موتور الکتریکی (Electric motor)

موتور الکتریکی ماشینی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. اکثر موتورهای الکتریکی از طریق تعامل بین موتور کار می کنند.

موتور الکتریکی دستگاهی است که برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی طراحی شده است. اصل عملیاتی برای اکثر موتورهای الکتریکی شامل برهمکنش بین میدان مغناطیسی ذاتی موتور و جریان الکتریکی است که از سیم پیچی عبور می کند، که مجموعاً نیروی لاپلاس ایجاد می کند که به صورت گشتاور اعمال شده به شفت موتور ظاهر می شود. در مقابل، یک ژنراتور الکتریکی از نظر مکانیکی مشابه موتور الکتریکی است، اما برعکس عمل می‌کند و انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

موتورهای الکتریکی می‌توانند انرژی را از منابع جریان مستقیم (DC) مانند باتری‌ها یا یکسوکننده‌ها یا از منابع جریان متناوب (AC)، از جمله شبکه‌های برق، اینورترها یا ژنراتورهای الکتریکی دریافت کنند. علاوه بر این، موتورهای الکتریکی بر اساس عوامل مختلفی از جمله نوع منبع تغذیه، ساختار، کاربرد مورد نظر و ماهیت خروجی حرکت آنها دسته بندی می شوند. آنها می توانند به صورت برس دار یا بدون جاروبک طراحی شوند، با برق تک فاز، دو فاز یا سه فاز کار کنند، دارای طرح های شار محوری یا شعاعی باشند، و دارای سیستم های خنک کننده هوا یا خنک کننده مایع باشند.

موتورهای الکتریکی استاندارد منابع انرژی اساسی برای کاربردهای صنعتی هستند. بزرگ‌ترین واحدها در نقش‌های سختی مانند نیروی محرکه دریایی، فشرده‌سازی خط لوله و تأسیسات ذخیره‌سازی پمپی مستقر هستند که اغلب خروجی‌های بیش از 100 مگاوات را ارائه می‌کنند. سایر کاربردهای گسترده شامل فن های صنعتی، دمنده ها و پمپ ها، ماشین ابزار، لوازم خانگی، ابزار برقی، وسایل نقلیه و دیسک درایوها می شود. موتورهای مینیاتوری حتی در ساعت های برقی ادغام می شوند. در زمینه‌های خاص، مانند سیستم‌های ترمز احیاکننده در موتورهای کششی، موتورهای الکتریکی می‌توانند به‌عنوان ژنراتور به صورت معکوس عمل کنند و بازیابی انرژی را تسهیل کنند که در غیر این صورت به صورت گرما و اصطکاک تلف می‌شود.

موتورهای الکتریکی نیروی خطی یا چرخشی (گشتاور) تولید می‌کنند تا مکانیزم خارجی را به حرکت درآورند و در نتیجه آن‌ها را به عنوان یک نوع عملگر طبقه‌بندی می‌کنند. آنها معمولاً برای حرکت چرخشی پیوسته یا برای جابجایی خطی در فاصله قابل توجهی نسبت به اندازه آنها مهندسی می شوند. شیر برقی ها همچنین توان الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند، اما برد عملیاتی آنها به یک فاصله محدود محدود می شود.

کامپوننت ها

موتور الکتریکی از دو جزء مکانیکی اولیه تشکیل شده است: روتور که قسمت متحرک است و استاتور که ساکن می ماند. از نظر الکتریکی، موتور از دو عنصر تشکیل شده است: آهنرباهای میدان و آرمیچر. یکی از این اجزای الکتریکی به روتور و دیگری به استاتور چسبانده شده و مجموعاً یک مدار مغناطیسی را تشکیل می دهند. آهنرباها یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند که در آرمیچر نفوذ می کند. این آهنرباها می توانند آهنرباهای الکتریکی یا آهنرباهای دائمی باشند. به طور معمول، آهنربای میدان روی استاتور و آرمیچر روی روتور قرار دارد، اگرچه این پیکربندی را می توان معکوس کرد.

روتور

روتور عنصر متحرکی است که وظیفه انتقال نیروی مکانیکی را بر عهده دارد. معمولاً هادی هایی را در خود جای می دهد که جریان های الکتریکی را حمل می کنند، که میدان مغناطیسی تولید شده توسط استاتور بر آن نیرو وارد می کند و باعث چرخش شفت می شود.

استاتور

استاتور روتور را احاطه کرده است و معمولاً حاوی آهنرباهای میدانی است که یا آهنرباهای الکترومغناطیسی (سیم پیچی در اطراف هسته آهنی فرومغناطیسی) یا آهنرباهای دائمی هستند. این آهنرباها میدان مغناطیسی ایجاد می کنند که از آرمیچر روتور عبور می کند و به سیم پیچ های روتور نیرو وارد می کند. هسته استاتور از ورق های فلزی نازک و عایق متعددی ساخته شده است که به عنوان لایه لایه شناخته می شوند. این لایه‌ها از فولاد الکتریکی ساخته شده‌اند که با خاصیت نفوذپذیری مغناطیسی، پسماند و اشباع مشخص می‌شوند. لایه‌بندی‌ها برای کاهش تلفات ناشی از جریان‌های گردابی در گردش در صورت استفاده از یک هسته جامد بسیار مهم هستند. در موتورهای جریان متناوب برق، سیم‌های درون سیم‌پیچ‌ها معمولاً با آغشته کردن خلاء با لاک ثابت می‌شوند. این فرآیند از لرزش بین سیم جلوگیری می کند، که می تواند عایق سیم را ساییده و منجر به خرابی های زودرس شود. موتورهای پر از رزین، که در کاربردهایی مانند پمپ‌های غوطه‌ور در چاه عمیق، ماشین‌های لباسشویی و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرند، استاتور را در رزین پلاستیکی محصور می‌کنند تا از خوردگی و/یا کاهش صدای هدایت شده جلوگیری کنند.

شکاف

یک شکاف هوا بین استاتور و روتور برای تسهیل چرخش روتور ضروری است. عرض دقیق این شکاف به طور قابل توجهی بر ویژگی های الکتریکی موتور تأثیر می گذارد. به طور کلی، شکاف به حداقل می رسد، زیرا شکاف بزرگتر تمایل به کاهش عملکرد دارد. برعکس، شکاف های بیش از حد کوچک می توانند باعث اصطکاک و ایجاد نویز شوند.

آرماتور

آرمیچر از سیم‌پیچ‌های سیم‌پیچ شده در اطراف یک هسته فرومغناطیسی تشکیل شده است. هنگامی که جریان الکتریکی از این سیم ها عبور می کند، میدان مغناطیسی نیرویی (نیروی لورنتس) بر آنها وارد می کند و در نتیجه روتور را می چرخاند. این سیم‌پیچ‌ها از سیم‌های پیچ‌دار تشکیل شده‌اند که به‌دقت دور یک هسته فرومغناطیسی لمینت‌شده، آهنی نرم پیچیده شده‌اند تا قطب‌های مغناطیسی را پس از انرژی‌دهی با جریان ایجاد کنند.

