آشنایی با موتور DC

پورحقانی maپورحقانی ma
516 بازدید

با نگاهی ساده به تمامی صنایع متوجه این موضوع خواهید شد که حرکت و یا چرخش جزو جدانشدنی از آن است. به همین دلیل استفاده از انواع موتور DC بسیار رایج است از همین رو در این مقاله به معرفی موتور DC و کاربردهای آن می‌پردازیم.

 

موتور DC چیست؟

موتور DC دسته‌ای از موتورهای الکتریکی دوار است که انرژی الکتریکی با جریان مستقیم را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. به بیان دیگر موتور DC وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را به کمک یک آهنربا به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. به علت اینکه از جریان برق مستقیم یا DC 24 ولت استفاده می‌کند به آن DC می‌گویند. یکی از معایبی که موتورهای DC دارند این است که به دلیل فرسودگی کموتاتور در طول زمان نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند.

 

اجزای موتور دیسی

یک موتور دیسی شامل بخش‌هایی از جمله روتور یا سیم پیچ، میله‌های گرافیتی، کموتاتور و استاتور که در واقع یک آهنربای ثابت به شکل نعل اسب است. در ادامه به صورت خلاصه به تشریح وظایف و عملکرد هر یک از این اجزا پرداخته خواهد شد.

 

استاتور موتور DC:

استاتور (Stator) بخش ثابت موتور است. با عبور جریان از داخل سیم‌پیچ استاتور، میدان مغناطیسی در جهت ثابت تولید می‌شود. این میدان در تقابل با میدان تولیدی روتور، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند.

استاتور دارای دو بخش اصلی هسته و سیم‌پیچ است. هسته مسئول تمرکز شار و جلوگیری از هدررفت میدان مغناطیسی است و سیم‌پیچ به منبع تغذیه متصل شده و عمل تولید میدان مغناطیسی را انجام می‌دهد.

 

روتور موتور DC

روتور (Rotor) بخش گردان یک موتور DC است. روتور یک میدان مغناطیسی را در یک جهت خاص نسبت به استاتور تولید کرده و یک نیروی دورانی را ایجاد می‌کند که منجر به چرخیدن روتور یا آرمیچر(Armature) می‌شود. روتور مسئول ایجاد میدان و تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و چرخیدن است. روتور خود شامل سه قسمت اصلی بوبین، کموتاتور و هسته می‌باشد.

 

انواع موتور DC

رایج‌ترین انواع موتورهای الکتریکی بر اساس نیروهای حاصل از میدان‌های مغناطیسی کار می‌کنند. تقریبا همه‌ی انواع موتورهای DC برای تغییر متناوب جهت جریان در موتور از مکانیزم‌های داخلی الکترومکانیکی یا الکترونیکی استفاده می‌کنند.

موتورهای DC جزو اولین موتورهای پرکاربردی بودند که می‌توان از سیستم‌های توزیع برق جریان مستقیم، برای تامین ورودی آن‌ها استفاده کرد. برای تنظیم سرعت موتورهای DC باید از تغییر ولتاژ و برای تنظیم گشتاور آن از تغییر شدت جریان استفاده کرد.

 

آشنایی با انواع مختلف موتور DC به شما کمک می‌کند تا بدانید که هر یک از آن‌ها چطور برای کار در وضعیت‌های مختلف انتخاب می‌شوند و اینکه شما بتوانید موتور دیسی مناسب پروژه خود را انتخاب کنید. موتور DC به 4 دسته اصلی تقسیم می‌شود:

 

موتور دیسی با آهنربای دائمی

موتور DC آهنربای دائمی، برای ایجاد شار میدان از یک آهنربای دائمی استفاده می‌کند. این نوع موتور DC گشتاور راه اندازی بسیار خوبی را ارائه می‌دهد و از تنظیم سرعت خوبی برخوردار است، اما گشتاور آن محدود است بنابراین به طور معمول در کاربردهای با اسب بخار کم استفاده می‌شود.

