مهندسی,مهندسی صنایع,مهندسی برق,مقاله,دانلود مقاله,دانلود مقاله مهندسی,دانلود جزوه مهندسی,کنکور مهندسی,پایان نامه مهندسی,مهندسی ریاضی,سایت علمی,اخبار علمی,سایت آموزشی,اخبار آموزشی,مقاله آموزشی,آموزش,مهندس

موتور الکتریکی ۱

موتور الکتریکی ۱

دسته بندی : مهندسی صنایع ایران تاریخ : جمعه ۱۷ فروردین ۱۳۹۷

در بین سامانه‌های پیشرانش هوایی، موتورهای الکتریکی مزیت بالایی از خودشون به نمایش گذاشته‌اند که خبر از سهم بزرگ‌تر این موتورها در آینده‌ی پیشرانش هوایی میده. البته در این بین نباید از گسترش روز افزون بازار این نوع از موتورها در کاربری‌های زمینی (مثل قطارهای الکتریکی، خودروهای الکتریکی و…) غافل بشیم. موتورهای الکتریکی یکی از موتورهایی هستند که در زندگی روزمره بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و اگر تصمیم به ساخت یک هواپیمای مدل یا کوادکوپتر سبک دارید، احتمالاً اولین گزینه شما برای پیشرانش پرندتون موتورهای الکتریکی خواهند بود.

اساس کار موتورهای الکتریکی

اساس کار تمام موتورهای الکتریکی بر روی اثر متقابل میدان مغناطیسی و جریان الکتریسیته استواره. اصل این قضیه (همونطور که همه ما در دروس فیزیک دبیرستان آموزش دیدیم) اینه که اگر در یک سیم، جریان الکتریسیته جاری باشه، یک میدان مغناطیسی حول آن سیم ایجاد می‌شه. در شکل زیر، این میدان مغناطیسی حول سیم نمایش داده شده.

less3 header - موتور الکتریکی ۱

تصویر ۱: میدان مغناطیسی ایجاد شده حول یک سیم در اثر عبور جریان الکتریکی

اگر این سیم به صورت یک حلقه پیچیده بشه، میدان مغناطیسی حلقوی دور آن به شکل میدان مغناطیسی یک آهنربا در خواهد آمد، شکل زیر این میدان را به کمک یک سیم پیچ و براده‌های آهن نمایش می‌دهد.

MagneticLinesOfForceDueToCircularWire - موتور الکتریکی ۱

تصویر ۲: آشکار سازی میدان مغناطیسی حول یک آهنربای الکتریکی

در موتورهای الکتریکی با استفاده از سیم پیچ از همین روش، برای تولید یک آهنربای الکتریکی استفاده می‌شود. موتورهای الکتریکی علاوه بر این آهنربا (یا آهنرباهای) الکتریکی، چند آهنربای دائمی نیز در خود دارند.* جریان الکتریسیته در سیم پیچ به صورتی اعمال می‌شود که یک نیروی رانش مغناطیسی بین آهنربای الکتریکی و آهنربای دائمی ایجاد شود. این نیرو که در طول کل زمان کارکرد موتور ادامه میابد، منجر به ایجاد یک گشتاور و در نتیجه منجر به ایجاد چرخش شفت می‌شود که همان هدف نهایی کارکرد موتور است. شکل زیر یک نمونه بسیار ساده از عملکرد موتور الکتریکی را نمایش می‌دهد. (در “این لینک” انیمیشن مربوط به این تصویر را ببینید)

6 - موتور الکتریکی ۱

تصویر ۳: ساختار ساده یک موتور الکتریکی

تصویر شکل فوق مدلی بسیار ساده شده از ساختار موتور الکتریکی است. در موتورهای الکتریکی موجود در بازار، برای افزایش توان موتور، به جای یک حلقه سیم (مثل شکل بالا) از مجموعه‌های متراکم چندین حلقه سیم (که به صورت یک سیم پیچ متراکم درآمده‌اند) استفاده می‌شود. همچنین معمولاً یک قطعه آهنی در میانه‌ی سیم پیچ (برای تقویت میدان مغناطیسی آن و در نتیجه افزایش توان) استفاده می‌شود. در شکل زیر یک موتور الکتریکی باز شده و همچنین سیم پیچ مربوط به موتور دیگری را می‌بینید.