ماشین های الکتریکی با پیکربندی های قطب برجسته و غیر برجسته طراحی شده اند. در موتورهای قطب برجسته، هسته های فرومغناطیسی روتور و استاتور دارای قطب های بیرون زده هستند که در مقابل یکدیگر قرار دارند. سیم پیچ هایی در اطراف هر قطب، در زیر صفحه قطب پیچیده می شوند که با اعمال جریان به قطب های شمال یا جنوب مغناطیسی می شوند. برعکس، در یک موتور بدون قطب (میدان توزیع شده یا روتور گرد)، هسته فرومغناطیسی استوانه ای و صاف است و سیم پیچ ها به طور یکنواخت در شکاف ها در امتداد محیط آن توزیع شده اند. اعمال جریان متناوب به این سیم پیچ ها باعث ایجاد قطب های مغناطیسی در حال چرخش مداوم در هسته می شود. یک موتور قطب سایه دار یک سیم پیچ کمکی در اطراف قسمتی از قطب دارد که باعث ایجاد تاخیر فاز در میدان مغناطیسی برای آن قطب خاص می شود.

کمیوتاتور

کموتاتور یک کلید الکتریکی دوار است که برای رساندن جریان به روتور طراحی شده است. با چرخش شفت به صورت دوره ای جهت جریان را در سیم پیچ های روتور معکوس می کند. این شامل مجموعه ای استوانه ای از چندین بخش تماس فلزی است که روی آرمیچر نصب شده اند. به طور معمول، دو یا چند کنتاکت الکتریکی، معروف به برس و ساخته شده از یک ماده رسانای نرم مانند کربن، فشار مداوم را در برابر کموتاتور حفظ می کنند. این برس‌ها با چرخش روتور تماس لغزشی را با بخش‌های کموتاتور متوالی برقرار می‌کنند و در نتیجه جریان الکتریکی را به سیم‌پیچ‌های روتور می‌رسانند. سیم پیچ های روتور به صورت الکتریکی به این بخش های کموتاتور متصل می شوند. این مکانیسم جهت جریان در سیم پیچ های روتور را در هر نیم چرخش (180 درجه) معکوس می کند و اطمینان می دهد که گشتاور اعمال شده روی روتور به طور مداوم در یک جهت عمل می کند. بدون این معکوس، جهت گشتاور در هر سیم پیچ روتور در هر نیم چرخش متناوب می شود و مانع از چرخش مداوم می شود. از لحاظ تاریخی، به دلیل پیشرفت در طراحی و کارایی، موتورهای کموتی تا حد زیادی با موتورهای بدون جاروبک، موتورهای آهنربای دائمی و موتورهای القایی جایگزین شده اند.

شفت

شفت موتور از محفظه موتور بیرون زده و نیروی مکانیکی را به بار متصل منتقل می کند. هنگامی که نیروهای بار به صورت خارجی به بیرونی ترین یاتاقان اعمال می شود، پیکربندی بار "overhung" نامیده می شود.

بلبرینگ

روتور توسط یاتاقان ها پشتیبانی می شود که چرخش آن را در حول محور مرکزی آن با انتقال بارهای محوری و شعاعی از شفت به محفظه موتور تسهیل می کند.

تاریخچه

موتورهای اولیه

قبل از توسعه موتورهای الکترومغناطیسی مدرن، محققان موتورهای آزمایشی که بر اساس اصول الکترواستاتیک کار می‌کنند را بررسی کردند. اولین موتورهای الکتریکی دستگاه‌های الکترواستاتیک ابتدایی بودند که در آزمایش‌هایی که توسط راهب اسکاتلندی اندرو گوردون و آزمایش‌گر آمریکایی بنجامین فرانکلین در طول دهه‌های 1740 و 1750 انجام شد، ثبت شد. اصل نظری زیربنایی، قانون کولن، در ابتدا توسط هنری کاوندیش در سال 1771 کشف شد، اما منتشر نشده باقی ماند. چارلز آگوستین دو کولن به طور مستقل این قانون را در سال 1785 دوباره کشف و منتشر کرد که منجر به نامگذاری فعلی آن شد. با این حال، چالش ذاتی تولید ولتاژهای بالا مورد نیاز، مانع از کاربرد عملی موتورهای الکترواستاتیک شد.

اختراع باتری الکتروشیمیایی الساندرو ولتا در سال 1799 باعث تولید جریان های الکتریکی پایدار شد. در سال 1820، هانس کریستین اورستد نشان داد که جریان الکتریکی میدان مغناطیسی ایجاد می کند که قادر به اعمال نیرو بر آهنربا است. در عرض چند هفته، آندره ماری آمپر شرح اولیه برهمکنش الکترومغناطیسی را فرموله کرد و قانون نیروی آمپر را معرفی کرد، که تولید نیروی مکانیکی را از طریق فعل و انفعال یک جریان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی روشن می‌کرد.

در 3 سپتامبر 1821، مایکل فارادی در 3 سپتامبر 1821، اولین نمایش حرکت پایه را انجام داد. راه اندازی او شامل یک سیم آویزان آزاد غوطه ور در حوضچه ای از جیوه، با یک آهنربای دائمی (PM) در داخل جیوه بود. با عبور جریان الکتریکی از سیم، به دور آهنربا می چرخید و بدین ترتیب تولید یک میدان مغناطیسی دایره ای متحدالمرکز اطراف هادی را نشان می داد. فارادی متعاقبا یافته های خود را در فصلنامه علوم منتشر کرد و نسخه هایی از مقاله خود را به همراه مدل های مینیاتوری دستگاه خود برای همکاران در سطح جهان منتشر کرد تا آنها را قادر سازد تا پدیده چرخش های الکترومغناطیسی را از نزدیک مشاهده کنند. این نوع موتور اغلب در نمایش‌های فیزیک معاصر استفاده می‌شود و آب نمک معمولاً جایگزین جیوه سمی می‌شود. چرخ بارلو نمایانگر پیشرفت اولیه تظاهرات فارادی بود. با این حال، این موتورها و موتورهای مشابه آن تا اواخر قرن به کاربرد عملی دست پیدا نکردند.

در سال 1827، فیزیکدان مجارستانی، آنیوس یدلیک، آزمایش با سیم پیچ های الکترومغناطیسی را آغاز کرد. پس از اینکه جدلیک چالش های فنی چرخش مداوم را از طریق اختراع کموتاتور حل کرد، دستگاه اولیه خود را به عنوان "خودروتورهای الکترومغناطیسی" نامگذاری کرد. علیرغم کاربرد آموزشی آنها، جدلیک در سال 1828 از دستگاه افتتاحیه ای رونمایی کرد که شامل سه جزء اصلی موتورهای DC عملی است: استاتور، روتور و کموتاتور. این دستگاه بدون آهنرباهای دائمی کار می‌کرد، زیرا میدان‌های مغناطیسی برای عناصر ثابت و دوار منحصراً توسط جریان‌هایی که از سیم‌پیچ‌های مربوطه خود عبور می‌کردند، ایجاد می‌شد.

