حتی تصور اینکه دنیای مدرن بدون موتور الکتریکی DC (و اتفاقاً یک AC) چه شکلی خواهد بود، سخت است. هر مکانیزم مدرن مجهز به موتور الکتریکی است. این می تواند هدف متفاوتی داشته باشد، اما حضور آن، به عنوان یک قاعده، حیاتی است. انتظار می رود در آینده نزدیک نقش موتور DC فقط افزایش یابد. امروزه بدون این دستگاه، ساخت تجهیزات باکیفیت، قابل اعتماد و بی صدا با سرعت قابل تنظیم غیرممکن است. اما این کلید توسعه دولت و اقتصاد جهانی به طور کلی است.
از تاریخچه موتور DC
در طول آزمایشات در سال 1821، دانشمند معروف فارادی به طور تصادفی کشف کرد که یک آهنربا و یک هادی حامل جریان به نحویبر یکدیگر تأثیر بگذارند به طور خاص، یک آهنربای دائمی می تواند باعث چرخش یک مدار رسانای ساده حامل جریان شود. نتایج این آزمایش‌ها برای تحقیقات بیشتر مورد استفاده قرار گرفت.
در حال حاضر در سال 1833، توماس داونپورت یک قطار مدل با یک موتور الکتریکی کوچک که قادر به حرکت آن بود ایجاد کرد.
در سال 1838، یک قایق مسافربری برای 12 صندلی در امپراتوری روسیه ساخته شد. هنگامی که این قایق موتور الکتریکی بر خلاف جریان در امتداد نوا حرکت کرد، باعث انفجار واقعی احساسات در جامعه علمی و نه تنها شد.
چگونه یک موتور DC کار می کند
اگر به کار به صورت سطحی نگاه کنید، همانطور که در مدرسه در درس فیزیک انجام می دهند، ممکن است به نظر برسد که مطلقاً هیچ چیز پیچیده ای در آن وجود ندارد. اما این فقط در نگاه اول است. در واقع علم درایو الکتریکی یکی از سخت ترین علم ها در چرخه رشته های فنی است. در حین کار یک موتور الکتریکی، تعدادی پدیده فیزیکی پیچیده رخ می دهد که هنوز به طور کامل درک نشده اند و با فرضیه ها و فرضیات مختلف توضیح داده می شوند.
در یک نسخه ساده شده، اصل عملکرد یک موتور DC را می توان به شرح زیر توصیف کرد. یک هادی در میدان مغناطیسی قرار می گیرد و جریانی از آن عبور می کند. علاوه بر این، اگر سطح مقطع هادی را در نظر بگیریم، دایره های متحدالمرکز نیروی نامرئی در اطراف آن ایجاد می شود - این یک میدان مغناطیسی است که توسط جریان در هادی تشکیل می شود. همانطور که قبلا ذکر شد، این میدان های مغناطیسی برای چشم انسان نامرئی هستند.اما یک ترفند ساده وجود دارد که به شما امکان می دهد به صورت بصری آنها را مشاهده کنید. ساده ترین راه این است که یک سوراخ در تخته سه لا یا یک کاغذ ضخیم ایجاد کنید تا سیم را از آن عبور دهید. در این حالت، سطح نزدیک سوراخ باید با یک لایه نازک از پودر فلز مغناطیسی ریز پراکنده پوشیده شود (از خاک اره ریز نیز می توان استفاده کرد). وقتی مدار بسته می شود، ذرات پودر به شکل میدان مغناطیسی در یک ردیف قرار می گیرند.
در واقع، اصل کار یک موتور DC بر اساس این پدیده است. یک هادی حامل جریان بین قطب شمال و جنوب آهنربای U شکل قرار می گیرد. در نتیجه برهمکنش میدان های مغناطیسی، سیم به حرکت در می آید. جهت حرکت بستگی به نحوه قرارگیری قطب ها دارد و می تواند دقیقاً توسط قانون به اصطلاح گیملت تعیین شود.
قدرت آمپر
نیرویی که یک هادی حامل جریان را از میدان آهنربای دائمی بیرون می راند، به نام یک محقق مشهور پدیده های الکتریکی، نیروی آمپر نامیده می شود. واحد جریان نیز به نام او نامگذاری شده است.
برای یافتن مقدار عددی این نیرو، باید جریان در هادی مورد نظر را در طول آن و در بزرگی (بردار) میدان مغناطیسی ضرب کنید.
فرمول به این صورت خواهد بود:
F=IBL.
