آشنایی با الکتروموتور جریان مستقیم

الکتروموتور جریان مستقیم (DC) به موتور هایی گفته می شود که جریان الکتریکی ورودی و خروجی آن ها، جریان مستقیم (dc) باشد. در الکتروموتور جریان مستقیم اعم از آن که به صورت مولد یا موتور به کار رود، هر دو عمل مولدی یا موتوری وجود دارد. به عبارت دیگر با آن که عمل اصلی موتور، ایجاد گشتاور مکانیکی است، اما در بعضی از قسمت های آن نیروی محرکه الکتریکی القا می‌گردد. به همین ترتیب با آنکه عمل اصلی مولد، ارتقای نیروی محرکه الکتریکی است، در بعضی از قسمت های آن گشتاور مکانیکی مقاوم ایجاد می‌شود.

الکتروموتور DC چیست ؟ موتور جریان مستقیم (Direct current or DC motor)، موتور الکتریکی است که با جریان مستقیم کار می‌کند. این موتور، انرژی الکتریکیِ جریان مستقیم را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند.

اجزای اصلی ساختمان الکتروموتور های جریان مستقیم

الکتروموتور تکفاز جریان مستقیم از چهار قسمت اصلی تشکیل می شود :

قسمت ساکن به نام استاتور که فوران یا شار مغناطیسی را ایجاد می کند.

قسمت گردان به نام آرمیچر که القا شونده هم نامیده می شود و عمل تبدیل انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی( در موتورها) و عمل تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی (در مولدها) را انجام می دهد. بین قسمت ساکن و گردان فاصله هوایی وجود دارد.

جارو و جارو نگهدار

یاتاقان ها و درپوش ها

آرمیچر الکتروموتور جریان مستقیم

آرمیچر الکتروموتور جریان مستقیم که نقش تبدیل انرژی را به عهده دارد، از قسمت های زیر تشکیل می شود:

هسته‌ی آرمیچر

سیم پیچی آرمیچر

محور یا شفت

کلکتور و شیارهای تهویه محوری و شعاعی

۱. هسته ی آرمیچر

آرمیچر از ورق‌های فولادی عایق از هم به ضخامت ۰.۵میلی‌متر ساخته می‌شود. آرمیچر الکتروموتور تکفاز DC با قدرت متوسط، دارای شیارهای تهویه محوری و آرمیچر ماشین های DC پر قدرت، دارای شیارهای تهویه شعاعی است. آرمیچر هایی که شیار تهویه شعاعی دارند، از چند بسته ورق به طول ۴تا ۱۰سانتیمتر که با یکدیگر ۸تا ۱۰میلی متر فاصله دارند، تشکیل می شوند.

۲. سیم بندی آرمیچر الکتروموتور DC

در الکتروموتور های DC ، آرمیچر را با استفاده از کلاف هایی که به وسیله ی الگو و شکل خاصی تهیه می شوند، سیم بندی کرده و سپس طبق نقشه ، در داخل شیارها قرار می دهند.

۳. محور یا شفت الکتروموتور جریان مستقیم

ماشین های جریان مستقیم از فولاد مقاوم در برابر نیروهای پیچشی، کششی و برشی ساخته می شوند.

۴. کلکتور یا یکسو کننده مکانیکی

کلکتور یا کموتاتور در آرمیچر نقش یکسو سازی جریان الکتریکی را به عهده دارد و از مجموعه تیغه ها ( لامل ها ) تشکیل می شود. مقطع هر تیغه یا لامل به شکل ذوزنقه است و به وسیله عایق میکا از محور الکتروموتور و از تیغه های مجاور عایق می شود. تیغه های کلکتور به وسیله اتصال دم چلچله ای یا v شکل به جایگاه خود محکم می شوند. ابتدا و انتهای کلاف ها به وسیله بست،  لحیم یا جوشکاری با تنگستن به تیغه های کلکتور متصل می شود.

روی پیشانی جلوی کلاف ها که به سمت تیغه‌های کلکتور است ، عایق مخصوص پیچیده می‌شود تا جرقه‌های برخاسته از زغال ها یا جاروبک ها ،  به کلاف های آرمیچر صدمه ای  نرساند. در آرمیچر های پر قدرت روی این عایق ها، زره فولادی بسته می‌شود تا در اثر نیرو های الکترودینامیکی جریان عبوری از کلاف ها و نیروی گریز از مرکز، کلاف ها از جای خود خارج نشوند.

جاروبک یا ذساختمان موتور الکتریکی DC با جاروبک، روتور دو قطبی و استاتور با آهنربای دائمی. حروف N و S نشان دهنده برآیند نیروی مغناطیسی حاصل از آهنرباهای دائمی است. علائم + و – نشانگر جریانی است که به کموتاتور اعمال می‌شود که وظیفه تغذیه سیم‌پیچ‌های روتور را بر عهده دارد. همچنین فلش سبز رنگ جهت چرخش روتور را نمایش می‌دهد.

موتور جریان مستقیم (Direct current or DC motor)، است که با کار می‌کند. این موتور، انرژی الکتریکیِ جریان مستقیم را به تبدیل می‌کند.

