الکتروموتور یا موتور الکتریکی ( Electric Motor)

الکتروموتور یکی از پر مصرف ترین تجهیزات صنعتی در کارخانه ها و صنایع به شمار میرود . به طور کلی هر وسیله برقی که در اطراف خود میبینید که در حال دوران است دارای یک یا چند الکتروموتور میباشد.

یکی از اولین موتورهای برقی توسط میشلفارادی در سال ۱۸۲۱ میلادی ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غرق میشد.

از نظر ساختار و مشخصات کاری  موتورها الکتریکی بسیار کارآمد میباشند . موتورها با قدرت پایین و ظرفیت های کوچک عمدتا با منابع تغذیه تک فاز کار میکنند .

بیشترین میزان مصرف برق در جهان توسط الکتروموتورها انجام میشود وظیفه موتور الکتریکی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی میکانیکی میباشد.

در الکتروموتورها سه فاز جریان الکتریکی از سیم پیچ های موتور عبور کرده و باعث ایجاد میدان مغناطیسی دواری میشود که این جریان عبوری روتور را به حرکت در می آورد . برای صرف جویی در مصرف برق باید الکتروموتور مناسب انتخاب شود.

انواع الکتروموتورها عبارتند از:

۱-موتور القائی فاز شکسته

۲-موتور القائی با استارت خازنی

۳-موتور القائی با خازن دائمی اسپلیت

۴-موتور القائی فاز شکسته

۵-موتورهای القائی استارت با خازن / کارکرد با خازن

اجزاء موتورهای الکتریکی

ابتدا نگاهی به درون یک موتور الکتریکی ساده می اندازیم. یک الکتروموتور موتور ساده از ۶ بخش تشکیل شده

آرمیچر
ذغال هادی
سوئیچ تغییر دهنده جهت برق
محور
آهن ربا
 منبع برق DC
الکتروموتورها از نظر جریان مصرفی به دو دسته عمده تقسیم می شوند
الکتروموتور یا موتور الکتریکی ( Direct Current ) یا جریان مستقیم DC
الکتروموتور یا موتور الکتریکی (Alternative Current) یا جریان متناوب AC

 
مزایای استفاده از الکتروموتورهای AC

    ۱-طراحی ساده و مستحکم
۲-قیمت مناسب
۳-هزینه نگهداری پایین 
۴-اتصال آسان و کامل به یک منبع تغذیه

۵-دسترسی آسان

انواع الکتروموتورهای القایی عبارتند از

۱-الکتروموتورهای القایی تک فاز
۲-الکتروموتورهای القایی سه فاز
معمولا الکتروموتورهای القایی را بر اساس تعداد کلاف های استاتورتقسیم بندی می کنند.

الکتروموتورهای القایی تک فاز (کلاچ دار یا رله ای)
به دلیل قیمت مناسب و کم بودن هزینه نگهداری بیشترین مصرف را در صنعت الکتروموتورهای القایی تک فاز دارند در این مدل از الکتروموتورها از یک کلاف یا پیچه استفاده می شود. و با یک منبع تغذیه متناوب تک فاز کار می کند. الکتروموتور تک فاز القایی خود راه انداز نیست و در تمام الکتروموتورهای القایی تک فاز، روتور از نوع قفس سنجابی است. هنگامی که الکتروموتور به یک منبع تغذیه تک فاز متصل است کلاف اصلی دارای جریانی متناوب می‌شود. این جریان متناوب میدان مغناطیسی ضربانی تولید می‌کند. به سبب القا، روتور تحریک می‌شود. چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است گشتاوری که برای چرخش الکتروموتور لازم است بوجود نمی‌آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می‌شود. از این رو الکتروموتور القایی تک فاز به دستگاه آغازگر (استارتر)  نیاز دارد که می‌تواند ضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند. استارترالکتروموتورهای القایی تک فاز اساساً کلاف اضافی در استاتور است (پیچه راه انداز). کلاف استارت می‌تواند دارای خازنهای سری ویا سوئیچ گریز از مرکز باشد. هنگامی که ولتاژ تغذیه برقرار است جریان درکلاف اصلی بسبب مقاومت کلاف اصلی ولتاژ تغذیه را افت می‌دهد (ولتاژ به جریان تبدیل می‌شود). در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می‌شود. فعل و انفعال میان میدانهای مغناطیسی که پیچه اصلی و دستگاه استارت (شامل پیچه کمکی و خازن) می‌سازند میدان برایندی می‌سازند که در جهتی گردش می‌کند. محور الکتروموتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز می‌کند. هنگامی که الکتروموتور به ۷۵ درصد دور مجاز خود می‌رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می‌کند. از این لحظه به بعد الکتروموتور تک فاز می‌تواند گشتاور کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد. بجز انواع خاص، معمولا همه الکتروموتورهای تک فاز فقط برای کاربری‌های کمتر از ۳ اسب بخار استفاده می‌شوند. با توجه به انواع تکنیکهای استارت، الکتروموتورهای القایی تک فاز AC در انواعی به شرح ذیل قرار دارند. 
انواع الکتروموتورهای تک فاز القایی عبارتند از :
الکتروموتور تک فاز القایی AC 1-با فاز شکسته 
الکتروموتور تک فاز القایی  AC 2-با استارت خازنی
الکتروموتور تک فاز القایی(کلاچ دار) AC 3-با خازن دائمی اسپیلت

