الکتروموتور DC چیست و چگونه کار می کند؟

به موتورهای الکتریکی که برای کار کردن، از منبع برق با جریان مستقیم استفاده می‌کنند، الکتروموتور DC (DC Electromotor) می‌گویند. این موتورها با جریان برق مستقیم (DC) مانند باتری یا منبع تغذیه DC تغذیه می‌شوند. کموتاتور، استاتور، آرمیچر و جاروبک مهمترین اجزای موتورهای دی سی محسوب می‌شوند. الکتروموتورهای دی سی در دو نوع تولید می‌شوند که عبارتند از انواع برس‌دار و انواع بدون برس (بدون جاروبک). انواع برس‌دار می‌توانند دارای آهنربای دائمی و یا آهنربای الکترومغناطیسی باشند. تفاوت الکتروموتور DC برس‌دار و بدون جاروبک این است که اولی برای کار در سرعت ثابت، به مدار درایو نیاز ندارند اما انواع بدون جاروبک، به مدار درایو نیاز دارند. گشتاور راه اندازی بالا، قابلیت کار در سرعت‌های بالا و قابلیت کنترل سرعت از مزیت‌های تمامی الکتروموتورهای DC است. سرعت، گشتاور و ولتاژ عملیاتی مهمترین پارامترهای عملکردی در این موتورها محسوب می‌شوند. استفاده در جرثقیل، آسانسور، خودرو، اسباب بازی و لوازم منزل، از کاربردهای الکتروموتورهای dc است.

الکتروموتور DC چیست؟

ماشین‌های DC ستون فقرات دستگاه های الکترومکانیکی هستند. دو دسته اصلی از ماشین‌های DC وجود دارد: موتورهای DC و ژنراتورهای DC. موتورهای DC برق جریان مستقیم (DC) را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کنند، ژنراتورهای DC در درجه اول نیروی مکانیکی را به برق DC تبدیل می‌کنند. در مقایسه موتورهای DC با موتورهای AC  از نظر بازده، موتورهای DC به دلیل طراحی ساده‌تر و جریان مستقیم، راندمان بهتری ارائه می‌دهند. آنها برای استفاده در زیر آب با عایق مناسب و اجزای مهر و موم شده مناسب هستند.

اجزای اصلی الکتروموتور DC

یک موتور dc از قسمت های مختلفی تشکیل شده است. اما کموتاتور، استاتور، روتور و برس‌ها (جاروبک) چهار بخش اساسی طراحی یک موتور DC را تشکیل می‌دهند.

1- استاتور

استاتور یا مولد، تولید کنندۀ میدان مغناطیسی است و یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند.

2- روتور (آرمیچر)

روتور یا همان آرمیچر، تولید کنندۀ میدان مغناطیسی است. کموتاتور و سیم‌های سیم پیچ، روی آرمیچر قرار دارند. آرمیچر شامل یک هسته آهنی است. این هسته آهنی از یک ساختار ورقه ورقه ساخته می شود؛ حالت ورقه ورقه در هسته آهنی، باعث می شود تا ایجاد جریان های گردابی در هستۀ آرمیچر، به کمترین مقدار برسد.

3- کموتاتور از اجرای اصلی موتورهای dc

کموتاتور یک قطعه الکتریکی است که وظیفه آن، معکوس کردن جهت جریان در سیم پیچ‌های آرمیچر، است. به دلیل این که موتور DC از جریان مستقیم برق استفاده می‌کند، برای به چرخش درآوردن آرمیچر، لازم است جهت جریان در هر سیکل 2 بار تغییر کند. این عوض شدن باید به صورت مداوم و منظم صورت گیرد که کموتاتور آن را انجام می‌دهد.

4- جاروبک

جاروبک (برس) یکسو کننده گشتاور موجود در موتور می‌باشد و جنس آن معمولاً از مس و کربن است. اتصال منبع تغذیه DC به سیم‌پیچ‌های روتور توسط برس‌هایی که به عنوان کنتاکت‌های کشویی عمل می‌کنند، آسان‌تر می‌شود. برخی از موتورهای دی سی بدون جاروبک و برخی دیگر دارای جاروبک هستند. برخلاف کموتاتور که متحرک است، جاروبک ها از اجزای ثابت موتورهای dc محسوب می‌شوند.

