همه چیز درباره موتور DC سری

مقدمه

انواع مختلفی از موتور‌های DC وجود دارند که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. موتور DC سری یکی از انواع این موتورهاست که بهترین انتخاب برای وسایل نقلیه مانند اتوبوس‌های برقی، لوکومتیو‌ها و … می‌باشد.

در ادامه به معرفی انواع موتور‌ها خواهیم پرداخت و موتور‌های DC سری که به طور کامل بررسی خواهیم کرد.

موتور‌های DC

در موتور‌های DC دو عنصر الکتریکی وجود دارد:

• سیم پیچ‌های میدان
• سیم پیچ‌های آرمیچر

سیم پیچ‌های آرمیچر از‌رسانا‌های حامل جریان که به یک کموتاتور ختم می‌شوند، ساخته شده‌اند و ولتاژ DC از طریق برس کربن که بر کموتاتور سوار شده، بر سیم پیچ‌های آرمیچر اعمال می‌شود. در موتور‌های DC کوچک، آهنربا‌های دائمی می‌توانند برای استاتور استفاده شوند.

موتور کلاسیک جریان مستقیم (Motor DC) دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است.

یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می‌کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنربا‌های الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند.

سرعت موتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ‌های موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

سرعت موتور DC جریان مستقیم وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است.

نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبک‌ها نهایتاً از بین رفته و به تولید نویز الکتریکی منجر می‌شود.

این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین ‌می‌روند، با قرار دادن آهنربا‌های دائم در داخل و سیم پیچ‌ها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

هنگامی که ولتاژ به سیم پیچ‌های استاتور اعمال می‌شود، یک آهنربای مغناطیسی با قطب شمال و جنوب ایجاد می‌شود.

میدان مغناطیسی حاصله، استاتیک است (غیر چرخشی).

موتور‌های DC یا موتور‌های میدان سیم پیچی شده انواع مختلفی دارند که عبارتند از:

۱. آهنربای دائم (آهنربای دائمی استاتور)

موتور آهنربای دائم از یک آهنربا برای تأمین شار میدان استفاده می‌کند. این نوع موتور دارای ظرفیت گشتاور شروع بسیارعالی با تنظیم خوب سرعت هستند اما به مقدار باری که قادر به تحمل آن هستند، محدود می‌شوند. این موتور‌ها را می‌توان در کاربرد‌هایی با اسب بخار پایین یافت نمود.

۲. شنت (استاتور پیچیده شده)

در یک موتور شنت، میدان بطور موازی (شنت) به سیم پیچ آرمیچر متصل می‌شود. موتور اتصال شنت، مقادیر خوبی از سرعت را ارائه می‌دهد. سیم پیچ میدان می‌تواند به طور جداگانه تحریک شده و یا مانند آرمیچر به همان منبع متصل شود. یکی از مزیت میدان تحریک شنت مستقل که باعث محبوبیت این نوع موتور‌ها شده، توانایی درایو سرعت متغیر برای ارائه کنترل مستقل آرمیچر و میدان است.

۳. ترکیبی یا کمپوند (استاتور پیچیده شده).

موتور ترکیبی یا کمپوند دارای یک میدان اتصال سری با آرمیچر و یک میدان تحریک شنت جداگانه است.

۴. آهنربا‌های الکتریکی وصل شده صورت سری (استاتور پیچیده شده)

در سری موتور‌های DC میدان بصورت سری به آرمیچر متصل می‌شود. میدان با سیم بزرگ پیچیده می‌شود تا بتواند کل جریان آرمیچر را تحمل کند.

یکی از مشخصات موتور‌های سری، این است که موتور با مقدار گشتاور زیادی شروع به کار می‌کند و سرعت به طور گسترده‌ای بین حالت بدون بار و بار کامل دائماً تغییر می‌کند.

زمانی که به یک سرعت ثابت تحت بار‌های متفاوت نیاز باشد، نمی‌توان از موتور سری استفاده کرد. همچنین سرعت یک موتور سری در حالت بدون بار، می‌تواند تا نقطه‌ای که باعث آسیب موتور شود، افزایش یابد. برخی از بار‌ها باید همیشه به یک موتور با اتصال سری وصل باشند یعنی موتور‌هایی با اتصال سری برای استفاده شدن در اکثر کاربرد‌های درایو سرعت متغیر مناسب نیستند.

با توجه به مطالب گفته شده، می‌توان نتیجه گرفت که موتور‌های میدان سری، گشتاور بهتر برای شروع و میدان شنت تنظیمات بهتر سرعت را فراهم می‌کند.

موتور‌ DC سری:

همانطور که گفته شد، موتور‌ DC سری یکی از انواع موتور‌های DC است که دارای گشتاور راه‌انداز بالا بوده و از این رو در صنایعی که نیاز به گشتاور راه‌اندازی بالایی دارد مورد استفاده قرار می‌گیرد. مانند پرس‌های ضربه‌ای جرثقیل‌ها، بالابر هیدرولیک و آسانسور. همچنین از این نوع الکتروموتور در لوکوموتیو‌های شهری نیز استفاده می‌شود که به آن اصطلاحاً موتور کششی یا اصطکاکی (Traction Motor) نیز گفته می‌شود.