موتورهای DC

اولین کموتاتور موتور الکتریکی DC طراحی شده برای راندن ماشین‌آلات توسط دانشمند انگلیسی ویلیام استورجن در سال 1832 اختراع شد. پس از تلاش‌های پیشگام استورجن، یک موتور الکتریکی با جریان مستقیم که دارای یک کموتاتور بود، توسط یک کموتاتور آمریکایی و توماس‌پات ساخته شد. این موتورها با سرعت 600 دور در دقیقه کار می کردند و نیروی مورد نیاز ماشین ابزار و ماشین چاپ را تامین می کردند. به دلیل هزینه گزاف نیروی باتری اولیه، موتورها از نظر تجاری غیرقابل دوام بودند و منجر به نابودی مالی داونپورت شد. مخترعان متعددی پس از Sturgeon توسعه موتورهای DC را دنبال کردند، اما همه با چالش‌های یکسانی در مورد هزینه باتری مواجه شدند. با توجه به عدم وجود زیرساخت توزیع برق در آن دوران، بازار تجاری مناسب برای این موتورها محقق نشد.

به دنبال تلاش‌های متعدد، هرچند کم‌قدرت، شامل دستگاه‌های چرخشی و رفت و برگشتی، موریتز فون جاکوبی آلمانی-روسی اولین موتور الکتریکی دوار واقعاً عملی را در می 1834 تولید کرد. موتور ژاکوبی یک رکورد جهانی ایجاد کرد که متعاقباً چهار سال بعد در سپتامبر 1838 از آن فراتر رفت. موتور بعدی او دارای قدرت کافی برای به حرکت درآوردن یک قایق برقی حامل 14 مسافر در عرض یک رودخانه وسیع بود. همزمان، بین سال‌های 1839 و 1840، دیگر مبتکران موفق به ساخت موتورهایی شدند که عملکردی مشابه و متعاقباً برتر از خود نشان می‌دادند.

بین سال‌های 1827 و 1828، جدلیک دستگاهی را بر اساس اصولی مشابه با موتورهای الکترومغناطیسی خود ساخت. در همان سال، او همچنین یک مدل خودروی الکتریکی ساخت.

پیشرفت قابل توجهی در سال 1864 رخ داد، زمانی که آنتونیو پاچینوتی توضیحات اولیه آرمیچر حلقه را علیرغم تصور اولیه آن در یک ژنراتور DC یا دینام ارائه کرد. این طرح دارای سیم پیچ هایی است که به طور متقارن مرتب شده اند، خود بسته می شوند و به میله های کموتاتور متصل می شوند، که برس های آنها یک جریان تقریباً بدون امواج را تامین می کنند. ظهور اولین موتورهای DC موفق تجاری به دنبال نوآوری های معرفی شده توسط Zénobe Gramme بود که در سال 1871، طرح پاچینوتی را دوباره مهندسی کرد و راه حل های خاصی را از ورنر زیمنس ادغام کرد.

یک مزیت قابل توجه برای ماشین های DC ناشی از کشف پدیده برگشت پذیری ماشین الکتریکی توسط Siemens و مشاهده یک پدیده برگشت پذیر186 توسط Siemens بود. توسط پاچینوتی در سال 1869. گرام به طور ناخواسته این اصل را در طول نمایشگاه جهانی وین در سال 1873 با اتصال دو دستگاه DC یکسان، که تا 2 کیلومتر از هم جدا شده بودند، به نمایش گذاشت و یکی به عنوان ژنراتور و دیگری به عنوان موتور کار می کرد.

در سال 1872، Friedrich von Hefner, Friedrich von Hef; هالسکه روتور درام را به عنوان جایگزینی برای آرمیچر حلقه پاچینوتی معرفی کرد و در نتیجه کارایی دستگاه را افزایش داد. زیمنس & هالسکه متعاقباً روتور چند لایه را در سال بعد معرفی کرد که منجر به کاهش تلفات آهن و افزایش ولتاژ القایی شد. تا سال 1880، یوناس ونستروم با استفاده از شکاف‌هایی در طراحی روتور برای قرار دادن سیم‌پیچ، کارایی را بیشتر کرد.

در سال 1886، فرانک جولیان اسپراگ اولین موتور DC عملی را توسعه داد که مشخصه آن عملکرد بدون جرقه و توانایی حفظ سرعت نسبتاً ثابت با وجود بارهای نوسان است. همزمان، سایر نوآوری‌های الکتریکی اسپراگ به طور قابل‌توجهی توزیع برق شبکه را افزایش داد، که بر اساس کار قبلی او با توماس ادیسون است. این پیشرفت‌ها بازگشت نیرو از موتورهای الکتریکی به شبکه را تسهیل کرد، امکان تحویل برق به چرخ دستی‌ها از طریق سیم‌های بالای سر و تیرهای چرخ دستی را فراهم کرد و سیستم‌های کنترل پیچیده‌ای را برای عملیات الکتریکی ایجاد کرد. این پیشرفت‌های بنیادی به اسپراگ اجازه داد تا در چندین برنامه کلیدی پیشگام شود: اولین سیستم واگن برقی در ریچموند، ویرجینیا (1887-1888)، آسانسور برقی و سیستم کنترل آن (1892)، و متروی برقی دارای واگن‌های مستقل با کنترل مرکزی. نوآوری اخیر در ابتدا در سال 1892 توسط راه آهن ساوت ساید در شیکاگو اجرا شد، جایی که به طور گسترده به عنوان "L" شناخته شد. موتور اسپراگ و اختراعات مرتبط با آن باعث گسترش سریع علاقه و پذیرش موتورهای الکتریکی در صنایع مختلف شد. با این حال، توسعه موتورهای الکتریکی با کارایی قابل قبول برای چندین دهه به دلیل عدم درک اهمیت حیاتی شکاف هوا بین روتور و استاتور طولانی شد. طرح های کارآمد معاصر دارای یک شکاف هوایی نسبتاً کوچک هستند. موتور سنت لوئیس، که اغلب در محیط‌های آموزشی برای نشان دادن اصول موتور به کار می‌رود، به همین دلیل ناکارآمدی نشان می‌دهد و شباهت کمی به طراحی‌های موتور مدرن دارد.

موتورهای الکتریکی شیوه‌های صنعتی را عمیقاً متحول کردند. عملیات صنعتی دیگر با روش های سنتی انتقال نیرو، مانند شفت خط، تسمه، هوای فشرده یا فشار هیدرولیک محدود نمی شد. درعوض، هر ماشینی می‌تواند با منبع تغذیه اختصاصی خود مجهز شود، که کنترل موضعی را ارائه می‌دهد و کارایی کلی انتقال نیرو را افزایش می‌دهد. در کشاورزی، استفاده از موتورهای الکتریکی جایگزین نیروی انسانی و حیوانی برای کارهایی مانند جابجایی غلات و پمپاژ آب شد. در حوزه خانگی، موتورهای الکتریکی در وسایلی مانند ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی، پنکه، تهویه مطبوع و یخچال به طور قابل توجهی کار خانگی را کاهش داده و در نتیجه استانداردهای راحتی، راحتی و ایمنی را بالا می برند. در حال حاضر، موتورهای الکتریکی بیش از پنجاه درصد از انرژی الکتریکی تولید شده در ایالات متحده را تشکیل می دهند.

