الکتروموتورها یکی از مهم‌ترین تجهیزات الکترومکانیکی صنعتی بوده و برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی به کار می‌روند. آشنایی با اجزای الکتروموتور به درک عمیق‌تر از نحوه عملکرد موتور کمک نموده و از چند جهت دارای اهمیت است؛ از جمله عیب‌یابی، تعمیر و نگهداری، انتخاب موتور مناسب و افزایش ایمنی و طول عمر موتور.
باتوجه‌به کاربردهای گسترده الکتروموتورها، این دستگاه‌ها در انواع مختلفی تولید می‌شوند. یکی از راه‌های دسته‌بندی موتورها بر اساس نوع جریان مصرفی آنها است. براین‌اساس انواع موتور الکتریکی به دو دسته AC (جریان متناوب) و DC (جریان مستقیم) تقسیم می‌شوند.
اجزای موتورهای AC و DC از نظر عملکردی شباهت بسیار زیادی به یکدیگر دارند؛ بااین‌وجود تفاوت‌هایی نیز با یکدیگر دارند که در این مقاله به بررسی آنها می‌پردازیم.
اجزای الکتروموتور AC
اجزای الکتروموتور AC عبارت‌اند از:
- پوسته
- استاتور
- روتور
- شفت
- بلبرینگ‌ها
- جعبه ترمینال
- سیستم خنک‌کننده
- پیچ چشمی
پوسته
پوسته یا محفظه موتور شامل یک قاب کلی و دو براکت ابتدا و انتهای موتور می‌شود. پوسته موتور نه‌تنها اجزای داخلی را در کنار هم نگه می‌دارد، بلکه از آنها در برابر رطوبت و گردوغبار نیز حفاظت می‌کند. علاوه بر درجه حفاظت، خنک‌کاری موتور نیز تحت‌تأثیر پوسته قرار دارد. معمولاً پوسته الکتروموتورهای توان پایین آلومینیومی و برای توان‌های بالاتر از پوسته چدنی استفاده می‌شود.
انواع پوسته
به‌طورکلی پوسته الکتروموتورهای AC به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- محفظه باز
- محفظه کاملاً بسته
محفظه باز
در موتورهای بدنه باز (محفظه باز) جریان هوای خنک می‌تواند از داخل موتور عبور کند. از این موتورها باید در محیط‌هایی که عاری از آلودگی هستند، استفاده شود. یکی از انواع موتورهای محفظه باز، موتورهای ضد چکه (ODP) هستند. بدنه این موتورها دارای دریچه‌هایی است که هوا از آنها جریان داشته باشد؛ علاوه بر این پروانه فن که به انتهای شفت متصل است، جریان هوای خنک را داخل موتور برقرار می‌سازد.
موتورهای ضد چکه به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که در برابر مایعات و ذرات جامدی که از بالا و با زاویه کمتر از 15 درجه نسبت به حالت عمودی روی موتور می‌ریزند، مقاوم هستند؛ البته به شرطی که موتور در حالت افقی نصب شده باشد. اگر این موتورها روی یک سطح عمودی نصب شوند باید از درپوش‌های مجزا برای جلوگیری از نفوذ رطوبت و گردوغبار به داخل موتور استفاده شود.
محفظه کاملاً بسته
این دسته شامل سه نوع محفظه می‌شود:
- بدنه کاملاً بسته بدون تهویه (TENV)
- بدنه کاملاً بسته با فن خنک‌کننده (TEFC)
- بدنه ضد انفجار (Explosion-Proof)
1) بدنه کاملاً بسته بدون تهویه: از این موتورها در کاربردهایی که هوای اطراف موتور حاوی مواد خورنده بوده و می‌تواند به اجزای داخلی آن آسیب برساند، استفاده می‌شود. بدنه کاملاً بسته بدون تهویه، جریان هوا به داخل موتور را محدود می‌کند؛ اما این به معنی محافظت کامل در برابر ورودی رطوبت و گردوغبار نیست.
