مقدمه ای بر موتورهای الکتریکی - قسمت اول: تاریخچه و مقدمه

1-تاریخ و مخترعین:

1834 – توماس دیونپورت (Thomas Davenport) از ایالت ورمانت اولین موتور الکتریکی واقعی را ساخت ("حقیقی" به معنی به قدر کافی قدرتمند برای انجام یک کار) اگرچه Joseph Henry و Michael Faraday تجهیزات حرکتی اولیه را به کمک میدان­ های الکترومغناطیسی ایجاد کردند. این تجهیزات نمی ­توانست هیچ کاری برای نوع بشر انجام دهد اما برای منجر به راهی برای بهتر شدن موتور در آینده شد. موتورهای مختلف Davenport، قادر بودند تا یک مدل واگن برقی را در یک حلقه­ ی دایره­ ای راه­ اندازی کنند و کارهایی از این قبیل. واگن برقی بعدا اولین کاربرد مهم توان الکتریکی شد (لامپ روشنایی نبود). واگن برقی سایز کامل اولیه، سرانجام 30 سال بعد از مرگ Davenport  در سال 1850 ساخته شد.

تاثیر موتورهای الکتریکی قبل از لامپ­ های روشنایی:

واگن­ های برقی و سیستم­های قدرت متصل، ساختشان خیلی پرهزینه بود اما میلیون­ها فرد را برای کار در 1880 جابه­ جا می­کرد. تا رشد شبکه قدرت در سال 1890، اغلب افراد (کلاس پایین و متوسط) حتی در شهرها چراغ الکتریکی در خانه نداشتند.

تا سال 1873 که سرانجام موتورهای الکتریکی موفقیت تجاری کسب کردند. از سال 1830، هزاران مهندس پیشگام موتورها را ارتقاء دادند و تغییرات زیادی ایجاد کردند. برای جزئیات بیش­تر به صفحات دیگر در مودر تاریخ گسترده ­ی موتورهای الکتریکی رجوع کنید.

موتور منجر به ژنراتور شد:

بعد از موتورهای ضعیف الکتریکی که توسط فارادی و هنری بسط یافتند، دیگر پیشگام به نام Hippolyte Pixii  فهمید که با راه­ اندازی موتور به صورت معکوس، می­توان پالس­ هایی از الکتریسیته ایجاد کرد. تا سال 1860، ژنراتورهای قدرتمندی توسعه یافتند. صنعت الکتریسیته نمی­توانست تا زمانی که ژنراتورها توسعه نیافته ­اند، بسط یابد، زیرا باطری­ ها راهی اقتصادی برای تامین توان جامعه نبودند.

2-موتورها چگونه کار می­کنند

موتورهای الکتریکی می­توانند توسط جریان مستقیم (DC) یا متناوب (AC) برقدار شوند. موتورهای DC اولین بار توسعه یافتند و مزیت­ها و نقص­های مشخصی داشتند. هر نوع از موتورها به شکلی متفاوت عمل می­ کند اما آن­ها تماماً از توان میدان الکترومغناطیسی استفاده می­ کنند. ما در مورد قواعدی اساسی از میدان­های الکترومغناطیسی در موتورها قبل از اینکه نظر شمار را به نوع دیگر جلب کنیم، صحبت می­ کنیم.

موتورهای الکتریکی AC از یک سیم­ پیچ (مگنت) اولیه و ثانویه استفاده می­ کنند، اولیه به شبکه قدرت AC متصل است (یا مستقیماً به یک ژنراتور) و انرژی دار می­ شود. ثانویه، انرژی را از اولیه بدون اتصال مستقیم به آن دریافت می­ کند. این امر به کمک پدیدهی پیچیده­ای که القاء نامیده می­شود، صورت می­ گیرد.

