با توجه به AC بودن برق شهری ، از موتور های DC در کاربرد های خاص استفاده می شود. تبدیل جریان AC برق شهری ، در داخل موتور های DC بدون نیاز به هیچ دستگاه مبدل یا واسطه صورت می گیرد. طراحی موتور های جریان مستقیم بسیار ساده است و از دو قسمت اصلی استاتور و روتور ساخته شده اند. داخل استاتور یک آهنربای دائم قرار گرفته که با جاری شدن جریان در سیم پیچ های روتور نیروی مغناطیسی بوجود آمده و باعث چرخیدن روتور در جهت عقربه های ساعت می شود. باتری ها یکی از بیشترین منابع تولید کننده جریان DC می باشند. از موتور های DC کوچک عمدتا در اسباب بازی ها و ربات ها و از موتور های DC بزرگ در وسایل نقلیه برقی ، برخی از پمپ ها ، آسانسور ها و جرثقیل ها استفاده می شوند.
الکتروموتور های AC با جریان متناوب یا همان برق شهری کار می کنند. امروزه از این موتور ها در اکثر تجهیزات استفاده می شود. اجزای اصلی سازنده آن استاتور ، روتور و سیم پیچ می باشد. استاتور و روتور هر کدام یک شبکه سیم پیچی جداگانه دارند. با جریان الکتریسیته در شبکه سیم پیچ یک میدان دوار در استاتور و یک میدان دوار در روتور بوجود آمده و این دو میدان مغناطیسی باعث ایجاد چرخش روتور می شوند. سرعت چرخش روتور از صفر تا حداکثر سرعت مجاز را ، زمان راه اندازی می گوییم. الکتروموتور های جریان AC بر اساس زمان راه اندازی روتور ، به دو دسته ی آسنکرون و سنکرون تقسیم می شوند.
انرژی مغناطیسی ایجاد شده در میدان دوار استاتور باعث چرخش روتور می شود. اگر سرعت چرخش میدان دوار استاتور با روتور به یک اندازه نباشد ، آن را موتور های آسنکرون می نامیم. در الکتروموتور های آسنکرون مقدار بار ، بر سرعت و گشتاور تاثیر گذار است. این الکتروموتور ها به دلیل ساختار ساده بیشتر در صنعت استفاده می شوند.
اگر سرعت چرخش میدان دوار استاتور با روتور به یک اندازه باشد ، موتور را سنکرون می نامیم. برای همسو شدن سرعت چرخش در استاتور و روتور ، از یک آهنربای دائم استفاده می کنیم. الکتروموتور های سنکرون در تمامی بارهای وارد به آن ، با گشتاور ، سرعت ثابت و دقیق تر نسبت به موتور های آسنکرون کار می کنند.
برق تک فاز دارای یک رشته سیم فاز و یک رشته سیم نول و برق سه فاز دارای سه رشته سیم فاز و یک رشته نول می باشد. برق شهری از نوع تک فاز و با شدت جریان 220 ولت است. شدت جریان برق سه فاز 380 ولت می باشد. در صنایع به دلیل نیاز به ولتاژ بالا اغلب از برق سه فاز استفاده می کنیم.
موتور های تک فاز با برق 220 ولت شهری کار می کنند. در این الکتروموتور ها استاتور دارای دو شبکه سیم پیچ ، یکی اصلی و دیگری فرعی می باشد. به وسیله نیروی مغناطیسی ایجاد شده در استاتور ، قطب های غیر هم نام روتور و استاتور همدیگر را جذب کرده و روتور شروع به چرخش می کند. توان الکتروموتور های تک فاز پایین و اغلب در وسایل خانگی استفاده می شوند.
استاتور الکتروموتور های سه فاز از سه شبکه سیم پیچ مجزا با زاویه 120 درجه از یکدیگر ساخته شده است. اکثرا روتور این موتور ها از نوع قفس سنجابی می باشد. الکتروموتور های سه فاز دارای توان بالا و اغلب در صنایع ، کشاورزی و برخی از پمپ ها استفاده می شوند.