اکثر موتورهایی که بدنه کاملاً بسته بدون تهویه دارند، کمتر از یک اسب بخار توان دارند. در بدنه این موتورها هیچ منفذی برای تهویه وجود ندارد و تمام گرمای داخل موتور باید از طریق هدایت گرما از بدنه دفع شود؛ به همین علت، پوسته این موتورها دارای شیارهای نسبتاً عمیقی است که به دفع گرما کمک می‌کند.
2) بدنه کاملاً بسته با فن خنک‌کننده: این موتورها هیچ‌گونه منفذی برای جریان هوا روی پوسته خود ندارند، اما در انتهای شفت روتور یک فن خارجی قرار گرفته تا خنک‌کاری موتور را انجام دهد. این فن هوا را روی بدنه خارجی موتور می‌دمد؛ پروانه فن توسط یک درپوش محافظت می‌شود تا از تماس افراد با آن جلوگیری شود. موتورهای دارای بدنه کاملاً بسته با فن خنک کننده را می‌توان در محیط‌های آلوده و مرطوب (حتی با کمی خاصیت خورندگی) استفاده نمود.
3) بدنه ضد انفجار: در صنایعی که ریسک بالایی دارند، مانند صنایع فراوری مواد شیمیایی، معادن، ریخته‌گری، صنایع خمیر و کاغذ، مدیریت پسماند، پتروشیمی و … معمولاً از موتورهای ضد انفجار استفاده می‌شود. این نوع بدنه، سخت‌گیرانه‌ترین استاندارد ایمنی و حفاظتی را داشته و معمولاً از جنس چدن تولید می‌شوند.
محیط‌های پر خطر از نظر اشتعال را به گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌کنند؛ از جمله:
دسته‌بندی بر اساس Division I و Division II:
- Division I: این محیط‌ها به طور معمول در جوّ خود مواد خطرناک و قابل‌اشتعال دارند.
- Division II: در این محیط‌ها ممکن است در صورت بروز شرایط غیرعادی، مواد خطرناک در اتمسفر وجود دارند.
دسته‌بندی بر اساس نوع و گروه مواد خطرناک:
مکان‌های خطرناک بیشتر توسط کلاس و گروه خطر تعریف می‌شوند.
- کلاس I گروه A تا D: دارای گاز یا بخار قابل‌اشتعال هستند.
- کلاس II گروه‌های F ، E و G: دارای گردوغبار قابل‌اشتعال هستند. مانند غبار زغال یا پوسته‌های غلات.
- کلاس III: این کلاس شامل الیاف و پرزهای قابل‌اشتعال است.
استاتور
استاتور قسمت ثابت یا ساکن الکتروموتور است که وظیفه هدایت میدان مغناطیسی درون موتور را بر عهده دارد. استاتور از چندین لایه فلزی تشکیل شده که داخل آنها سیم‌پیچ‌هایی قرار دارد؛ با وصل‌شدن جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی در این سیم‌پیچ‌ها ایجاد می‌شود.
در موتورهای سه‌فاز، سیم‌پیچ‌های استاتور باید 120 درجه از یکدیگر فاصله داشته باشند تا میدان مغناطیسی دوار در موتور ایجاد شود. تعداد قطب‌های موتور در واقع بیانگر تعداد کلاف‌های سیم‌پیچ موجود در آن است. براین‌اساس موتورهای سه‌فاز به‌صورت 2، 4، 6 و 8 قطبی تولید می‌شوند.
اجزای استاتور
به‌طورکلی استاتورها از دو قسمت اصلی تشکیل شده‌اند:
- هسته استاتور (Stator Core)
- سیم‌پیچی استاتور (Windings)
هسته استاتور از ورقه‌های نازکی به نام لمینت (Lamination) ساخته شده است؛ جنس این ورقه‌ها نوع خاصی از سیلیکون بوده و تلفات گردابی و هیسترزیس را کاهش می‌دهند. هسته استاتور دارای تعدادی شیار (اسلات) است که کلاف‌های سیم‌پیچ درون آنها جای می‌گیرند.
سیم‌پیچ‌های استاتور میدان مغناطیسی لازم برای چرخش روتور را ایجاد می‌کنند. سیم‌پیچی استاتور به روش‌های مختلفی انجام می‌شود که در مقاله آموزش سیم‌پیچی الکتروموتور سه‌فاز به طور کامل به این موضوع پرداخته‌ایم.