الکتروموتور تک فاز با فاز شکسته

این الکتروموتورها دو پیچه دارند. در پیچه استارت این الکتروموتور سیم نازک تر و تعداد دورکمتر نسبت به پیچه اصلی برای بوجود آوردن مقاومت بیشتر ساخته می شود این الکتروموتور فاز شکسته با عنوان استارت القایی / کارکرد القایی هم شناخته می شود. در میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه که پیچه اصلی دارد قرار می گیردکه سبب آغاز چرخش محور الکتروموتور می گردد. پیچه اصلی که از سیم ضخیم تری ساخته شده‌است الکتروموتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می‌دارد. کاربری های خوب برای الکتروموتورهای فاز شکسته شامل سنگ سمباده های کوچک، دمنده‌ها و فنهای کوچک و دیگر دستگاههایی با نیاز به گشتاور آغازین کم و با نیاز به الکتروموتور هایی با قدرت ۱/۲۰ تا ۱/۳ اسب بخار می‌باشد.این الکتروموتورها در کاربریهایی که نیاز به روشن و خاموش کردن های پیاپی و یا نیاز به گشتاور زیاد دارند مناسب نیست

الکتروموتور تک فاز القایی: AC با استارت خازنی

این نوع الکتروموتور همان الکتروموتور با فاز شکسته، اصلاح شده با خازنی سری با آن برای بهبود استارت است. همانند الکتروموتور معمولی با فاز شکسته، این نوع الکتروموتور یک سوئیچ گریز از مرکز داشته که هنگامی که محور الکتروموتور به ۷۵ درصد سرعت نامی می‌رسد، پیچه استارت را از مدار خارج می‌نماید. از آنجا که خازن در مدار استارت است، گشتاور استارت بیشتری تولید می‌کند که معمولاً در حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ درصد گشتاور نامی است و جریان استارت معمولاً بین ۴۵۰ تا ۵۷۵ درصد جریان نامی است که بسیار کمتر از الکتروموتور با فاز شکسته و بعلت سیم ضخیمتر در مدار استارت است. نوع اصلاح شده‌ای از الکتروموتور با استارت خازنی، الکتروموتور با استارت مقاومتی است. در این نوع الکتروموتور خازن استارت با یک مقاومت جایگزین شده‌ است. الکتروموتور با استارت مقاومتی در کاربریهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که میزان گشتاور استارت، کمتر از مقداری که الکتروموتور با استارت خازنی تولید می‌کند لازم است. صرف نظر از هزینه، این الکتروموتور امتیازات عمده‌ای نسبت به الکتروموتور با استارت خازنی ندارد. این الکتروموتورها در انواع مختلف کاربریهای پولی و تسمه‌ای مانند تسمه نقاله‌های کوچک و در پمپها، دمنده‌های بزرگ و کاربریهای چرخ دنده‌ای به خوبی استفاده می‌شوند. 

الکتروموتور تک فاز القایی با خازن دائمی اسپلیت

این الکتروموتور نوعی خازن به طور دائم متصل به صورت سری به پیچه استارت دارد. این کار سبب آن می‌شود که پیچه استارت تازمانی که محور الکتروموتور به سرعت چرخش نامی خود برسد بصورت پیچه‌ای کمکی عمل کند. از آنجا که خازن عملکرد اصلی، باید برای استفاده مداوم طراحی شده باشد، نمی‌تواند توان استارتی معادل یک الکتروموتور استارت خازنی ایجاد نماید. گشتاور استارت یک الکتروموتور تکفاز با خازن دائمی معمولاً کم و در حدود ۳۰ تا ۱۵۰ درصد گشتاور نامی‌است. الکتروموتورهای تکفاز با خازن دائمی، جریان راه اندازی پایینی دارند که معمولاً در کمتر از ۲۰۰ درصد جریان نامی است که آنها را برای کاربریهایی دارای پریود‌های خاموش-روشن با سرعت بالا بسیار مناسب می‌سازد. این الکتروموتورهای تک فازامتیازات فراوانی دارند. طراحی الکتروموتور براحتی برای استفاده با کنترل کننده‌های سرعت دوران می‌تواند اصلاح شود. همچنین می‌توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در بار نامی طراحی شوند. آنها به عنوان قابل اطمینان‌ترین الکتروموتور تک فاز مطرح می‌شوند. مخصوصا به این خاطر که به سوئیچ گریز از مرکز نیازی ندارند. این الکتروموتورها بسته به طراحیشان کاربری بسیار متنوعی دارند که شامل فنها، دمنده‌ها با نیاز به گشتاور استارت کم و پریودهای کاری غیر دائمی مانند بازکننده‌های درب گاراژها می‌شود. 

