روتور الکتروموتور قطعه ای است که در یک ماشین الکتریکی می چرخد. همین تعریف معتبر است چه ماشین الکتریکی یک موتور الکتریکی باشد یا یک ژنراتور الکتریکی فرقی ندارد.
روتور الکتروموتور چیست؟
در موتور الکتریکی، روتور همراه با استاتور (قطع ثابت) برای انتقال نیروی ماشین الکتریکی کار می کند. این اصطلاح علاوه بر اینکه جزء یک موتور الکتریکی است، معمولاً در ماشین های دوار مانند توربین ها و پمپ های گریز از مرکز، برخلاف اصطلاح استاتور استفاده می شود.
روتور از شفتی تشکیل شده است که توسط شفتی تشکیل شده است که مجموعه ای از سیم پیچ ها را که روی یک هسته مغناطیسی پیچیده شده اند، پشتیبانی می کند. این شفت در یک میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک آهنربا، یک آهنربای الکتریکی یا با عبور از یک مجموعه دیگر از سیم پیچ ها که بر روی قطعات قطبی پیچیده شده اند، می چرخد.
مجموعه این قطعات قطب چیزی است که به آن استاتور می گویند. استاتور ثابت می ماند و جریان الکتریکی از آن عبور می کند. بسته به موتور، جریان می تواند جریان مستقیم یا جریان متناوب باشد. اگر قرار است روتور در ماشین های جریان متناوب با توان متوسط و بالا استفاده شود، معمولاً از ورق های فولادی الکتریکی ساخته می شوند. این صفحات ویژه به کاهش تلفات ناشی از میدان های مغناطیسی متغیر مانند میدان های مغناطیسی ناشی از پدیده پسماند یا جریان های گردابی کمک می کنند.
انواع روتور برای موتور های AC
موتور های الکتریکی که با جریان متناوب کار می کنند می توانند با یکی از این نوع روتور ها کار کنند:
- قفس سنجابی، این نوع روتور برای موتور های آسنکرون استفاده می شود.
- قطبی، این نوع روتور برای موتور سنکرون یا دینام سنکرون استفاده می شود.
آهنربا های دائمی، در این مورد موتور یا دینام دارای شفت موتور با جفت قطب به تعداد جفت قطب استاتور، صرف نظر از نوع موتور (سه فاز یا تک فاز) است.
تنها استثنا در دینام های موتور سه فاز یا دو فاز است، که دینام ها دینام واقعی سه فاز یا دو فاز نیستند، بلکه دینام سه فاز یا دو تک فاز هستند که در فاصله مساوی قرار گرفته اند، مشروط به سه یا دو قطب. بنابراین، سه یا دو موج سینوسی وجود دارد که خارج از فاز نیستند.
الکترومغناطیس ها، این الکترومغناطیس ها بر اساس موتور/ دینام سه فاز یا تک فاز از طریق شبکه سه فاز یا تک فاز تغذیه می شوند و این انبساط ها باید یک در هر فاز و هر جفت قطبی باشد (بنابراین در مورد سه دینام فاز دوقطبی سه الکترومغناطیس وجود دارد، در مورد دینام سه فاز چهار قطبی شش الکترومغناطیس وجود دارد.
انواع روتور برای موتور های DC
روتور موتور های جریان مستقیم می تواند:
آهنربا های دائمی؛ سیستم مورد استفاده توسط موتور براشلس و موتور پله ای
سیم پیچی شده؛ سیستمی که تقریباً توسط تمام موتور های جریان مستقیم و موتور های جهانی استفاده می شود، سیم پیچ های مختلف به ترتیب خاصی توسط جمع کننده برس برانگیخته می شوند.