روتور
روتور بخش متحرک الکتروموتور است که بر روی شفت سوار شده و داخل استاتور می‌چرخد. میدان مغناطیسی استاتور، در خلاف جهت میدان مغناطیسی روتور است؛ القای متقابل این دو میدان مغناطیسی باعث دفع روتور از میدان مغناطیسی استاتور شده و در نتیجه روتور به چرخش در می‌آید.
انواع روتور
روتور موتورهای القایی در دو نوع کلی زیر تولید می‌شود:
- قفس سنجابی (Squirrel Cage)
- روتور سیم‌پیچی شده (Wound Rotor)
هسته روتور از تعدادی ورقه نازک فلزی به نام لمینت (Lamination) که به شکل یک استوانه روی‌هم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. سطح خارجی این سیلندر (استوانه) تعدادی شیار دارد و در مرکز لمینت نیز محل نصب شفت قرار دارد.
در روتورهای قفس سنجابی، درون اسلات‌های لمینت‌ها میله‌های فلزی رسانایی قرار می‌گیرند که انتهای آنها به‌وسیله حلقه‌های فلزی به هم متصل شده‌اند.
در روتورهای سیم‌پیچی شده، داخل اسلات‌ها تعدادی سیم‌پیچ قرار گرفته است. اگر تعداد پل‌های استاتور و روتور با هم یکسان نباشد، عملکرد موتور با مشکل مواجه می‌شود. همچنین در این نوع موتور سه‌فاز باید سیم‌پیچ‌های روتور به‌صورت ستاره متصل شوند؛ صرف‌نظر از اینکه سیم‌پیچ‌های استاتور به‌صورت ستاره یا مثلث متصل شده باشد.
معمولاً موتورهایی که دارای روتور قفس سنجابی ساده و مضاعف هستند، از نوع آسنکرون و موتورهایی که روتور سیم‌پیچی شده دارند از نوع سنکرون هستند. روتورهای قفس سنجابی ساده، متداول‌ترین نوع روتور در موتورهای القایی سه‌فاز هستند.
شفت
شفت میله‌ای فلزی است که داخل روتور قرار گرفته و نیروی گشتاور تولید شده توسط موتور را به سایر تجهیزات مانند گیربکس منتقل می‌کند. هرچه ابعاد الکتروموتور بزرگ‌تر باشد قطر شفت آن بیشتر است. همچنین باتوجه‌به اینکه فشار بار در هنگام راه‌اندازی روی شفت موتور وارد می‌شود، باید جنس آن از آلیاژهای مستحکم ساخته شده و مقاومت بالایی در برابر شوک و فشار داشته باشد.
بیرینگ ها
بیرینگ‌ها قطعاتی هستند که بین شفت و بدنه قرار گرفته و وظیفه پشتیبانی از محورها و حفظ فاصله هوایی بین استاتور و روتور را بر عهده دارند. به‌طورکلی بیرینگ‌ها از اجزای زیر تشکیل شده‌اند:
- حلقه داخلی: این حلقه با روتور و شفت در ارتباط است و همراه آنها می‌چرخد.
- حلقه خارجی: حلقه‌ای ثابت که در محفظه بیرینگ نصب می‌شود.
- عناصر غلتان: قطعاتی مانند ساچمه، استوانه و … که بین حلقه‌های داخلی و خارجی قرار گرفته و حرکت روان را تسهیل می‌کنند.
- قفسه: وظیفه قفسه نگه‌داشتن عناصر غلتان در جای خود بوده و از تداخل آنها با یکدیگر جلوگیری می‌کند.
- مهروموم: آب‌بند یا مهروموم از ورود گردوغبار و آلودگی به داخل بیرینگ جلوگیری می‌کند و روان‌کننده‌ها را در جای خود نگه می‌دارد.
