هدف از مقاله این است تا بفهمیم روتور و استاتور چیست و این اجزا چگونه کار میکنند؟ موتورهای الکتریکی نقش حیاتی در بسیاری از صنایع و کاربردهای روزمره ما دارند. این دستگاهها توان الکتریکی را به توان مکانیکی تبدیل میکنند و اجزای متحرک و ثابت بسیاری از ماشینآلات را به حرکت درمیآورند. دو بخش اصلی و اساسی هر موتور الکتریکی، روتور و استاتور هستند. روتور به عنوان بخش متحرک و استاتور به عنوان بخش ثابت موتور، با همکاری یکدیگر عملکرد موتور را ممکن میسازند.
درک دقیق نحوه کار این دو قسمت، کلید شناخت بهتر موتورهای الکتریکی و بهینهسازی کاربرد آنها است. در ادامه به بررسی دقیقتری از این مسئله که روتور و استاتور چیست، اجزای آنها، وظایف هر کدام و نحوه تعامل آنها در تولید حرکت مکانیکی میپردازیم. با ما همراه شوید تا به صورت جامع و کاربردی این اجزا و عملکرد آنها را معرفی کنیم.
منظور از روتور و استاتور چیست؟
در خصوص بحث روتور و استاتور چیست، باید گفت که روتور در داخل استاتور قرار دارد و بر روی شفت موتور نصب میشود. این قطعه به سبب دریافت انرژی الکتریکی وارد شده به الکتروموتور میچرخد. با چرخش روتور درون استاتور، شافت موتور به گردش در آمده و در نهایت باعث حرکت دستگاههای مرتبط مانند گیربکس صنعتی میشود. روتور را از ورقههای نازک فلزی (فولادی) با هستههایی از جنس آلومینیوم یا مس در داخل آن میسازند. گاهی به جای واژه “روتور” آن را با عناوینی مثل “شفت” یا “آرماتور” نیز معرفی میکنند. بین استاتور و روتور شکاف هوایی وجود دارد که القای مغناطیسی انرژی را بین این دو منتقل میکند و گشتاور تولید شده، روتور را میچرخاند.
استاتور نیز در واقع یک استوانه توخالی ساخته شده از چندین لایه فلزی است که در موتور الکتریکی ثابت میماند. همانطور که گفتیم چرخش روتور درون استاتور، انرژی تولید کرده و باعث حرکت موتور میشود. بر روی ورقههای فلزی استاتور شیارهایی وجود دارد که سیمپیچها (کلافها) درون این شیارها قرار میگیرند. هر کلاف هستههایی درون خود دارد که یک آهنربای مغناطیسی را تشکیل میدهد. با اتصال مستقیم کلافهای استاتور به منبع انرژی الکتریکی و با جریان AC، یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید میشود.
اصول عملکرد روتور و استاتور در موتورهای الکتریکی
حال به موضوع شیوه عملکرد روتور و استاتور چیست، میپردازیم. با رسیدن جریان برق سه فاز یا تک فاز به سیمپیچهای استاتور و برقراری جریان، طبق قانون آمپر، یک نیروی مغناطیسی به وجود میآید که بر اساس قانون فارادی، ولتاژی را در کنداکتورهای میلهای داخل روتور القا خواهد کرد. در نتیجه، جریان در میلههای روتور برقرار میشود و میدان مغناطیسی در اطراف آنها شکل میگیرد. این میدان مغناطیسی، نیرویی را به کنداکتورهای موجود در میدان وارد میکند که به وسیله آن، چرخش روتور ممکن میشود. برای تسهیل چرخش روتور درون استاتور، بلبرینگهایی در دو طرف شافت خروجی قرار دارند که چرخش دورانی و پیوسته را امکانپذیر میکنند.
انواع گشتاور و دسته بندی موتورهای الکتریکی
گشتاور در موتورهای الکتریکی انواع مختلفی دارد که هر یک کاربرد و نقش خاصی را در عملکرد موتور ایفا میکنند. انواع گشتاورها به شرح زیر هستند:
گشتاور روتور قفل شده:
- گشتاوری است که توسط موتور در حالت توقف (زمانی که روتور قفل شده است) ایجاد میشود که آن را به عنوان گشتاور شروع نیز میشناسند.
- کاربرد: در شروع حرکت موتور برای غلبه بر مقاومت اولیه بار
گشتاور شتاب:
- گشتاور شتاب (گشتاور pull-up) گشتاوری بوده که موتور در زمان شتابگیری تولید میکند. در ابتدا ممکن است این گشتاور کمی کاهش یابد، اما سپس برای رسیدن به مقدار حداکثری با افزایش سرعت، گشتاور نیز بالا میرود.
- کاربرد: در فرآیند شتابگیری موتور برای رسیدن به سرعت نامی
گشتاور شکست:
- به بیشترین گشتاوری که موتور میتواند در حین کار تولید کند میگویند که پس از آن نیز گشتاور کم خواهد شد. این نوع گشتاور نشاندهنده حداکثر توان موتور در شرایط بهینه است.
- کاربرد: برای تعیین توانایی موتور در مواجهه با بارهای سنگین و لحظات اوج بار
از طرفی میتوان موتورهای الکتریکی را با توجه به نظر انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) و بر اساس گشتاور به پنج دسته متفاوت تقسیمبندی کرد:
دسته A:
کاربرد: برای فنها، پمپها و دمندهها که نیاز به گشتاور شروع بالایی ندارند.
