موتور الکتریکی یا الکتروموتور چیست؟

مقدمه

ابزارآلات به عنوان یک وسیله ای شناخته شده است که پیدایش آن در زندگی بشر و تغییر و تحولات تاریخ نقش بسزایی داشته است. تاریخچه پیدایش ابزارآلات به میلیون ها سال پیش بر می گردد و زندگی امروز بشر، مدیون بهره مندی از ابزارآلات می باشد. ابزارآلات به وجود آمدند تا به افراد در سرعت و راحتی انجام فعالیت ها کمک کنند. بشر با ساخت ابزارهای ساده و پیشرفته قدرت شگرفی بدست آورد و به سبب آن تغییر و تحولات عظیمی در جهان به وجود آمد.

با پیشرفت علم و تکنولوژی ابزارآلات دستی جای خود را به ابزارهای برقی و پیشرفته تری دادند که این ابزارها امروزه توانسته اند سرعت و کیفیت انجام کارها را افزایش دهند. ابزارآلات برقی از مؤلفه مهمی برخوردار هستند که موتور الکتریکی آن است و می توان گفت یک ابزار برقی بدون موتور همانند انسان بدون قلب است. از نظر بسیاری از کاربران موتور ابزار برقی قلب تپنده آن است و در واقع بدون موتور راه اندازی و حرکت دستگاه معنایی نخواهد داشت.

با آگاهی از اهمیت قابل توجه موتور الکتریکی در این نوع محصولات، در این مقاله سعی شده است تمام جنبه های فنی که حول آن می چرخد ​​و به نحوی بر عملکرد و کارایی دستگاه تأثیر می گذارد، توضیح دهیم.

پس از مدت ها تحقیق و بررسی اولین دستگاه دوار که از طریق الکترومغناطیس هدایت می شد، در سال 1822 به وسیله پیتر بارلو دانشمند انگلیسی ساخته شد. از آن پس دانشمندان زیادی در این زمینه شروع به تحقیق و بررسی کردند تا این که الکتروموتور به شکل امروزی در اختیار ما قرار گرفت.

الکتروموتور یا موتور الکتریکی چیست؟

برای تعریف الکتروموتور یا موتور الکتریکی می توان این گونه گفت که وسیله ای است که می تواند انرژی الکتریسیته را انرژی مکانیکی تبدیل کند. از الکتروموتورها در کارخانجات و کارگاه های صنعتی استفاده می کنند.به بیان دیگر، موتور الکتریکی (موتور ابزار برقی) به عنوان وسیله ای تعریف می شود که وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را از طریق میدان مغناطیسی یا میدان های ایجاد شده در سیم پیچ های آن بر عهده دارد. اساس کار و نحوه عملکرد موتورهای الکتریکی به وسیله الکترومغناطیس صورت می گیرد.

در حقیقت وقتی ماده ای که جریان الکتریکی از آن می گذرد، تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار گیرد، از سوی میدان مغناطیسی به آن نیرویی وارد می شود. به همین جهت اکثر موتورهای الکتریکی به صورت چرخشی هستند. بخش متحرک که معمولا در درون موتور قرار می گیرد، روتور نام دارد و قسمت بدون حرکت آن را استاتور می نامند.

موتور الکتریکی از نوع برگشت پذیر می باشد، زیرا می تواند انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند و به عنوان ژنراتور یا دینام عمل می کند. موتورهای الکتریکی که در لوکوموتیوها یا خودروهای هیبریدی استفاده می شوند، اگر به درستی طراحی شوند، اغلب هر دو کار را انجام می دهند.