 

موتور DC سری

در یک موتور DC سری، میدان مغناطیسی با چند چرخش یک سیم بزرگ که جریان آرماتور از آن می‌گذرد، ایجاد می‌شود. معمولا موتور دی سی سری، گشتاور راه اندازی بزرگی را ایجاد می‌کند، اما نمی‌تواند سرعت را تنظیم کند و حتی ممکن است با کار کردن بدون بار آسیب ببیند. این محدودیت‌ها بدان معنی است که این نوع از موتور DC برای پروژه‌های با سرعت متغیر گزینه مناسبی نیستند.

 

موتور DC شنت

در موتورهای DC شنت، میدان به صورت موازی (شنت) با سیم پیچ آرماتور متصل می‌شود. این موتورها به دلیل این ویژگی که میدان شنت را می‌توان مستقل از سیم پیچ‌های آرماتور تحریک کرد، تنظیمات سرعت بسیار خوبی را ارائه می‌دهد، این کار همچنین قابلیت کنترل معکوس ساده‌ای را به وجود می‌آورد.

 

موتور DC کمپوند

موتورهای DC کمپوند مانند موتورهای  DC شنت، یک میدان مغناطیسی جداگانه دارند. موتورهای DC کمپوند دارای گشتاور راه اندازی خوبی هستند، اما ممکن است در پروژه‌هایی با سرعت متغیر مشکلات کنترلی داشته باشند.

 

هر یک از این 4 نوع موتور دیسی ، بسته به نوع پروژه کاربردهای متفاوتی دارند و  نقاط قوت و ضعف متفاوتی را دارند و دانستن این موارد می تواند به شما در شناخت و انتخاب مناسب موتور مناسب کار شما کمک کند.

 

موتور DC چگونه کار می‌کند؟

برای فهمیدن اینکه موتور DC چگونه کار می‌کند، یک مدار الکتریکی ساده را در نظر بگیرید که در آن انرژی الکتریکی توسط یک باتری تامین می‌شود. وقتی جریان الکتریکی در مدار جاری می‌شود، یک میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می‌کند و باعث چرخش پیوسته آرمیچر می‌شود. بیایید در مورد چگونگی نحوه طراحی موتور DC صحبت کنیم تا بفهمیم چگونه این نیروها توانسته‌اند آن را به وسیله ای تبدیل کنند که می‌تواند تعداد نامحدودی کار انجام دهد.

 

جریان موجود در آرماتور از یکی از این تکه‌های گرافیتی عبور می‌کند سپس از دو نیم دایره‌ای که به عنوان کموتاتور شناخته می‌شوند عبور می‌کند. کموتاتور در واقع یک سوئیچ الکتریکی دوار از جنس مس است که دارای دو شکاف است. کموتاتور به طور هوشمندانه‌ای طراحی شده و نکته کلیدی کارکرد موتور DC است. برای فهمیدن علت آن، بیایید به طور موقت کموتاتور را با یک حلقه مسی که هیچ شکافی روی بدنه آن وجود ندارد جایگزین کنیم.

 

آهنربای میله‌ای دوباره برای نمایش میدان مغناطیسی ایجاد شده در سیم پیچ استفاده می‌شود. همانطور که می‌بینید این دیگر یک موتور نیست. میدان مغناطیسی تولید شده که عامل حرکت آرمیچر است در طول نقاط شمال به جنوب آهنربا ثابت است و هر قطب، قطب مخالف خود را در آهنربای دیگر جذب کرده است. حال اگر موتور را به  حالت واقعی خود برگردانیم، می‌بینیم که نیمی از کموتاتور به یک سر سیم پیچ وصل است و نیم دیگر آن به سر دیگر سیم پیچ متصل است.

 

وقتی جریان در یک سر سیم پیج جریان پیدا می‌کند، سیم پیچ را می‌چرخاند، اما این بار همانطور که کموتاتور می‌چرخد به شکاف اول می‌رسد و جریان از کموتاتور قطع می‌شود و بعد از اینکه شکاف را رد می‌کند دباره جریان به کموتاتور می‌رسد و بعد از آن به سر دیگر سیم پیچ می‌رسد و در نتیجه این عمل مسیر حرکت جریان الکتریکی در سیم پیچ تغییر می‌کند و قطب‌های آهنربای الکتریکی تغییر می‌کنند و یکبار دیگر قطب‌های مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند و باعث چرخش سیم پیچ می‌شوند همانطور که در قانون دست چپ فلمینگ گفته شده است.