علاوه بر این چهار قطعه اصلی، الکتروموتورهای DC دارای چرخ دنده نیز هستند. چرخ دنده در موتورها برای افزایش یا کاهش سرعت شفت استفاده می‌شود. چرخ دنده‌هایی که در موتورهای DC مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل انواع زیر است:

• چرخ دنده خار.
• چرخ دنده سیاره ای.
• چرخ دنده هارمونیک.
• چرخ دنده کرمی .
• چرخ دنده مخروطی (مورب).

انواع الکتروموتور DC

الکتروموتورهای دی سی بسته به اینکه در ساختار خود، دارای جاروبک (برس) باشند یا نباشند، به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1. الکتروموتور dc برس دار (Brushed DC motors)
2. الکتروموتور dc بدون برس (Brushless DC motors)

موتورهای DC برس دار با اتصال مستقیم به منبع برق DC کار می‌کنند.

موتورهای DC بدون برس، به مدار محرک نیاز دارند و با تامین جریان مناسب از طریق سیم‌پیچ‌های ساکن بر اساس جهت شناسایی شده قطب‌های مغناطیسی روتور کار می‌کنند.

الکتروموتور dc برس دار

ساخت الکتروموتورهای دی سی برس‌دار هزینه کمتری نسبت به موتورهای بدون برس دارد. همچنین، کنترل آن‌ها ساده‌تر است. DCهای برس‌دار، به دلیل نداشتن وسایل الکترونیکی، برای استفاده در محیط های خشن کارآمد هستند. موتورهای برس دار بسته به اینکه از چه آهن ربایی استفاده می کنند، به دو نوع تقسیم می‌شوند:

1. موتورهای dc برس دار با آهنربای دائمی.
2. موتورهای dc برس دار با آهنربای الکترومغناطیس.

1- الکتروموتور DC برس دار با آهنربای دائمی

از میان انواع الکتروموتور DC، انواع برس دار با آهنربای دائمی، پر استفاده‌ترین نوع موتور الکتریکی است که در سراسر جهان استفاده می‌شود. رایج‌ترین کاربرد آن، استفاده در موتورهای کمکی خودروها است.

الکتروموتورهای دی سی برس دار با آهنربای دائمی، خود به سه نوع تقسیم می‌شوند:

• الکتروموتورهای شکاف دار.
• الکتروموتورهای بدون شکاف.
• الکتروموتورهای بدون هسته.

این تقسیم بندی، بر اساس پیکربندی آرمیچر موجود در الکتروموتور است.

2- الکتروموتور DC برس دار با آهنربای الکترومغناطیس

در این نوع از موتورهای DC برس دار، از آهنرباهای الکتریکی برای تولید شار مغناطیسی استفاده می شود. بسته به نحوه پیکربندی اتصال الکتریکی بین سیم‌پیچ میدان و سیم‌پیچ آرمیچر، انواع مختلفی از الکتروموتور دی سی با آهنربای الکترومغناطیس تولید می‌شود که عبارتند از:

1. موتورهای سیم‌پیچ توزیع‌شده (distributed-winding).
2. الکتروموتورهای سری‌پیچ (series-wound).
3. موتورهای با تحریک مجزا (separately-excited motors).

این پیکربندی برای موتورهای با خروجی متوسط ​​به بالا استفاده می شود.