عملکرد روتور الکتروموتور
در یک ماشین القایی سه فاز، جریان متناوب عرضه شده به سیمپیچ های استاتور به آن انرژی می دهد تا یک شار مغناطیسی دوار ایجاد کند. شار یک میدان مغناطیسی در شکاف هوا بین استاتور و روتور الکتروموتور ایجاد می کند و ولتاژی را القا می کند که جریانی را از طریق میله های روتور تولید می کند. مدار روتور کوتاه شده و جریان در هادی های روتور جریان دارد. عمل شار دوار و جریان نیرویی تولید می کند که گشتاوری برای راه اندازی موتور ایجاد می کند. روتور دینام از یک سیم پیچ سیمی تشکیل شده است که دور یک هسته آهنی احاطه شده است. جز مغناطیسی روتور از ورقه های فولادی ساخته شده است تا به مهر و موم کردن شکاف های رسانا به اشکال و اندازه های خاص کمک کند. همانطور که جریان از طریق سیم پیچ عبور می کند یک میدان مغناطیسی در اطراف هسته ایجاد می شود که به آن جریان میدان می گویند.
شدت جریان میدان، سطح توان میدان مغناطیسی را کنترل می کند. جریان مستقیم (DC) جریان میدان را در یک جهت هدایت می کند و توسط مجموعه ای از برس ها و اسلیپ رینگ ها به سیم پیچ منتقل می شود. مانند هر آهنربایی، میدان مغناطیسی تولید شده دارای یک قطب شمال و یک قطب جنوب است. جهت عادی موتوری که روتور در جهت عقربه های ساعت کار می کند را می توان با استفاده از آهنربا ها و میدان های مغناطیسی نصب شده در طراحی روتور دستکاری کرد و به موتور اجازه می دهد در جهت معکوس یا خلاف جهت عقربه های ساعت کار کند.
طرز کار روتور الکتروموتور
القای جریان از طریق میله های روتور موتور القایی القایی زمانی اتفاق می افتد که جریان به استاتور اعمال شود. این جریان اعمال شده از طریق سیمپیچ های استاتور، چرخش میدان مغناطیسی استاتور را در فرکانس خط آغاز می کند.
سپس میله های روتور، روتور ثابت تحت حداکثر حرکت نسبی میدان مغناطیسی استاتور به میله ها قرار می گیرند. در این مرحله حداکثر جریان در امتداد میله ها تولید می شود. همانطور که قطب شمال استاتور از یک میله روتور عبور می کند، جریان در امتداد میله روتور القا می شود. در همان لحظه، قطب جنوب استاتور از یک میله با فاصله ۱۸۰ درجه می چرخد و جریانی را در امتداد آن میله در جهت مخالف القا می کند. این جریان دایره ای در امتداد میله های روتور از طریق حلقه های کوتاه و اطراف لایه ها باعث می شود روتور به یک آهنربای الکتریکی تبدیل شود.
در این نقطه شروع ثابت (روتور قفل شده) است که قدرت الکترومغناطیسی روتور قوی ترین است. روتور الکترومغناطیسی شروع به شتاب گرفتن به سرعت سنکرون یا سرعتی که میدان مغناطیسی استاتور در آن می چرخد، می شود. با افزایش سرعت روتور، حرکت نسبی بین میله های روتور و میدان مغناطیسی دوار کاهش می یابد. این باعث کاهش جریان و گشتاور می شود. با نزدیک شدن حرکت نسبی (نیروی چرخشی) بین میله های روتور و میدان مغناطیسی استاتور، جریان در طول روتور متوقف می شود. مغناطیس روتور الکتروموتور متوقف می شود و روتور کند می شود تا زمانی که گشتاور تولید شده توسط موتور با تجهیزات محرک برابر شود.
اگر بار موتور افزایش یابد سرعت موتور کاهش می یابد. بار را کاهش دهید و سرعت موتور افزایش می یابد. یک موتور القایی هرگز به دلیل اصطکاک و تلفات باد به سرعت سنکرون نمی رسد. تفاوت بین سرعت سنکرون و سرعت روتور القایی را فرکانس اسلیپ می گویند.