برای راه اندازی الکتروموتور های سه فاز ما از دو روش ستاره و مثلث استفاده می کنیم. به دلیل اینکه موتور سه فاز در هنگام استارت نیاز به ولتاژ بالایی دارد و باعث افت ولتاژ در کل خط می شود از روش ستاره و مثلث استفاده می کنیم. توان و ولتاژ روش مثلث نسبت به روش ستاره بیشتر است. در هنگام راه اندازی الکتروموتور ابتدا اتصال را به روش ستاره که ولتاژ کمتری تامین می کند و پس از استارت در مواقعی که نیاز به ولتاژ بالایی داریم نوع نصب را به حالت مثلث تغییر می دهیم. بر روی الکتروموتور یک جعبه ترمینال با 6 خروجی در دو ردیف وجود دارد که اصطلاحا به آن تخته کلمپ گفته می شود. خروجی های سطر اول به نام های U1 , V1 , W1 و در ردیف دوم به نام های U2 , V2 , W2 می باشد. برای اتصال کابل ها در ولتاژ 220 تا 380 ولت از روش ستاره که در آن سرهای هم نام به یکدیگر وصل می شوند و چنانچه ولتاژ مورد نیاز ما 380 تا 660 ولت باشد ، سرهای غیر هم نام را به هم وصل می کنیم که به آن اتصال مثلث می گوییم. از مزایای استفاده از این روش می توان به عملکرد ساده ، کاهش هزینه و گشتاور راه اندازی خوب اشاره کنیم.
الکتروموتور های تک فاز با توجه به نوع راه اندازیشان دارای دو سیم پیچ کمکی و اصلی می باشند. به وسیله خازن ، گشتاور مورد نیاز برای راه اندازی الکتروموتور ایجاد می شود. خازن ها معمولا استوانه ای شکل هستند. الکتروموتور های تک فاز دارای دو مدل خازن راه اندازی و دائمی می باشند. وظیفه خازن راه انداز ، ایجاد گشتاور بین سیم پیچ های اصلی و کمکی می باشد. این خازن فقط در راه اندازی و چند ثانیه کار می کند ، سپس اتوماتیک از مدار خارج می شود. اگر خازن های راه انداز بعد از استارت همچنان به فعالیت ادامه دهند ، قطعا آسیب می بینند. نوع دیگر خازن الکتروموتور های تک فاز ، دائم کار می باشد. همان طور که از نام آنها پیداست بصورت پیوسته و بدون قطعی در الکتروموتور کار می کنند و خرابی آن ها نسبت به خازن های راه انداز کم تر می باشد. خازن های دائم کار باعث عملکرد و گشتاور بهتر موتور می شوند. جنس آن ها آلومینیومی و در برخی موارد پلاستیکی می باشند.
از جمله عواملی که باعث آسیب خازن می شوند می توان به موارد زیر اشاره کرد :
- اضافه بار
- نقص در سیم کشی الکتروموتور
- انتخاب نادرست توان خازن
- تعداد دفعات روشن و خاموش کردن موتور
- دمای بیش از اندازه محیط
- فعالیت در ولتاژ غیر مجاز
تابلو برق وسیله ای است که فضای لازم برای نصب تجهیزاتی مانند الکتروموتور ، اینورتر ، درایور ها ، سویچ ها ، سیستم آلارم و تجهیزات برقی دیگر را به وجود می آورد. وظیفه اصلی تابلو برق تبدیل ، افزایش و کاهش ولتاژ می باشد. از جمله کلید های روی تابلو برق می توان به سویچ های مبدل انرژی ، افزایش دهنده و کاهنده ولتاژ و ON/OFF کردن قطعات نام ببریم. هنگام بروز اشکال در عملکرد تابلو برق ، سیستم آلارم اپراتور را معطلع می کند. تابلو برق ها عمدتا بصورت ایستاده و دیواری نصب می شوند.
