در مطالب قبلی، به انواع موتورهای AC پرداختیم. در این مطلب انواع موتورهای DC را معرفی می‌کنیم.
محتویات مقاله
موتور DC
موتور DC یکی دیگر از انواع اصلی موتورهای الکتریکی است که فقط با جریان مستقیم یا DC کار می‌کند. هیچ فازی در جریان مستقیم وجود ندارد، به همین دلیل است که موتورهای الکتریکی DC تنها از 2 سیم برای راه‌اندازی استفاده می‌کنند. این موتورها اولین موتورهایی هستند که اختراع شدند. کنترل سرعت موتورهای DC با تغییر ولتاژ تغذیه آسان‌تر است و مکانیزم‌های ساده راه‌اندازی، توقف، شتاب و چرخش معکوس را ارائه می‌دهد. هزینه نصب موتور DC بسیار کم است، اما نیاز به تعمیر و نگهداری با افزایش اندازه و قدرت موتور به طور قابل توجهی هزینه را افزایش می‌دهد.
اصل کار موتورهای DC قانون دست چپ فلمینگ است. یک هادی حامل جریان در داخل یک میدان مغناطیسی، نیروی رانش متقابلاً عمود بر یکدیگر را تجربه می‌کند.
موتورهای DC را می‌توان به طور خلاصه به انواع زیر طبقه‌بندی کرد:
- موتور DC جاروبک‌دار
- موتور DC بدون جاروبک
- موتورهای DC بدون هسته یا بدون آهن
موتور DC جاروبک‌دار
همان‌طور که از نام آن پیداست، این موتورهای الکتریکی DC دارای جاروبک و کموتاتور هستند. این موتورها برای اتصال یک مدار ثابت با یک مدار دوار استفاده می‌شوند. در چنین حالتی، سیم‌پیچ روتور موتور از طریق جاروبک‌های رسانا انرژی می‌گیرد. عیب هر موتور جاروبک‌دار این است که به دلیل لغزش مداوم جاروبک‌ها و جرقه‌های ایجادشده بین آن‌ها نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر وجود دارد. با این حال، آن‌ها در طراحی بسیار ساده و در عین حال گران هستند.
موتورهای الکتریکی DC جاروبک‌دار به انواع زیر دسته‌بندی می‌شوند:
- موتور DC تحریک جداگانه
- موتور DC خودتحریک
- موتور DC آهنربای دائمی
موتور DC تحریک جداگانه
این نوع موتورهای DC دارای تحریک جداگانه هستند. تحریک به انرژی دادن به سیم‌پیچ‌های میدان اشاره دارد که به عنوان سیم‌پیچ‌های استاتور نیز شناخته می‌شود. هر دو سیم‌پیچ، یعنی سیم‌پیچ میدان و سیم‌پیچ آرمیچر، به یک منبع تغذیه جداگانه متصل می‌شوند.
در چنین پیکربندی‌ای، می‌توانیم به طور مستقل میدان مغناطیسی را با افزایش تحریک DC بدون تغییر جریان آرمیچر تقویت کنیم. این موضوع نقطه متمایز اصلی است که جریان آرمیچر از طریق سیم‌پیچ میدان جریان پیدا نمی‌کند.
موتور DC خودتحریک
این نوع موتورهای DC جاروبک‌دار دارای سیم‌پیچ‌های میدان خودتحریک هستند. سیم‌پیچ میدان به صورت الکتریکی به سیم‌پیچ‌های آرمیچر متصل می‌شود. یک منبع تغذیه واحد به هر دو سیم‌پیچ انرژی می‌دهد؛ بنابراین، نیازی به منبع تحریک جداگانه وجود ندارد.
با این حال، سیم‌پیچ‌های میدان را می‌توان به صورت سری، موازی و تا حدی سری با سیم‌پیچ‌های آرمیچر متصل کرد. به همین دلیل است که موتورهای DC خودتحریک بیشتر به انواع زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
- سیم‌پیچ سری
- سیم‌پیچ شنت
- سیم‌پیچ کمپوند
موتور DC سری
در موتور DC سیم‌پیچ سری، سیم‌پیچ میدان به صورت سری به سیم‌پیچ‌های آرمیچر متصل می‌شود؛ بنابراین جریانی که از سیم‌پیچ‌های میدان می‌گذرد با جریانی که از سیم‌پیچ‌های آرمیچر می‌گذرد یکسان است.
سرعت چنین موتورهای الکتریکی با تغییر بار متصل به موتور تغییر می‌کند.
