سیم پیچی الکتروموتور یا سیم پیچی موتور الکتریکی برخورد نداشته باشد. گرچه ممکن است که آن را درک نکند. سیم پیچی الکتروموتورها در تمام مراحل زندگی با ما هستند و برای ما کارهای مختلف را انجام می دهند. به بیان دیگر هر کجا حرکتی هست الکتروموتور یا موتور الکتریکی هم وجود دارد.

شاید بگویید که موتورهای بنزینی و دیزلی هم تولید حرکت یا همان انزژی مکانیکی می کنند ولی به جای برق با سوخت کار می کنند اما حقیقت این است که این موتورها نیز برای کار به انرژی الکتریکی نیاز دارند که این انرژی از باتری بدست آمده و برای ادامه ی کار این باطری باید توسط یک ژنراتور شارژ گردد که البته ژنراتور نیز نوعی موتور الکتریکی است که ما آن را دینام (Dynamo) نیز می نامیم.

درکاربردهای روزمره و خانگی دستگاه هایی چون ماشین لباس شویی ، هوود آشپزخانه ، جارو برقی ، یخچال وحتی عروسکی که فرزند شما در دست دارد همه و همه دارای الکتروموتور یا موتورالکتریکی می باشند.

همه موتورهای الکتریکی از یک اصل برای تولید حرکت استفاده می کنند و آن اصل مغناطیس می باشد (قطب های هم نام آهنربا یکدیگر را دفع و قطب های غیر هم نام یکدیگر را می ربایند).

الکتروموتورها از نظر جریان مصرفی به دو دسته ی عمده تقسیم می شوند.

الکتروموتور یا موتور الکتریکی Direct Current) DC) یا جریان مستقیم

الکتروموتور یا موتور الکتریکی Alternative Current) AC) یا جریان متناوب

که البته هر یک از این دسته ها ؛ دارای انواع خاص می باشند.

سیم پیچی موتور الکتریکی

          DC یا جریان مستقیم :

سیم پیچی موتور الکتریکی جریان مستقیم به سه نوع سری (Series) ؛ شانت (Shunt) و مرکب (Compound) تقسیم می شوند. هر یک از انواع نام برده شده دارای خصوصیات خاص خود می باشد که با توجه با کاربرد هر یک از آنها را می توان مورد استفاده قرار داد.

الکتروموتور جریان مستقیم سری دارای گشتاور راه انداز بالا بوده و از این رو در کاربرد هایی که نیاز به گشتاور راه اندازی بالا است مانند: پرس های ضربه ای جرثقیل ها ؛ بالابرها؛ آسانسورها مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از این نوع موتور در لوکوموتیوهای شهری (مترو و تراموا) استفاده می شود که به آن اصطلاحا موتور کششی یا اصطکاکی (Traction Motor) نیز گفته می شود.

سیم پیچی الکتروموتور یا موتور الکتریکی شانت یا موازی دارای گشتاور حرکتی حداکثر در دور نامی می باشد. به همین خاطر در کاربرد هایی چون هواکش های صنعتی و دمنده ها و … مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع موتورها نباید در زیر بار سنگین راه اندازی شوند چون جریان آرمیچر آنها بیش از حد بالا رفته و به موتور صدمه وارد می شود.

الکتروموتور یا موتور الکتریکی کمپوند دارای خصوصیات هر دو موارد ۱و۲ می باشند که این نوع الکتروموتور به دو دسته زیر تقسیم می شود :

          الف)     کمپوند اضافی

در مواردی به کار می رود که خصوصیات موتور سری لازم باشد ولی با برداشتن بار، موتور مهار گسسته نشود و دور آن خیلی بالا نرود. مانند دستگاههای تراش که در هر پریود کاری بی بار شده و سپس در بار کامل قرار می گیرد.

          ب)       کمپوند نقصانی

در مواردی به کار می رود که به سرعت تقریبا ثابت نیاز باشد (در بارهای کمتر از بار نامی) لذا معمولا از این نوع موتور در آزمایشگاه ها برای تامین دور ثابت استفاده می شود.

در صنایع مختلف معمولا به جای استفاده از موتور سری از موتور کمپوند اضافی ( که خیلی شبیه سری طراحی شده باشد) استفاده می شود.

