الکتروموتورهای جریان مستقیم
الکتروموتور DC یکی از انواع الکتروموتورهاست که با جریان مستقیم یا DC راه اندازی میشود و همانند اکثر الکتروموتورهای دیگر وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را برعهده دارد.
برای درک بهتر عملکرد مصرف کننده ها و موتورها ی DC لازم است ابتدا شناختی در مورد جریان مستقیم یا DC داشته باشیم.
جریان مستقیم چیست
به جریان الکتریکی که فقط در یک جهت یا سیکل در حرکت باشد جریان مستقیم گفته میشود.
در جریان مستقیم بارهای مثبت اضافی از قطب مثبت به سمت قطبی منفی که کمبود بار مثبت دارد در حرکت هستند.
تفاوت جریان مستقیم با جریان متناوب در این است که در جریان متناوب حرکت و جابجایی بارها بشکل موج سینوسی بوده و بارهای الکتریکی دائماً در نیم سیکل مثبت و منفی در حال حرکت هستند اما در جریان مستقیم از این جابجایی خبری نیست و بارها فقط در یک سیکل یا جهت در حرکت هستند.
جریان مستقیم را میتوان از سلولهای خورشیدی یا باتری ها و یا منابع تغذیه که ولتاژ AC را به ولتاژ DC تبدیل میکنند دریافت کرد.
وسایل شارژی ، موبایل ، لپ تاپ ، خودرو و … لوازمی هستند که با جریان مستقیم کار میکنند.
ساختمان الکتروموتور DC
ساختمان الکتروموتور DC بطور کلی از سه قسمت روتور و استاتور و کوموتاتور تشکیل شده است.
کوموتاتور چیست
کوموتاتور یک حلقه رسانا از جنس مس است و بشکل یک استوانه لغزشی است و شکافهایی بر روی آن تعبیه شده است که هر قسمت از حلقه به انتهای هر یک از سیم پیچهای آرمیچر متصل شده است.
بعلت استفاده موتورهای DC از جریان مستقیم ، برای چرخش روتور میبایستی جهت جریان درهر سیکل 2 دفعه بصورت مداوم و منظم تغییر کند که این کار وظیفه کوموتاتور است ( در واقع میدان مغناطیسی استاتور توسط کوموتاتور مداوم و منظم شده تا باعث چرخش روتور شود ).
نحوه عملکرد موتورهای DC
موتورهای DC دارای آهنربا هستند . اگر جریان الکتریکی را به این آهنربا متصل کنیم قطبهای مثبت و منفی آن همدیگر را دفع میکنند و یک نیروی دافعه بوجود می آید و همین نیروی دافعه باعث بوجود آمدن میدان در قطبهای آهنربا شده و جریانی در اطراف آرمیچر بوجود می آید که منجر به چرخش آرمیچر میشود.
مزایای موتورDC
- تولید گشتاور یکنواخت و منظم
- دقت زیاد جهت کنترل سرعت
- راه اندازی ساده و سریع
- توانایی کنترل میزان گشتاور و سرعت بدون نیاز به استفاده از جعبه دنده یا گیربکس
- برخورداری از گشتاور مناسب حتی در سرعت کم
- توانایی تغییر دادن سرعت با تغییر ولتاژ
- ساختمانی در ابعاد و اندازه های مختلف
معایب موتورDC
- قیمت بالا
- هزینه تعمیر و نگهداری زیاد
- استهلاک زیاد
- تلفات زیاد و راندمان کم
- سرعت پاسخ دهی کم
- نیاز به جریان DC جهت راه اندازی موتور
انواع موتورهای DC
بطور کلی موتورهای DC به سه دسته زیر تقسیم بندی میشوند :
1 – موتور جاروبکدار
در موتور جاروبکدار یا براش با عبور جریان الکتریکی از کوموتاتورها و جاروبکهای موجود بر روی روتور سیم پیچی شده ، میدان مغناطیسی تولید میشود.
برای تولید میدان مغناطیسی در این موتورها از آهنربای دائم یا سیم پیچهای استاتور نیز میتوان استفاده کرد.
سیم پیچهای استاتور بصورت متوالی قطب مثبت و منفی مغناطیسی ایجاد میکنند بنابراین یک میدان مغناطیسی ثابت بوجود می آید.
این عمل دقیقاً برعکس میدانهای موجود در استاتور موتورهای AC است چرا که در موتورهای AC میدان مغناطیسی ایجاد شده در استاتور با توجه به میزان فرکانس ورودی به موتور دائماً در حال گردش و جابجایی سینوسی شکل است.
فشار جاروبک ها یا ذغالها باید به اندازه مناسبی باشد چرا که فشار کم ذغال منجر به تماس ضعیف شده و تولید جرقه میکند و منجر به سوختن کوموتاتور میشود و از جهتی فشار زیاد ذغال باعث افزایش حرارت در کوموتاتور شده و علاوه بر آسیب به ذغال و کوموتاتور ، طول عمر آنها نیز کاهش میابد.