مدل ساده ترین موتور
به طور تقریبی، برای ساخت ابتدایی ترین موتور، باید یک قاب از مواد رسانا (سیم) را در یک میدان مغناطیسی قرار دهید و آن را با جریان تغذیه کنید. قاب به یک زاویه خاص می چرخد و متوقف می شود. این موضع در زبان عامیانه متخصصان درناحیه درایو الکتریکی "مرده" نامیده می شود. دلیل توقف این است که میدان های مغناطیسی به اصطلاح جبران می شوند. به عبارت دیگر، این زمانی اتفاق می افتد که نیروی حاصل برابر با صفر شود. بنابراین، دستگاه موتور DC شامل نه یک، بلکه چندین فریم است. در یک واحد صنعتی واقعی (که بر روی تجهیزات نصب می شود) چنین مدارهای ابتدایی بسیار بسیار زیاد است. بنابراین، هنگامی که نیروها روی یک فریم متعادل می شوند، فریم دیگر آن را از "هنگامی" خارج می کند.
ویژگی های دستگاه موتورهای مختلف
حتی فردی که از دنیای مهندسی برق فاصله دارد بلافاصله متوجه خواهد شد که بدون منبع میدان مغناطیسی ثابت، به سادگی هیچ موتور الکتریکی DC وجود ندارد. دستگاه های مختلفی به عنوان چنین منابعی استفاده می شوند.
برای موتورهای DC کم توان (12 ولت یا کمتر)، یک آهنربای دائمی راه حل ایده آل است. اما این گزینه برای واحدهای با قدرت و اندازه بزرگ مناسب نیست: آهنرباها بسیار گران و سنگین خواهند بود. بنابراین، برای موتورهای DC 220 ولت یا بیشتر، استفاده از یک سلف (سیم پیچ میدان) مناسب تر است. برای اینکه سلف به منبع میدان مغناطیسی تبدیل شود، باید به آن نیرو داده شود.
طراحی موتور الکتریکی
به طور کلی، طراحی هر موتور DC شامل عناصر زیر است:کلکتور، استاتور و آرمیچر.
آرمیچر به عنوان یک عنصر یاتاقان برای سیم پیچ موتور عمل می کند. از ورقه های نازک فولادی برای مصارف الکتریکی با شیارهایی در اطراف محیط برای گذاشتن سیم تشکیل شده است. مواد ساخت در این مورد بسیار مهم است. همانطور که قبلا ذکر شد، فولاد الکتریکی استفاده می شود. این درجه از مواد با اندازه دانه و نرمی مصنوعی بزرگ (در نتیجه محتوای کم کربن) مشخص می شود. علاوه بر این، کل ساختار از ورق های نازک و عایق تشکیل شده است. همه اینها اجازه نمی دهد جریان های انگلی رخ دهد و از گرم شدن بیش از حد آرمیچر جلوگیری می کند.
استاتور یک قطعه ثابت است. نقش آهنربا را که قبلاً مورد بحث قرار گرفت را انجام می دهد. برای نشان دادن عملکرد یک موتور مدل در آزمایشگاه، برای وضوح و درک بهتر اصول، از یک استاتور با دو قطب استفاده می شود. موتورهای صنعتی واقعی از دستگاه هایی با تعداد زیادی جفت قطب استفاده می کنند.
کلکتور یک کلید (کانکتور) است که جریان را به مدارهای سیم پیچ یک موتور DC می رساند. حضور آن کاملا ضروری است. بدون آن، موتور به طور ناگهانی کار می کند، نه نرم.
انواع موتورها
هیچ موتور جهانی وجود ندارد که در تمام شاخه های فناوری و اقتصاد ملی مورد استفاده قرار گیرد و تمام الزامات در زمینه ایمنی و قابلیت اطمینان در حین کار را برآورده کند.
هنگام انتخاب موتور DC باید بسیار مراقب باشید. تعمیر بسیار دشوار و گران استروشی که فقط می تواند توسط پرسنل واجد شرایط انجام شود. و اگر طراحی و قابلیت های موتور مطابق با الزامات نباشد، بودجه قابل توجهی صرف تعمیرات می شود.
چهار نوع اصلی از موتورهای DC وجود دارد: موتورهای DC برس دار، اینورتر، تک قطبی و یونیورسال. هر کدام از این انواع ویژگی های مثبت و منفی خود را دارند. توضیح مختصری در مورد هر یک از آنها باید داده شود.
موتورهای DC براش
تعداد زیادی راه ممکن برای اجرای این نوع موتورها وجود دارد: یک کلکتور و تعدادی مدار زوج، چندین کلکتور و چندین مدار سیم پیچ، سه کلکتور و به همان تعداد دور سیم پیچ، چهار کلکتور و دو. پیچ های سیم پیچ، چهار کلکتور و چهار مدار روی لنگر، و در نهایت - هشت کلکتور با یک لنگر بدون قاب.