الکتروموتور DC بدون جاروبک

برخی از موتورهای الکتریکی که با منبع برق مستقیم (جریان مستقیم) کار می‌کنند، طوری ساخته می‌شوند که سیم پیچ های‌شان ثابت می‌ماند. این موتورهای DC نیازی به برس و کموتاتور ندارند. از این رو، برس (جاروبک) در آن‌‌ها تعبیه نمی‌شود. به این موتورهای الکتریکی، الکتروموتور DC بدون جاروبک گفته می‌شود. بر اساس نحوه اتصال آهنرباهای دائمی به روتور، دو نوع موتور دی سی بدون جاروبک تولید می‌شود:

1. موتور DC با آهنربای دائمی داخلی (IPM): آهنرباهای دائمی در داخل روتور تعبیه شده‌اند.
2. موتور DC با آهنربای دائمی سطحی (SPM): آهنرباهای دائمی به محیط بیرونی روتور متصل می‌شوند.

مزایا و معایب الکتروموتورهای DC

مزیت الکتروموتور dc برس دار

موتورهای DC برس‌دار مزیت‌های زیر را دارند:

• کوچک کردن آنها آسان است
• کنترل خوبی از چرخش را همراه با راندمان بالا فراهم می‌کنند.
• برای کار در سرعت ثابت، نیازی به مدار درایو ندارند.
• قادر به کار در سرعت های بالا.
• گشتاور راه اندازی بالا.
• استفاده آسان زیرا سرعت و گشتاور را می‌توان با ولتاژ کنترل کرد.

معایب موتورهای دی سی برس دار

به دلیل نیاز به برس و کموتاتور و وجود این دو آیتم، موتور در معرض سایش است و عمر آن کوتاه می‌شود. برس‌ها نیز صدا و نویز الکتریکی ایجاد می‌کنند.

مزایای الکتروموتور DC بدون جاروبک

• طراحی با راندمان بالا.
• کنترل سرعت.
• قادر به کار در سرعت های بالا.
• گشتاور راه اندازی بالا.

موتورهای DC بدون جاروبک، برس و کموتاتور را ندارند. نبودن این دو آیتم سبب ایجاد مزایای زیر در این موتورها می‌گردد:

• عمر طولانی
• نگهداری آسان
• کم صدا

معایب موتور دی سی بدون جاروبک

موتورهای دی سی بدون جاروبک، برای کار در سرعت ثابت، به مدار درایو نیاز دارند. وجود برس و کموتاتور سه مزیت بالا را در الکتروموتورهای برس‌دار، از بین می‌برد و این، از نقاط ضعف موتورهای DC برس‌دار است. البته استفاده از چرخ دنده‌های سیاره‌ای می‌تواند به کم کردن نویز در موتورهای برس‌دار کمک کند.

کاربرد الکتروموتورهای DC

الکتروموتورهای DC به طرق مختلف و در اشکال مختلف در زندگی روزمره ما استفاده می‌شوند. طراحی ساده، گشتاور راه‌اندازی قوی و قابلیت‌ بسیار خوب در کنترل سرعت متغیر، باعث شده موتورهای DC در بسیاری از صنایع، استفاده گسترده ای داشته باشند. برای بسیاری از کاربردها که دقت، سازگاری و کارایی بسیار مهم است موتورهای DC نقش اساسی دارند.

1. استفاده در ساخت ابزارهای برقی.
2. ساخت لوازم خانگی مثل یخچال، آبگرمکن و سیستم‌های تهویه مطبوع.
3. اسباب بازی ها.
4. استفاده از الکتروموتور dc در خودروها.
5. کاربردهای صنعتی.
6. دستگاه های پزشکی.
7. دستگاه های خودپرداز بانک ها (عابر بانک).

1- الکتروموتور dc در ابزارهای برقی

موتورهای DC نیروی محرکه بسیاری از ابزارهای برقی از جمله مته، اره، سنباده و غیره هستند. گشتاور راه اندازی بالای موتورهای DC تضمین می کند که این ابزارها به سرعت و به طور مؤثر حرکت را آغاز کنند و قدرت لازم را برای کارهای مختلف از نجاری گرفته تا ساخت فلز، فراهم کنند.

2- لوازم خانگی

در قلمرو لوازم خانگی، موتورهای DC در پنکه‌ها، جاروبرقی، ماشین لباسشویی و سایر وسایل اینچنینی جا دارند. ویژگی کنترل سرعت متغیر موتورهای دی سی، امکان عملکرد سفارشی را فراهم می کند.