کاربرد موتور الکتریکی

موتورهای الکتریکی کاربرد فراوانی دارند و در دمنده ها، فن ها، ابزارآلات شارژی (دریل شارژی، پیچگوشتی شارژی و…) ، پمپ ها، توربین ها، ابزارهای برقی، کمپرسورها، کشتی ها و … مورد استفاده قرار می گیرند. موتورهای الکتریکی از دستگاه های مهم می باشند که می توان از آن ها در تجهیزات تهویه و خنک کننده گرمایش (HVAC)، وسایل نقلیه موتوری و لوازم خانگی استفاده کرد. بنابراین، موتور الکتریکی یک دستگاه الکترو مکانیکی است و از اساسی ترین پیشرفت ها در زمینه مهندسی محسوب می شود.

این دستگاه که انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می کند، در انواع مختلفی از موتورها در بازار موجود است که کاربردهای متفاوتی دارند و در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

اجزای موتور الکتریکی

روتور

به قسمت متحرک یک موتور الکتریکی روتور می گویند که وظیفه آن ارائه قدرت مکانیکی در طی فرآیند تبدیل از انرژی الکتریکی می باشد. به طور کلی می توان گفت روتورها مجهز به تیغه هایی رسانا می باشند که موظف به حمل و جابه جایی جریان می باشند و با میدان مغناطیسی به وجود آمده از طریق استاتور در ارتباط اند و نیرویی جهت راه اندازی و چرخش شفت ایجاد می کنند.

استاتور

به قسمت ثابت در موتورهای الکتریکی استاتور می گویند که دارای سیم پیچ یا آهنربایی است که توسط ایجاد میدان مغناطیسی و تبادل این میدان ها با روتور موجب چرخش روتور می شود. در مرکز استاتور لمینت ورقه مانند قرار گرفته است که از هدر رفتن انرژی و تلفات آن جلوگیری می کند.

بلبرینگ ها

جهت چرخش بهتر روتور حول محور خود در بخش اول و آخر شفت از بلبرینگ استفاده می شود. شفت یا شافت از طریق بلبرینگ انرژی مکانیکی را به خروجی خود منتقل می کند.

شکاف هوایی

بین قسمت ثابت و متحرک موتور الکتریکی که همان روتور و استاتور هستند، لازم است یک فاصله هوایی وجود داشته باشد که بتواند جریان مغناطیسی را افزایش دهد.

سیم پیچ

به مجموعه ای از سیم های پیچیده شده که مجهز به قابلیت رسانا بوده و معمولا از جنس مس می باشند، سیم پیچ می گویند. این سیم پیچ ها در درون محفظه ای به نام کویل قرار گرفته اند. به سیم پیچ ها معمولاً قطب می گویند که تعیین کننده دور چرخشی الکتروموتور می باشند. هرچه تعداد سیم پیچ ها بیشتر شود، دور موتور کاهش پیدا می کند.

پوسته

تمامی اجزاء ثابت و متحرک در موتور الکتریکی در داخل محفظه ای به نام پوسته قرار دارند و اغلب از جنس چدن یا آلومینیوم می باشد.

فن

در قسمت انتهایی الکتروموتورها و شافت یک قسمت پروانه‌ای شکل به نام فن وجود دارد که هوا را از بیرون به داخل محفظه و پوسته هدایت می کند. جریان منتقل شده باعث خنک شدن موتور الکتریکی و سیم پیچ خواهد شد.

منبع تغذیه

همانطور که اشاره شد، الکتروموتورها با انرژی الکتریکی شروع به کار می کنند. این نوع منبع تغذیه ممکن است حاوی برق جریان مستقیم DC و یا برق جریان متناوب AC باشند. موتورهای الکتریکی کاربردهای گسترده ای در صنایع دارند و در زندگی روزمره در بسیاری از تجهیزات و وسایل از لوازم خانگی تا ماشین آلات سنگین از موتورهای الکتریکی بهره می برند.

