موتور الکتریکی: قلب تپنده ماشینها
سفر برق به حرکت: اصول بنیادی چگونه است؟
برای فهمیدن موتور الکتریکی، باید چند جزء ساده و یک قانون اصلی را بشناسیم. همه چیز از یک کشف مهم شروع میشود: اگر جریان الکتریکی از داخل یک سیم عبور کند، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی ایجاد میشود. حالا اگر این سیم را به شکل یک سیمپیچ1 (چند حلقه سیم) دربیاوریم، این میدان مغناطیسی قویتر میشود و درست مثل یک آهنربا عمل میکند.
حالا قانون جذابیت و دفع: قطبهای همنام آهنرباها یکدیگر را میرانند و قطبهای ناهمنام یکدیگر را میکشند. موتور الکتریکی با استفاده هوشمندانه از همین نیرو کار میکند. یک قسمت از موتور (معمولا بیرونی) آهنربای دائمی است و قسمت متحرک داخل آن، یک آهنربای الکتریکی (سیمپیچی است که با برق، خاصیت آهنربایی پیدا میکند). با تغییر جهت جریان برق در سیمپیچ، قطبهای آن به سرعت عوض میشوند و در نتیجه، نیروی رانش و کشش مداوم بین آن و آهنربای دائمی ایجاد شده و باعث چرخش قسمت متحرک میگردد.
انواع موتورهای الکتریکی: کدام یک کجا به کار میروند؟
موتورهای الکتریکی را میتوان براساس نوع برق مصرفی و ساختار داخلی تقسیمبندی کرد. این جدول به شما کمک میکند مهمترین انواع آن را بشناسید:
| نوع موتور | نوع برق مصرفی | ویژگی کلیدی | نمونههای کاربردی |
|---|---|---|---|
| موتور جریان مستقیم (DC)3 | باتری، آداپتور | کنترل سرعت آسان، گشتاور4 راهاندازی خوب | اسباببازیهای متحرک، پنکه قابل حمل، برفپاککن ماشین، درب بازکن برقی |
| موتور جریان متناوب (AC)5 قفس سنجابی | پریز برق خانه | ساختار ساده، محکم و کمهزینه، سرعت تقریباً ثابت | ماشین لباسشویی، یخچال، پنکه سقفی، آبمعدنی |
| موتور پلهای6 | پالسهای کنترلشده دیجیتال | کنترل دقیق موقعیت و زاویه چرخش | پرینترهای سهبعدی، اسکنرها، رباتهای کوچک، لنز دوربین |
| موتور یونیورسال7 | هم DC و هم AC | سرعت بسیار بالا، گشتاور زیاد | دریل، آسیاب و مخلوط کن دستی، جاروبرقی |
از آشپزخانه تا خیابان: موتورها همه جا هستند!
بیایید یک روز عادی را با موتورهای الکتریکی مرور کنیم. صبح که از خواب بیدار میشوید، ساعت زنگدار دیجیتال شما ممکن است با یک موتور پلهای کوچک کار کند. در آشپزخانه، مخلوط کن با یک موتور یونیورسال قوی، میوهها را خرد میکند. یخچال شما با یک موتور AC کمپرسور خود را میچرخاند تا خنک بماند. برای رفتن به مدرسه، اگر سوار اتوبوس برقی شوید، چرخهای آن با موتورهای الکتریکی غولپیکر به حرکت درمیآیند.
حتی در بازی و سرگرمی: کنترل بازی (جویاستیک) ارتعاشات خود را از یک موتور کوچک میگیرد. سی دی رام قدیمی یا هارددیسک کامپیوتر هم با یک موتور دقیق میچرخند تا اطلاعات را بخوانند. این نشان میدهد که موتور الکتریکی چقدر در زندگی ما نفوذ کرده و آن را راحتتر کرده است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. موتور الکتریکی یک مبدل انرژی است، نه یک تولیدکننده انرژی. این موتور انرژی الکتریکی را که از باتری یا پریز میگیرد، به انرژی حرکتی (چرخش) تبدیل میکند. در این تبدیل، مقداری از انرژی اولیه به شکل گرما تلف میشود. پس انرژی خروجی همیشه کمتر از انرژی ورودی است.
پاسخ: این به طراحی داخلی و سیمپیچی آنها برمیگردد. موتورهای DC برای کارکردن نیاز به جریانی با جهت ثابت دارند که باتری فراهم میکند. موتورهای AC برای ایجاد میدان مغناطیسی دوار، به جریانی که جهت آن مرتباً عوض میشود (جریان متناوب پریز) نیاز دارند. موتور یونیورسال به گونهای ساخته شده که با هر دو نوع جریان کار میکند.
پاسخ: گرم شدن موتور به دو دلیل اصلی است: ۱) اصطکاک بین قطعات متحرک. ۲) مقاومت سیمها داخل موتور. وقتی جریان برق از سیمهایی با مقاومت عبور میکند، بخشی از انرژی الکتریکی به جای حرکت، به گرما تبدیل میشود. این یک شکل از اتلاف انرژی در موتور است. در وسایلی مثل سشوار، از این گرمای تولیدشده به طور مفید برای خشک کردن مو استفاده میکنند!
پاورقی
1سیمپیچ (Coil): به چندین دور سیم پیچیده شده به دور یک هسته (معمولاً فلزی) گفته میشود. با عبور جریان، به یک آهنربای الکتریکی قوی تبدیل میگردد.
2ژنراتور (Generator): وسیلهای که انرژی مکانیکی (حرکتی) را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. عمل عکس موتور الکتریکی.
3موتور جریان مستقیم (DC Motor): موتوری که با جریان مستقیم (Direct Current) کار میکند. جهت جریان در این نوع برق ثابت است، مانند باتری.
4گشتاور (Torque): همان نیروی چرخشی یا همان قدرت پیچش است. موتوری با گشتاور بالا میتواند اجسام سنگین را به راحتی بچرخاند یا از حالت سکون حرکت دهد.
5موتور جریان متناوب (AC Motor): موتوری که با جریان متناوب (Alternating Current) کار میکند. جهت جریان در این نوع برق به صورت متناوب و با فرکانس مشخص (مثلاً ۵۰ بار در ثانیه در ایران) تغییر میکند.
6موتور پلهای (Stepper Motor): موتوری که چرخش آن به صورت قدمهای زاویهای دقیق و گسسته کنترل میشود، نه چرخش پیوسته.
7موتور یونیورسال (Universal Motor): نوعی موتور که هم با جریان مستقیم (DC) و هم با جریان متناوب (AC) کار میکند. اغلب در ابزارهای برقی دستی پرسرعت استفاده میشود.