راندمان به معنای بازده می باشد. هرچه توان خروجی الکتروموتور نسبت به توان ورودی بیشتر باشد به معنای راندمان بالاتر و صرفه جویی در انرژی است. اضافه بار عامل مهم تولید حرارت و اتلاف انرژی در الکتروموتور می باشد که در این وضعیت به اصطلاح می گویند موتور داغ کرده است. تعیین سطح راندمان الکتروموتور ها بر اساس استاندارد جهانی IEC/EN/60034-30:2008 تقسیم بندی شده است. این استاندارد را بر روی پلاک با نماد IEC نشان می دهند. از جمله عوامل صرفه جویی در انرژی الکتروموتور می توان به مواردی همچون: 1- موتور بدون بار کار نکند 2- توان موتور بزرگتر از توان مورد نیاز ما نباشد 3- نصب اصولی الکتروموتور اشاره کرد. بر اساس استاندارد IEC راندمان به چهار کلاس زیر تقسیم می شود :
- IE1 : راندمان استاندارد
- IE2 : راندمان متوسط
- IE3 : راندمان بالا
- IE4 : راندمان فوق العاده
بدنه الکتروموتور ها معمولا از جنس چدن یا آلومینیوم ساخته می شود و با توجه به ویژگی های هر کدام در موارد متناسب با آن استفاده می شوند.
ویژگی های الکتروموتور چدنی
- اکثرا دارای رنگ خاکستری
- وزن سنگین
- مقاومت بالا در برابر ضربه
- داغ شدن در برابر نور خورشید ( مناسب برای مناطق با آب و هوای معتدل )
- دارای توان های بالا
- بصورت سه فاز و تک فاز
- مقاومت بالا در برابر خوردگی
ویژگی های الکتروموتور آلومینیومی
- قیمت گران تر
- حمل و نقل راحت تر
- سبک تر
- تنوع محصول
- خنک کنندگی سریع تر (در مناطق گرمسیر عملکرد خوبی دارند ).
- دارای توان های پایین
- بصورت سه فاز و تک فاز
- مقاومت کم در برابر ضربه
با ارتفاع از سطح دریا ها فشار هوا کم شده و حرارت به راحتی انتقال پیدا نمی کند. در چنین شرایطی موتور حرارت اضافی را کمتر دفع می کند و این عامل باعث داغ تر شدن الکتروموتور می شود. حرارت اضافی عامل کاهش توان خروجی در موتور می باشد. الکتروموتور استاندارد برای استفاده در دمای حداکثر 40 درجه سانتی گراد و ارتفاع 1000 متر طراحی و ساخته شده است. چنانچه ارتفاع و دما بالاتر از این محدوده باشد یک ضریب تصحیح به مقدار ولتاژ آن اعمال می شود.
ارتفاع بالا تر سطح دریای آزاد (متر) | 30 (c) | 35 (c) | 40 (c) | 45 (c) | 50 (c) | 55 (c) | 60 (c) |
1000 | 1.06 | 1.03 | 1.00 | 0.96 | 0.92 | 0.87 | 0.82 |
1500 | 1.03 | 1.00 | 0.97 | 0.93 | 0.89 | 0.84 | 0.80 |
2000 | 1.00 | 0.97 | 0.94 | 0.90 | 0.86 | 0.82 | 0.77 |
2500 | 0.95 | 0.93 | 0.90 | 0.86 | 0.83 | 0.78 | 0.74 |
3000 | 0.91 | 0.89 | 0.86 | 0.83 | 0.79 | 0.75 | 0.71 |
3500 | 0.87 | 0.84 | 0.82 | 0.79 | 0.75 | 0.71 | 0.67 |
4000 | 0.82 | 0.79 | 0.77 | 0.74 | 0.71 | 0.67 | 0.63 |
استاندارد بین المللی IP برای تعیین مقاومت الکتروموتور و یا هر وسیله الکتریکی دیگر در مقابل نفوذ ذرات گرد و غبار و آب می باشد. IP مخفف کلمه ی INGRESS PROTECTION به معنای حفاظت در برابر ورود است. درجه IP از یک عدد 2 رقمی تشکیل شده است و هر یک از این اعداد معنایی دارند، عدد اول سطح حفاظت در برابر گرد و غبار و عدد دوم حفاظت در برابر آب و رطوبت است. درجه حفاظت در برابر گرد و غبار 0 تا 6 و درجه حفاظت در برابر آب و رطوبت 0 تا 8 است.