موتور DC شنت
این موتورهای DC دارای سیم‌پیچ میدان (سیم‌پیچ میدان شنت) هستند که موازی سیم‌پیچ آرمیچر متصل می‌شود. و اجازه می‌دهد تا یک ولتاژ پایانه کامل در سراسر سیم‌پیچ میدان وجود داشته باشد در حالی که هر دو سیم‌پیچ دارای ولتاژ یکسانی در سراسر آن هستند. در حالی که جریان عرضه شده به جریان میدان و جریان آرمیچر تقسیم می‌شود.
از این موتورهای الکتریکی برای کاربردهای سرعت ثابت استفاده می‌شود، زیرا سرعت خود را در محدوده‌ای از بارهای متصل حفظ می‌کنند. سیم‌پیچ شنت به سیم‌پیچ‌هایی اطلاق می‌شود که به صورت موازی متصل شده‌اند.
موتور DC شنت کوتاه
به موتوری موتور DC شنت کوتاه اطلاق می‌شود که سیم‌پیچ‌های میدان شنت فقط موازی با سیم‌پیچ‌های آرمیچر بوده و مطابق شکل زیر با سیم‌پیچ‌های میدان به صورت سری باشد. این موتور به موتور کمپوند نیز معروف است.
موتور DC شنت بلند
اگر سیم‌پیچ‌های میدان شنت مذکور با سیم‌پیچ آرمیچر و سیم‌پیچ میدان موازی باشند، به موتور DC، موتور شنت بلند گفته می‌شود.
موتور DC کمپوند
موتور DC کمپوند از ویژگی‌های موتور DC سری و شنت استفاده و سیم‌پیچ میدان و آرمیچر را با هم ترکیب می‌کند.
به دلیل ترکیب سیم‌پیچ‌های سری و موازی، موتورهای کمپوند را می‌توان بسته به ماهیت سیم‌پیچ‌ها به دو نوع زیر طبقه‌بندی کرد:
- کمپوند اضافی
- کمپوند نقصانی
موتور DC کمپوند اضافی
هنگامی که سیم‌پیچ میدان شنت و سیم‌پیچ میدان سری در یک جهت شار ایجاد کنند، شار میدان شنت به افزایش شار میدان اصلی سری کمک می‌کند و گفته می‌شود که موتور یک موتور DC کمپوند اضافی است. شار کل تولیدشده در چنین حالتی همیشه بیشتر از شار اصلی است.
موتور DC کمپوند نقصانی
وقتی سیم‌پیچ میدان شنت و سیم‌پیچ میدان سری در جهت مخالف شار ایجاد کنند، شار اثرات یکدیگر را کاهش می‌دهد و گفته می‌شود که یک موتور DC کمپوند نقصانی متفاوت است. کل شار تولیدشده این موتورها همیشه کمتر از شار اصلی است و عملاً کاربردی در صنایع پیدا نمی‌کنند.
هر دو موتور کمپوند، بسته به ترتیب سیم‌پیچ‌ها، می‌توانند شنت کوتاه و شنت بلند باشند. موتور DC شنت کوتاه و شنت بلند در ادامه توضیح داده شده‌اند.
موتور DC مغناطیسی دائم (PMDC)
موتور DC مغناطیس دائمی که به اختصار موتور PMDC نامیده می‌شود، نوع دیگری از موتورهای DC جاروبک‌دار است. این موتور، مانند بقیه موتورهای الکتریکی DC جاروبک‌دار که در بالا توضیح داده شد، آرمیچر معمولی دارد. با این حال، سیم‌پیچ استاتور یا میدان وجود ندارد و میدان مغناطیسی با استفاده از آهنربای دائمی که در استاتور قرار داده شده است، ایجاد می‌شود.
هنگامی که سیم‌پیچ‌های آرمیچر حامل جریان ورودی در داخل قطب‌های N و S آهنربا قرار می‌گیرند، میدان مغناطیسی با آن تعامل دارد و آرمیچر نیروی چرخشی را تجربه می‌کند.
آهنربای دائمی یک میدان مغناطیسی ثابت ایجاد می‌کند که در زمان ساخت طراحی شده است و پس از آن قابل تغییر نیست. با این حال، قدرت آهنربا با گذشت زمان کاهش می‌یابد. یک میدان تحریک اضافی در برخی از موتورها وجود دارد که به افزایش شدت مغناطیسی آن در هنگام کاهش کمک می‌کند.