موتورهای AC

در سال 1824، فیزیکدان فرانسوی فرانسوا آراگو وجود میدان های مغناطیسی دوار را که متعاقباً به عنوان چرخش های آراگو شناخته می شوند، نظریه پردازی کرد. والتر بیلی بعداً این اصل را در سال 1879 نشان داد و به طور مؤثر اولین موتور القایی ابتدایی را از طریق سوئیچینگ دستی ایجاد کرد. در طول دهه 1880، مخترعان متعددی تلاش کردند تا موتورهای AC عملکردی را توسعه دهند، زیرا مزایای ذاتی جریان متناوب برای انتقال فرعی ولتاژ بالا و مسافت طولانی با دشواری کارکرد موتورهای با توان AC متعادل شد.

گالیله فراریس اولین جریان متناوب را اختراع کرد. طراحی اولیه، توسعه پیکربندی های پیچیده تر در سال 1886. در سال 1888، آکادمی سلطنتی علوم تورین تحقیقات جامع فراریس را منتشر کرد که اصول اساسی عملکرد موتور را روشن می کرد. با این حال، انتشارات آکادمی همزمان به این نتیجه رسیدند که "دستگاه مبتنی بر آن اصل نمی تواند به عنوان موتور اهمیت تجاری داشته باشد."

نیکولا تسلا به طور مستقل کاربرد صنعتی موتور القایی خود را در نظر گرفت، آن را در سال 1887 اختراع کرد و در ماه مه 1888 حق اختراع را به دست آورد. در همان سال، تسلا مقاله مهم خود را با نام سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای جریان متناوب به AIEE ارائه کرد. این نشریه سه پیکربندی موتور دو فاز و چهار استاتور-قطبی ثبت شده را به تفصیل شرح می دهد: یک موتور رلوکتانسی غیر خود راه انداز که دارای روتور چهار قطبی است، یک موتور القایی خود راه انداز با یک روتور زخمی، و یک موتور سنکرون واقعی که نیاز به منبع DC برانگیخته جداگانه برای سیم پیچ روتور خود دارد. علاوه بر این، یکی از پرونده های ثبت اختراع تسلا در سال 1887 یک موتور القایی روتور با سیم پیچ کوتاه را توصیف کرد. جورج وستینگهاوس، که قبلاً حقوقی را از فراری به مبلغ 1000 دلار دریافت کرده بود، به سرعت اختراعات تسلا را به قیمت 60،000 دلار آمریکا، همراه با حق امتیاز 2.50 دلاری به ازای هر اسب بخار فروخته شده تا سال 1897 خریداری کرد. متعاقباً وستینگهاوس تسلا را برای پیشبرد طرح های موتور C.F خود به کار گرفت. اسکات به او کمک کند. با این حال، تسلا در سال 1889 ترک کرد تا به دنبال تلاش های دیگر باشد. اگرچه ثابت شد که موتور القایی AC با سرعت ثابت برای ترامواها نامناسب است، مهندسان وستینگهاوس با موفقیت آن را برای نیرو بخشیدن به یک عملیات معدنی در تلوراید، کلرادو، تا سال 1891 تطبیق دادند. وستینگهاوس اولین موتور القایی عملی خود را در سال 1892 معرفی کرد و متعاقباً مجموعه ای از موتورهای چند فازی 60 هرتز را در مدل های اولیه West19 توسعه داد. موتورهای دو فاز مجهز به روتورهای زخمی، طراحی که بعداً توسط B.G. Lamme، که یک روتور سیم پیچ میله دوار را توسعه داد.

میخائیل دولیوو-دوبروولسکی، مدافع سرسخت فناوری سه فاز، موتور القایی سه فاز را در سال 1889 اختراع کرد که شامل هر دو نوع روتور قفس و روتور زخمی با یک رئوستات راه‌اندازی، در کنار ترانسفورماتور A90 به صورت فالوو 1 و سه فاز بود. Maschinenfabrik Oerlikon، Dolivo-Dobrovolsky و Charles Eugene Lancelot Brown متعاقباً نمونه‌های اولیه بزرگ‌تری را توسعه دادند، به‌ویژه یک موتور قفس سنجابی 20 اسب بخاری و یک موتور چرخشی 100 اسب بخاری مجهز به رئوستات راه‌اندازی. این نوآوری ها نشان دهنده اولین موتورهای سه فاز ناهمزمان بود که برای عملیات عملی مناسب تلقی می شدند. همزمان، ونستروم پیشرفت‌های مشابهی را در ماشین‌آلات سه فاز از سال 1889 آغاز کرد. نمایشگاه بین‌المللی الکتروتکنیک فرانکفورت در سال 1891، نمایش موفقیت‌آمیز اولین سیستم سه فاز مسافت طولانی را به نمایش گذاشت که 15 کیلو ولت را در 175 کیلومتری آبشار ریفنکار در آبشار نفنکار منتقل می‌کرد. نیروگاه لاوفن دارای یک دینام 240 کیلووات، 86 ولت، 40 هرتز و یک ترانسفورماتور افزایش دهنده بود. در این نمایشگاه، یک ترانسفورماتور کاهنده یک موتور القایی سه فاز 100 اسب بخاری را تامین می کرد که به یک آبشار مصنوعی نیرو می داد که نمادی از انتقال منبع برق اصلی است. امروزه موتورهای القایی سه فاز عمدتاً در کاربردهای تجاری مورد استفاده قرار می گیرند. میخائیل دولیوو-دوبروولسکی اظهار داشت که موتور تسلا به دلیل ضربان‌های دو فازی فاقد قابلیت عملی بوده است، اعتقادی که باعث تعهد او به توسعه سه فازی شد.

در سال 1891، شرکت جنرال الکتریک توسعه موتورهای القایی سه فاز خود را آغاز کرد. در سال 1896، جنرال الکتریک و وستینگهاوس یک توافق نامه مجوز متقابل در مورد طراحی روتور میله سیم پیچ، که متعاقباً به عنوان روتور قفس سنجابی شناخته شد، رسمیت بخشیدند. پیشرفت‌های ناشی از این اختراعات و نوآوری‌ها به قدری قابل توجه بود که یک موتور القایی 100 اسب بخاری معاصر اکنون همان ابعاد نصب یک موتور 7.5 اسب بخاری از سال 1897 را دارد.

قرن بیست و یکم

در سال 2022، فروش جهانی موتور الکتریکی 800 میلیون دستگاه برآورد شد که نرخ رشد سالانه 10٪ را نشان می دهد. این موتورها تقریباً 50 درصد از مصرف برق جهان را تشکیل می دهند. از دهه 1980، سهم بازار برای موتورهای DC به تدریج کاهش یافته است که منجر به شیوع روزافزون موتورهای AC شده است.

