موتور الکتریکی: ماشینی که دنیا را به حرکت در میآورد
موتور الکتریکی چگونه کار میکند؟ (اصل الکترومغناطیس)
قلب تپنده هر موتور الکتریکی، پدیدهای به نام الکترومغناطیس است. وقتی جریان الکتریکی از یک سیم عبور میکند، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی ایجاد میشود. حالا اگر این سیم حامل جریان را در میان آهنرباهای دائمی قوی قرار دهیم، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم با میدان آهنرباها وارد کنش و واکنش میشود. این تعامل باعث ایجاد یک نیرو بر سیم میگردد که اگر سیم آزاد باشد، آن را به حرکت درمیآورد. این اصل ساده، پایه کار همه موتورهای الکتریکی است.
در یک موتور واقعی، به جای یک سیم، از یک قاب سیمی چرخان به نام آرمیچر5 (یا روتور6) استفاده میشود. این قاب بین دو قطب یک آهنربای ثابت (استاتور7) قرار میگیرد. با عبور جریان از آرمیچر، نیرویی به آن وارد شده و شروع به چرخش میکند. اما برای ادامه چرخش، باید جهت جریان در آرمیچر در لحظات خاصی معکوس شود. این کار توسط قطعهای به نام کموتاتور8 و جاروبکهای9 کربنی انجام میشود. به زبان ساده، کموتاتور یک کلید چرخشی است که اتصال جریان به سیمپیچهای آرمیچر را در هر نیمدور چرخش تغییر میدهد تا نیروی وارد شده همیشه در یک جهت باشد و چرخش ادامه یابد.
انواع اصلی موتورهای الکتریکی
موتورهای الکتریکی را میتوان بر اساس نوع منبع تغذیه و ساختار به دو دسته اصلی تقسیم کرد. انتخاب هر نوع بستگی به کاربرد آن دارد.
| نوع موتور | منبع تغذیه | ساختار اصلی | کنترل سرعت | مثالهای کاربردی |
|---|---|---|---|---|
| موتور جریان مستقیم (DC) | باتری، آداپتور | آرمیچر، آهنربای دائمی، کموتاتور و جاروبک |
آسان
با تغییر ولتاژ |
اسباببازیهای کنترلی، پنکه قابل حمل، برفپاک کن خودرو، شیشهبالابر ماشین |
| موتور جریان متناوب (AC) | پریز برق خانگی | استاتور با سیمپیچهای سهفاز، روتور قفس سنجابی10 (بدون جاروبک) |
پیچیده
نیاز به درایو فرکانس متغیر دارد |
پنکه سقفی، کمپرسور یخچال، ماشین لباسشویی، آسانسور، پمپ آب |
اجزای تشکیلدهنده یک موتور ساده DC
برای درک بهتر، اجزای یک موتور DC کوچک (مشابه موتور اسباببازی) را بررسی میکنیم:
۱. استاتور (قسمت ثابت): معمولاً شامل یک جفت آهنربای دائمی است که میدان مغناطیسی ثابت و پایداری ایجاد میکند.
۲. روتور (قسمت متحرک): همان آرمیچر است که از یک هسته آهنی با شیار و سیمپیچهای مسی حول آن تشکیل شده است.
۳. کموتاتور: یک استوانه فلزی متصل به محور روتور که به چند قسمت (معمولاً دو) مجزا از هم تقسیم شده است. هر قسمت به انتهای یک سیمپیچ متصل است.
۴. جاروبکها: دو قطعه کربنی فنری که به قطبهای مثبت و منبع تغذیه وصل هستند و بر روی کموتاتور میلغزند تا جریان را به سیمپیچهای در حال چرخش برسانند.
۵. محور (شفت): میلگردی که روتور و کموتاتور روی آن سوار است و چرخش را به قطعه خارجی (مثلاً پروانه پنکه) منتقل میکند.
تصور کنید: یک دوچرخه پدالی قدیمی را در نظر بگیرید. پاهای شما (مانند جریان برق)، نیرو را به پدال (جاروبک و کموتاتور) وارد میکنند. این نیرو به چرخدنده و زنجیر (آرمیچر) منتقل شده و در نهایت چرخ عقب (شفت و پروانه) را به حرکت درمیآورد.
موتورهای الکترونی: از نظریه تا عمل در زندگی ما
موتورهای الکتریکی آنقدر در زندگی ما تنیدهاند که گاهی وجودشان را فراموش میکنیم. بیایید نگاهی به چند وسیله روزمره بیندازیم:
ماشین لباسشویی در این وسیله معمولاً از یک موتور AC قوی استفاده میشود که میتواند در دو جهت مختلف بچرخد تا هم لباسها را بشوید و هم آبگیری کند. کنترلر الکترونیکی سرعت و جهت چرخش را مدیریت میکند.
خودروهای برقی و هیبریدی قلب این خودروها، موتورهای الکتریکی بسیار قدرتمند و کارآمد هستند که انرژی ذخیره شده در باتریهای بزرگ را به حرکت چرخشی برای به حرکت درآوردن چرخها تبدیل میکنند. این موتورها میتوانند در کسری از ثانیه به حداکثر گشتاور11 خود برسند.
هارد دیسک کامپیوتر داخل هارد دیسک قدیمی شما، یک موتور DC کوچک و بسیار دقیق وجود دارد که صفحات مغناطیسی (پلاتر) را با سرعتی ثابت، معمولاً 7200 دور در دقیقه، میچرخاند تا هد خواندن/نوشتن بتواند به دادهها دسترسی پیدا کند.
این مثالها نشان میدهند که موتورها در اندازهها و توانهای مختلف، از بسیار کوچک (در ویبره موبایل) تا غولپیکر (در کارخانههای فولادسازی)، تقریباً در هر جنبهای از فناوری مدرن حضور دارند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
۱. موتور الکتریکی (Electric Motor)
۲. الکترومغناطیس (Electromagnetism): شاخهای از فیزیک که به مطالعه برهمکنش میدانهای الکتریکی و مغناطیسی میپردازد.
۳. جریان مستقیم - DC (Direct Current): جریانی که جهت آن همواره ثابت است، مانند باتری.
۴. جریان متناوب - AC (Alternating Current): جریانی که جهت و مقدار آن به طور متناوب تغییر میکند، مانند برق پریز خانگی.
۵. آرمیچر (Armature): قسمت متحرک و سیمپیچی شده یک موتور یا ژنراتور که در میدان مغناطیسی میچرخد.
۶. روتور (Rotor): بخش دوار یک ماشین الکتریکی.
۷. استاتور (Stator): بخش ثابت و غیرمتحرک یک ماشین الکتریکی که معمولاً میدان مغناطیسی را ایجاد میکند.
۸. کموتاتور (Commutator): یک کلید دوار الکتریکی که در موتورها و ژنراتورهای DC جهت جریان را در سیمپیچهای روتور در هر نیمدور معکوس میکند.
۹. جاروبک (Brush): قطعهای از جنس کربن که جریان الکتریکی را به کموتاتور متحرک منتقل میکند.
۱۰. روتور قفس سنجابی (Squirrel-Cage Rotor): نوعی روتور رایج در موتورهای AC که از میلههای فلزی موازی تشکیل شده و شکلی شبیه قفس سنجاب دارد.
۱۱. گشتاور (Torque): معیاری برای اندازهگیری نیروی چرخشی که موتور میتواند ایجاد کند.
۱۲. ژنراتور (Generator): وسیلهای که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند (عمل عکس موتور).