3- الکتروموتور dc در اسباب بازی ها

از ماشین های کنترل از راه دور گرفته تا هواپیماهای بدون سرنشین، موتورهای DC به حرکت پویای اسباب بازی‌ها کمک می‌کنند. توانایی کنترل سرعت و جهت، آنها را برای ایجاد تجربه‌های بازی لذت‌بخش و پاسخ‌گو، ایده‌آل می‌کند و کاربران در هر سنی را مجذوب خود می‌کند.

4- کاربرد الکتروموتور dc در خودرو

موتورهای DC نقش مهمی در صنعت خودرو دارند و به اجزای مختلف کمک می‌کنند. موتورهای استارت که وظیفه راه اندازی موتور را بر عهده دارند، به گشتاور راه اندازی بالای موتورهای DC متکی هستند. علاوه بر این، برف پاک کن‌ها و تنظیم کننده های پنجره از کنترل دقیق سرعت ارائه شده توسط موتورهای DC بهره می‌برند.

از طرف دیگر، سرعت موتورهای دی سی برس‌دار را می‌توان فقط با یک تغییر ولتاژ کنترل کرد. در مقابل، موتورهایی که با برق AC  تغذیه می‌شوند، برای تغییر سرعت نیاز به تغییر فرکانس دارند؛ این نوع کنترل سرعت، پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر است. کنترل سرعت تنها با یک تغییر ولتاژ، باعث می‌شود موتورهای DC برای تجهیزات سیستم‌های 12VDC در خودروها تا موتورهای نوار نقاله مناسب‌تر باشند. این سیستم‌ها به کنترل سرعت دقیق برای طیفی از سرعت‌های بالاتر و پایین‌تر از سرعت‌های نامی نیاز دارند.

5- کاربردهای صنعتی

در صنعت، موتورهای DC در طیف متنوعی از ماشین آلات کاربرد دارند. نوار نقاله‌ها، آسانسورها و جرثقیل‌ها از قابلیت‌های گشتاور بالا و دقت کنترل سرعت موتورهای DC استفاده می‌کنند و از عملیات کارآمد و ایمن در تولید و تدارکات اطمینان می‌دهند.

6- دستگاه‌های پزشکی

در حوزه مراقبت‌های پزشکی، موتورهای DC نیرو محرکه دستگاه‌های پزشکی حیاتی هستند. پمپ‌های انسولین که توسط افراد دیابتی برای تحویل دقیق و کنترل شده انسولین استفاده می‌شود، اغلب به قابلیت‌های کنترل سرعت متغیر موتورهای DC متکی هستند. ویلچرها نیز از سادگی و سازگاری طراحی موتورهای DC بهره می‌برند.

نحوه کار الکتروموتور DC چگونه است؟

نحوه کار الکتروموتور DC را به صورت خلاصه می‌توان در سه مرحله و به صورت زیر شرح داد.

1. مرحلۀ اول: تولید و ایجاد میدان مغناطیسی.
2. مرحلۀ دوم: نیروی محرک وارد بر آرمیچر.
3. مرحلۀ سوم: تغییر جهت برق توسط کموتاتور.

1- تولید میدان مغناطیسی در موتور

همانطور که قبلا هم بیان شد، یکی از اجزای مهم موتورهای DC جاروبک دار، برس‌ها هستند. برس‌ها اتصال بین منبع تغذیه خارجی و سیم پیچ های روتور را تسهیل می‌کنند. جریان DC ابتدا از طریق برس‌ها جریان می‌یابد.

سپس جریان DC از از سیم پیچ های روتور (آرمیچر) عبور می‌کند و یک میدان مغناطیسی در اطراف روتور ایجاد می‌گردد. بدون وجود این میدان مغناطیسی، موتور نمی‌تواند کار کند.