موتور PMDC برای تولید شار میدان نیازی به تحریک میدان ندارد، زیرا توسط آهنربای دائمی تولید می‌شود. این امر کارایی موتور را افزایش می‌دهد، زیرا هیچ نیروی اضافه‌ای برای تحریک مصرف نمی‌شود. عدم وجود سیم‌پیچ‌های میدان، اندازه کلی موتور را تا حد زیادی کاهش می‌دهد؛ بنابراین موتورهای PMDC طراحی فشرده‌ای دارند. آن‌ها همچنین بسیار ارزان‌تر بوده و برای کاربردهای کم‌مصرف بهترین گزینه هستند.
موتور DC بدون جاروبک
همان‌طور که از نام آن پیداست، موتور بدون جاروبک یا BLDC یکی دیگر از انواع اصلی موتورهای DC است که هیچ‌گونه مونتاژ جاروبک و کموتاتور کربنی‌ای ندارد. این بدان معناست که برق ورودی به قسمت چرخان موتور نمی‌رسد، بلکه به استاتور موتور که در این حالت از سیم‌پیچ‌های متعدد ساخته شده می‌رسد و روتور از آهنربای دائمی ساخته شده است.
این موتور سیم‌پیچ‌های استاتور متعددی دارد که هر کدام در زاویه متفاوتی قرار گرفته‌اند تا در جهات مختلف شار ایجاد کنند. ورودی بین سیم‌پیچ‌های استاتور تغییر می‌کند تا میدان مغناطیسی ایجاد کند که میدان مغناطیسی روتور را جذب و دفع می‌کند و باعث می‌شود که در جهت خود بچرخد. یک سنسور اثر هال برای تشخیص موقعیت روتور و سوئیچ ورودی به ترتیب به سیم‌پیچ صحیح استاتور استفاده می‌شود.
از آنجا که ورودی DC به استاتور نیاز به سوئیچ دارد، این موتورهای الکتریکی از کموتاسیون الکترونیکی به جای کموتاسیون مکانیکی با استفاده از وسایل سوئیچینگ مانند تریستور استفاده می‌کنند. این سوئیچ‌ها با استفاده از میکروکنترلر کنترل می‌شوند تا به طور دقیق ورودی را بین سیم‌پیچ‌های استاتور سوئیچ کنند. با این کار، اساساً ورودی DC را به یک منبع تغذیه سه‌فاز سوئیچ می‌شود که یک میدان مغناطیسی دوار یکنواخت ایجاد می‌کند.
سرعت موتور بدون جاروبک بستگی به فرکانس برق AC ایجادشده توسط کنترل‌کننده دارد. به همین دلیل به آن موتور سنکرون نیز می‌گویند.
کنترل‌کننده مورد استفاده برای موتور بدون جاروبک پیچیده‌تر و بسیار گران است. این موتور بدون کنترل‌کننده عمل نمی‌کند. کنترل‌کننده کنترل دقیق سرعت و موقعیت روتور را نیز فراهم می‌کند، اما هزینه کنترل‌کننده به مراتب بیشتر از خود موتور است.
از آنجا که هیچ جاروبک وجود ندارد، هیچ صدای الکتریکی یا الکترومغناطیسی و جرقه های ایجاد شده در کموتاسیون مکانیکی وجود ندارد. این به افزایش طول عمر موتور و همچنین راندمان موتور کمک می کند. انرژی تلف شده در جاروبک ها به خروجی مکانیکی تبدیل می شود و همچنین بدون تعمیر و نگهداری هستند.
موتورهای DC بدون هسته یا بدون آهن
همان‌طور که از نام آن پیداست، این موتورهای DC فاقد هسته آهنی چندلایه هستند. سیم‌پیچ روتور به شکل اریب یا لانه‌زنبوری پیچیده می‌شود تا یک قفس توخالی خودنگهدار را تشکیل دهد که اغلب با استفاده از اپوکسی ساخته می‌شود. روتور ساخته‌شده از آهنربای دائمی در روتور توخالی قرار می‌گیرد.
طراحی بدون هسته، مشکلات و تلفات مرتبط با هسته‌های آهنی موتورهای سنتی را از بین می‌برد. به عنوان مثال، این موتورهای الکتریکی فاقد تلفات آهن هستند که بازده موتور را تا 90 درصد افزایش می‌دهد. این طراحی همچنین اندوکتانس سیم‌پیچ را کاهش می‌دهد که جرقه‌های ایجادشده بین جاروبک‌ها و کموتاتور را کاهش و در نتیجه، طول عمر موتور را افزایش می‌دهد. همچنین جرم و اینرسی روتور را کاهش می‌دهد که همچنین باعث افزایش سرعت و سرعت موتور می‌شود.
همچنین می‌توانید مطالعه کنید:
منبع:
https://www.electricaltechnology.org/2021/01/types-of-electric-motors.html