انواع بیرینگ
بیرینگ‌ها را بر اساس نوع عناصر غلتان و کاربرد به گروه‌های زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:
- بلبرینگ شیار عمیق ساچمه‌ای
- بلبرینگ تماس زاویه‌ای
- بلبرینگ و رولبرینگ خودتنظیم
- بلبرینگ و رولبرینگ کف گرد
- رولبرینگ استوانه‌ای
- رولبرینگ سوزنی
- رولبرینگ بشکه‌ای
- رولبرینگ مخروطی
جعبه ترمینال
دو سر هر کلاف سیم‌پیچ از جعبه ترمینال موتور بیرون می‌آید تا سربندی موتور انجام شود. برای آشنایی بیشتر با انواع روش‌های اتصال سیم‌پیچ‌ها، مقاله سربندی موتور سه‌فاز و نحوه تشخیص آن را مطالعه کنید.
سیستم خنک کننده
سیستم خنک کننده موتور نقش مهمی در کاهش دما، افزایش راندمان و طول عمر قطعات موتور دارد. روش‌های مختلفی برای خنک‌سازی موتور استفاده می‌شود که رایج‌ترین آنها روش IC411 و IC416 هستند.
- IC411: در این روش یک پروانه فن روی قسمت انتهایی شفت موتور متصل می‌شود و با چرخش شفت، هوا را به داخل موتور منتقل نموده و گرما را از آن خارج می‌کند.
- IC416: در این روش یک فن مجزا که توسط موتور دیگری تغذیه می‌شود، برای خنک‌کردن موتور استفاده می‌شود. این فن می‌تواند داخل یا خارج موتور نصب شود.
الکتروموتورهای DC
این نوع الکتروموتورها با برق DC کار می‌کنند و به طور گسترده در لوازم خانگی، ماشین آلات و وسایل نقلیه استفاده می‌شوند. هنگامی که یک الکتروموتور DC تغذیه می‌شود یک میدان مغناطیسی در استاتور موتور ایجاد می‌شود. که این میدان، باعث جذب و دفع آهنربای روی روتور شده و در نتیجه باعث حرکت آن می‌شود.
از مزایای الکتروموتورهای DC می‌توان به توانایی کنترل دقیق سرعت آنها نسبت به موتورهای AC اشاره کرد همچنین نسبت به الکتروموتورهای AC نصب و راه اندازی آنها راحت تر است. از آنجایی که موتورهای DC می‌توانند فورا راه اندازی، متوقف و معکوس شوند که عاملی بسیار مهم برای کنترل عملکرد تجهیزات تولید است. به همین دلیل در صنعت، موتورهای DC به اندازه موتورهای القایی سه فاز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اجزای الکتروموتور DC
ساختمان موتورهای DC از اجزای مختلفی تشکیل شده است که به شرح زیر است:
استاتور
استاتور قسمت بدون حرکت این موتورها است که شامل یک آهنربای دائمی می‌شود. این قسمت میدان مغناطیسی لازم جهت چرخش روتور یا آرمیچر را فراهم می‌کند.
روتور
روتور یا آرمیچر قسمت متحرک موتور دی سی است که میدان مغناطیسی ایجاد شده در سیم‌پیچ آن خلاف جهت میدان استاتور است و به همین علت شروع به چرخش می‌نماید.
کموتاتور
کموتاتور یک موتور DC یک ساختار استوانه‌ای شکل است که از قطعات مسی کنار هم ساخته شده‌است این قطعات مسی شکل، با استفاده از میکا (ورق نسوز) از یکدیگر عایق شده‌اند. وظیفه اصلی یک کموتاتور تامین جریان الکتریکی به سیم‌پیچ آرمیچر است.
جاروبک‌ها
جاروبک‌های یک موتور DC از جنس گرافیت و کربن ساخته شده‌اند. وظیفه‌ی جاروبک‌ها انتقال جریان الکتریکی از مدار خارجی به کموتاتور است. از این رو جاروبک‌ها و کموتاتورها با انتقال توان از مدار الکتریکی با روتور در ارتباط هستند.
بدنه
قاب بیرونی یک موتور DC یک استوانه توخالی است که از فولاد ریخته‌گری شده یا فولاد نورد شده به نام یوغ ساخته شده‌است که از هسته الکتروموتور محافظت می‌کند.