همه موتورهای جریان مستقیم به یک مکانیسم داخلی (مکانیکی یا الکترونیکی) برای تغییر مداوم جهت جریان در موتور نیاز دارند. به این مکانیسم، می‌گویند.

اکثر موتورهای DC حرکت چرخشی دارند، به جز که دارند (نمی‌چرخند).

های DC دارای راه‌اندازی بالا و قابل تغییر هستند و کاربرد بسیاری در دارند. سرعت موتور DC با روش‌های مختلفی قابل کنترل است؛ از جمله با تغییر ولتاژ تغذیه‌ (مثلاً به روش )، یا تغییر جریان سیم‌پیچ‌های موتور.

موتورهای DC با ابعاد کوچک در ابزارآلات برقی و لوازم برقی خانگی (به شکل )، اسباب‌بازی‌ها …، و با ابعاد بزرگ در آسانسورها، خودروهای الکتریکی، بالابرها و در کارخانه‌های نَوَرد لوله و فولاد استفاده می‌شوند. همچنین این موتورها در کاربردهای صنعتی که به کنترل دقیق سرعت و گشتاور نیاز دارند، استفاده‌های فراوان دارند.

موتورهای الکترومغناطیسی

خطوط ریلی پنسیلوانیا، لوکوموتیوی که با استفاده از جریان مستقیم دائمی که به واسطه ریل سوم کوپل شده موتورهای خود را تغذیه می‌کند. استفاده از این نوع لوکوموتیو به خاطر ممنوعیت ورود نوع بخاری این دستگاه‌ها به ناحیه شهری نیویورک بود. (سقف اتاقک این لوکوموتیو برداشته شده‌است)

در اطراف که از آن‌ می‌گذرد، تولید می‌شود. جهت و شدت این میدان مغناطیسی بستگی به جریانی دارد که از سیم‌پیچ‌ عبور می‌کند.

ساده‌ترین موتور DC از یک آهنربای ثابت در و یک آرمیچر با یک یا چند سیم‌پیچ با سیم‌های عایقی که دور یک هسته آهنی (که برای متمرکز کردن میدان مغناطیسی استفاده می‌شود) پیچیده‌شده‌اند، تشکیل می‌شود. سیم‌پیچ‌ها معمولاً چندین دور به محور هسته تابانده شده و در موتورهای بزرگتر می‌توان از مسیرهای جریانی موازی زیادی استفاده کرد. انتهای همهٔ سیم‌ها به متصل شده‌است. کموتاتور به هرکدام از سیم‌پیچ‌های اجازه می‌دهد تا با عبور جریان تحریک شوند و با گردش آرمیچر قسمت‌های مختلف سیم‌پیچ آرمیچر توسط خارجی از طریق گذر از تحریک می‌شوند. موتور DC بدون جاروبک، نیاز به مدارهای الکترونیکی دارند که جریان مستقیم را در هر سیم‌پیچ قطع و وصل کند.

جریان سیم‌پیچ‌ها و نیز قطر و تعداد دور آنها، قدرت میدان الکترومغناطیسی تولیدشده را تعیین می‌کند.

با عبور جریان از سیم‌پیچ‌ها، میدان مغناطیسی تولید می‌شود. اَندَرکُنش این میدان با میدانی که در استاتور توسط آهنربای (دائم یا الکترومغناطیسی) تولیدشده، باعث نیرویی در آرمیچر می‌شود که آن را می‌چرخاند (تولید گشتاور). البته برای تداوم چرخش آرمیچر، جهت جریان مستقیم در سیم‌پیچ آن می‌بایست در بازه‌های زمانی منظم (مثلاً هر نیم دور)، معکوس شود (کموتاسیون).

سطوح بالاتر قدرت، موتور DC غالباً از هوا برای خنک کردن موتور استفاده می‌کنند.

آرایش و تعداد میدان‌های استاتور و روتور و طریقهٔ اتصال آن‌ها به یکدیگر نقش تعیین‌کننده‌ای در میزان سرعت و گشتاور موتور دارد. سرعت این نوع ماشین‌ها می‌تواند با تغییر ولتاژ آرمیچر تنظیم شود. همچنین با افزودن در مدار آرمیچر می‌توان سرعت را کنترل کرد. در موتور DC مدرن غالباً با استفاده از مدار سطح ولتاژ را با قطع و وصل‌ جریان به سیکل‌های خاموش و روشن کاهش می‌دهند که تأثیر بسزایی در کنترل سرعت دارد.

از زمانی که موتور DC ابداع شدند به دلیل گشتاور زیاد آن‌ها در سرعت پایین، در کِشنده‌های لوکوموتیوهای الکتریکی و قطارها استفاده می‌شدند. موتور DC پای ثابت دستگاه‌های کشنده و لوکوموتیوهای الکتریکی و دیزل-الکتریکی، قطار و … برای سال‌های متمادی بودند.

آغاز استفاده از موتور DC و شبکه‌های الکتریکی برای تغذیه ماشین‌های الکتریکی در سال ۱۸۷۰ میلادی باعث انقلاب دوم صنعتی شد. موتور DC می‌تواند به صورت مستقیم با مورد استفاده قرار گیرد که این سیستم امروزه در خودروهای هیبریدی و الکتریکی استفاده می‌شود.