انواع موتور الکتریکی از لحاظ جریان مصرفی

 موتور الکتریکی از نظر جریان مصرفی به دو دسته اصلی تقسیم بندی می شود:

• موتور الکتریکی جریان مستقیم DC
• موتور الکتریکی جریان متناوب AC

به طور کلی می توان گفت تمامی موتورهای الکتریکی با وارد کردن نیروی الکتریکی و ایجاد میدان مغناطیسی در قسمت سیم پیچ باعث حرکت در قسمت شفت می شوند. شفت محور اصلی موتور الکتریکی است که نیروی به وجود آمده را به پروانه ها انتقال می دهد.

الکتروموتورها یا همان موتورهای الکتریکی می توانند با هم جریان مستقیم (DC) همانند باتری و هم با برق متناوب (AC) مانند برق شهری، ژنراتور و موتور برق کار کنند.

موتور الکتریکی DC

همانطور که گفته شد موتور الکتریکی DC که با نام موتورهای جریان مستقیم نیز شناخته می شود، مجهز به آرمیچری از آهنربای الکتریکی می باشد. در این نوع موتور یک سوئیچ گردشی به نام کموتاتور تعبیه شده که جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند. با انجام این کار آهنرباهای الکتریکی به وجود آمده در آرمیچر، آهنربای دائمی را در بیرون آرمیچر جذب و دفع می کنند. سرعت دوران الکتروموتورهای DC به گشتاور جریان و ولتاژ ورودی وابسته هستند.

موتور الکتریکی AC

موتورهای الکتریکی جریان متناوب یا القایی انواع متنوعی در صنعت دارند و برای کارها و فعالیت های مختلفی مناسب می باشند. می توان گفت عمومی ترین نوع دینام استفاده شده در صنعت و تجهیزات خانگی الکتروموتورهای القایی AC هستند.موتور الکتریکی جریان متناوب مزایای فراوانی دارد که می توان به طراحی ساده و مستحکم، قیمت مناسب، هزینه نگهداری پایین، اتصال آسان و کامل به منبع تغذیه و … اشاره کرد. این نوع موتورها از قسمت هایی به نام روتور و استاتور تشکیل شده اند.

موتورهای براش و براشلس

همانطور که اشاره شد برای این که انرژی الکتریکی به مکانیکی تبدیل شود از موتورهای الکتریکی استفاده خواهد شد. در صنایع مختلف از انواع متفاوت موتورها استفاده می شود. یکی از انواع موتورها، موتور براشلس است که نام دیگر آن موتور جریان مستقیم بدون جاروبک می باشد.

در موتور براش جهت انتقال جریان به روتور از بخشی به نام جاروبک استفاده می شود و با چرخش روتور قطب ها جابه جا شده و موتور به حرکت در می آید. در طی این جابه جایی از طول عمر موتور کاسته می شود و نقش موتورهای براشلس پر رنگ تر می شود. امروزه به طرز چشمگیری موتورهای براشلس در بین کاربران محبوبیت دارند.

برای اطلاعات بیشتر در مورد موتورهای براشلس می توانید به مقاله “موتور براشلس چیست؟” مراجعه نمایید.

موتور براش از آرمیچر، قسمت ثابت و برس تشکیل شده است. کلمه Brush که در واقع به دو صورت برس و براش تلفظ می شود، به معنای این است که در ساختار موتورهای معمولی برس ها و ذغال هایی تعبیه شده که باعث انتقال جریان الکتریکی به کلکتور می شود؛ در نتیجه با انتقال این جریان آرمیچر شروع به چرخش کرده و انرژی مورد نیاز برای حرکت دستگاه تامین می شود.

شما همراهان گرامی میتوانید برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد موتور براش به مقاله “موتور براش چیست؟” مراجعه نمایید.

درایوهای براش از کربن ساخته شده اند، در حالی که درایوهای براشلس از آهنربا برای تولید نیرو استفاده می کنند. بنابراین، موتور ابزار برقی بدون جاروبک یا براشلس به دلیل عدم داشتن براش، مناسب تر است؛ چرا که اصطکاک ایجاد نمی کنند، گرمای کمتری تولید می کنند و عملکرد بالاتری را ارائه می دهد. علاوه بر این، موتورهای بدون براش هزینه های تعمیر و نگهداری کمتری دارند.