2.a) قسمت­ هایی از یک موتور الکتریکی:

انوع مختلفی از موتورهای الکتریکی وجود دارد اما در حالت کلی آن­ها قسمت­های مشابهی دارند. هر موتور دارای یک استاتور است، که ممکن است یک مغناطیس دائم (مطابق آنچه در بالا، در "موتور یونیورسال" نشان داده شد) یا سیم­هایی عایق­بندی شده و پیچیده شده (اغلب اوقات)، و مقید به میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط استاتور است. رتور هنگامی که قطب­هایش متصل­ اند می­ چرخد و با قطب­های استاتور دفع می­ شود. ویدیوی ما را در زیر مشاهده کنید که چگونه کار می­کند. این ویدیو یک موتور DC ی بدون جاروبک را که روتور در خارج است را نشان می­دهد، در دیگر موتورها همان قواعد در حالت معکوس است، با الکترومغناطیس در خارج.

قدرت یک موتور:

قدرت موتور (گشتاور) توسط ولتاژ و طول سیم در یک الکترومغناطیس در استاتور، تعیین می­شود. هرچه سیم، طولانی­تر باشد (که به معنی سیم­پیچ بیش تر در استاتور است) قدرت میدان مغناطیسی، قوی­تر می‌شود. این به معنی تون بیش­تر برای گردش موتور است.

آرمیچر ـ قسمت متحرک موتور ـ این قسمت متداول است که روتور نامیده شود، و سیم­پیچ مسی چرخشی را پشتیبانی می­کند. در شکل زیر، شما نمی­تواند سیم­پیچ را ببینید زیرا آن­ها در آرمیچر به شدت جمع شده­اند. یک حفاظ نرم، سیم­پیچ را از صدمه حفاظت می­کند.

استاتور ـ سیم­پیچ­ها و پوششی که خارج موتور را تشکیل می­دهد. استاتور یک میدان مغناطیسی ساکن ایجاد می­کند.

سیم پیچ یا کویل ـ سیم­های مسی پیچانده شده حول یک هسته برای استفاده برای ایجاد یا دریافت انرژی الکترومغناطیسی.

سیم استفاده شده در سیم­پیچ باید عایق­بندی شود. در بعضی تصاویر شما خواهید دید که سیم­ها به صورت لخت دیده می­شوند. که در واقع اینطور نیست و در واقع یک لعاب با یک پوشش شفاف است.

مس متداول­ترین ماده برای سیم­پیچ است. آلومینیوم هم استفاده می­شود اما برای حمل همان بار به صورت امن، باید ضخیم­­تر باشد. سیم­پیچ­های مسی اجازه­ی ساخت موتورهای کوچک­تری را می­دهند.

سوختن یک موتور، عیب­یابی:

اگر یک موتور برای مدت طولانی یا در بار اضافی کار کند، ممکن است "بسوزد". این امر بدین معنی است که دمای بالا منجر به این می­شود که ایزولاسیون دچار شکست شده و ذوب شود، انگاه سیم­پیچ­ها اتصال کوتاه شوند و موتور خسارت ببیند. شما هم می­توانید یک موتور را توسط قرار دادن ولتاژ در سیم­پیچ­های آن بیش از آنچه برای آن طراحی شده است، بسوزانید. در آن مورد سیم در ضعیف­ترین نقطه ذوب خواهد شد و اتصال را شدت می­بخشد. شما می­توانید یک موتور را برای انیکه ببینید سوخته تست کنید بدین صورت که برای اهم­ (مقاومت) در یک مولتی­متر تست کنید. در حالت کلی شما می­توانید در علامت­های سیاه در سیم‌پیچ وقتی که یک موتور را چک می­کنید، نگاهی بیاندازید.

قفس­ سنجابی ـ دومین سیم­پیچ در یک موتور القایی، زیر را ببینید تا مشاهده کنید که چگونه کار می­کند.

القا ـ تولید نیروی الکترومحرکه در یک مدار بسته توسط یک شار مغناطیسی متغیر در سرتاسر مدار. در توان AC، سطح توان بالا و پایین می­رود، این امر سیم­پیچ را برای یک لحظه شارژ می­کند و میدان مغناطیسی ایجاد می­کند. وقتی که توان در سکیل میدان مغناطیسی افت می­کند، نمی­تواند حفظ شود و فروپاشی رخ می­دهد. این عمل توان را از طریق مغناطیس به دیگر سیم­پیچ­ها یا کویل­ها انتقال می­یابد.

 در قسمت دوم و سوم موتور های  DC و AC را توضیح می دهیم