الکتروموتور DC چیست؟

DC یا جریان مستقیم، موتور الکتریکی است که به وسیله ی جریان مستقیم کار می کند. تمام موتورهای جریان مستقیم به یک مکانیسم داخلی کموتاسیون برای تغییر مداوم جهت جریان در آرمیچر نیاز دارند. تقریبا تمام الکتروموتورهای DC دارای حرکت چرخشی هستند؛ البته به جز موتورهای خطی که حرکت خطی شکل دارند و نمی چرخند. موتورهای DC دارای نیروی گشتاور با راه اندازی بالا با قابلیت تغییر می باشند و در صنایع بسیار کاربرد دارند. سرعت موتور DC با روش های مختلفی مانند تغییر ولتاژ تغذیه  و یا تغییر جریان سیم پیچ های موتور قابل تغییر است.

اگر یک آهنربا را به جریان الکتریسیته متصل کنید، قطب های آهنربا سعی در دفع یکدیگر را دارند. از آنجایی که در درون الکتروموتور DC آهنربا وجود دارد، با اتصال این نوع موتور به جریان الکتریسیته، نیروی دافعه ایجاد شده در میان قطب های آهنربا باعث ایجاد جریان در اطراف آرماتور می شود. این جریان باعث می شود که روتور یا آرمیچر موجود در الکتروموتور شروع به چرخش کند. بدین وسیله الکتروموتور DC نیروی الکترونیکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند.

کاربرد الکتروموتور DC

موتور جریان مستقیم یا DC نوعی سیستم مبدل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی هستند. موتورهای DC نیروی برق را از طریق جریان مستقیم دریافت و این نیرو را به نیروی چرخشی مکانیکی تبدیل می کنند. میدان های مغناطیسی ایجاد شده از جریان های الکتریکی در موتور، باعث حرکت روتور در شافت خروجی می گردند. میزان تولید گشتاور و سرعت خروجی به قدرت ولتاژ برق ورودی و نوع طراحی موتور DC بستگی دارد. از موتورهای DC در ابعاد کوچک بر روی ابزارآلات برقی، لوازم برقی خانگی و اسباب بازی ها استفاده می شود. از این نوع موتور در ابعاد بزرگتر در آسانسورها و بالابرها، خودروهای الکتریکی و در کارخانه های تولید لوله و فولاد به وفور استفاده می شود.

ساختار الکتروموتور DC

موتورهای DC به طور کلی از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند:

روتور یا آرمیچر

یکی از اجزای مهم در موتورهای DC، روتور یا همان آرمیچر می باشد. روتور به عنوان قسمت گردان این نوع موتور محسوب می شود. از اجزای تشکیل  دهنده روتور می توان، هسته سیم  پیچی و یاتاقان های موجود در آن را نام برد.

استاتور

استاتور موجود در موتور DC خود نیز از اجزای مختلف دیگری تشکیل  شده است. سیم  پیچ میدانی که خود به دو نوع سری و شنت تقسیم می شود از اجزاء اصلی استاتور می باشد. از دیگر اعضای مهم، قسمت استاتور فریم موتور و هسته موجود در آن است. در موتورهای DC از یک استاتور بزرگتر به همراه قطب کمکی و سیم  پیچ های جبران  کننده استفاده می شود.

جاروبک و نگهدارنده جاروبک

یکی دیگر از اجزاء تشکیل  دهنده موتور DC جاروبک می باشد. این قطعه وظیفه ی انتقال جریان موجود به کلکتور گردان را بر عهده دارد. در حقیقت وظیفه ی جاروبک در موتور DC و کلکتور یکسو سازی گشتاور موجود در موتور است. گفتنی است که بعضی از الکتروموتورهای DC فاقد جاروبک می باشند.

کموتاتور

به دلیل این که موتور DC از جریان مستقیم برق استفاده می کند، برای به چرخش درآوردن روتور، جهت جریان باید در هر سیکل 2 بار تغییر کند. این عوض شدن باید به صورت مداوم و منظم صورت گیرد. این تغییر جهت چرخش مداوم و منظم، وظیفه ی کموتاتور می باشد.
میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط استاتور به وسیله ی کموتاتور منظم و به صورت مداوم می شود. این میدان باعث ایجاد چرخش روتور می گردد. این چرخش نتیجه ی تبدیل نیروی الکتریکی به نیروی مکانیکی می باشد.

تفاوت الکتروموتور DC جاروبک دار و الکتروموتور DC القایی

جاروبک موجود در موتور هایی که از این قطعه استفاده می کنند، جریان الکتریکی را در سیم های ثابت و چرخان هدایت می کند. نکته ی قابل ملاحظه در این فرآیند این است که موتور های فاقد جاروبک به صورت القایی و به کمک همان میدانی که در استاتور ایجاد شده است، باعث چرخش روتور می شوند.
• طول عمر الکتروموتور DC القایی بیشتر از الکتروموتور DC جاروبک دار است.
• موتورهای القایی کمتر دچار لغزش می شوند.
• میدان مغناطیسی در موتور DC القایی برخلاف نوع جاروبک دار، که در اطراف هسته اصلی موتور شکل می گیرد، در استاتور و روتور ایجاد می شود.

