الکتروموتور DC

الکتروموتور DC چیست ؟

این ماشین ­ها برای تبدیل انرژی الکتریکی جریان مستقیم به انرژی مکانیکی طراحی شده ­اند و انواع مختلفی دارند که همه آن­ها شامل مکانیزم داخلی الکترونیکی یا الکترومکانیکی برای تغییر جهت جریان در موتور هستند. قطعات موتور DC به طور معمول در این طراحی­ های مختلف یکسان هستند و عملکرد کلی مشابه است. نحوه عملکرد این است که یک رسانا، جریان را در یک میدان مغناطیسی ایجاد می­ کند و توان اعمال شده از طریق هادی­ ها، چرخش موتور را امکان پذیر می­ سازد. تولید میدان­ های الکترومغناطیسی و مکان آن، چه در روتور و چه در استاتور دلیل تفاوت این طرح­ها با یکدیگر است. قسمت­های عمده یک موتور DC عبارتند از: استاتور (Stator)، روتور (Rotor) و مکانیزم­های جاروبک و نگهدارنده جاروبک (Brush) همچنین ساختمان دقیق یک موتور DC در شکل به نمایش در آمده است. درباره نحوه عملکرد موتور DC می­توان گفت که القا الکترومغناطیسی اصل اساسی در عملکرد موتور است. استاتور یک استوانه تو خالی ثابت از مدار الکترومغناطیسی موتور می­باشد که از ورق­های نازک فلزی یا لمینیت به منظور کاهش اتلاف انرژی و همچنین سیم پیچ­های عایق شده تشکیل شده است. هنگامی که موتور در حال کار است، سیم پیچ­های استاتور مستقیماً به منبع تغذیه متصل می­ شوند و هر گروه از سیم پیچ­ها همراه با هسته فولادی، با اعمال جریان، به یک آهنربا الکترومغناطیسی تبدیل می شوند.

انواع الکتروموتور DC

انواع الکتروموتور DC

انواع الکتروموتور DC

دسته­ بندی­ های مختلفی برای این گونه الکتروموتور ها وجود دارد. عموما الکتروموتور های DC را از دید ساختار به دو دسته دارای جاروبک (Brushed Motor) و بدون جاروبک (Brushless Motor) تقسیم ­می­ کنند. همچنین می ­توان از جهت نحوه تحریک این الکتروموتور ها را به خود تحریک و تحریک مستقل تقسیم­ بندی نمود. سیم ‌پیچی ‌های موتور تحریک مستقل یا تحریک جداگانه از نظر الکتریکی از هم جدا هستند اما موتور های تحریک خودی یا خود تحریک، به جای یک منبع ولتاژ جداگانه برای تحریک، سیم‌پیچی تحریکشان به ترمینال‌های اصلی ماشین متصل است. در ادامه دسته­ بندی الکتروموتور های خود تحریک مورد بررسی قرار می گیرد.

انواع الکتروموتور DC خود تحریک جاروبک دار (Brushed Motor)

الکتروموتور های خود تحریک جاروبک­دار براساس نوع قرار­گیری سیم پیچ­ های استاتور و روتور به دسته­ های زیر تقسیم می­شوند:

الکتروموتور های سری (Series Motors)

با توجه به شکل زیر، در موتور های سری سیم پیچ میدان و آرماتور به صورت سری به یکدیگر متصل شده ­اند. تعداد سیم پیچ­های میدان در این نوع موتور کمتر است اما گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده در این الکتروموتور ها بسیار بالاتر از حد معمول است و الکتروموتور سری گشتاور بیشتری را نسبت به سایر موتور ­های DC ایجاد می­ کند. گشتاور تولید شده توسط این الکتروموتور ها به حدی قوی است که به عنوان استارتر برای بارهای مکانیکی سنگین مانند جرثقیل­های بزرگ بسیار ضروری هستند. موتورهای سری معمولاً برای مدت زمان بسیار کمی و فقط به منظور راه اندازی اولیه بکار می ­روند زیرا اگر بیش از حد از آن­ها استفاده شود، ممکن است جریان سری بالا، سیم پیچ های رشته ای را بسوزاند و در نتیجه موتور کارایی مطلوب خود را از دست بدهد.