دسته B:
کاربرد: مشابه دسته A، برای کاربردهایی که نیازی به گشتاور شروع بزرگ نیست.
دسته C:
کاربرد: در مواردی که موتور باید زیر بار شروع به کار کند؛ مانند تسمه نقاله، کمپرسور، سنگشکن، همزن و پمپهای رفت و برگشتی.
دسته D:
کاربرد: برای کاربردهایی که نیاز به گشتاور شروع بالا دارند، مانند آسانسورها، بالابرها، پمپاژ نفت و گاز و دستگاههای پرس پانچ.
دسته E:
کاربرد: مشابه دستههای A و B، برای فنها، پمپها و دمندهها.
این دستهبندیها به مهندسان و تکنسینها کمک میکند تا موتورهای مناسب برای کاربردهای خاص انتخاب شوند و عملکرد بهینهای را ارائه دهند.
کاربردهای الکتروموتور
الکتروموتورهای دارای روتور و استاتور در بسیاری از ماشینآلات و تجهیزات مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. برخی از این کاربردها عبارتند از:
- دستگاههای تراش
- دستگاههای CNC
- آسانسورها
- وینچهای برقی
- گیربکسهای صنعتی
- پلههای برقی
- بلوورها
- و …
استفاده از این الکتروموتورها به دلیل عملکرد قابل اعتماد و کارایی بالا، به طور گستردهای در صنایع گوناگون دیده میشود.
مقایسه کلی روتور و استاتور
در موتورهای الکتریکی، روتور و استاتور دو بخش اساسی و کلیدی هستند که در عملکرد موتور نقشی حیاتی دارند. هر یک از این اجزا دارای ویژگیها و وظایف خاصی هستند که تفاوتهای مهمی را بین آنها ایجاد میکند. در ادامه مقایسهای از این دو بخش را برای فهم بهتر مسئله روتور و استاتور چیست، آوردهایم:
- استاتور در موتور ثابت میماند در حالی که روتور بر اثر اعمال انرژی میچرخد.
- استاتور شامل سه قسمت اصلی است: هسته استاتور، سیمپیچ استاتور و قاب بیرونی. در مقابل، روتور از هسته روتور و سیمپیچ میدان تشکیل شدهاند.
- سیمپیچ استاتور به منبع تغذیه سه فاز متصل است، در حالی که روتور توسط منبع انرژی تحریک میشود.
- استاتورها آرایش سیمپیچ پیچیدهتری به نسبت روتور دارند.
- سیمپیچ استاتور به دلیل ولتاژ بالایی که در آن القا میشود، به صورت قویتری عایق شدهاند، در حالی که عایق روتور کمتر است.
- سیمپیچ استاتور اندازه بزرگتری برای حمل جریان سنگینتر، نسبت به سیمپیچ میدان روتور دارند.
- سیستم خنککننده استاتور بهتر از روتور عمل میکند؛ زیرا استاتور ثابت است.
- همچنین، از آنجایی که وزن روتور در مقایسه با استاتور کمتر است، اتلاف اصطکاک در روتور نیز پایین میآید.
جمع بندی
در این مطلب به موضوع روتور و استاتور چیست و عملکرد آنها پرداخته شد. موتورهای الکتریکی از دو بخش اصلی تشکیل شدهاند: استاتور و روتور. استاتور بخش ثابت موتور است که با منبع تغذیه سه فاز، میدان مغناطیسی چرخانی ایجاد میکند. روتور بخش متحرک موتور است که درون استاتور قرار دارد و با تحریک منبع انرژی، به چرخش در میآید. این تعامل بین استاتور و روتور باعث تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی میشود. انواع مختلف گشتاور، از جمله گشتاور شروع، گشتاور شتاب و گشتاور شکست، هر یک نقشهای متفاوتی در مراحل مختلف عملکرد موتور ایفا میکنند. این ترکیب و تعامل بین روتور و استاتور، موتورهای الکتریکی را قادر میسازد تا در صنایع گوناگون به کار روند.
سوالات متداول
- روتور و استاتور چیست؟
به عنوان بخشهای اصلی موتورهای الکتریکی، استاتور بخش ثابت است که با اتصال به منبع تغذیه سه فاز، میدان مغناطیسی چرخان ایجاد میکند. روتور، بخش متحرک درون استاتور نیز با تحریک منبع AC، میچرخد.
- چگونه تعامل بین استاتور و روتور باعث تولید انرژی مکانیکی میشود؟
استاتور با ایجاد میدان مغناطیسی چرخان، روتور را تحریک کرده و ایجاد میدان مغناطیسی میکند. چرخش روتور باعث تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی میشود تا موتورهای الکتریکی عملکرد خود را انجام دهند.
- انواع گشتاور در موتورهای الکتریکی کدامند؟
انواع مختلف گشتاور شامل گشتاور روتور قفل شده، گشتاور شتاب و گشتاور شکست هستند که هر یک از این گشتاورها نقشهای متفاوتی در مراحل مختلف عملکرد موتور ایفا میکنند.
بیشتر بخوانید:
الکتروموتورهای AC و DC چه تفاوتی با هم دارند؟