ورودی ها

منبع تغذیه

موتورهای جریان مستقیم (DC) معمولاً نیرو را از طریق یک کموتاتور اسپلیت رینگ دریافت می‌کنند.

موتورهای جریان متناوب (AC) می‌توانند از طریق یک کموتاتور حلقه لغزنده یا کموتاتور خارجی به کموتاسیون دست یابند. این موتورها در پیکربندی های کنترل سرعت ثابت یا با سرعت متغیر موجود هستند و می توانند به صورت سنکرون یا ناهمزمان کار کنند. موتورهای یونیورسال این قابلیت را دارند که با هر دو منبع برق AC و DC کار کنند.

مکانیسم های کنترل

سرعت عملیاتی موتورهای DC را می توان با تعدیل ولتاژ ارائه شده به پایانه های آنها یا با استفاده از تکنیک های مدولاسیون عرض پالس (PWM) تغییر داد.

موتورهای AC سرعت ثابت معمولاً مستقیماً از شبکه الکتریکی یا از طریق اجرای موتورهای قابل استفاده

عنوان "کمیوتاتور الکترونیکی" معمولاً با کاربردهایی مرتبط است که شامل موتورهای DC بدون جاروبک خودکار و موتورهای رلوکتانس سوئیچ‌شونده است.

انواع موتور

موتورهای الکتریکی بر اساس سه اصل فیزیکی اساسی کار می‌کنند: مغناطیس، الکترواستاتیک، و پیزوالکتریک.

در موتورهای مغناطیسی، میدان‌های مغناطیسی متمایز هم در روتور و هم در اجزای استاتور ایجاد می‌شوند. برهمکنش این دو میدان نیروی حاصل را تولید می کند که متعاقباً گشتاور روی شفت موتور ایجاد می کند. با چرخش روتور، یکی یا هر دوی این میدان های مغناطیسی دچار تغییر می شوند. این اصلاح با فعال کردن و غیرفعال کردن دقیق قطب‌های مغناطیسی یا با تنظیم شدت میدان آنها انجام می‌شود.

موتورها طوری طراحی شده‌اند که با استفاده از جریان مستقیم (DC)، جریان متناوب (AC)، یا در پیکربندی‌های خاص، هر دو نوع منبع الکتریکی کار کنند.

موتورهای جریان متناوب (AC) به‌عنوان همگام یا همگام طبقه‌بندی می‌شوند. موتورهای سنکرون ایجاب می کنند که سرعت چرخش روتور دقیقاً با میدان مغناطیسی دوار استاتور مطابقت داشته باشد. برعکس، روتورهای ناهمزمان این الزام همگام‌سازی سرعت را تحمیل نمی‌کنند.

یک موتور با قدرت کسری با قدرت کمتر از تقریباً 1 اسب بخار (0.746 کیلووات) یا اندازه فریم کوچک‌تر از یک موتور استاندارد 1 اسب بخار تعریف می‌شود. موتورهای متعددی که در کاربردهای خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند در طبقه‌بندی کسری اسب بخار قرار می‌گیرند.

یادداشت:

1. چرخش مستقل از فرکانس ولتاژ جریان متناوب (AC) عمل می کند.

2. چرخش دقیقاً با سرعت سنکرون، که سرعت میدان موتور-استاتور است، مطابقت دارد.

3. برای موتورهای القایی قفس سنجابی (SCIM) که با سرعت ثابت کار می کنند، سرعت چرخش برابر است با سرعت همزمان منهای سرعت لغزش.

4. در سیستم‌های بازیابی انرژی بدون لغزش، موتورهای القایی روتور زخمی (WRIM) معمولاً برای راه‌اندازی موتور استفاده می‌شوند، اگرچه می‌توان از آنها برای تنظیم سرعت بار نیز استفاده کرد.

5. قابلیت عملکرد با سرعت متغیر.

6. در حالی که درایوهای موتورهای القایی و سنکرون معمولا دارای خروجی های شش مرحله ای یا شکل موج سینوسی هستند، درایوهای موتور DC بدون جاروبک (BLDC) معمولاً از شکل موج جریان ذوزنقه ای استفاده می کنند. با این وجود، ویژگی های عملیاتی اساسی هر دو ماشین آهنربای دائمی سینوسی و ذوزنقه ای (PM) یکسان است.

7. در طول کارکرد با سرعت متغیر، موتورهای القایی روتور پیچشی (WRIM) در سیستم‌های ماشین القایی بازیابی انرژی لغزش و تغذیه دوبار استفاده می‌شوند.

8. سیم پیچ قفس یک روتور قفس سنجابی اتصال کوتاه را تشکیل می دهد، در حالی که سیم پیچی از طریق حلقه های لغزنده اتصالات خارجی را برقرار می کند.

9. عمدتاً تک فاز، با برخی از تنظیمات سه فازی نیز موجود است.

اختصارات:

BLAC – جریان متناوب بدون جاروبک
BLDC – جریان مستقیم بدون جاروبک
BLDM – موتور جریان مستقیم بدون جاروبک
EC – کموتاتور الکترونیکی
PM – آهنربای دائمی
IPMSM – موتور سنکرون مغناطیسی دائم داخلی
PMSM – موتور سنکرون مغناطیس دائم
SPMSM – موتور سنکرون آهنربای دائم سطحی
SCIM – موتور القایی قفس سنجابی
SRM – موتور رلوکتانس سوئیچینگ
SyRM – موتور عدم تمایل سنکرون
VFD – درایو فرکانس متغیر
WRIM – موتور القایی روتور زخمی
WRSM – موتور سنکرون روتور زخم
LRA - آمپرهای روتور قفل شده: این متریک جریان پیش‌بینی‌شده را در شرایط راه‌اندازی زمانی که ولتاژ کامل اعمال می‌شود، نشان می‌دهد که بلافاصله پس از راه‌اندازی موتور ظاهر می‌شود.
RLA – آمپرهای بار نامی: حداکثر جریانی را که یک موتور برای کشیدن طراحی شده تحت هر شرایط عملیاتی مشخص می کند. اغلب به اشتباه به عنوان "آمپرهای بار در حال کار" شناخته می شود، که به اشتباه نشان می دهد که موتور باید به طور مداوم در این سطح فعلی کار کند.
FLA - آمپرهای بار کامل: این نام در سال 1976 توسط "RLA - آمپرهای بار نامی" جایگزین شد.

موتور خود تعویض

موتور DC براش دار

اکثر موتورهای جریان مستقیم (DC) از طرح‌های آهنربای دائمی فشرده (PM) هستند. این موتورها دارای یک سیستم کموتاسیون مکانیکی داخلی برس خورده هستند که جریان را در سیم‌پیچ‌های موتور معکوس می‌کند و با حرکت چرخشی هماهنگ می‌شود.