الکتروموتور های موازی (Shunt Motors)

همانطور که در شکل زیر، نشان داده شده است، الکتروموتور شنت یا موازی DC نوعی موتور DC خود تحریک است که در آن سیم پیچ های میدان و سیم پیچی آرماتور به صورت موازی به هم متصل می­ شوند. الکتروموتور شنت DC، توانایی تنظیم خودکار سرعت در هنگام اعمال بار به شفت روتور را دارا است به این معنی که با تغییر وضعیت کارکرد موتور از بدون بار به درگیر، تغییر قابل ملاحظه­ ای در سرعت الکتروموتور بوجود نمی ­آید.

الکتروموتور های ترکیبی (Compound Motors)

موتورهای ترکیبی یا کمپوند مطابق شکل زیر، نوعی از الکتروموتور های خود تحریک هستند که هر دو حالت سیم پیچ­های سری و موازی میدان با سیم پیچ آرماتور را دارند. هر دو سیم پیچ میدان مقدار شار مغناطیسی مورد نیاز را فراهم و با اتصال به سیم پیچ آرماتور گشتاور لازم برای تسهیل چرخش با سرعت مورد نظر را ایجاد می­ کنند. همانطور که انتظار می­ رود ترکیب دو نوع موتور شنت و سری باعث می­شود که به ویژگی­های بهتری دست یابیم. بدین صورت که الکتروموتور ترکیبی مانند موتور شنت یک الکتروموتور با قابلیت تنظیم سرعت بسیار کارآمد است، در حالی که مانند موتور سری DC دارای گشتاور شروع بالا است. موتورهای ترکیبی به دو دسته تقسیم می­شوند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده، اگر سیم پیچ میدان شنت فقط با سیم پیچ آرماتور موازی باشد و نه با سیم پیچ میدان سری به آن موتور ترکیبی شنت کوتاه (Short shunt compound DC Motor) و اگر سیم پیچ میدان شنت طبق شکل ، هم با سیم پیچ سری و هم با آرماتور موازی باشد آن را موتور ترکیبی شنت بلند (Long shunt compound DC motor) می­ نامند.

هر کدام از این دو نوع الکتروموتور ذکر شده با توجه به شار نهایی به دو دسته دیگر تقسیم می­ شوند که عبارتند از:

1- موتور ترکیبی افزاینده (Cumulative Compound DC Motor)

2- موتور ترکیبی کاهنده (Differential Compound DC Motor)

در موتور ترکیبی افزاینده سیم پیچی میدان شنت و میدان سری به گونه ­ای است که شار نهایی مجموع دو شار هریک از میدان­ ها است اما در موتور ترکیبی کاهنده شار سیم پیچ سری باعث کاهش شار عبوری از سیم پیچ سری می­شود. در انتها این بخش مشخصات سه نوع موتور سری، موازی و ترکیبی در جدول آورده شده است.

مقایسه موتور سری، موازی و ترکیبی

مقایسه موتور سری، موازی و ترکیبی

الکتروموتور مغناطیس دائم (Permanent Magnet MotorsPMDC)

طبق شکل زیر این نوع الکتروموتور مانند یک موتور معمولی از سیم پیچ آرماتور تشکیل شده است، اما سیم پچ میدان ندارد. ساختار این نوع موتور های DC به گونه ­ای است که آهنرباهای دائمی مغناطیسی شده بر روی حاشیه داخلی هسته استاتور نصب می­ شوند تا شار میدان را تولید کنند. در این نوع الکتروموتور ها آهنرباهای دایمی شار میدان را تامین می­ کنند به همین دلیل به آن­ها، موتور مغناطیس دایم نیز می­ گویند. این الکتروموتورها با ولتاژها 6، 12 و 24 ولت کار می­ کنند و عموما سایز آن­ها کوچک است. از این نوع الکتروموتور فقط در کاربردهایی با گشتاور کم استفاده می ­شود. سه نوع موتور مغناطیسی دائم وجود دارد که هریک در ادامه شرح داده می ­شود.

الکتروموتور مغناطیس دائم

الکتروموتور مغناطیس دائم

    • Alnicos

دارای شدت مغناطیس کم و چگالی شار باقیمانده زیاد است. از این رو، در مواردی که به جریان کم و ولتاژ بالا نیاز باشد، استفاده می­شود.

    • Ferrites

در کاربردهایی که هزینه موتور نقش تعیین کننده دارد مانند تهویه هوا ، کمپرسور و یخچال استفاده می­شود.

    • Rare earths

این نوع موتورها از کبالت ساماریوم، نئودیمیم-آهن-بور ساخته شده ­اند. شار باقیمانده و شدت مغناطیس زیادی دارند. مواد استفاده شده در این نوع الکتروموتور کمیاب بوده از این رو بسیار گران هستند. بور آهن نئودیمیم در مقایسه با کبالت ساماریوم ارزان­تر است. اما می­ تواند دمای بالاتر را تحمل کند. از این نوع الکتروموتور برای کاربردهایی که اندازه موتور نقش تعیین کننده ­ای دارد مانند اتومبیل استفاده می ­شود.

