موتور DC به‌عنوان دستگاه مبدل انرژی الکتریکی به مکانیکی در صنایع استفاده می‌شود. در این تجهیزات، انرژی الکتریکی ورودی در واقع همان جریان مستقیمی است که در نهایت به صورت چرخش مکانیکی در می‌آید. این موتورها به‌طور گسترده در کاربردهای مختلفی نظیر وسایل نقلیه الکتریکی، روباتیک و ماشین‌آلات صنعتی به کار می‌روند. همانطور که از نامش پیدا است، آنها را می‌توان با یک منبع ولتاژ DC به‌راحتی تغذیه کرد. جهت آشنایی بیشتر با ساختار، عملکرد، مزایا و سایر مشخصات الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم همراه ما باشید.
الکتروموتورهای DC چه کاربردهایی دارند؟
این موتورها (الکتروموتور) بیشتر برای محرک‌های ساده استفاده می‌شوند. یکی از مرسوم‌ترین و گسترده‌ترین کاربردهای موتورهای جریان مستقیم، در صنعت خودروسازی می‌باشد. در این صنعت از موتورهای DC برای فلپ‌ها و انواع شیرها بهره می‌برند. علاوه بر این، در مدلسازی نیز برای درایوهای سروو که در هدایت هواپیماها، اتومبیل‌ها و قایق‌ها از راه دور نقش دارند، از موتورهای DC استفاده می‌کنند. این موارد کاربردهای کلی موتورهای جریان مستقیم هستند. در زیر به بررسی دقیق‌تر کاربردهای مختلف انواع موتور DC می‌پردازیم.
۱. موتورهای Shunt DC
میدان موتورهای شنت به موازات سیم‌پیچ‌های آرمیچر متصل می‌گردد. میدان شنت را می‌توان به‌طور مجزا از سیم‌پیچ‌های آرمیچر تحریک کرد، در نتیجه، این موتورها تنظیم سرعت عالی فراهم می‌کنند. در ضمن موتورهای شنت از کنترل معکوس ساده‌ای هم برخوردارند. با توجه به سرعت نسبتا ثابت و گشتاور متوسط، اینها برای کاربردهای زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:
- پمپ گریز از مرکز و رفت‌وبرگشتی
- ماشین‌های تراش
- دمنده‌ها و فن‌ها
- ماشین‌آلات حفاری
- ماشین‌های فرز
- ابزارهای ماشینی
۲. موتورهای سری DC
موتورهای سری یکی دیگر از انواع موتور DC هستند که از یک سیم‌پیچ میدانی تشکیل شده‌اند. اینها برعکس موتورهای دائمی، نمی‌توانند سرعت را تنظیم کنند. در ضمن اگر موتورهای سری بدون بار کار کنند، بسیار خطرناک خواهد بود. این تجهیزات گشتاور راه‌اندازی بالا و سرعت متغیری دارند و برای موارد زیر به کار می‌روند:
- نوار نقاله
- بالابر و آسانسور
- جرثقیل‌ها
- لوکوموتیوهای الکتریکی
۳. موتورهای DC ترکیبی تجمیعی
اینها یک میدان شنت دارند که به‌طور جداگانه تحریک می‌شود و از این لحاظ مشابه موتورهای شنت هستند. این موتورها در کاربردهای درایو سرعت متغیر برای تنظیم سرعت با مشکلاتی مواجه می‌گردند. با این حال گشتاور راه‌اندازی بالا نیز از مشخصات بارز و مثبت این موتورها می‌باشد که امکان استفاده در کاربردهای زیر را پدید آورده است:
- کارخانه‌ها نورد
- آسانسورها
- صنایع برش
بررسی ساختار الکتروموتور DC یا جریان مستقیم
روتور و استاتور از جمله قطعات اصلی این موتورها می‌باشند. برخلاف موتورهای AC، استاتور غیرچرخشی موتور DC از آهنرباهای دائمی تشکیل شده است. آهنرباهای دائمی به یک کفه استوانه‌ای فلزی متصل می‌شوند. روتور دوار نیز شامل صفحات الکتریکی نازک و مجزا است. علاوه بر این، در قسمت های روتور و کموتاتور، سیم‌پیچ‌های جداگانه‌ای وجود دارند. پین‌ها یا برس‌های کربنی روی کموتاتور، میزان تماس را بهبود می‌بخشند و به قطب‌های مثبت و منفی متصل هستند. در ضمن موتور DC فقط دو ترمینال برای ولتاژ DC دارد.