الکتروموتور تک فاز القایی AC استارت با خازن / کارکرد با خازن:

این الکتروموتور، همانند الکتروموتور با استارت خازنی، خازنی از نوع استارتی در حالت سری با پیچه کمکی برای گشتاور زیاد استارت دارد. همچنین مانند یک الکتروموتور با خازن دائمی، خازنی از نوع کارکرد دائم دارد که درکنار خازن استارت در حالت سری با پیچه کمکی است که بعد از شروع به کار الکتروموتور از مدار خارج می‌شود. این حالت سبب بوجود آمدن گشتاوری اضافی می‌شود. این نوع الکتروموتور می‌تواند برای بازده بیشتر طراحی شود. این الکتروموتور بخاطر خازنهای کارکرد دائم و استارت و سوئیچ گریز از مرکز آن نسبتا پرهزینه‌است. این الکتروموتور می‌تواند در بسیاری از کاربریهایی که از هر الکتروموتور تک فاز دیگری انتظار می‌رود استفاده شود. این کاربریها شامل ماشینهای مرتبط با چوب، کمپرسورهای هوا، پمپهای آب فشار قوی، پمپهای تخلیه و دیگر کاربردهای نیازمند گشتاورهای بالا می‌شوند. 
الکتروموتور تکفاز القایی:  قطب سایه دار (با حلقه اتصال کوتاه)تک فاز با قطب سایه دار فقط یک پیچه یا کلاف اصلی دارند و پیچه یا کلاف راه انداز ندارند. استارت خوردن بوسیله طرح خاص آن که حلقه پیوسته مسی ای را دور قسمت کوچکی از هر قطب الکتروموتور حلقه می‌کند انجام می‌شود. این سایه که قطب را دو تکه می‌کند سبب می‌شود که میدان مغناطیسی ای ضعیفتر در ناحیه سایه خورده نسبت به قسمت دیگر و در کنار آن بوجود آید. تعامل میان میدانها محور را به چرخش وامی دارد. چون الکتروموتور با قطب سایه خورده پیچه استارت، سوئیچ استارت ویا خازن ندارد از نظر الکتریکی ساده و ارزان است. همچنین سرعت آن را صرفا با تغییر ولتاژ یا بوسیله یک پیچه با چند دور مختلف می‌توان کنترل کرد. ساختار الکتروموتور با قطب سایه خورده از نظر مکانیکی اجازه تولید انبوه را می‌دهد. درحقیقت این الکتروموتورها به الکتروموتورهای یکبار مصرف معروفند. بدین معنی که جایگزین کردن آنها ارزانتر از تعمیر آنهاست. الکتروموتورهای با قطب سایه دار مشخصات مثبت زیادی دارند. اما چندین مورد عیب هم دارند. گشتاور استارت کم آن معمولاً ۲۵ تا ۷۵ درصد گشتاور نامی است. آنها الکتروموتورهایی با اتلاف بالا هستند که سرعتی حدود ۷ تا ۱۰ درصد سرعت سنکرون دارند. عموماً بازده این نوع الکتروموتور بسیار پایین است (کمتر از ۲۰ درصد). هزینه اولیه پایین آن را برای قدرت کمتر یا کاربردهای با کار کمتر مناسب می‌سازد. شاید وسیعترین استفاده از آنها در فنهای چند سرعته برای استفاده خانگی است. ولی گشتاور کم، الکتروموتور تک فاز دارای قطب سایه دار را برای بیشتر کاربریهای صنعتی یا تجاری که در آنها کار مداوم یا پریود‌های گردش بیشتر معمول است غیر قابل استفاده می‌کند.

الکتروموتور القایی سه فاز

برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از الکتروموتورهای القایی سه فاز استفاده می‌شود. این الکتروموتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای منبع تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده می‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی‌های مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی‌ها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که محور الکتروموتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از الکتروموتور با نام الکتروموتور القایی معروف است. برای اینکه محور این الکتروموتور به حرکت درآید بایستی همواره محور الکتروموتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به الکتروموتور بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع الکتروموتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در الکتروموتور همزمان وجود دارد، الکتروموتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید. الکتروموتورهای همزمان (سنکرون) را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت یک الکتروموتور اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان مغناطیسی استاتور، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از الکتروموتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچهای مختلف با تعداد قطبهای مختلف در بخش استاتور که با استفاده از آنها سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت همچنین با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه، میتوان کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت این نوع از الکتروموتور را داشت.