          AC یا جریان متناوب :

موتورهای الکتریکی جیان متناوب به انواع سنکرون (Synchronous) و آسنکرون (Asynchronous) تقسیم می شوند. که اینها نیز دارای انواع می باشند :

 

          سنکرون (Synchronous) :

در سیم پیچی موتورهای سنکرون هم استاتور و هم روتور سیم پیچی شده است. زمانی که استاتور را به شبکه وصل می کنیم، میدان گردان بوجود می آید که با سرعت سنکرون می چرخد. روتور نیز سیم پیچی شده است که توسط منبع DC تغذیه می شود.با اتصال جریان DC به روتور ؛ روتور مغناطیس ثابت شده و شروع به گردش با میدان دوار استاتور می کند. برای راه اندازی موتور سنکرون، ابتدا روتور را به سرعت سنکرون می رسانیم و بعد جریان استاتور را وصل می کنیم. در این صورت، قفل مغناطیسی به وجود می آید و موتور پس از قطع محرک اولیه، با سرعت سنکرون می چرخد.

          نکته ۱: ماشین سنکرون، ماشینی است که هم بعنوان ژنراتور سنکرون و هم بعنوان موتور سنکرون می تواند به کار رود.

          نکته ۲: از این موتور برای اصلاح ضریب قدرت در کارخانه ها استفاده می شود.

به خاطر راه اندازی مشکل موتور سنکرون موارد استفاده آن محدود است.

چون موتور سنکرون دور ثابتی دارد در وسایل دقیق که این خصوصیت مورد نیاز است استفاده می شود. مانند ساعتهای الکتریکی و گرام و …

کاربرد مهم موتور سنکرون ، برای اصلاح ضریب توان (Cosφ) می باشد. در این حالت بر روی محور موتور سنکرون باری قرار نمی گیرد یعنی موتور بدون بار کار میکند. در این حالت موتور سنکرون را خازن سنکرون گویند.

مزایای موتور سنکرون:

–     این موتور دارای ضریب قدرت مناسب و قابل تنظیم است.

–     بازده بسیار بالایی دارد.

–     در مقابل نوسان ولتاژ حساسیت ندارد.

–     امکان بکار بردن آن به طور مستقیم با ولتاژ زیاد وجود دارد.

–     با تحریک مناسب هیچگونه قدرت راکتیو مصرف نمیکند و فقط قدرت اکتیو مناسب می گیرد.

–     از این موتور میتوان به عنوان مولد قدرت راکتیو برای بالا بردن ضریب قدرت خط استفاده کرد.

معایب موتور سنکرون:

–     یک وسیله راه اندازی اولیه که موتور کمکی و غیره می باشد احتیاج دارد.

–     علاوه بر جریان متناوب برای سیم پیچ استاتور ، جریان دائم برای قطبهای آن نیز مورد نیاز است در نتیجه قیمت موتور را نسبت به موارد مشابه خود بالا میبرد.

–     سرعت آن ثابت است در نتیجه قابل تنظیم نیست.

–     قابلیت تحمل بار اضافه را ندارد ( در صورتیکه خیلی زیادتر از حد مجاز به آن بار دهند می ایستد و دوباره بایستی آنرا راه اندازی کرد) .

         آسنکرون ( Asynchronous)

سیم پیچی موتورهای آسنکرون خود به دو دسته ی قفسه سنجابی و روتور سیم پیچی شده (Slip Ring) تقسیم می شود:

آسنکرون قفسه سنجابی :

موتور قفسه سنجابی دارای روتوری استوانه ای شکل می باشد که میله هایی از جنس مس و یا آلومینیوم درون شیارهای محیطی آهنی و یا فولادی قرار دارد. که بر دو نوع است که نوع اول از میله های‌ گرد تشکیل شده است و در نوع دوم از میله های مستطیلی و یا به شکل دو دایره که به هم متصل و یا جدا از هم هستند تشکیل میشود . میله های روتور را به این دلیل مورب طراحی می کنند که در تاثیر میدان های استاتور بر روی روتور نوعی هم پوشانی به وجود آید و از لرزش و یا قفل شدن در لحظه ی استارت جلو گیری به عمل آید.

موتور آسنکرون به خاطر سادگی در طراحی و قیمت مناسب در خیلی از صنایع جایگزین موتورهای دیگر شده است. در زیر معایب و مزایای آن را بررسی می کنیم :

مزایای آسنکرون قفسه سنجابی

–     دارای ساختمان ساده ای است.

–     سرعت گردش در بارهای مختلف تقریبا ثابت است

–     تغییر بار باعث از حرکت ایستادن این نوع موتور نمی شود.

–     نسبت به موتورهای روتور سیم پیچی شده (Slip Ring) دارای ضریب قدرت بهتری هستند.

معایب آسنکرون قفسه سنجابی

–     در موقع استارت جریان زیادی (۳ تا ۷ برابر جریان نامی) را از شبکه می گیرند.

–     گشتاور استارت پایینی دارند.

–     زمانی که با بار کم در حال کار است ؛ ضریب قدرتش کاهش می یابد.