تفاوت موتورهای براش و براشلس

تفاوت اصلی میان موتور براشلس و موتور براش این است که به جای آهنربا های ثابت و سیم پیچ های چرخان (براش ها) در موتور براش، یک موتور براشلس به سیم پیچ های ثابت و یک آهنربای چرخان مجهز شده است. مزیت اصلی چنین ساختاری این است که در موتور براشلس هیچ نوع اصطکاکی وجود ندارد، در نتیجه آن حرارت کاهش یافته و بهره وری کلی موتور افزایش می یابد.

موتور براشلس به دلیل مزایای متعددی که دارد، کاربرد گسترده تری دارد. نداشتن براش در این نوع موتورها باعث افزایش طول عمر آنها شده و نگهداری از آن را آسان می کند. موتورهای بدون برس یا براشلس اگرچه دارای مزیت های بسیاری همانند عدم اصطکاک، راندمان و گشتاور بالایی هستند، اما قیمت بالایی دارند.

به دلیل ادغام سنسور الکترونیکی و کنترل کننده، قیمت موتورهای براشلس معمولا بیشتر از یک موتور براش است. موتورهای معمولی به صورت مستقیم به منبع تغذیه DC وصل می شوند و تنها با یک سوئیچ ساده قابلیت کنترل دارند. این امر باعث کاهش هزینه های موتورهای براش شده است و در برخی موارد این امکان را می دهند تا در شرایط محیطی سخت تری کار کنند.

با این حال، اگر می خواهید کارهای DIY ساده ای را انجام دهید، یا اگر به دنبال دستگاهی با قیمت ارزان تر هستید، می توانید ابزارآلاتی مجهز به موتورهای براش را خریداری نمایید.

مزایای موتور الکتریکی براشلس

• وزن سبک تر و ابعاد کوچک تر: موتورهای براشلس یا بدون ذغال به دلیل نداشتن ذغال و کموتاتور از وزن سبکی برخوردار می باشند. بنابراین در اکثر ابزارهای برقی از این نوع موتور استفاده شده است و مزیت بزرگی برای تولیدکنندگان ابزارآلات برقی محسوب می شود.
• ایجاد صدای کم: با توجه به این که تماس بین کموتاتورها و ذغال ها در موتورهای براش یا ذغالی با ایجاد صدای زیادی همراه است، در موتورهای براشلس این موضوع برطرف شده است و تجربه بهتری را برای کاربران فراهم می کند.
• قدرت بالا: عدم وجود ذغال و کموتاتور باعث فراهم آوری فضای بیشتری جهت افزودن سیم پیچ های بزرگ تر در کویل می شود. هر چه که موتور بزرگ تر شود، قدرت آن افزایش می باشد.
• حداقل هزینه نگهداری: عدم بهره مندی از ذغال نیاز به تعویض آن را در این نوع موتورها از بین برده و بنابراین هزینه های نگهداری موتورهای بدون ذغال کاهش یافته است. همچنین با توجه به این که ارتباطی بین روتور و استاتور وجود ندارد، هیچ گونه ساییدگی ایجاد نخواهد شد.
• طول عمر بیشتر: در موتورهای براشلس هیچ گونه اصطکاک و گرمایی وجود نخواهد داشت؛ بنابراین طول عمر موتور بیشتر می شود.