از طرف دیگر، استاتور نیز که توسط آهنربا تغذیه می‌شود، یکباره میدان مغناطیسی خود را ایجاد می‌کند. میدان مغناطیسی حاصل از استاتور با میدان مغناطیسی حاصل از آرمیچر، به تعامل دینامیکی می‌رسند. در این میان، کفشک قطب (Pole Shoe) به بهبود توزیع شار مغناطیسی در شکاف هوایی بین قطب ها و روتور عمل می‌کند. به این ترتیب، باعث عملکرد دستگاه الکتروموتور dc می‌شود.

2- ایجاد نیروی محرک بر آرمیچر

در نتیجه برهم کنش میدان مغناطیسی حاصل از آرمیچر و استاتور با یکدیگر، نیرویی بر آرمیچر وارد می‌آید.

سیم پیچ آرمیچر یک هادی حامل جریان است. بر اساس قوانین الکترومغناطیس، این سیم پیچ در معرض نیروی میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد. وقتی این نیرو به آرمیچر برخورد کند، شروع به چرخش می‌کند. این شروع چرخش، یک مرحله مهم در عملکرد الکتروموتور DC است. قدرت چرخش آرمیچر محدود است؛ بنابراین، برای حفظ چرخش کنترل شده و مداوم، مکانیزمی لازم است که تضمین کند نیروی وارد بر آرمیچر در جهت یکنواخت باقی می‌ماند. برای ادامه حرکت آرمیچر، شارش جریان در حلقه باید برعکس شود. این کار توسط کموتاتور صورت می‌گیرد.

3- تغییر جهت شارش برق توسط کموتاتور

کموتاتور قطعه‌ای است که جهت برق را تغییر می‌دهد. این قطعه، با انتهای کلاف‌های آرمیچر در تماس است. در سراسر مسیر چرخشی آرمیچر، کموتاتور در مکان‌های معینی بطور هوشمندانه‌ جهت جریان عبوری از سیم‌پیچ‌های روتور را تغییر می‌دهد. کموتاتور علاوه بر تغییر جهت شارش برق، چرخش آرمیچر را نیز در یک جهت نگه می‌دارد.

کموتاتور قطبیت میدان مغناطیسی آرمیچر را با چرخاندن سیم پیچ‌های آرمیچر در جهت عقربه های ساعت، در فواصل زمانی معین ثابت نگه می‌دارد. نیروی آرمیچر بدون توجه به موقعیت چرخش آرمیچر همیشه در یک جهت هدایت می‌شود. کموتاتور، نیروی مغناطیسی را در همان جهت نگه می‌دارد که به آرمیچر اجازه می‌دهد به طور مداوم و تحت کنترل بچرخد.

4- نقش جاروبک ها در کارکرد الکتروموتور DC

حال نوبت به جاروبک‌ها است. جریان حلقه از طریق مجموعه‌ای از جاروبک‌ها که در جوانب کموتاتور تعبیه شده‌اند به آرمیچر وارد و از آن خارج می‌شود. به این ترتیب، شارش جریان موتور الکتریکی را به کار می اندازد و این چرخه تا زمانی که شارش جریان ادامه پیدا کند، ادامه خواهد داشت.

خرید الکتروموتور DC

جهت استعلام قیمت و خرید انواع الکتروموتور اعم از الکتروموتور AC و الکتروموتورهای DC سه فاز می‌توانید با ما در شرکت گستره آبی تماس بگیرید. همچنین جهت بازدید از الکتروموتورهای برند موتوژن، می‌توانید به صفحه لیست قیمت الکتروموتور موتوژن مراجعه نمایید. گستره آبی، نماینده رسمی موتورهای موتوژن است، محصول مورد نظر شما را به تمامی نقاط ایران ارسال می‌کند. چنانچه نیاز به خرید و ست کردن الکتروموتور برای پمپ شناور خود دارید، جهت انتخاب صحیح و متناسب با کارکرد موردنیازتان، از مشاوره کارشناسان مجموعه گستره آبی بهره مند شوید: 44972920-021 و 44972921-021