از کاربردهای موتورهای مغناطیس دایم می ­توان به موارد زیر اشاره کرد:

    • برف پاک­ کن­ ها و واشرها، راه ­اندازی دمنده­ های بخاری و کولر و غیره
    • درایوهای رایانه
    • صنایع اسباب بازی
    • مسواک­ های برقی، جاروبرقی­ های قابل حمل، میکسرهای مواد غذایی
    • ابزار الکتریکی قابل حمل مانند ماشین­های حفاری، دستگاه­های پرچین و غیره

مزایا الکتروموتور مغناطیس دایم (PMDC)

    • اندازه آن­ها کوچک است.
    • آهنربای دائمی هزینه تولید را کاهش می­ دهد و بنابراین موتورهای PMDC ارزان­ اند.
    • نیازی به سیم پیچ میدان نداشته و از این رو تلفات مس در مدار میدانی نخواهند داشت لذا بهره­وری بالایی دارند.

معایب الکتروموتور مغناطیس دایم (PMDC)

    • آهنرباهای دائمی نمی ­توانند تراکم شار بالایی را تولید کنند بنابراین دارای گشتاور القایی کمی هستند.
    • خطر مغناطیس زدایی قطب­ ها وجود دارد که ممکن است در اثر جریان­های بزرگ آرماتور یا بارگیری موتور برای مدت طولانی موتور رخ دهد.
    • میدان مغناطیسی موتور PMDC در همه حال وجود دارد، حتی زمانی که از موتور استفاده نمی­ شود.

انواع الکتروموتور DC خود تحریک بدون جاروبک (Brushless Motor)

الکتروموتور DC بدون جاروبک فقط دو قسمت اساسی دارد: روتور و استاتور. روتور قسمت چرخشی است و دارای آهن ربا در حالی که استاتور قطعه ثابت و شامل سیم پیچ های استاتور است. در این موتورها آهنرباهای دائمی به روتور متصل می­ شوند و آهن­ربا را به استاتور منتقل می­ کنند.

الکتروموتور پله ای یا استپ موتور (Stepper Motor)

الکتروموتور های پله­ ای با وجود استفاده از جریان DC جاروبک ندارند. شکل ساختمان یک موتور پله ­ای را نشان می­ دهد. در استاتور این الکتروموتور ها سیم پیچ­ های مساوی با فاصله یکسان قرار گرفته­ اند و هنگام کار به عنوان قطب­های مغناطیسی عمل می­ کنند. یک کنترل کننده الکترونیکی جریان را به هر سیم پیچ استاتور پی در پی سوئیچ می­کند تا روتور را از یک قطب به قطب دیگر هدایت کند. دلیل اینکه این الکتروموتورها به عنوان موتورهای “پله ای” شناخته می ­شوند این است که کاربر می تواند قطبی را که روتور به آن می­ پرد کنترل کند و به طور موثر حرکات چرخشی دقیق را امکان پذیر می­کند. به طور معمول 40 قطب در یک الکتروموتور پله ­ای وجود دارد­، آن­ها می­ توانند حرکت پیوسته تقریبی را با چرخش­ های بسیار کوچک (40/360=9درجه) داشته باشند. از آنجا که روتور از یک قطب به قطب دیگر حرکت می­کند ، موقعیت موتور پله ای را می توان بدون نیاز به اصلاح در هر زمان تعیین کرد، الکتروموتور های پله­­ ای اگرچه واقعا موتورهای پیوسته نیستند، اما هنگامی که با کنترل کننده هماهنگ می­شوند، دستیابی به موقعیت­های دقیق را میسر می­ کنند. این الکتروموتور ها معمولا کارایی کمتری نسبت به موتورهای معمولی DC دارند اما برگشت پذیر و بسیار قابل کنترل هستند.

اجزای استپ موتور

اجزای استپ موتور

در جدول مشخصات موتور پله­ ای و موتور­های DC جاروبک دار با یکدیگر مقایسه شده است.