معایب موتور الکتریکی براشلس

• هزینه بیشتر: ساختار موتورهای براشلس هزینه های زیادی دارد. به همین دلیل ابزارآلات برقی که در ساختار آن ها از موتور الکتریکی بدون ذغال استفاده شده است، قیمت بالاتری دارند.
• ساختار پیچیده: با توجه به این که سیم کشی موتورهای براشلس پیچیده است، تعمیرات قطعات آن ها نیز کار پیچیده ای می باشد.
•  

گشتاور موتور الکتریکی

گشتاور یا ترکمتر مقدار نیروی گردشی وارد شده بر سطح قطعه کار می باشد که این پارامتر با سرعت چرخش ابزار هیچ گونه ارتباطی نخواهد داشت. اما بسیاری از افراد بر این تصورند که اگر یک ابزار از سرعت بالایی برخوردار باشد، گشتاور بالایی نیز دارد. امروزه یکی از روش های نوین اندازه گیری و تعیین میزان بهره وری ابزارآلات همانند پیچ گوشتی های برقی و شارژی، دانستن مقدار گشتاور آن ها می باشد.

مفهوم گشتاور دقیقاً به عنوان نیرویی تعریف می شود که باید برای سفت کردن پیچ ها، مهره ها یا هر عنصر مشابه اعمال کنیم. به عبارت دیگر، گشتاور که بر حسب نیوتن متر (Nm) اندازه گیری می شود، نیرویی است که برای چرخاندن یک جسم اختصاص داده می شود.ابزارهایی که به سیستم تنظیم گشتاور مجهز شده اند، مناسب فعالیت های پیچیده ای هستند که ابزارهای معمولی قادر به انجام آن ها نیستند. به عنوان مثال اگر با سطوح متراکم یا پیچ های بزرگ سرو کار دارید، به گشتاور بیشتری نیاز خواهید داشت. به طور کلی می توان گفت گشتاور میزان نیرویی است که یک پیچ گوشتی به پیچ وارد می کند و باعث حرکت آن می شود.

بنابراین در بسیاری از پیچ گوشتی ها و دریل های برقی و شارژی این امکان وجود دارد که با توجه به سطح مدنظر، میزان نیرویی که به آن نیاز دارید را تنظیم نماید.

اطلاعات بیشتری در مورد گشتاور وجود دارد که می توانید با مراجعه به “مقاله گشتاور موتور و دریل ها چیست” آن را مطالعه نمایید.

تنظیمات گشتاور چیست و چگونه استفاده می شود؟

گاهی اوقات لازم است که جهت کنترل بیشتر، گشتاور کاهش یابد. تنظیمات گشتاور متغیر به ابزار شما تطبیق پذیری بیشتری می دهد و به شما امکان می دهد طیف وسیعی از فعالیت ها را با همان ابزار انجام دهید. به عنوان مثال، اگر می خواهید یک ماده نرم مانند چوب را پیچ کاری کنید، بهتر است گشتاور را کاهش دهید. اگر حداکثر درجه گشتاور را به مته خود اعمال کنید، احتمالاً با مشکلات متعددی روبرو خواهید شد.

هنگام پیچ کردن، هر چه مواد سخت تر باشد، سرعت کمتر و گشتاور مورد نیاز بیشتر می شود. اگر این تنظیمات را به دست آورید، می توانید عمق سوراخ کاری را بدون ایجاد آسیب کنترل کنید. در صورت تنظیم نادرست ممکن است موجب شکستن و یا هرز شدن پیچ در قطعه کار شود.

سرعت چرخش موتور الکتریکی

سرعت چرخش موتور الکتریکی به معنای تعداد “دور موتور” یک ابزار در واحد زمان است و بر حسب دور بر دقیقه (RPM) اندازه گیری می شود. در واقع، RPM یک واحد اندازه گیری برای بیان سرعت بدون بار یک ابزار برقی است.

امروزه برندهای بزرگ ابزار در دنیا انواع بسیار زیادی از وسایل برقی دو سرعته مانند دریل، پیچ گوشتی و غیره را تولید می کنند. ابزارهای برقی با “موتور دو سرعته” دارای گیربکس خاصی هستند که سرعت خروجی آن ها در دو حالت قابل تنظیم است. این قابلیت از طریق دکمه ای که برای دستگاه مورد نظر طراحی شده است قابل دسترسی است.