موتور DC با تحریک الکتریکی

موتور جریان مستقیم کموتاسیون (DC) دارای یک سری سیم‌پیچ‌های چرخشی است که روی یک آرمیچر پیچیده می‌شود که به یک شفت دوار متصل می‌شود. این شفت از کموتاتور نیز پشتیبانی می کند. در نتیجه، تمام موتورهای DC برس خورده جریان متناوب (AC) را از طریق سیم‌پیچ‌هایشان جریان می‌دهند. جریان الکتریکی از طریق یک یا چند جفت برس که تماس خود را با کموتاتور حفظ می کنند، منتقل می شود. این برس ها ارتباط بین یک منبع تغذیه خارجی و آرمیچر دوار را برقرار می کنند.

آرمیچر چرخان شامل یک یا چند سیم پیچ سیمی است که دور یک هسته فرومغناطیسی "نرم" از نظر مغناطیسی چند لایه پیچیده شده است. جریان تامین شده توسط برس ها از کموتاتور عبور می کند و به یکی از سیم پیچ های آرمیچر می گذرد و در نتیجه یک آهنربای موقت یا آهنربای الکتریکی ایجاد می کند. میدان مغناطیسی حاصل با یک میدان مغناطیسی ثابت برهمکنش می‌کند، که یا توسط آهنرباهای دائمی (PMs) یا توسط سیم پیچ دیگری (یک سیم پیچ میدان) که در قاب موتور ادغام شده است، ایجاد می‌شود. نیروی ایجاد شده بین این دو میدان مغناطیسی باعث چرخش شفت می شود. همانطور که روتور می چرخد، کموتاتور به صورت دینامیکی برق را به سیم پیچ ها تغییر می دهد و از همسویی کامل قطب های مغناطیسی آرمیچر با قطب های مغناطیسی میدان استاتور جلوگیری می کند، بنابراین تا زمانی که نیروی الکتریکی تامین می شود، چرخش مداوم روتور تضمین می شود.

محدودیت‌های عملیاتی موتورهای DC کموتاتور معمولی عمدتاً از لزوم وجود برس برای حفظ تماس با کموتاتور ناشی می‌شود که اصطکاک ایجاد می‌کند. این برس ها هنگام عبور از شکاف های عایق که بخش های کموتاتور را از هم جدا می کنند، جرقه تولید می کنند. علاوه بر این، بسته به پیکربندی کموتاتور، برس‌ها می‌توانند اتصال کوتاه بین بخش‌های به هم پیوسته ایجاد کنند و در نتیجه بر پایانه‌های سیم‌پیچ تأثیر بگذارند. اندوکتانس ذاتی سیم پیچ های روتور نیز به افزایش ولتاژ در هر سیم پیچ در هنگام قطع مدار کمک می کند و تولید جرقه را تشدید می کند. چنین جرقه‌ای محدودیتی بر حداکثر سرعت عملیاتی دستگاه تحمیل می‌کند، زیرا فرکانس جرقه بیش از حد می‌تواند منجر به گرم شدن بیش از حد کموتاتور، فرسایش یا حتی ذوب شود. ظرفیت خروجی موتور توسط چگالی جریان در واحد سطح برس ها در ارتباط با مقاومت آنها محدود می شود. عبور از این شکاف ها همچنین باعث تولید نویز الکتریکی می شود که جرقه به طور خاص تداخل فرکانس رادیویی (RFI) ایجاد می کند. برس ها در معرض فرسودگی نهایی هستند و نیاز به تعویض دارند، در حالی که خود کموتاتور به دلیل سایش نیاز به تعمیر و نگهداری دوره ای یا تعویض دارد. برای موتورهای بزرگ، مجموعه کموتاتور یک جزء هزینه قابل توجه را نشان می دهد که نیاز به ادغام دقیق قطعات متعدد دارد. در مقابل، کموتاتورها در موتورهای کوچک‌تر معمولاً به طور دائم در روتور ادغام می‌شوند، و در صورت نیاز به سرویس‌دهی کموتاتور، تعویض روتور به طور کلی ضروری می‌شود.

اگرچه اکثر کموتاتورها شکل استوانه‌ای دارند، برخی از طرح‌ها دارای دیسک‌های مسطح و قطعه‌بندی شده هستند که به یک زیرلایه عایق چسبانده شده‌اند. بدین ترتیب خروجی موتور بهینه می شود، در حالی که برس های کوچکتر جرم کمتری دارند که سرعت عملیاتی بالاتر را بدون ایجاد جرقه بیش از حد تسهیل می کند. (برس‌های کوچک‌تر نیز به دلیل کاهش هزینه تولید ترجیح داده می‌شوند.) استفاده از فنرهای برس سفت‌تر می‌تواند به برس‌هایی با جرم خاص کمک کند تا با سرعت‌های بالا کار کنند، علی‌رغم افزایش تلفات اصطکاکی (که منجر به کاهش راندمان می‌شود) و سایش سریع هر دو برس و کموتاتور. در نتیجه، طراحی برس‌های موتور DC نیازمند تعادل دقیق بین توان خروجی، سرعت عملیاتی، و ملاحظات کارایی و سایش است.

ماشین‌های جریان مستقیم (DC) با اجزای زیر مشخص می‌شوند:

مدار آرماتور: سیم پیچی که مسئول حمل بار الکتریکی است که می تواند ثابت یا چرخان باشد.
مدار میدانی: پیکربندی سیم‌پیچ‌هایی که برای تولید میدان مغناطیسی طراحی شده‌اند.
تغییر: یک فرآیند مکانیکی که یکسوسازی یا استخراج جریان مستقیم را امکان پذیر می کند.

پنج طبقه بندی اصلی موتورهای جریان مستقیم برس دار (DC) عبارتند از:

شنت-زخم
زخم سری
ترکیب (شامل دو پیکربندی مجزا):
- ترکیب تجمعی
- ترکیب تفاضلی
آهنربای دائمی (تصویر ارائه نشده است)
به طور جداگانه هیجان زده (تصویر ارائه نشده است).

موتورهای آهنربای دائم

موتور آهنربای دائم (PM) بدون سیم پیچی میدان روی قاب استاتور خود کار می کند، در عوض از آهنرباهای دائمی برای تولید میدان مغناطیسی مورد نیاز استفاده می کند. در موتورهای بزرگ‌تر، سیم‌پیچ‌های جبران‌کننده متصل به صورت سری با آرمیچر می‌توانند برای بهبود عملکرد کموتاسیون در شرایط بار استفاده شوند. این میدان مغناطیسی ذاتاً ثابت است و از تنظیم برای تنظیم سرعت جلوگیری می کند. میدان های آهنربای دائمی (استاتورها) با حذف مصرف برق مرتبط با سیم پیچ میدان، مزیتی را در موتورهای مینیاتوری ارائه می دهند. برعکس، اکثر موتورهای DC بزرگتر از نوع "دینامو" هستند که با وجود سیم پیچی استاتور مشخص می شود. از لحاظ تاریخی، آهنرباهای دائمی در صورت جداسازی، قادر به حفظ چگالی شار بالا نبودند و سیم‌پیچ‌های میدان را به یک راه‌حل عملی‌تر برای دستیابی به شار مغناطیسی مورد نیاز تبدیل می‌کردند. با این وجود، مونتاژ آهنرباهای دائمی بزرگ گران، خطرناک و چالش برانگیز است که اغلب به استفاده از میدان های زخمی در ماشین آلات مقیاس بزرگ کمک می کند.