–     به تغییرات ولتاژ حساس است و در صورت کم شدن ولتاژ جریان آن به همان نسبت افزایش می یابد.

–     تغییر دور آن با روش کاهش ولتاژ غیر ممکن بوده و نیاز به دستگاهی (AC Drive) برای این کار دارد.

موتورهای قفسه سنجابی به دو نوع تک فاز و سه فاز تقسیم می شوند که نوع تک فاز را برای توان های پایین و تا ۳KW و برای کاربردهای خانگی چون پمپ های آب کوچک و موتور کولر و … استفاده می کنند. موتورهای قفسه ای بزرگتر که سه فاز می باشند برای کاربردهای صنعتی و توان های بالاتر مورد استفاده قرار می گیرند.

آسنکرون روتور سیم پیچی شده (Slip Ring)

همانطور که اشاره شده موتورهای قفسه سنجابی در لحظه ی استارت جریان زیادی را از شبکه می گرفتند و دارای گشتاور شروع کمی بودند. برای رفع این مشکل موتورهای روتور سیم پیچی شده طراحی و ساخته شدند که این عیب را تا حد زیادی مرتفع می کردند.

ایراد موجود در موتورهای قفسه سنجابی به خاطر مقاومت بسیار پایین روتور آن است و میله های روتور توسط حلقه ای در ابتدا و انتهای آن اتصال کوتاه شده اند. این امر باعث می شود که در لحظه ی استارت که روتور مغناطیس نیست شار زیادی را برای مغناطیس شدن به خود جذب کرده و باعث بالا رفتن جریان موتور شود.

در موتورهای روتور سیم پیچی شده (Slip Ring) به جای وجود میله در روتور ؛ روتور را سیم پیچی کردند و انتهای این سیم پیچ ها را به حلقه های لغزنده که خود توسط جاروبک هایی به بیرون موتور هدایت می شوند ؛ وصل کردند. خوبی این کار این است که می توانیم با قرار دادند بانک های مقاومتی در سر راه این سیم پیچ ها ، مقاوت روتور را کم و زیاد کرده و جریان کشی را به دلخواه تغییر دهیم.

به این بانک مقاومتی ، استارتر یا راه انداز می گویند. راه انداز دارای سه پله تا رساندن موتور به دور نامی می باشد. پله ی اول از بانک مقاومتی با رسیدن موتور به ۳۰% دور نامی توسط کنتاکتور مربوطه از مدار خارج شده و موتور به دور گیری خود ادامه می دهد. پله های بعدی ، در دور های ۵۰% و ۷۵% دور نامی می باشد. بعد از این دور استارتر کلا از مدار خارج شده و موتور مستقیما به شبکه متصل شده و به دور نامی می رسد.

از موتورهای روتور سیم پیچی شده در آسیاب ها ؛ سنگ شکن ها ؛ جرثقیل ها و … استفاده می شود.

مزایای موتور روتور سیم پیچی شده

–     دارای گشتاور حداکثر در لحظه ی استارت می باشد.

–     جریان استارت قابل تنظیم است.

–     قابلیت استارت های پیاپی و زیر بار را دارد.

–     گرمای تولید شده بیرون موتور و در استارتر اتفاق می افتد.

–     می توان با انتخاب استارتری که ظرفیت گرمایی بیشتری دارد تعداد شروع های مجدد موتور را افزایش داد.

معایب موتور های روتور سیم پیچی شده

–     به خاطر وجود ذغال در جاربک ها و ساییدگی آنها ، موتور نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارد.

–     بقایای ذغال های ساییده شده در موتور جمع شده و باید هنگام تعمیر کلی (Overhaul) و یا فواصل ۲ تا ۵ سال این بقایا پاکسازی شود.

–     قیمت بالاتری نسبت به موتورهای قفسه سنجابی دارند.

همانطور که اشاره شد مزیت اصلی موتورهای روتور سیم پیچی شده گشتاور حداکثری در لحظه ی استارت و جریان کشی کم بود. این مزیت موتور اسلیپ رینگ را تبدیل به وسیله ی گرداننده ی اکثر بارهایی که اینرسی استارت بالایی دارند تبدیل کرده است. گرچه امروزه با ورود دستگاه مبدل فرکانسی (Frequency Converter) ؛ اشکال موتورهای قفسه سنجابی تا حدی زیادی مرتفع شده ؛ با این حال هنوز موتورهای اسلیپ رینگ در صنایع زیادی مورد استفاده قرار می گیرند. برای مقایسه ای این دو الکتروموتور می توانید به لینک زیر در همین سایت مراجه کنید.