موتورهای خطی

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش)

گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد

. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر

مگلو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند. نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای

است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت

الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی dc و

یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار

می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با

کامپیوتر یکی از فرمهای سیستم‌های تنظیم موقعیت است،



سرو موتور

در کاربردهاي مـدرن ، واژه سرو يا مکانيــسم سرو به يک سيستم کنـترلي فيدبک که متغير کنترل شونده ، موقعيت يا مشتق موقعيت مکانيکي به عنوان سرعت و شتاب است، محدود مي شود.

يک سيستم کنترلي فيدبک ، سيـستم کنـترلي است که به نگهـداشتن يک رابطه مفروض بين يک کميت کنـترل شده و يک کميـت مرجع ، با مقايسه توابع آنها و اسـتفاده از اختلاف به عنوان وسيله کنترل منجر مي شود.

سيستم کنـترلي فيدبک الکتريکي ، عموما براي کار به انرژي الکتـريکي تکيه مي کند . مشخصـات مهمي که معمولا براي چنين کنترلي مورد نياز است ، عبارتند از :

نياز هاي چنين کنترلي عبارتست از :



1- وسيله آشکار سازي خطا ،

2- تقويت کننده و

3- وسيله تصحيح خطا ،

كه در شكل 1 نشان داده شده است .





هر عنـصر هدف ويژه اي در هماهنگ کردن کميت مرجع با کميت کنترل شده ايفا مي کند . وسيله آشکـــارسازي خـطا هنــگامي که کميـت تنظيم شده متفاوت از کميت مرجع است ، خطا را آشکار مي کند . سپـس يک سيگنـال خطا به تقويت کنـنده اي که قــدرت وسيله تصـحيح خطا را فراهم مي کند مي فرسـتد . با اين تـوان وسيـله تصـحيح خطا ، کمـيت کـنترل شـده را آنـچنـــان تغيير مي دهد که با ورودي مرجع هماهنگ گردد .



به موتورهـايي که به سرعـت به سيگنال خطا پاسخ مي دهنـد و سريعا به بار شتاب مي دهنـد سرو موتور گفته مي شود . نسبت گشتاور به اينرسي (t/j) يک جنبه بسيار مهم يک سرو مـوتور است ، زيرا موتور با اين فاکتور شتاب مي گيرد .

مشخصات اصلي که در هر سرو موتور ديده مي شود عبارتست از :



1- گشتاور خروجي موتور بايد متناسب با ولتاژ بکار گرفته شده آن باشد .

2- جهت گشتاور سرو موتور بايد به پلاريته لحظه اي ولتاژ کنترل بستگي داشته باشد .







سرو موتور به دو دسته کلي سرو موتورهاي ac و سرو موتورهاي dcتقسيم مي گردد .

سرو موتورهاي ac عموما به سرو موتورهاي dcترجيح داده مي شوند ، بجز براي استفاده در سيستمهاي با قدرت خيلي بالا، سرو موتورهايac به دليل اينکه نسبت به سرو موتورهاي dcداراي بازده بيـشتري هستنـد ترجيـح داده مي شونــد . اگــر چه تلفـات تـوان نگــراني اصـلي در سرومکانيسمها نيستند ، يک موتور پربازده از تلفات بيش از اندازه توان جلوگيري مي کند .

سرو موتورهاي dc :

انواع موتورهای الکتریکی

موتورهای dc

یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسط مایکل فارادی در سال 1821 یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک dc دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور dc به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.

سرعت موتور dc وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.
اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. 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 نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. 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.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور dc را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای dc میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان dc و هم ac بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه ac کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور dc میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان ac سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل dc خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه ac را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای dc هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای ac در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.

موتورهای ac

موتورهای ac تک فاز:

معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور ac تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.