عدد اول IP | درجه حفاظت | عدد دوم IP | درجه حفاظت |
0 | بدون هیچ محافظتی | 0 | بدون هیچ محافظتی |
1 | محافظت در برابر اجسام با قطر بیش از 5 سانتی متر | 1 | عایق در برابر چکه های عمودی آب |
2 | محافظت در برابر اجسام با قطر بیش از 1.2 سانتی متر | 2 | عایق در برابر چکه آب با زاویه حداکثر 15 درجه |
3 | محافظت در برابر غبارهایی با قطر بیش از 2.5 میلی متر | 3 | عایق در برابر ریزش آب با زاویه حداکثر 60 درجه |
4 | محافظت در برابر غبارهایی با قطر بیش از 1 میلی متر | 4 | عایق در برابر بارش آب از هر جهت |
5 | محافظت در برابر ورود گرد و غبار | 5 | عایق در برابر پاشیدن آب با فشار از هر جهت |
6 | محافظت در برابر ورود ذرات بسیار ریز | 6 | عایق در برابر پاشیدن آب با فشار زیاد از هر جهت |
| | 7 | عایق موقت در برابر غوطه ور شدن |
| | 8 | عایق دائمی استفاده در آب |
حرارت یکی از عوامل تاثیر گذار بر روند فعالیت الکتروموتور ها می باشد. گرمای زیاد باعث اتلاف انرژی ، کاهش توان موتور ، آسیب رساندن به قطعات و در نتیجه تعمیر و یا تعویض الکتروموتور می شود. اغلب الکتروموتور ها به وسیله فن داخلی حرارت اضافی را خارج می کنند ولی اگر میزان گرما بیش از اندازه توان فن باشد بایستی از یک وسیله خنک کننده خارجی و در فضاهای باز از سایه بان استفاده کنیم. الکتروموتور در تجهیزاتی همانند پمپ های شناور و لجن کش توسط آب خنک می شود. آب به دلیل ارزان بودن و نقطه جوش بالا می تواند گزینه مناسبی برای خنک کردن باشد.
اغلب نیاز به تعمیر در الکتروموتور را می توان با تغییری در کارکرد آن متوجه شویم. اختلال در فعالیت الکتروموتور اغلب با ایجاد گرما ، نوسان در جریان ، لرزش ، ایجاد صدا ، تغییر در توان خروجی و چرخش دور موتور ظاهر می شود. یکی از اجزای آسیب پذیر در الکتروموتور سیم پیچ ها می باشند که برای عیب یابی آن ها از اهم متر استفاده می کنیم. به وسیله این دستگاه مقاومت سیم ها را اندازه می گیریم ، اگر اختلاف اعداد از حد مجازشان بالاتر باشد و یا با یکدیگر تفاوت قابل توجهی داشته باشند نشان دهنده عیب در سیم پیچی می باشد.
اگر الکتروموتور به طرز صحیحی نصب نشده باشد باعث ایجاد لرزش در هنگام فعالیت می شود که میزان آن را توسط دستگاه لرزش سنج اندازه گیری می کنند.
نوسان در ولتاژ از عوامل مهم سوختن قطعات موتور می باشد که آن را با ولت متر اندازه گیری می کنند. اغلب اشتباه بسته شدن حالت ستاره و مثلث باعث سخت کار کردن و یا با دور کند کار کردن موتور می شود.