به عنوان مثال یک دریل برقی دو سرعته با برخورداری از دو سرعت متفاوت می تواند در حالت آهسته تر جهت سوراخکاری مواد سخت مانند فلزات استفاده شود و در حالت دوم با سرعت بالاتر جهت سوراخ کاری مواد نرم تر مانند سطوح چوبی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین یک پیچ گوشتی برقی دو سرعته به دلیل بهره مندی از گیربکس دو سرعته قابلیت تنظیم گشتاورهای مختلف را تأمین می کند تا کاربران متناسب با میزان فشار و قدرت لازم پیچکاری یا سوراخکاری را انجام دهند.

مزایای موتور ابزار برقی دو سرعته

• گیربکس های بسیار کم مصرف
• نتیجه ثمربخش و کارایی بالا به ویژه در ابزارآلات حفاری و سوراخ کاری
• تطبیق پذیری و چند منظوره بودن این محصولات به دلیل مکانیزم سرعت دوگانه
• امکان انجام دو کار به طور همزمان مانند سوراخ کاری و پیچکاری
•  

اصطلاح “موتور تک سرعته” یا موتور سرعت ثابت به موتورهای الکتریکی استانداردی اشاره می کند که سرعت عملکرد آن ها ثابت است. به عنوان مثال می توان موتورهای سنکرون و موتورهای القایی را موتوری تک سرعته نام برد.

موتور سنکرون دسته ای از موتورهای الکتریکی AC (برق متناوب) است که چرخش روتور در آن ها با سرعتی ثابت و متناسب با فرکانس جریان ورودی می باشد. سرعت ثابت در این نوع موتور به این معنی است که در صورت تغییر میزان بار الکتریکی روی شفت، سرعت گردش موتور نیز تغییر خواهد کرد. در حقیقت می توان گفت سرعت ثابت همان سرعت مغناطیسی دوار به وجود آمده از نوسان برق متناوب در استاتور می باشد.

موتورهای القایی نمونه مناسبی از موتور تک سرعته هستند که در این موتورها سرعت حرکت روتور کمی کمتر از استاتور است و بین استاتور و روتور یک سرعت نسبی وجود دارد. اختلاف دور موتور با افزایش بار روی موتور کمی تغییر می کند که به آن سرعت لغزش می گویند. بنابراین موتور تقریباً با سرعت ثابت (Ns = 120f/P) می چرخد.

سؤالات متداول

1- الکتروموتور چیست؟
وسیله ای است که توانایی تبدیل انرژی الکتریسیته را به انرژی جنبشی دارد.

2- موتور الکتریکی از نظر جریان مصرفی به چند دسته تقسیم بندی می شود؟
دو دسته، موتور الکتریکی جریان متناوب و موتور الکتریکی جریان مستقیم

3- موتور الکتریکی از چه اجزایی تشکیل شده است؟
روتور، استاتور، سیم پیچی، بلبرینگ، سیم پیچی، پوسته

جمع بندی

در این مقاله شما را با الکتروموتور یا موتور الکتریکی آشنا کردیم و متوجه شدید که دستگاه هایی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند الکتروموتور نامیده می شوند. موتورهای الکتریکی این عملیات را از طریق فرآیندهای الکترومغناطیسی انجام می دهند. امروزه استفاده از الکتروموتورها کاربرد فراوانی دارند و در ساختار بسیاری از دمنده ها، فن ها، ابزارآلات و تجهیزاتی از لوازم خانگی گرفته تا صنعتی از این دستگاه استفاده شده است.

موتورهای الکتریکی انواع مختلفی دارند و از لحاظ ساختاری به انواع  براش و براشلس تقسیم بندی می شوند. موتور الکتریکی ابزار برقی اکثراً از نوع براشلس است. همچنین الکتروموتورها از نظر جریان مصرفی نیز به دو دسته جریان مستقیم و جریان متناوب تقسیم بندی می شوند که در این مقاله به صورت کامل با آن ها آشنا شدید.