profile - موتور الکتریکی ۱

تصویر ۴: یک موتور و یک سیم پیچ موتور الکتریکی کوچک

انواع موتورهای الکتریکی

اکثر موتورهای الکتریکی ساختاری شبیه به آنچه که در تصویر شماره ۳ نمایش داده شده است، دارند به این معنا که آهنربای جانبی ثابت است و سیم پیچ میانی دوران می‌کند. این ساختار یک مشکل ایجاد می‌کند و آن هم این است که اگر قرار باشد سیم پیچ در طول زمان کارکرد موتور در حال دوران باشد، امکان اتصال سیم‌های تأمین توان به آن وجود ندارد. چرا که در این صورت چرخش سیم پیچ، سیم‌های تأمین توان را هم همراه خود می‌چرخاند. برای رفع این مشکل لازم است محل اتصال سیم تأمین توان با سیم پیچ قطعه‌ای باشد که هرچند تماس بین دو سیم را برقرار می‌کند، اما این کار را بدون نیاز به اتصالی بین بخش ثابت و دوار موتور انجام دهد. برای این منظور از قطعه‌ای به نام جاروبک (به انگلیسی Brush) استفاده می‌شود که در تصویر ۳ نیز مشخص شده است. در موتورهای واقعی، از دو قطعه ذغال رسانا به عنوان جاروبک استفاده می‌شود که یکی متصل به بخش ثابت و دیگری متصل به بخش دوار موتور است. به موتورهایی که از این ساختار استفاده می‌کنند، موتورهای جاروبک دار (Brushed) گفته می‌شود.

اصطکاک ناشی از تماس و سایش دو قطعه جاروبک، مشکلاتی را در پی دارد من جمله اینکه بخشی از توان موتور صرف غلبه بر این اصطکاک شده و راندمان موتور کاهش پیدا می‌کند و ضمناً این سایش باعث می‌شود، جاروبک‌ها بعد از مدتی (مثل مغزی مداد) تمام شوند و نیاز به تعویض پیدا کنند. این مشکلات باعث شد که موتورهای بدون جاروبک به بازار راه پیدا کنند. موتورهای بدون جاروبک که در بازار با نام انگلیسی خود، براشلس (Brushless) شناخته می‌شوند. برای رفع ریشه ای مشکلات جاروبک، سیم پیچ را روی قسمت ثابت موتور نصب کرده اند و در عوض آهنربای دائمی را به روی قسمت دوار موتور منتقل نموده اند. با این حربه، سیم پیچ همواره ثابت بوده و می توان برای تأمین برق از اتصال مستقیم سیم (بدون جاروبک) استفاده کرد.

موتورهای براشلس به دلیل ساختار بهینه تر و حذف جاروبک، نسبت به موتورهای جاروبک دار مشابه، سبک تر و کوچک تر هستند و به همین دلیل برای استفاده هایی که نیاز به کوچکی و سبکی دارند (منجمله هواپیماها) بسیار مناسب اند. در شکل زیر یکی از موارد مصرف بسیار ظریف از موتور براشلس (موتور دوران یک فلاپی دیسک در کامپیوتر) آورده شده است.

با وجود سبکی و ظرافت موتورهای براشلس، اما با توجه به اینکه موتورهای جاروبک دار، ارزان قیمت تر از موتورهای مشابه براشلس هستند، برای اکثر موارد مصرف صنعتی، از موتورهای جاروبک دار استفاده می شود.

800px Floppy drive spindle motor open - موتور الکتریکی ۱

تصویر ۵: تصویری از موتور یک فلاپی دیسک در حالت باز شده. چیدمان سیم پیچ های موتور در این تصویر دیده می شود.

موتورهای براشلس، خود به دو دسته قابل تقسیم هستند. در ساده ترین گونه که به موتورهای درونگرد (Inrunner) معروف است، جای سیم پیچ و آهنربای دائمی، به صورت کامل تعویض شده است، به این معنا که آهنربای دائمی به وسط موتور منتقل شده و بر روی شفت قرار گرفته است. به این صورت شفت میانی موتور دوران می کند. گونه دیگر موتورهای براشلس (که در مصارف هوایی نیز متداول تر است) با عنوان موتور برونگرد (Outrunner) شناخته می شود. در این نوع موتورها، با وجود اینکه سیم پیچ ها ثابت و آهنربای دائم در حال دوران است، اما موقعیت ایندو، همانند موتور جاروبک دار است، به این معنا که سیم پیچ در میانه موتور (اما ثابت) است و آهنربای دائم به دیواره موتور چسبیده است (اما همراه با آن دوران می کند.) موتوری که در تصویر ۵ دیده می شود، یک موتور برون گرد است. (حلقه سیاه رنگ دور تا دور درپوش موتور، آهنربای دائمی است که به همراه درپوش دوران می کند.)

تصویر زیر به درک بهتر تفاوت انواع موتورهای براشلس (درونگرد و برونگرد) کمک می کند.

Brushless 01 - موتور الکتریکی ۱

تصویر ۶: دو گونه موتور براشلس. سمت چپ، موتور درونگرد/ سمت راست، موتور برونگرد. (قطعات آبی و قرمز آهنربای دائمی هستند)

در درس بعد، با مزایا و دلایل گسترش استفاده از موتورهای الکتریکی و همچنین روش های مختلفی که برای تأمین انرژی الکتریکی در هواپیما استفاده می شود آشنا می شویم.

* پ.ن. : در موتورهایی که از جریان DC استفاده می‌کنند، می‌توان به جای آهنربای دائمی، از یک آهنربای الکتریکی ثابت نیز استفاده کرد.

ads 728x90 27 - موتور الکتریکی ۱

دیدگاه کاربران انتشار یافته : 0 - در انتظار بررسی : 0
    • دیدگاه ارسال شده توسط شما ، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
    • دیدگاهی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با مطلب باشد منتشر نخواهد شد.