این نوع موتور با سادگی نسبی اجرا و تولید مشخص می شود. به همین دلیل است که به عنوان یک موتور جهانی شناخته شده است که کاربرد آن بسیار گسترده است: از ماشین های اسباب بازی با رادیو کنترل گرفته تا ماشین آلات بسیار پیچیده و پیشرفته CNC ساخت آلمان یا ژاپن.
درباره موتورهای اینورتر
به طور کلی این نوع موتور شباهت زیادی به کلکتور دارد و مزایا و معایب مشابهی دارد. تنها تفاوت در مکانیسم پرتاب است: بیشتر استکامل، که به شما امکان می دهد به راحتی سرعت را معکوس کنید و سرعت روتور را تنظیم کنید. بنابراین عملکرد این نوع موتورهای DC در تعدادی از پارامترها نسبت به موتورهای کلکتور برتری دارد.
اما اگر در چیزی سودی باشد، در برخی چیزها ضرر خواهد داشت. این یک قانون غیرقابل انکار کیهان است. بنابراین در این مورد: برتری توسط یک تکنیک نسبتاً پیچیده و دمدمی مزاج ارائه می شود که اغلب با شکست مواجه می شود. به گفته متخصصان با تجربه، تعمیر موتورهای DC نوع اینورتر بسیار دشوار است. گاهی اوقات حتی برقکارهای باتجربه نیز نمی توانند نقص در سیستم را تشخیص دهند.
ویژگی های موتورهای DC تک قطبی
اصل عملکرد یکسان است و بر اساس برهمکنش میدان های مغناطیسی هادی با جریان و آهنربا است. اما هادی جریان یک سیم نیست، بلکه یک دیسک است که روی یک محور می چرخد. جریان به شرح زیر تامین می شود: یک کنتاکت روی محور فلزی بسته می شود و دیگری از طریق به اصطلاح برس، لبه دایره فلزی را به هم وصل می کند. چنین موتوری، همانطور که مشاهده می شود، طراحی نسبتاً پیچیده ای دارد و بنابراین اغلب از کار می افتد. کاربرد اصلی تحقیقات علمی در زمینه فیزیک الکتریسیته و محرکه الکتریکی است.
ویژگی های موتورهای کموتاتور جهانی
در اصل، این نوع موتورها چیز جدیدی را حمل نمی کنند. اما یک ویژگی بسیار مهم دارد - توانایی کار به عنواناز شبکه DC و از شبکه AC. گاهی اوقات این خاصیت می تواند در هزینه تعمیر و نوسازی تجهیزات صرفه جویی زیادی کند.
فرکانس جریان متناوب به شدت تنظیم شده است و 50 هرتز است. به عبارت دیگر جهت حرکت ذرات با بار منفی 50 بار در ثانیه تغییر می کند. برخی به اشتباه معتقدند که روتور موتور الکتریکی نیز باید 50 بار در ثانیه جهت چرخش (در جهت عقربه های ساعت - خلاف جهت عقربه های ساعت) را تغییر دهد. اگر این درست بود، در آن صورت هرگونه کاربرد مفید موتورهای الکتریکی AC قابل بحث نبود. در واقعیت چه اتفاقی می افتد: جریان سیم پیچ آرمیچر و استاتور با استفاده از ساده ترین خازن ها هماهنگ می شود. و بنابراین، هنگامی که جهت جریان روی قاب آرمیچر تغییر می کند، جهت آن روی استاتور نیز تغییر می کند. بنابراین، روتور به طور مداوم در یک جهت می چرخد.
متاسفانه راندمان این نوع موتورهای DC بسیار کمتر از موتورهای اینورتر و تک قطبی است. بنابراین، استفاده از آن به مناطق نسبتاً باریک محدود می شود - جایی که لازم است حداکثر قابلیت اطمینان را به هر قیمتی به دست آورد، بدون در نظر گرفتن هزینه های عملیاتی (مثلاً مهندسی نظامی).
بندهای پایانی
تکنولوژی پابرجا نیست و امروزه بسیاری از مدارس علمی در سراسر جهان با یکدیگر رقابت می کنند و تلاش می کنند تا موتوری ارزان و اقتصادی با راندمان و کارایی بالا ایجاد کنند. قدرت موتورهای الکتریکی DC سال به سال در حال افزایش است، در حالی که آنهامصرف برق.
دانشمندان پیش بینی می کنند که آینده توسط تجهیزات الکتریکی تعیین می شود و عصر نفت به زودی به پایان می رسد.