الکتروموتور DC چه مزایا و معایبی دارد؟
مزایا و معایب الکتروموتورهای DC به شرح زیر هستند:
- مزیت‌های موتور DC
- راندمان بالا: الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم به بازدهی بالا معروفند، در نتیجه می‌توانند با حداقل تلفات انرژی کار کنند. به همین دلیل برای کاربردهایی که بهره‌وری انرژی در آنها اهمیت دارد، نظیر وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر، ایده‌آل هستند.
- کنترل دقیق سرعت: امکان تنظیم آسان و متناسب با نیازهای برنامه سبب شده تا موتورهای DC کنترل سرعت دقیقی را ارائه دهند. این ویژگی برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالا دارند، مانند روباتیک و اتوماسیون ضروری است.
- اندازه جمع‌وجور: این تجهیزات اندازه کوچک و فشرده‌ای دارند و انتخابی محبوب برای استفاده در فضاهای کوچک می‌باشند. بر همین اساس انواع موتور DC در صنایعی نظیر هوافضا و تجهیزات پزشکی که اندازه و وزن پارامترهایی حیاتی‌اند، کاربرد دارند.
- تعمیر و نگهداری آسان: نگهداری موتورهای DC نسبتا ساده است و در مقایسه با سایر موتورها تعمیرات کمتری احتیاج دارند.
- کنترل راحت: این قطعات را به‌راحتی می‌توان جهت رفع نیازهای کاربری، برنامه‌ریزی و تنظیم کرد.
2. معایب موتورهای DC
- طیف سرعت محدود: این موتورها فقط در محدوده خاصی از سرعت کار می‌کنند. در نتیجه برای برنامه‌هایی که به کنترل سرعت متغیر نیاز دارند، چندان مناسب نیستند.
- سایش و پارگی: الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم در طول زمان امکان دارد دچار ساییدگی و پارگی شوند، به ویژه اگر به‌طور مکرر یا برای مدت طولانی در حال استفاده باشند. این مسئله منجر به کاهش عملکرد یا حتی خرابی دستگاه می‌شود و تعمیر آن احتمالا پرهزینه خواهد بود.
- تداخل الکترومغناطیسی: این موتورها می‌توانند تداخل الکترومغناطیسی ایجاد کنند که سبب اختلال در عملکرد سایر تجهیزات الکترونیکی می‌شود. این امر برای برنامه‌های حساس مشکل‌ساز است.
- گشتاور محدود: موتورهای جریان مستقیم به طور کلی گشتاور محدودی دارند و این برای کاربردهایی مانند بالابرهای سنگین مناسب نیست.
- مدارهای کنترل پیچیده: الکتروموتورهای DC به مدارهای کنترل پیچیده نیاز دارند و به همین سبب، کارکرد آنها نیز دشوارتر خواهد بود.
چگونگی عملکرد انواع موتور DC
اکنون که در مورد ساختار، کاربردها و مزایای الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم اطلاعات کسب کردید، بهتر می‌توانید عملکرد آن را درک کنید. مانند سایر موتورها، الکتروموتورهای DC به میدان مغناطیسی متغیر نیاز دارند. بر اساس اصل الکترومغناطیس فارادی، وقتی هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی قرار گیرد، با نیرویی مواجه می‌شود. از سوی دیگر قانون چپ فلمینگ اظهار می‌کند که حرکت رسانا همیشه در جهت عمود بر جریان و میدان مغناطیسی می‌باشد.
بنابراین پس از فعال شدن سیم‌پیچ در شکاف هوا، میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. میدان مغناطیسی ایجادشده در جهت شعاع آرمیچر می‌باشد و از سمت قطب شمال سیم‌پیچ، وارد این قطعه شده و از سمت قطب جنوبی خارج می‌شود. قطعات رسانا در قطب دیگر و در جهت مخالف هم قرار می‌گیرند. این دو نیروی متضاد با تولید گشتاور، سبب چرخش آرمیچر می‌شوند. در نهایت در اثر برهم‌کنش میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، نیروی مکانیکی مورد نیاز برای تجهیزات پدید می‌آید.