موتورهای جاروبکدار ارزان قیمت بوده و ابعاد کوچکی دارند و همچنین کنترل آنها به سادگی امکان پذیر است.
2 – موتور براشلس
در موتور براشلس یا بدون جاروبک از یک آهنربای دائمی جهت ایجاد میدان مغناطیسی در روتور و یک آهنربای الکتریکی در استاتور استفاده شده است.
دقت و بازدهی اینگونه موتورها نسبت به موتورهای جاروبکدار بیشتر است و بعلت نداشتن جاروبک جرقه تولید نمی شود و نویز الکتریکی ایجاد نمی شود همچنین وجود آهنربای الکتریکی در استاتور باعث سریعتر خنک شدن موتور می شود.
موتورهای براشلس ابعاد کوچکتری نسبت به موتورهای براش دارند اما بعلت استفاده از سنسور اثر هال جهت تولید میدان مغناطیسی در استاتور قیمت بیشتری نسبت به موتورهای براش دارند.
موتورهای براشلس از گشتاور بیشتر ، سرعت بهتر ، راندمان بالاتر و طول عمر بیشتری نسبت به موتورهای براش برخوردارند.
در این موتورها نیاز به کوموتاسیون مکانیکی حذف شده اما جهت راه اندازی به درایو نیاز دارند که این امر کنترل اینگونه موتورها را پیچیده تر میکند.
3 – موتور بدون هسته
این موتورها فاقد هسته آهنی چند لایه هستند و به همین دلیل تلفات آهنی از بین رفته و راندمان افزایش یافته است. در این نوع طراحی اندوکتانس سیم پیچ کاهش یافته و جرقه بین جاروبکها و کوموتاتور نیز کمتر میشود در نتیجه سرعت موتور افزایش یافته و طول عمر موتور بیشتر میشود.
انواع موتورهای جاروبکدار
1 – موتور تحریک مستقل DC
در این نوع موتورها سیم پیچ استاتور و سیم پیچ روتور هر کدام مستقلاً به یک منبع تغذیه جداگانه متصل میشوند.
در این موتورها میتوان بدون اعمال تغییری در جریان سیم پیچ روتور ، تغییر در میدانهای مغناطیسی استاتور ایجاد کرد.
2 – موتور خود تحریک DC
در این نوع موتورها سیم پیچ استاتور بصورت الکتریکی به سیم پیچ روتور متصل میشود و یک منبع تغذیه وظیفه جریان دهی به هر دو سیم پیچ را برعهده دارد.
سیم پیچهای استاتور را میتوان بصورت سری ، شنت ( موازی ) یا کمپوند به سیم پیچ روتور متصل کرد.
موتور DC سری
در این نوع موتورها سیم پیچ استاتور بصورت سری به سیم پیچ روتور متصل میشود.
بنابراین جریان در هر دو سیم پیچ یکسان است و سرعت در این موتورها با تغییرات بار متصل به موتور تغییر خواهد کرد.
موتور DC شنت
در این نوع موتورها سیم پیچ استاتور بصورت موازی به سیم پیچ روتور متصل میشود.
بنابراین ولتاژ در هر دو سیم پیچ یکسان است اما جریان بین هر دو سیم پیچ تقسیم میشود.
اینگونه اتصال برای موتورهایی که نیازمند سرعت ثابت هستند استفاده میشود چرا که این موتورها سرعت خود را در محدوه ای از بار متصل به موتور بدون تغییر حفظ میکنند.
موتور DC کمپوند
در این نوع موتورها از ویژگی موتورها با سیم پیچ سری و سیم پیچ شنت استفاده شده است در واقع سیم پیچ استاتور با سیم پیچ روتور بصورت سری و موازی ترکیب شده است.
3 – موتور مغناطیس دائم
اینگونه موتورها از نوع جاروبکدار هستند که دارای آرمیچر معمولی میباشند و استاتور فاقد سیم پیچی است.
در استاتور این نوع موتورها از آهنربای دائمی جهت ایجاد میدان مغناطیسی استفاده شده است.
زمانی که سیم پیچهای روتور داخل قطبهای مثبت ومنفی آهنربای دائمی قرار میگیرد تحت تاثیر میدان مغناطیسی موجود در آهنربا قرار گرفته و به چرخش در می آید.
عدم وجود سیم پیچ در استاتور باعث شده این موتورها ابعاد و اندازه کوچکی داشته باشند و همچنین انرژی اضافی برای تحریک مصرف نشود.
این موتورها ارزان قیمت بوده و برای کاربردهای کم مصرف بسیار مناسب هستند.