درباره روتور های قفس سنجابی و زخمی (wound rotor)
موتور های القایی (ناهمزمان)، ژنراتور ها و دینام (سنکرون) دارای یک سیستم الکترومغناطیسی متشکل از استاتور و روتور هستند. دو طرح برای روتور در موتور القایی وجود دارد: قفس سنجابی و زخمی. در ژنراتور ها و دینام ها، طرح های روتور به صورت قطب برجسته یا استوانه ای هستند.
روتور قفس سنجابی از فولاد چند لایه در هسته با میله های مسی یا آلومینیومی با فاصله یکنواخت در اطراف محیط قرار گرفته است که به طور دائم در انتهای آن توسط حلقه های انتهایی کوتاه شده است. این ساختار ساده و ناهموار آن را برای اکثر کاربرد ها مورد استفاده قرار می دهد. مونتاژ دارای پیچ و تاب است: میلهها کج یا مورب هستند تا زمزمه مغناطیسی و صدا های شکاف را کاهش دهند و تمایل به قفل شدن را کاهش دهند. دندانه های روتور و استاتور که در استاتور قرار می گیرند، می توانند زمانی که به تعداد مساوی باشند قفل شوند و آهنربا ها خودشان را به طور مساوی از هم دور کنند و در هر دو جهت مخالف باشند. یاتاقان ها در هر انتها روتور را در محفظهاش نصب می کنند، با یک سر شافت بیرون زده تا امکان اتصال بار را فراهم کند.
روتور زخمی یک هسته استوانه ای است که از لایه فولادی با شکاف هایی برای نگه داشتن سیم ها برای سیم پیچ های ۳ فاز آن ساخته شده است که به طور مساوی در فاصله ۱۲۰ درجه الکتریکی از هم قرار گرفته اند و در یک پیکربندی ‘Y’ به هم متصل می شوند. پایانه های سیم پیچ روتور بیرون آورده شده و با برس به سه حلقه لغزنده روی شفت روتور متصل می شوند. برسهای روی حلقه های لغزشی به مقاومت های سه فاز خارجی اجازه می دهند که به صورت سری به سیمپیچ های روتور متصل شوند تا کنترل سرعت را فراهم کنند. مقاومت های خارجی به بخشی از مدار روتور تبدیل می شوند تا هنگام راهاندازی موتور، گشتاور زیادی تولید کنند. با افزایش سرعت موتور، مقاومت ها را می توان به صفر کاهش داد.
موتور القایی قفس سنجابی | موتور القایی روتور زخمی | |
۱ | جریان زیاد برای راه اندازی استفاده می شود | راه اندازی با جریان کم امکان پذیر است |
۲ | ساختار ساده است | ساخت و ساز پیچیده است |
۳ | هزینه تعمیر و نگهداری کم | هزینه تعمیر و نگهداری بالا |
۴ | ارزانتر | گران تر |
۵ | گشتاور راه اندازی کم | گشتاور راه اندازی بالا |
۶ | راندمان راه اندازی ضعیف | ضریب راه اندازی ضعیف |
۷ | ضریب توان خوب | ضریب توان کم |
۸ | روتور دارای میله های روتور خواهد بود | سیم پیچ روتور شبیه به استاتور است. |
۹ | مقاومت خارجی را نمی توان اضافه کرد | می توان مقاومت خارجی اضافه کرد |
۱۰ | حلقه ها و برس های غير لغزنده | حلقه ها و برس های لغزنده |
۱۱ | به دلیل هزینه کم و نگهداری کمتر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد | به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد |
۱۲ | کنترل سرعت ضعیف | کنترل سرعت خوب |
۱۳ | تنظیم گرما خوب | تنظیم حرارت ضعیف |
۱۴ | جریان هجومی و فشار زیاد | جریان هجومی و فشار كم |
۱۵ | راندمان خوب در حین کار | راندمان ضعیف در حین کار |