موتور‌های DC سری دارای دو بخش اصلی هستند:

استاتور:‌ایستانه یا استاتور (Stator) بخش ثابت موتور است. با عبور جریان از داخل سیم پیچی استاتور، میدان مغناطیسی در جهت ثابت تولید می‌شود. این میدان در تقابل با میدان مغناطیسی تولیدی روتور، موجب تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی می‌شود.

استاتور شامل دو بخش اصلی است:

• هسته: تمرکز شار و جلوگیری از هدر رفت میدان مغناطیسی.
• سیم پیچ: با اتصال به منبع تغذیه، میدان مغناطیسی تولید می‌کند.

روتور: بخش چرخنده موتور که چرخانه یا آرمیچر نیز نامیده می‌شود. روتور با ایجاد میدان مغناطیسی در جهت خاصی نسبت به استاتور باعث بوجود آمدن یک نیرو دورانی در روتور شده و همین امر باعث چرخیدن روتور یا همان آرمیچر می‌شود.

وظایف روتور عبارتند از:

• ایجاد میدان
• تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و چرخیدن

روتور دارای سه بخش اصلی است:

• بوبین یا مولد میدان مغناطسی: ایجاد میدان مغناطیسی
• کموتاتور: ایجاد جریان الکتریکی در سیم پیچ‌های روتور به نحوی که بهترین گشتاور ایجاد شود.
• هسته: وظیفه متمرکز کردن شار‌های مغناطیسی تولیدی

همانطور که گفته شد، روتور و استاتور، هر کدام شامل قسمت سیم پیچی شده و هسته می‌باشند. هسته در این بخش‌ها وظیفه تمرکز و هدایت میدان را دارد و معمولاً از آهن تراس ساخته می‌شود که نفوذپذیری مغناطیسی بالایی دارد.

طرز کار موتور DC سری

در موتور‌های DC سری، سیم پیچی استاتور(میدان) از لحاظ مداری به صورت سری به سیم پیچی روتور(آرمیچر) متصل می‌شود. در این موتور بر خلاف موتور DC شنت، سیم پیچی میدان با چند دور سیم با سطح مقطع بزرگ پیچیده می‌شود تا بتواند کل جریان سیم پیچی آرمیچر را تحمل کند. جریان گذرنده از سیم‌پیچی‌های تحریک و آرمیچر با هم برابر است.

موتور‌های DC سری با مقدار گشتاور زیادی شروع به کار می‌کنند و وابستگی زیادی به میزان تغییرات بار دارند.

جریان در موتور‌های DC مستقیماً از منبع تغذیه به سمت سیم‌پیچ‌های میدان تأمین می‌شود. جریان را می‌توان توسط سیم پیچ‌های می‌دانی حمل کرد زیرا این سیم پیچ‌ها دارای پیچ‌های کم و همچنین بسیار ضخیم هستند.

در موتور‌های سری نیروی الکتریکی بین یک سر سیم پیچ‌های میدان سری و یک سر آرمیچر تأمین می‌شود. هنگامی که ولتاژ اعمال می‌شود، جریان از پایانه‌های منبع تغذیه از طریق سیم پیچ سری و سیم پیچ آرمیچر جریان می‌یابد. هادی‌های بزرگ موجود در سیم پیچ‌های آرمیچر و میدان تنها مقاومت در برابر جریان را ایجاد می‌کنند. از آنجایی که این هادی‌ها بسیار بزرگ هستند، مقاومت آن‌ها بسیار کم است. این باعث می‌شود که موتور مقدار زیادی جریان از منبع تغذیه بگیرد.

هنگامی که جریان بزرگ از سیم پیچ‌های میدان و آرمیچر شروع به عبور می‌کند، سیم پیچ‌ها به اشباع می‌رسند که منجر به تولید قوی‌ترین میدان مغناطیسی ممکن می‌شود. قدرت این میدان‌های مغناطیسی بیشترین مقدار گشتاور ممکن را برای شفت‌های آرمیچر فراهم می‌کند. گشتاور زیاد باعث می‌شود که آرمیچر با حداکثر توان شروع به چرخیدن کند و آرمیچر شروع به چرخش کند.

کاربرد‌های موتور DC سری

همانطور که گفته شد موتور‌های DC سری دارای گشتاور بالایی می‌باشند در نتیجه از آن‌ها در مواردی که نیاز به گشتاور بالا می‌باشد استفاده می‌شود. همانند: پرس‌های ضربه‌ای، جرثقیل‌ها، بالابر‌ها و آسانسور‌ها. همچنین بهترین موتور برای وسایل نقلیه مانند اتوبوس‌های برقی، لوکومتیو‌ها و … می‌باشد و از این رو از نوع خاصی از موتور سری DC در قطار‌های برقی استفاده می‌شود که اصطلاحاً به آن موتور کششی گویند. همچنین به طور گسترده‌تر می‌توان از موتور‌های دی سی در موارد زیر استفاده نمود:

• – راه انداز‌های خودرو سواری
• – محرک بالابر‌ها
• – محرک جرثقیل‌ها
• – محرک قطار‌ها
• و در محل‌هایی که نیاز به گشتاور راه انداز بالایی دارند و تغییرات سرعت مهم است.