تمامی الکتروموتور ها دارای استاندارد مشخصی می باشند که باید با توجه به آن نصب شوند. اگر موتور ها در وضعیت نامناسبی کار کنند ، عمر مفید کمتری خواهند داشت. محل نصب باید به گونه ای باشد که اجسام خارجی مانند گرد و غبار و رطوبت به داخل الکتروموتور نفوذ نکنند. در محل نصب باید سیستم تهویه بدون گرفتگی به فعالیت خود ادامه دهد. در فضاهای باز برای جلوگیری از داغ شدن می توانیم سایه بان نصب کنیم.
الکتروموتور در حین انجام فعالیت تولید حرارت می کند. حرارت تولید شده باعث آسیب رسیدن به قطعات الکتروموتور از جمله سیم پیچ ها می شود. برای جلوگیری از آسیب دیدن سیم پیچ ها از عایق حرارتی استفاده می کنیم. به حداکثر دمای مجاز که الکتروموتور می تواند تحمل کند کلاس حرارتی می گویند. نماد کلاس حرارتی بر روی پلاک موتور، بستگی به شرکت سازنده دارد که پر کاربرد ترین آنها CL , CLASS , INS.CL می باشند. الکتروموتور ها از نظر کلاس حرارتی به دسته های زیرطبقه بندی می شوند:
کلاس | حداکثر دما (C) | جنس عایق |
Y (X) | 90 | پنبه ، ابریشم طبیعی ، ابریشم مصنوعی ، الیاف پلی اسید ، صمغ مصنوعی ، فرمالئید |
A | 105 | مواد تشکیل دهنده Y آغشته می شود به رزین های طبیعی و آستر های سلولزی |
E | 120 | انواع سیم لاکی پر سلولزی ، صمغ ملامین ، صمغ فنل |
B | 130 | الیاف شیشه ، نوار آزبست ، لاک های صمغ آلکید ، لاک صمغ فنل ، لاک پلی اورتان |
F | 155 | مانند کلاس B بصورتی که مواد دارای چسبندگی و مقاومت بیشتر هستند. |
H | 180 | از الیاف شیشه و مواد آزبست و میکا را با رزین های سیلیکونی مناسب ساخته شده است. |
C | 210 | مواد سرامیکی شیشه ، کوارتز |
S1 : به معنای آن است که موتور بصورت دائم و بدون افزایش درجه حرارت کار می کند. اکثر الکتروموتور ها از این نوع می باشند.
S2 : فعالیت الکتروموتور به صورت کوتاه مدت می باشد و قبل از گرم شدن باید خاموش شود. این موتورها نسبت به نوع دائم کار S1 زودتر داغ می کنند.
S3 و S4 : از این دو مدل در کارهایی با توقف های ناگهانی در بازه زمانی غیر مشخص مانند تردمیل ها استفاده می کنیم. برای اینکه این موتورها در کوتاه ترین زمان به حداکثر توان برسند ، ولتاژ زیادی در هنگام استارت زدن دریافت می کنند.
S5 : این نوع موتور از همان شروع به کار تولید گرما می کند و در هنگام ترمز جهت چرخش روتور مانند تسمه نقاله ها برعکس می شود.
S6 و S7 : این موتور ها به صورت دائم کار می باشند و بصورت کلی چه در زمانی که بار بر آن ها وارد شود و چه در زمانی که هیچ باری به این موتور ها وارد نشود توان خروجی یکسانی می دهند.
S8 : این موتورها به صورت دائم کار و دارای توان و دور ثابت بدون قابلیت کنترل هستند.
S9 : تعداد دور و توان این موتور ها در فواصل زمانی متغیر نوسان پیدا می کند. در این مدل نباید بار از حداکثر مقدار مجاز بیشتر شود.
S10 : این مدل موتور در کمترین و بیشترین میزان بار وارده فعالیت می کنند و برای تغییر بار باید مطمئن شویم که موتور به مقدار حرارت مجاز برای کار برسد.