مقایسه موتور پله ای و موتور DC جاروبک دار

مقایسه موتور پله ای و موتور DC جاروبک دار

سروو موتور (Servo Motor)

سروو موتورها یک الکتروموتور منحصر به فرد نیستند، بلکه سیستمی از اجزای مکانیکی-الکتریکی هستند که برای کنترل انواع مختلف موتور طراحی شده اند. آن­ها را می­توان با استفاده از طرح های AC ، DC، جاروبک­دار و بدون جاروبک یافت و اغلب به عنوان “محرک های چرخشی” شناخته می­ شوند. ویژگی موتورهای سروو طراحی حلقه بسته آن­ها است. برخلاف موتور پله­ ای معمولی که نیازی به تصحیح خطا ندارد، موتورهای سروو برای کنترل سرعت و موقعیت آن در هر زمان نیاز به بازخورد موقعیتی روی روتور خود دارند. در جدول مشخصات سروو موتور و الکتروموتور ­های DC جاروبک دار با یکدیگر مقایسه شده است.

مقایسه موتور سروو و موتور DC جاروبک دار

مقایسه موتور سروو و موتور DC جاروبک دار

الکتروموتور یونیورسال (Universal motor)

شاید ساده ترین راه برای طراحی موتوری که با منبع تغذیه AC کار کند این است که یک موتور DC را با استفاده از یک منبع متناوب به کار انداخته و یک موتور یونیورسال ایجاد کنیم. اگر قطب ولتاژ اعمال شده به یک موتور DC شنت یا سری معکوس شود، جهت شار میدان و جهت جریان روتور عوض می­شود و گشتاور القایی حاصل در همان جهت قبل باقی می­ ماند. بنابراین می­ توان با موتور DC متصل به منبع تغذیه AC یک گشتاور نوسانی اما یک جهته بدست آورد. چنین طرحی برای الکتروموتور DC سری عملی است چون جریان روتور و جریان میدان ماشین باید دقیقا در یک زمان معکوس شوند. در الکتروموتور های DC شنت، القایی کنایی بسیار بزرگ میدان، عکس شدن جریان میدان را به تاخیر می اندازد و در نتیجه آن، مقدار متوسط گشتاور القا شده در الکتروموتور به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد .مطابق شکل برای اینکه الکتروموتور DC بتواند به طور موثری با تغذیه AC کار کند قطب های میدان و قاب استاتور آن باید کاملا لایه لایه باشد. در غیر این صورت تلفات هسته بسیار زیاد خواهد بود.

اجزا موتور یونیورسال

اجزا موتور یونیورسال

کاربرد الکتروموتور DC

  • پمپ ­ها

عموما موتورهای DC بدون جاروبک به دلیل قابلیت کنترل سرعت، گشتاور راه اندازی مناسب و هزینه کم در پمپ­ های هیدرولیکی استفاده می شوند.

  • اسباب بازی ­ها

با توجه به اینکه موتور های کوچک DC به راحتی در دسترس و قابل کنترل هستند، بهترین انتخاب برای اسباب بازی­ های کودکان مانند ماشین­های کنترل از راه دور و قطارها هستند.

  • ماشین های الکتریکی

یکی دیگر از کاربردهای موتورهای DC در اتومبیل­ های برقی است. الکتروموتور های DC سری به دلیل بهره وری و دوام زیاد یکی از گزینه­های مناسب برای وسایل نقلیه الکتریکی هستند.

  • ربات ها

مشخصات ویژه الکتروموتور های DC مانند گشتاور بالا، دوام، همچنین کارایی و هزینه کم، این موتورها را را به یکی از قابل قبول­ترین تجهیزات الکتریکی در رباتیک تبدیل کرده است.

مزایا و معایب الکتروموتور DC

مزایا موتور DC

  • گشتاور شروع بالا
  • افزایش و کاهش سریع سرعت
  • کنترل آسان سرعت در محدوده وسیعی از سرعت ها
  • ساخت در ابعاد مختلف

معایب موتور DC

  • نیاز به نگهداری منظم (به عنوان مثال فرسوده شدن کموتاتور)
  • عدم امکان استفاده در مناطقی که احتمال انفجار وجود دارد
  • هزینه بالا

بهترین سایت فروش الکتروموتور یا موتور الکتریکی DC

با تلاش کارشناسان فنی اینرژی در تلاش هستیم تا تنوع گسترده ای از انواع الکتروموتور های DC شامل انواع موتور های یونیورسال ، سروو موتور ، موتورهای پله ای و غیره را با مناسب ترین قیمت و در سریع ترین زمان ممکن به مشتریان خود عرضه نماییم. برای استعلام قیمت روز محصولات و دریافت مشاوره رایگان برای انتخاب بهترین محصول با پشتیبانی فنی اینرژی در تماس باشید.

لیست محصولات