اجزای تشکیل دهنده الکتروموتور DC
انواع موتور DC از قطعات زیر تشکیل شده‌اند:
آرمیچر یا روتور
این قطعه در واقع سیلندری از لایه‌های مغناطیسی می‌باشد که این لایه‌ها نسبت به یکدیگر عایق هستند. آرمیچر به‌عنوان یک بخش دوار، بر محور خود گردش کرده و بوسیله شکاف هوا از سیم‌پیچ میدانی مجزا می‌گردد.
سیم‌پیچ میدانی یا استاتور
بر خلاف روتور، این قطعه غیرمتحرک می‌باشد و به‌منظور تولید میدان مغناطیسی به دور آن سیم‌پیچ، پیچیده شده است. در بین قطب‌های این عضو الکترومغناطیسی، یک حفره استوانه‌ای شکل وجود دارد.
کموتاتور و برس‌های الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم
کموتاتور یک ساختار استوانه‌ای متشکل از قطعات مسی می‌باشد که در کنار هم جای گرفته و با استفاده از میکا عایق شده‌اند. وظیفه اصلی این قطعه تامین جریان الکتریکی به سیم‌پیچ آرمیچر است. از سوی دیگر برس‌ها ساختارهایی از جنس کربن و گرافیت هستند و در انتقال جریان الکتریکی از سوی مدار خارجی به سمت کوموتاتور دوار نقش دارند.
میان الکتروموتور DC و AC چه تفاوت هایی وجود دارد؟
تفاوت‌های بسیاری را بین موتورهای AC و الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم می‌توانیم برشماریم. بارزترین تمایز آنها در نوع جریانی می‌باشد که هر موتور به انرژی تبدیل می‌کند. موتورهای AC جریان متناوب و موتورهای DC جریان مستقیم را مبدل می‌کنند. به علاوه موتورهای AC به افزایش توان خروجی و کارایی بالا مشهور هستند.
از سوی دیگر موتورهای DC به علت کنترل سرعت و محدوده خروجی مورد توجه می‌باشند. از لحاظ پیکربندی نیز تفاوت‌های قابل توجهی را می‌توانیم برای این تجهیزات بیان کنیم. موتورهای AC در پیکربندی‌های تکفاز یا سه‌فاز موجودند ولی موتورهای DC همیشه تکفاز می‌باشند.
جمع بندی
در این مقاله سعی کردیم اطلاعات ضروری و جامعی در خصوص اصول کار انواع موتور DC در اختیار شما کاربران گرامی قرار دهیم. همانطور که اشاره شد، موتورهای DC حوزه وسیعی از مصارف صنعتی را پوشش می‌دهند و از مزیت‌های بسیاری برای انواع صنایع برخوردار هستند. اینها اولین نوع موتورهایی بودند که در سیستم های گسترده و سنگین تا ابزارهای کوچک و خانگی استفاده شدند و همچنان در بین تولیدکنندگان محبوبیت دارند.
ما در شرکت آریا گشتاور مانا به‌عنوان برترین تامین‌کننده محصولات صنعتی از جمله انواع الکتروموتور، برای رفع نیازهای صنعت شما آماده‌ایم. چنانچه به کیفت، اصالت و گارانتی محصولات اهمیت می‌دهید، خدمات آگما مناسب شما است. جهت کسب اطلاع از محصولات و خرید آنها با ما تماس بگیرید و از مشاوره فنی و تخصصی بهره‌مند شوید.
سوالات متداول
۱. آیا الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم می‌توانند با منبع AC کار کنند؟
بله، موتورهای سری DC با این منبع کار می‌کنند. زیرا گشتاور که به‌عنوان حاصل ضرب آرمیچر و جریان میدان تغییر می‌کند، همیشه مثبت است. بنابراین، گشتاور متوسط مثبت، باعث چرخش موتور می‌شود.
۲. چه زمانی موتور DC بر موتور AC ترجیح داده می‌شود؟
هنگامی که کنترل دقیق مورد نیاز است، موتورهای DC طیف گسترده‌ای از امکانات را در این زمینه ارائه می‌دهند. بر همین اساس ماشین‌آلات صنعتی که به دقت بالایی نیاز دارند با موتورهای DC کار می‌کنند. این موتورها همچنین هنگام راه‌اندازی، توقف و معکوس‌کردن جهت چرخش خود، ویژگی‌های عالی دارند.
۳. الکتروموتورهای DC یا جریان مستقیم چه زمانی وارد بازار شدند؟
ویلیام استورجن موتور DC را در سال 1886 ابداع کرد.