برای بهینه‌سازی وزن و اندازه کلی، موتورهای آهنربای دائم مینیاتوری اغلب از آهنرباهای پرانرژی استفاده می‌کنند که معمولاً از آلیاژ نئودیمیم-آهن-بور تشکیل شده‌اند. ماشین‌های الکتریکی مجهز به آهنرباهای دائمی پرانرژی به دلیل چگالی شار برتر خود، عملکرد رقابتی را در برابر ماشین‌های الکتریکی سنکرون و القایی با تغذیه بهینه از خود نشان می‌دهند. موتورهای مینیاتوری به طور کلی شباهت ساختاری با تصویر نشان داده شده نشان می‌دهند، با وجود حداقل سه قطب روتور (که برای اطمینان از راه‌اندازی بدون توجه به موقعیت روتور ضروری است) و یک محفظه خارجی ساخته شده از یک لوله فولادی که سطوح خارجی آهنرباهای میدان خمیده را به صورت مغناطیسی به هم متصل می‌کند.

موتور الکترونیکی (EC)

موتورهای DC بدون جاروبک

چند مشکل ذاتی مرتبط با موتورهای DC برس خورده در طراحی موتور DC بدون جاروبک (BLDC) کاهش یافته یا حذف شده است. در موتورهای BLDC، "سوئیچ چرخان" یا کموتاتور مکانیکی توسط یک سیستم سوئیچینگ الکترونیکی خارجی هماهنگ با موقعیت زاویه ای روتور جایگزین می شود. موتورهای BLDC معمولاً بازدهی بیش از 85 درصد را دارند و برخی از طرح‌ها به 96.5 درصد می‌رسند، در حالی که موتورهای DC برس خورده معمولاً در محدوده بازدهی 75 تا 80 درصد کار می‌کنند.

شکل موج نیروی ضد الکتروموتور ذوزنقه‌ای (CEMF) یک موتور BLDC از ترکیبی از سیم‌پیچ‌های استاتور با توزیع یکنواخت و قرارگیری دقیق آهن‌رباهای دائمی روتور حاصل می‌شود. این موتورها که به عنوان موتورهای DC یا موتورهای DC با کموتاسیون الکترونیکی نیز شناخته می‌شوند، می‌توانند سیم‌پیچ‌های استاتور تک فاز، دو فاز یا سه فاز داشته باشند و حسگرهای اثر هال را در سیم‌پیچ‌های خود بگنجانند تا تشخیص موقعیت روتور و کنترل کموتاسیون حلقه بسته اقتصادی را تسهیل کنند. دستگاه های ضبط ویدئو کاست کاربردهای آنها به دوک های درایوهای CD و CD-ROM و همچنین مکانیسم های مختلف در تجهیزات اداری مانند فن ها، چاپگرهای لیزری و دستگاه های فتوکپی گسترش می یابد. این موتورها در مقایسه با طرح های موتور سنتی مزایای متمایز دارند:

موتورهای BLDC در مقایسه با فن های AC که از موتورهای قطب سایه دار استفاده می کنند راندمان بالاتری از خود نشان می دهند و در دماهای بسیار پایین تر از همتایان AC خود کار می کنند. چنین تنش حرارتی کاهش یافته به طور قابل ملاحظه ای طول عمر عملیات بلبرینگ فن را افزایش می دهد.
عدم وجود یک کموتاتور در موتورهای BLDC در مقایسه با موتورهای DC برس خورده، باعث افزایش طول عمر عملیاتی قابل توجهی می شود. فرآیندهای کموتاسیون معمولاً نویز فرکانس الکتریکی و رادیویی (RF) تولید می کنند. در نتیجه، طراحی بدون جاروبک و بدون کموتاتور موتورهای BLDC، آنها را برای ادغام در دستگاه‌های حساس الکترومغناطیسی، مانند سیستم‌های صوتی و دستگاه‌های محاسباتی، مناسب می‌کند.
سنسورهای اثر هال، که در کموتاسیون یکپارچه هستند، یک سیگنال سرعت سنج عملی را نیز ارائه می‌دهند و برنامه‌های کاربردی حلقه بسته (سروی کنترل) را ممکن می‌سازند. در سیستم های فن، این خروجی سرعت سنج را می توان برای تولید سیگنال وضعیت "عملکرد فن" و ارائه بازخورد سرعت چرخشی در زمان واقعی استفاده کرد.
همگام سازی موتور با منبع ساعت داخلی یا خارجی امکان پذیر است و در نتیجه تنظیم سرعت بسیار دقیق را تسهیل می کند.
موتورهای BLDC بدون ایجاد جرقه کار می کنند. این ویژگی آنها را به ویژه برای استقرار در محیط های حاوی مواد شیمیایی فرار و سوخت های قابل احتراق مناسب می کند. علاوه بر این، جرقه زدن ازن را تولید می‌کند، گازی که می‌تواند تا سطوح نامطلوب در ساختارهایی که تهویه کافی ندارند جمع شود.
موتورهای BLDC معمولاً در دستگاه های الکترونیکی فشرده از جمله رایانه ها ادغام می شوند. آنها همچنین به طور گسترده در فن های خنک کننده طراحی شده برای اتلاف حرارتی استفاده می شوند.
این موتورها کمترین نویز صوتی را تولید می‌کنند که این ویژگی برای تجهیزات مستعد تداخل ارتعاشی مفید است.

موتورهای BLDC معاصر محدوده توانی از سطوح زیر وات تا چندین کیلووات را نشان می‌دهند. موتورهای BLDC با قدرت بالاتر، با رتبه‌بندی نزدیک به 100 کیلووات، در خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند. علاوه بر این، آنها در هواپیماهای مدل الکتریکی استفاده می شوند.

موتور رلوکتانس سوییچ

موتور رلوکتانس سوئیچ شده (SRM) با عدم وجود برس، آهنرباهای دائمی و جریان الکتریکی در روتور خود مشخص می شود. تولید گشتاور از یک جابجایی زاویه ای جزئی بین قطب های روتور و قطب های استاتور سرچشمه می گیرد. روتور به طور طبیعی با میدان مغناطیسی استاتور که به صورت متوالی با انرژی دادن به سیم‌پیچ‌های میدان استاتور می‌چرخد همسو می‌شود.

شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم‌پیچ‌های میدان ترجیحاً مسیر کمترین ریلکتانس مغناطیسی را طی می‌کند و شار را از طریق قطب‌های روتور در مجاورت قطب‌های برق‌دار استاتور هدایت می‌کند. این فرآیند قطب های روتور مربوطه را مغناطیسی می کند و در نتیجه گشتاور تولید می کند. با چرخش روتور، سیم‌پیچ‌های متوالی انرژی می‌گیرند و چرخش مداوم را حفظ می‌کنند.

SRM‌ها در برخی لوازم خانگی و سیستم‌های خودرو کاربرد دارند.

