اجزای اصلی موتور برق

اجزای اصلی یک موتور برق و وظایف هر کدام

موتورهای برق، این دستگاه‌های حیاتی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند، از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر کدام وظیفه خاصی را بر عهده دارند. عملکرد هماهنگ این اجزا است که امکان چرخش روتور و تولید گشتاور را فراهم می‌آورد. در این مقاله، به بررسی اجزای اصلی یک موتور برق و وظایف هر کدام خواهیم پرداخت. لازم به ذکر است که بسته به نوع موتور (AC یا DC، القایی، سنکرون، و غیره)، جزئیات و طراحی برخی از این اجزا ممکن است متفاوت باشد، اما اصول کلی و اجزای اصلی در اکثر موتورها مشترک هستند.

1. استاتور (Stator): بخش ثابت موتور

• وظیفه اصلی: ایجاد میدان مغناطیسی ثابت یا متغیر که با میدان مغناطیسی روتور تعامل کرده و نیروی چرخشی (گشتاور) ایجاد می‌کند. همچنین، استاتور به عنوان نگهدارنده سایر اجزا مانند سیم‌پیچ‌ها عمل می‌کند.
• اجزای تشکیل‌دهنده در موتورهای AC:
  • هسته استاتور (Stator Core): معمولاً از ورق‌های نازک فولادی سیلیس‌دار ساخته می‌شود که به صورت لایه‌ای روی هم قرار گرفته‌اند. این ساختار لایه‌ای به کاهش جریان‌های گردابی و تلفات ناشی از آن کمک می‌کند. هسته استاتور دارای شیارهایی است که سیم‌پیچ‌ها در آن‌ها قرار می‌گیرند.
  • سیم‌پیچ‌های استاتور (Stator Windings): از سیم‌های عایق‌دار مسی یا آلومینیومی تشکیل شده‌اند که در شیارهای هسته استاتور پیچیده شده‌اند. با عبور جریان الکتریکی از این سیم‌پیچ‌ها، میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. آرایش و تعداد دورهای این سیم‌پیچ‌ها تعیین‌کننده ویژگی‌های میدان مغناطیسی و عملکرد موتور است.
• اجزای تشکیل‌دهنده در موتورهای DC:
  • بدنه استاتور (Yoke): معمولاً از جنس فولاد یا چدن ساخته می‌شود و وظیفه اصلی آن ایجاد مسیر مغناطیسی برای عبور شار مغناطیسی قطب‌ها و همچنین محافظت از سایر اجزای داخلی موتور است.
  • قطب‌های اصلی (Main Poles): هسته‌های مغناطیسی هستند که سیم‌پیچ‌های تحریک (Field Windings) دور آن‌ها پیچیده شده‌اند. با عبور جریان از سیم‌پیچ‌های تحریک، میدان مغناطیسی قوی در قطب‌ها ایجاد می‌شود.
  • سیم‌پیچ‌های تحریک (Field Windings): از سیم‌های عایق‌دار تشکیل شده‌اند که دور قطب‌های اصلی پیچیده شده و با عبور جریان از آن‌ها، میدان مغناطیسی لازم برای عملکرد موتور DC ایجاد می‌شود.
  • قطب‌های کمکی (Interpoles یا Commutating Poles) (در برخی موتورهای DC): قطب‌های کوچکتری هستند که بین قطب‌های اصلی قرار می‌گیرند و برای بهبود کموتاسیون (تبدیل جریان در کموتاتور) و کاهش جرقه زدن در جاروبک‌ها استفاده می‌شوند. سیم‌پیچ‌های این قطب‌ها معمولاً با روتور به صورت سری متصل می‌شوند.

