ساختار الکتروموتور DC

DC یا جریان مستقیم، موتور الکتریکی است که به وسیله‌ی 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.

سرعت دوران الکتروموتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ‌های الکتروموتور و بار قرار گرفته بر روی الکتروموتور یا همان گشتاور ترمزی بستگی دارد سرعت دوران الکتروموتور جریان مستقیم DC وابسته به ولتاژ ورودی و گشتاور آن وابسته به جریان عبوری است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم‌پیچها در سیم‌پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می‌شود.

بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعت‌های پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظیر لوکوموتیوها استفاده می‌کنند.به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیت‌های متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیت‌ها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. جنس جاروبکها معمولا از گرافیت میباشد

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 می‌شود.

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. نکته‌ی 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 می‌گیرد، 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.

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.

مزایای 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 واسطه‌ی 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.

جمع بندی موضوع الکتروموتور DC

وجود یکسو کننده در موتور DC یکی از عواملی است که گشتاور و ولتاژ ژنراتور DC را با هم یکسو می کند. به این نوع مکانیزم کموتاتور گفته می شود. این پدیده باعث فرسودگی هرچه بیشتر در این نوع الکتروموتور ها می شود. با توجه به این مسئله نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری نسبت به سایر مدل ها دارد. با پیشرفته تر شدن تکنولوژی و ورود رقبا به بازار، الکتروموتور DC دیگر کارایی قبل را ندارد. سابقا موتورهای DC در صنایع مختلف و دستگاه های اتوماتیک و اتوماسیون صنعتی سلطه گری می کردند.

رفته رفته با تغییر و تحولات رخ داده در عرصه الکترونیک کاربرد موتورهای DC دچار خدشه شد و به مرور جایگاه خود را در زمینه کنترل سرعت و میزان گشتاور به رقبای خود واگذار کرد. مدل های ساده و ابتدایی ماشین های DC برای ورود به بحث توسعه موتورهای القایی و سنکرون کمک بسیار زیادی می کند. البته باید در نظر داشت که همچنان در کارخانه های مختلف از الکتروموتورهای DC استفاده های فراوانی می شود و همچنان مشغول به کار هستند. بررسی و مطالعه این نوع از ماشین ها بینشی عمیق برای فهم و درک روش های کنترل پیشرفته ایجاد می کند.