انواع موتورهای الکتریکیموتورهای DC
یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسطمایکل فارادیدرسال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌وربود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیمعبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر بهافزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهایفیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آب نمک استفادهمی‌شود.
موتورکلاسیک DC دارای آرمیچری ازآهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هرسیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربایدائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتورو بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلیدتغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ،کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوریزیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفادهمی‌کنند.
اما به هرحال درطراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیازبه جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاداصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشارداده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدایموتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به اینمعنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقصالکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردندرون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیمپیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.
موتورکلاسیک DC دارای آرمیچری ازآهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هرسیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربایدائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتورو بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلیدتغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ،کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوریزیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفادهمی‌کنند.
اما به هرحال درطراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیازبه جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاداصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشارداده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدایموتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به اینمعنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقصالکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردندرون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیمپیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.
موتورهای میدان سیم پیچیشده
آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویضکرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبتسرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچیآرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرارداده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردنحتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است وکاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکیشود.
موتورهاییونیورسال
یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیتگرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها براین اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده بهجریان متناوبوصل می‌شود، جریان هم در سیمپیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) همزمان تغییرمی‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عملموتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرارگیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتورمعادل DC خالص خواهدبود.
مزیت این موتورهااین است که می‌توان تغذیه AC راروی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاورراه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفیاین موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتورایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اماعمومی‌ترین موتورهای AC دردستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند،هستند.
مزیت این موتورهااین است که می‌توان تغذیه AC راروی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاورراه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفیاین موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتورایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اماعمومی‌ترین موتورهای AC دردستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند،هستند.
موتورهای AC تک فاز:
معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب دردستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهایماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیرماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاورراه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راهانداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.
هنگام راه اندازی ،خازنو سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دستهاز کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامیرسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راهانداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچاصلی عمل می‌کند.
هنگام راه اندازی ،خازنو سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دستهاز کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامیرسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راهانداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچاصلی عمل می‌کند.
موتورهای AC سهفاز:
برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سهفاز AC (یا چند فاز) استفادهمی‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برایایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب ، روتور شاملتعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القایالکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجهمنجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهتگردش میدان به حرکت در آید.
این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتوربه حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی بهموتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجادنخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که درآن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهایروتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، کهدر موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی ازبرق AC سه فاز ، به گردش درمی‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.
سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یااختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیینمی‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یاقطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییرمی‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادنفرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشتهباشیم.
این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتوربه حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی بهموتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجادنخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که درآن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهایروتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، کهدر موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی ازبرق AC سه فاز ، به گردش درمی‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.
سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یااختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیینمی‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یاقطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییرمی‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادنفرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشتهباشیم.
موتورهایپله‌ای
نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یکروتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورتالکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یکموتور الکتریکی DC و یکسلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهایموقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانندبسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهایتنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یارباشند.
موتورهایخطی
یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمدهتا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدانالکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یاپله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنیدکه در آن قطار روی زمینپروازمی‌کند.