2. روتور (Rotor): بخش متحرک موتور

• وظیفه اصلی: چرخش در اثر تعامل با میدان مغناطیسی استاتور و تولید گشتاور مکانیکی.
• اجزای تشکیل‌دهنده در موتورهای AC القایی:
  • هسته روتور (Rotor Core): مشابه هسته استاتور، از ورق‌های نازک فولادی سیلیس‌دار ساخته می‌شود و دارای شیارهایی برای قرارگیری میله‌های رسانا است.
  • میله‌های رسانا (Rotor Bars): معمولاً از جنس آلومینیوم یا مس هستند که در شیارهای هسته روتور قرار گرفته و در دو انتها توسط حلقه‌های اتصال (End Rings) به یکدیگر متصل می‌شوند و یک مدار اتصال کوتاه را تشکیل می‌دهند (در روتور قفس سنجابی). در نوع دیگری از روتورهای القایی (روتور سیم‌پیچی شده)، به جای میله‌های رسانا، سیم‌پیچ‌هایی قرار دارند که از طریق حلقه‌های لغزان (Slip Rings) و جاروبک‌ها به مدار خارجی متصل می‌شوند.
• اجزای تشکیل‌دهنده در موتورهای AC سنکرون:
  • هسته روتور: می‌تواند ساختارهای مختلفی داشته باشد (قطب برجسته یا قطب صاف).
  • سیم‌پیچ‌های تحریک روتور (Rotor Field Windings) یا آهنرباهای دائم: در موتورهای سنکرون، روتور دارای سیم‌پیچ‌هایی است که توسط یک منبع DC خارجی تغذیه شده و میدان مغناطیسی ثابتی ایجاد می‌کنند، یا از آهنرباهای دائم برای ایجاد میدان مغناطیسی استفاده می‌شود.
• اجزای تشکیل‌دهنده در موتورهای DC:
  • هسته روتور (Armature Core): از ورق‌های نازک فولادی سیلیس‌دار ساخته می‌شود و دارای شیارهایی برای قرارگیری سیم‌پیچ‌های آرمیچر است.
  • سیم‌پیچ‌های آرمیچر (Armature Windings): از سیم‌های عایق‌دار تشکیل شده‌اند که در شیارهای هسته روتور پیچیده شده‌اند. این سیم‌پیچ‌ها با میدان مغناطیسی استاتور تعامل کرده و گشتاور تولید می‌کنند.
  • کموتاتور (Commutator): یک استوانه مسی چند تکه است که در انتهای محور روتور قرار دارد و به سیم‌پیچ‌های آرمیچر متصل است. وظیفه کموتاتور تغییر جهت جریان در سیم‌پیچ‌های آرمیچر در زمان مناسب است تا گشتاور در یک جهت حفظ شود.

3. جاروبک‌ها (Brushes) (در موتورهای DC و برخی موتورهای AC):

• وظیفه اصلی: ایجاد اتصال الکتریکی بین مدار ثابت (منبع تغذیه) و بخش متحرک (کموتاتور در موتورهای DC یا حلقه‌های لغزان در برخی موتورهای AC).
• جنس: معمولاً از گرافیت یا ترکیبات کربن ساخته می‌شوند تا ضمن رسانایی الکتریکی، اصطکاک و سایش کمتری ایجاد کنند.
• عملکرد: جاروبک‌ها بر روی سطح کموتاتور یا حلقه‌های لغزان می‌لغزند و جریان الکتریکی را به سیم‌پیچ‌های روتور منتقل می‌کنند.

4. بلبرینگ‌ها (Bearings):

• وظیفه اصلی: پشتیبانی از محور روتور و امکان چرخش آزادانه آن با حداقل اصطکاک.
• انواع: معمولاً از بلبرینگ‌های توپی یا غلتکی استفاده می‌شود.
• محل قرارگیری: در دو انتهای موتور قرار می‌گیرند و محور روتور را در داخل بدنه موتور نگه می‌دارند.

5. محور (Shaft):

• وظیفه اصلی: انتقال گشتاور تولید شده توسط روتور به بار یا وسیله‌ای که موتور آن را به حرکت در می‌آورد.
• جنس: معمولاً از فولاد سخت ساخته می‌شود تا بتواند نیروهای مکانیکی را تحمل کند.
• اتصال: یک سر محور به روتور متصل است و سر دیگر آن برای اتصال به بار (مانند پمپ، گیربکس، و غیره) طراحی شده است.

6. بدنه موتور (Frame or Housing):

• وظیفه اصلی: محافظت از اجزای داخلی موتور در برابر عوامل محیطی (مانند گرد و غبار، رطوبت و ضربه)، ایجاد ساختار مکانیکی برای نگه داشتن اجزا، و معمولاً به عنوان مسیری برای انتقال حرارت تولید شده در موتور به محیط اطراف عمل می‌کند.
• جنس: معمولاً از چدن، فولاد یا آلومینیوم ساخته می‌شود.

7. ترمینال باکس (Terminal Box):

• وظیفه اصلی: محلی برای اتصال سیم‌های تغذیه الکتریکی به سیم‌پیچ‌های استاتور (یا تحریک در موتورهای DC).
• محل قرارگیری: معمولاً در قسمت بیرونی بدنه موتور قرار دارد و دارای ترمینال‌هایی با علامت‌گذاری مشخص برای اتصال صحیح سیم‌ها است.

8. سیستم خنک‌کننده (Cooling System):

• وظیفه اصلی: جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای موتور در اثر تلفات الکتریکی و مغناطیسی.
• انواع: می‌تواند شامل پره‌های خنک‌کننده روی روتور و بدنه، فن‌های خارجی یا داخلی که توسط موتور به حرکت در می‌آیند، یا سیستم‌های خنک‌کننده مایع در موتورهای بزرگتر باشد.

درک عملکرد و وظایف هر یک از این اجزا برای شناخت نحوه کارکرد موتورهای برق، عیب‌یابی و نگهداری آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. طراحی و ساخت دقیق این اجزا با مواد مناسب، عملکرد کارآمد و طول عمر بالای موتورهای الکتریکی را تضمین می‌کند.