 

در واقع در یک موتور DC برق قطب‌های میدان، توسط جریان القایی DC تامین می‌شود که یک میدان مغناطیسی DC را تولید می‌کند. برق سیم‌پیچ آرمیچر(رسانا)، توسط جریان DC تامین می‌شود که از جاروبک‌ها و کموتاتور عبور می‌کند. مطابق معادله‌ی نیروی لورنتس، وقتی یک رسانای حامل جریان در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرد، به آن نیرویی القا می‌شود که می‌خواهد آن را جا به جا کند. تمامی رساناهایی که حول یک موتور DC قرار دارند، در معرض این نیروها هستند. این نیروها باعث می‌شود که آرمیچر در جهت عقربه‌های ساعت دوران کند.

 

بنابراین، آرمیچر یک موتور DC در جهت گشتاور تولیدی توسط موتور چرخش می‌کند. برق سیم‌پیچ استاتور، در موتورهای DC توسط یک منبع خارجی تامین می‌شود. در اثر ایجاد جریان در سیم‌پیچ استاتور، یک میدان یکنواخت در قطب استاتور ایجاد می‌شود. جریان آرمیچر هم توسط یک منبع خارجی یا خود استاتور تامین شده و یک میدان مغناطیسی در آن ایجاد می‌شود. در اثر برهم‌کنش میدان‌های استاتور و آرمیچر، چرخش ایجاد شده و انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود.

 

مقدار جریان عبوری و تعداد دورهای سیم‌پیچ، شدت میدان مغناطیسی را تعیین می‌کنند. با خاموش و روشن‌کردن یک سیم‌پیچ به صورت منظم یک میدان دوار تولید می‌شود. این میدان‌ها توسط یک آهن‌ربای دائمی یا یک سیم‌پیچ ایجاد شده و نیروی لازم برای چرخش آرمیچر را تولید می‌کنند.

 

خنک‌کاری موتورهای DC در توان بالا معمولا با تزریق هوا انجام می‌شود. سرعت یک موتور DC با تغییر ولتاژ آرمیچر تغییر می‌کند و استفاده از مقاومت متغیر در مدار آرمیچر یا مدار میدان امکان کنترل سرعت موتورهای DC را فراهم می‌کند.

 

کاربرد موتور DC

موتور DC در جاهای مختلفی نظیر اسباب بازی‌هایی مانند ماشین‌های کنترلی یا قایق‌ها مورد استفاده قرار میگیرد. در بخش صنعتی امروزی، موتور DC در همه جا هستند. از روباتیک تا خودرو سازی و سایر پروژه‌های حرکتی دیگر از موتور دیسی به علت طیف وسیع عملکرد آن، استفاده می‌کنند. به علت اینکه موتور DC در طیف وسیع و متنوعی از صنایع کاربرد دارد، انواع مختلفی از آن نیز برای انجام وظایف مختلف در صنایع طراحی شده است.

 

از کاربردهای موتورهای DC بزرگ‌تر علاوه بر صنایع می‌توان به وسایل نقلیه‌ی الکتریکی، آسانسورها و بالابرها، فن‌ها، پمپ‌ها، جرثقیل‌ها و… اشاره کرد.

 

مزایا و معایب موتور DC

از مزایای موتورهای DC می‌توان به گشتاور شروع بالا، شتاب زیاد، امکان کنترل آسان سرعت در بازه‌ وسیع و ساخته‌شده در اندازه‌های مختلف اشاره کرد. این موتور عین مزایای بسیار دارای معایبی نیز هست که این معایب شامل نیاز به تعمیر و نگهداری مستمر، عدم امکان استفاده در محیط‌های انفجاری وهزینه‌ بالا است.

دسته بندی مقالات فنی
اشتراک گذاری

نوشته های مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

53+ محصولات
15+ مطالب وبلاگ

پرداخت آنلاین

عضویت در خبرنامه

با عضویت در خبرنامه از آخرین پیشنهادها و تخفیف های ما زودتر از بقیه با خبر شوید!

نشان ملی ثبت

logo-samandehi

نماد های اعتماد

سبد خرید

سبد خرید شما خالی است.

ورود به سایت