نحوه عملکرد موتور DC

موتور DC برای تولید نیروی دورانی، در اطراف عامل هدایت کننده یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. زمانی که عامل هدایت  کننده در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، میدان مغناطیسی بر عامل هدایت  کننده نیرو وارد می کند. حرکت دورانی عوامل هدایت کننده در درون میدان مغناطیسی خود نیز باعث تولید جریان الکتریکی می شود. همچنین عبور جریان الکتریکی از درون عامل هدایت  کننده باعث ایجاد نیروی محرکه توسط موتور می گردد. از مهم ترین قابلیت های یک موتور DC این است که می تواند به  عنوان یک ژنراتور برق ایفای نقش کند و میزان قابل توجهی نیروی برق تولید کند.

البته گفتنی است که اگر از موتور DC فقط در یک کاربری تولید نیروی برق یا برای استفاده از نیروی مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد راندمان به مراتب بهتری از خود نشان می دهد.

مزایای الکتروموتور DC

معایب الکتروموتور DC

• قیمت و هزینه ی الکتروموتورهای DC به نسبت سایر مدل ها بیشتر می باشد.
  • موتورهای DC از راندمان پایینی برخوردار هستند ولی به دلیل کنترل راحت تر در میزان گشتاور بسیار محبوب می باشند.
  • این نوع از الکتروموتور ها از سرعت پاسخ دهی نسبتا پایینی برخوردار هستند.
  • الکتروموتور DC در زمان راه اندازی، به جریان DC نیاز دارد.
  • هزینه ی نگهداری و تعمیرات این نوع از الکتروموتور ها در مقایسه با سایر موتور ها به مراتب بیشتر می باشد.

کاربرد الکتروموتور DC

اگرچه امروزه با پیشرفت تکنولوژی کاربرد و استفاده این نوع الکتروموتور محدود گردیده است، ولی به واسطه ی مزایایی مانند کنترل پذیری مناسب، همچنان در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و کاربرد دارد. از ویژگی های الکتروموتور DC، تنوع در تولید آن می باشد. با ایجاد ترکیب های متنوع در مدار تحریک این نوع الکتروموتور می توان مشخصه های گشتاور و انواع دور را بدست آورد. موتور های جریان مستقیم به دلیل سادگی در کنترل، توانایی در ایجاد گشتاور در بازه های بسیار زیاد و کنترل سرعت در سیستم هایی به کار می روند که نیاز به کنترل کامل بر روی میزان گشتاور و سرعت دارند.
اگر چه کاربرد این نوع الکتروموتور ها بسیار محدود گردیده است، ولی به دلیل مزیت های کنترل پذیری فراوانی که دارد، همچنان در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از دلایل محبوبیت الکتروموتور DC، ایجاد تنوع در مشخصه های گشتاور و سرعت آن می باشد. به همین دلیل از موتور های جریان مستقیم به دلیل سادگی در کنترل، در سیستم هایی که نیاز به کنترل کامل بر روی سرعت در محدوده های متفاوت و میزان گشتاور دارند به وفور استفاده می شود.

اجزای اصلی الکترو موتور DC

به زبان ساده می توان گفت که یک موتور DC، از یک آهنربا به نام استاتور و یک آرمیچر که با استفاده از سیم پیچ هایی به دور یک هسته آهنی برای متمرکز شدن میدان مغناطیسی، تابانده گردیده است، تشکیل شده. سیم پیچ ها به طور معمول چند بار به دور محور هسته پیچیده شده اند. در موتورهای بزرگتر می توان از جریانات موازی بسیار زیادی بهره برداری کرد. هنگام چرخش آرمیچر، منابع تغذیه قسمت های مختلف با گذشتن از جاروبک تحریک می گردند. جریان کلی که به سیم پیچ ها ارسال می شود، بسته به اندازه و تعداد سیم پیچ ها می تواند میزان قدرت میدان نیروی الکترومغناطیسی را برای تولید تعیین کند.

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 میشود آرمیچر به صورت پیوسته به چرخش درآید. برای درک بهتر موضوع در ادامه مقاله، نگاه دقیق تری به این موضوع خواهیم داشت.

قطب موتور چیست

در مدار شکل شماره 1 ابتدا کلید را وصل میکنیم تا مدار کامل شده و اتصال بین قطب های مثبت و منفی باتری برقرار شود. در نتیجه جریان الکتریکی از قطب مثبت به قطب منفی به حرکت در می آید و در اطراف مسیر حرکت خود یک میدان مغناطیسی که با خطوط آبی نشان داده شده است (شکل شماره 3) را به وجود می آورد که به علت اینکه سیم پیچ آرمیچر هم بخشی از مدار است، در نتیجه این میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ هم به وجود می آید.

با عبور جریان در طول سیم پیچ، سیم پیچ تبدیل به یک آهنربای الکتریکی میشود و همانطور که در شکل شماره 4 میبینید، این آهنربای الکتریکی از طریق خطوط میدان مغناطیسی مانند یک آهنربای دائمی دارای قطب های مثبت و منفی است.

میدان مغناطیسی که اینجا به نمایش گذاشته شده، برای یک آهنربای میله ای است اما این یک موتور کامل نیست و هنوز بخش مهمی از میدان مغناطیسی خارجی در آن وجود ندارد.