تحقیق مقاله سیم پیچی موتور( انواع موتور ها و دستگاه ها )

موضوع:

سیم پیچی موتور(انواع موتورهاو دستگاه ها)

تبدیل انرژِی در انواع موتورها

یک موتور الکتریکی، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته‌است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می‌شود، می‌گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوار هستنند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه یا روتور و بخش ثابت ایستانه یا استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده‌است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش‌های چرخانه یا ایستانه می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

موتورهای Dc

یکی از اولین موتورهای دوار، اگر نگوییم اولین، توسط مایکل فارادی در سال ۱۸۲۱م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاس‌های فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاه بجای ماده سمی جیوه، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک جریان مستقیم دارای آرمی‌چری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می‌کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ‌های موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

سرعت موتور جریان مستقیم وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپ‌ها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم‌پیچ) در سیم‌پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعت‌های پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظیر لوکوموتیوها استفاده می‌کنند.

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیت‌های متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیت‌ها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبک‌ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک‌ها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبک‌ها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچ‌ها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای کشش الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور یونیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده‌است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه جریان متناوب کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) هم‌زمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان متناوب سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود.
مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعت‌های بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاه‌هایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

موتورهای AC

موتورهای AC تک فاز

معمول ترین موتور تک فاز موتور هم‌زمان قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه‌هایی بکار می‌رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی، تندپزها (اجاقهای ماکروویو) و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگ‌تری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکت‌های تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده، دسته کنتاکت‌ها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.

موتورهای تک فاز از نظر نوع راه اندازی به انواع موتور با فاز شکسته، موتور با خازن موقت، موتور با خازن موقت و خازن دایم، موتور یونیورسال، موتور با قطب چاکدار تقسیم بندی می‌شوند.

در میان موتورهای تک فاز موتور انیورسال که در وسایل خانگی مثل جارو برقی و چرخ گوشت کاربرد دارند از گشتاور و سرعت بالایی برخوردار هستند.

موتورهای AC سه فاز

برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده می‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی‌های مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی ها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از بسامد منبع تغذیه اعمالی به موتور، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور هم‌زمان وجود دارد، موتور به صورت هم‌زمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید. موتورهای هم‌زمان (سنکرون) را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین چرخانه و میدان ایستانه، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می‌توانیم با تغییر دادن بسامد منبع تغذیه، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با رایانه یکی از فرم های سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند .

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر مگلو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند. نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالت های موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرم های سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

بررسی سیم پیچی موتور ها با استفاده از برخی خصوصیات فیزیکی استاتور
قبلا گفتیم که گاهی الزاما سیم پیچی شمابدون استفاده از سیم های قبلی موتور و بر روی استاتوری خالی انجام خواهد شد . بنابراین شما با استفاده از مندرجات روی پلاک و نیز برخی عوامل فیزیکی استاتور که در پی خواهد آمد اقدام به محاسباتی خواهید کرد تا شما را به نوع سیم پیچی موتور نزدیک نماید.
اندازه گیری یوغ استاتورو نقش ان
یکی از عوامل مهم در سیم پیچی موتور ها اندازه گیری مقدار یوغ استاتور است . اگراز محیط بیرونی استاتور را که به پوسته یا همان بدنه مماس شده تا ابتدای لبه قاعده شیارها رابصورت شعاعی اندازه بزنیم این مقدار برابر با اندازه یوغ خواهد بود. یادمان باشد که مقدار بر اساس میلی متر می باشد. خوب این مقدار را با Hs نشان می دهیم.
در ادامه باید اندازه قطر داخلی استاتور را نیز برداریم. اگر استاتور را دایره فرض کنیم اندازه گیری قطر آن بطور عملی کاری بسیار ساده خواهد بود. این مقدار هم براساس میلی متر و به شکل Ds نمایش داده می شود.
حال به این نکته توجه کنیدکه اندازه یوغ فضایی است که شار مغناطیسی در ان جریان یافته و در فضای استاتور مدار مغناطیسی کامل می شود.کمی به این رابطه توجه کنید.
 Hc =
در این رابطه Hc همان ارتفاع یوغ است که شما اندازه زده اید. D هم مقدار قطر داخلی است که این کمیت راهم پیدا کرده اید. Bm مقدار شاری است که توسط استاتور به هنگام کار در فضای داخلی آن ایجاد می شود البته مقدار ماکزیمم آن که بر اساس مقدار D در نموداری رسم شده است . در این نمودار مقدار ماکزیمم شار برای قطبهای مختلف 2 - 4 و 6 قطب را نشان می دهد. Bc مقدار شار داخل یوغ است که معمولا برابر با 1/5 در نظر می گیرند. p تعداد جفت قطبهای موتور است.مثلا موتوری که 4 قطب است مقدار p برابر با 2 خواهد شد.
نکته بسیار مهم در این رابطه این است که تعداد قطبهای موتور با ارتفاع یوغ رابطه عکس دارد. یعنی هرچه ارتفاع بزرگتر باشدP کوچکتر و موتور دارای سرعت بیشتری است.
نمودار مربوط به شار مغناطیسی Bm را می توانید از کتب مربوط به سیم پیچی بدست آورید.
حال شما با کمیتهای که در دست دارید Hs ( مقدار ارتفاع یوغ) Ds ( مقدار قطر داخلی استاتور ) و Bc ( ماکزیمم شار داخل یوغ ) و نیز مقدار شار واقعی یعنی Bm( از نمودار مربوطه) می توانید تعداد قطبهای موتور محاسبه نمایید. در ادامه سعی خواهم کرد بیشتر در این زمینه با شما صحبت کنم .
ادامه بحث موتورهای الکتریکی
8- HOUSING : در این بخش به ما گفته می شود که موتور باید در محیط بسته یا رو باز کار کند .
9- Volt : از جمله مهمترین بخش در امر پلاک خوانی توجه به این گزینه می باشد . در واقع اگر کسی از اعداد روی پلاک در این بخش اطلاعاتی نداشته باشد باید با اطمینان گفت که چیزی از موتور نمی داند
معمولا در موتور های سه فاز در بخش ولت دو عدد قید می شود که به وسیله خط کسری یا ممیز از هم جدا می شوند مثل 220/380 و یا 115/230 . این اعداد بیانگر این موضوع هستند که این موتور در چه شبکه با چه ولتازی کار می کند . برق شبکه معمولا در ولتاز های 115 - 230- 440 و 660 می باشد.
از دو عددی که بر روی پلاک ارائه شده عدد کمتر همان ولتازی است که باید از شبکه به سر هر فاز از سیم پیچی موتور داده شود. اگر ولتاز شبکه از مقدار راهنمایی شده بیشتر بود الزاما این موتور باید بصورت اتصال ستاره کار کند . و اگر موضوع بر عکس بود یعنی ولتاز شبکه از عدد اول ارائه شده کمتر بود می توان موتور را هم مثلث و هم ستاره به شبکه وصل نمود. ( به خاطر داشته باشید که اتصال های ستاره و مثلث بحث های بسیار ساده و راحتی هستند که در ادامه بطور مفصل بحث خواهیم کرد.)
در شبکه برق ایران که ولتاز230/400 داریم موتوری که بر روی پلاکش اعداد 380/660 قید شده باشد این موتور برای این که بتواند توان واقعی خود را داشته باشد باید بااتصال مثلث به شبکه وصل شود و اگر بخواهیم از 1/3 قدرت آن استفاده نماییم باید از اتصال ستاره استفاده کنیم.
10- Amps : مقدار جریانی که موتور زیر باردر ولتازوجریان اسمی خواهد کشید دراین بخش قید میگردد.