تاریخچه الکتروموتور

در ۱۸۸۲ نیکولا تسلا اصول میدان مغناطیسی دوار را پایه گذاری کرد و راه را برای استفاده از میدان دوار به عنوان یک نیروی مکانیکی باز کرد. در سال ۱۸۸۳ او از این اصول برای طراحی یک موتور القایی دو فاز استفاده کرد. در ۱۸۸۵ «گالیلئو فراریس» (Galileo Ferraris) مستقلاً تحقیقاتی را در این باره آغاز کرد و در ۱۸۸۸ نتایج تحقیقات خود را در قالب مقاله ای به آکادمی سلطنتی علوم در تورین ایتالیا ارائه داد.

حرکتی که نیکولا تسلا در ۱۸۸۸ آغاز کرد چیزی بود که امروزه برخی از آن به عنوان «انقلاب صنعتی دوم» یاد می‌کنند، چرا که این حرکت به تولید آسان تر انرژی الکتریکی و همچنین امکان انتقال انرژی الکتریکی در طول مسافت‌های طولانی انجامید. قبل از اختراع موتورهای جریان متناوب به وسیله تسلا موتورها به وسیله حرکت دائم یک هادی در میان میدان مغناطیسی ثابت به حرکت در می‌آمدند. تسلا به این نکته اشاره کرد که می‌توان کلکتورهای موتور را حذف کرد بطوریکه موتور به وسیله میدانی دوار به حرکت در آید. تسلا بعدها موفق به کسب حق امتیاز شماره ۰٫۴۱۶٫۱۹۴ ایالات متحده برای اختراع موتور خود شد. این موتور که در بسیاری از عکس های تسلا نیز هست نوع خاصی از موتور القایی بود.

در سال ۱۸۹۰ میخایل اسیبوویچ یک موتور سه فاز روتور قفسی اختراع کرد. این نوع موتور امروزه به طور وسیعی برای کاربردهای گوناگون استفاده می شود.

انواع الکتروموتور (انواع دینام)

  • الکتروموتور تک فاز
  • الکتروموتور سه فاز

معمولا الکتروموتورها را بر اساس تعداد کلاف های استاتور تقسیم بندی می کنند.

 

الکتروموتور تک فاز

به دلیل قیمت مناسب و کم بودن هزینه نگهداری بیشترین مصرف را در صنعت دینام تک فاز دارند. در این مدل از الکتروموتورها از یک کلاف یا پیچه استفاده می شود و با یک منبع تغذیه متناوب تک فاز کار می کند. موتور تک فاز خود راه انداز نیست و در همه انواع الکتروموتور تک فاز، روتور از نوع قفس سنجابی است. هنگامی که موتور به یک منبع تغذیه تک فاز متصل است کلاف اصلی دارای جریانی متناوب می شود. این جریان متناوب میدان مغناطیسی ضربانی تولید می کند. به سبب القا، روتور تحریک می شود. چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است گشتاوری که برای چرخش موتور الکتریکی لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود. از این رو الکتروموتور تک فاز به دستگاه آغازگر (استارتر) نیاز دارد که می‌ تواند ضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید کند. استارتر الکتروموتور تک فاز اساسا کلاف اضافی در استاتور است (پیچ راه انداز). کلاف استارت می‌تواند دارای خازنهای سری و یا سوئیچ گریز از مرکز باشد.

هنگامی که ولتاژ تغذیه برقرار است جریان در کلاف اصلی به سبب مقاومت کلاف اصلی ولتاژ تغذیه را افت می دهد (ولتاژ به جریان تبدیل می شود). در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می شود. فعل و انفعال میان میدان های مغناطیسی که پیچه اصلی و دستگاه استارت (شامل پیچه کمکی و خازن) می سازند میدان برآیندی می سازند که در جهتی گردش می کند. محور الکتروموتور گردش را در جهت این میدان برآیند آغاز می کند. هنگامی که موتور به ۷۵ درصد دور مجاز خود می رسد یک سوئیچ گریز از مرکز پیچه استارت را از مدار خارج می کند. از این لحظه به بعد الکتروموتور تک فاز می تواند گشتاور کافی را برای ادامه کارکرد خود نگه دارد. بجز انواع خاص، معمولا همه موتورهای تک فاز فقط برای کاربری‌ های کمتر از 3 اسب بخار استفاده می شوند. با توجه به انواع تکنیک های استارت، الکتروموتور تک فاز AC به صورت زیر طبقه بندی می شود.

 

الکتروموتور سه فاز

برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از الکتروموتور سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می شود. الکتروموتور سه فاز از اختلاف فاز موجود بین فازهای منبع تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده می‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی‌ های مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی‌ ها القای جریان می کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می شود که محور الکتروموتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

 

برای اینکه محور الکتروموتور سه فاز به حرکت در بیاید بایستی همواره محور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به الکتروموتور بچرخد. در غیر این صورت میدان متعادل کننده های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع الکتروموتور صنعتی در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچ های روتور جریان میدان جدایی اعمال می شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در الکتروموتور همزمان وجود دارد، موتور الکتریکی به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می آید. الکتروموتورهای همزمان (سنکرون) را می توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت یک موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان مغناطیسی استاتور، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می کند. تغییر سرعت در این نوع از الکتروموتور صنعتی را می توان با داشتن دسته سیم پیچ های مختلف با تعداد قطب های مختلف در بخش استاتور که با استفاده از آنها سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می کند، ممکن ساخت. همچنین با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه، می توان کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت این نوع از موتور الکتریکی را داشت.