موتور یونیورسال AC/DC

موتور کموت شده و برانگیخته الکتریکی که با سیم‌پیچ‌های سری یا موازی پیکربندی شده است، به دلیل قابلیت ذاتی آن برای کار بر روی هر دو منبع تغذیه جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) به عنوان یک موتور جهانی تعیین می‌شود. عملکرد مؤثر آن در AC به معکوس همزمان قطبیت جریان در سیم‌پیچ‌های میدان و آرمیچر نسبت داده می‌شود، که به نوبه خود باعث می‌شود که میدان‌های مغناطیسی حاصل به طور همزمان معکوس شوند، در نتیجه یک جهت ثابت از نیروی مکانیکی و چرخش حفظ می‌شود.

هنگامی که در فرکانس‌های خط برق استاندارد کار می‌کنند، موتورهای جهانی کم‌تر در فرکانس‌های خط برق کار می‌کنند. از لحاظ تاریخی، موتورهای جهانی فناوری پایه برای موتورهای کششی راه آهن در سیستم های ریلی برقی را تشکیل می دادند. در چنین شرایطی، اعمال توان AC به موتوری که عمدتاً برای عملکرد DC طراحی شده است، کاهش بازده ناشی از گرمایش جریان گردابی در اجزای مغناطیسی آن، به ویژه قطعات قطب آهن جامد (بدون لایه) که معمولاً برای میدان‌های DC استفاده می‌شود، را در پی خواهد داشت. در حال حاضر، کاربرد آنها در این دامنه خاص نادر است.

یک مزیت قابل توجه این موتورها سازگاری آنها با برق متناوب است که گشتاور راه اندازی بالا و طراحی جمع و جور را امکان پذیر می کند، به ویژه در مواقعی که به سرعت های عملیاتی بالا نیاز است. برعکس، این موتورها معمولاً هزینه‌های تعمیر و نگهداری بالاتری را متحمل می‌شوند و طول عمر عملیاتی کمتری را نشان می‌دهند. در نتیجه، کاربرد آنها اغلب محدود به دستگاه هایی است که به طور متناوب مورد استفاده قرار می گیرند که نیاز به گشتاور راه اندازی قابل توجهی دارند. کنترل سرعت پلکانی، هرچند نادقیق، می تواند از طریق چندین ضربه بر روی سیم پیچ میدان بدست آید. به عنوان مثال، مخلوط‌کن‌های خانگی که تنظیمات سرعت چندگانه را ارائه می‌دهند، معمولاً یک سیم‌پیچ میدانی را با شیرهای مختلف و یک دیود متصل به سری ادغام می‌کنند که کار بر روی AC اصلاح‌شده نیمه‌موج را تسهیل می‌کند. علاوه بر این، موتورهای جهانی قابل تنظیم الکترونیکی سرعت هستند و آنها را برای کاربردهایی مانند ماشین‌های لباسشویی خانگی مناسب می‌سازد. در چنین کاربردهایی، موتور می تواند با معکوس کردن قطبیت سیم پیچ میدان نسبت به آرمیچر، درام را به صورت دو طرفه نوسان کند.

برخلاف موتورهای القایی قفس سنجابی (SCIM) که توسط فرکانس خط برق محدود می شوند، موتورهای جهانی قادر به دستیابی به سرعت های چرخشی بسیار بالاتری هستند. این ویژگی آنها را برای وسایلی مانند مخلوط کن، جاروبرقی و سشوار مفید می کند، جایی که سرعت بالا و حداقل وزن ملاحظات طراحی حیاتی هستند. ویژگی های عملیاتی آنها همچنین آنها را به انتخابی مکرر برای ابزارهای برقی قابل حمل، از جمله دریل، سنباده، و اره های مختلف تبدیل می کند (به عنوان مثال، اره های دایره ای و جیگ). به عنوان مثال، تعداد زیادی موتور در جاروبرقی ها و دستگاه های اصلاح علف های هرز از 10000 دور در دقیقه فراتر می رود و آسیاب های مینیاتوری می توانند به سرعت بیش از 30000 دور در دقیقه دست یابند.

ماشین‌های AC با تعویض خارجی

موتورهای القایی AC و سنکرون برای عملکرد بهینه با شکل موج های قدرت سینوسی یا شبه سینوسی تک فاز یا چند فاز طراحی شده اند. این نیرو معمولاً از شبکه AC برای عملیات با سرعت ثابت یا از کنترل‌کننده‌های درایو فرکانس متغیر (VFD) برای برنامه‌های با سرعت متغیر تأمین می‌شود.

موتورهای القایی

موتور القایی به‌عنوان یک موتور AC ناهمزمان عمل می‌کند و انتقال نیرو به روتور خود را از طریق القای الکترومغناطیسی تسهیل می‌کند، مشابه اصل عملکرد ترانسفورماتور. از نظر ساختاری، می توان آن را به عنوان یک ترانسفورماتور دوار تصور کرد، که در آن استاتور (جزء ثابت) به عنوان سیم پیچ اولیه و روتور (جزء دوار) به عنوان سیم پیچ ثانویه عمل می کند. موتورهای القایی چند فاز به طور گسترده در بخش های مختلف صنعتی به کار می روند.

قفس سنجابی و روتورهای زخم

موتورهای القایی به دو نوع اصلی دسته بندی می شوند: موتورهای القایی قفس سنجابی (SCIM) و موتورهای القایی روتور زخمی (WRIM). SCIM ها دارای یک سیم پیچ قوی متشکل از میله های جامد هستند که معمولاً از آلومینیوم یا مس ساخته می شوند که به صورت الکتریکی توسط حلقه های انتهایی روتور به هم متصل می شوند. در مجموع، این میله‌ها و حلقه‌ها ساختاری شبیه قفس ورزشی چرخان یک حیوان را تشکیل می‌دهند.

میدان مغناطیسی روتور توسط جریان‌های القا شده در این سیم‌پیچ ایجاد می‌شود. هندسه میله های روتور به طور قابل توجهی بر ویژگی های سرعت-گشتاور موتور تأثیر می گذارد. در حین کار با سرعت کم، جریان القا شده در قفس سنجاب به فرکانس خط نزدیک می شود و عمدتاً در نواحی بیرونی قفس متمرکز می شود. با شتاب موتور، فرکانس لغزش کاهش می یابد و به نسبت بیشتری از جریان اجازه می دهد تا به داخل روتور نفوذ کند. اصلاح هندسه میله برای تغییر مقاومت بخش های سیم پیچ داخلی و خارجی به طور موثر مقاومت متغیری را به مدار روتور وارد می کند. با این وجود، اکثر این موتورها از طرح‌های میله‌ای یکنواخت استفاده می‌کنند.

برعکس، در یک WRIM، سیم‌پیچ روتور از چند دور سیم عایق تشکیل شده است که به حلقه‌های لغزشی نصب شده روی محور موتور متصل می‌شوند. یک مقاومت خارجی یا یک دستگاه کنترل دیگر را می توان در مدار روتور ادغام کرد. در حالی که مقاومت ها تنظیم سرعت موتور را امکان پذیر می کنند، ذاتاً مقدار قابل توجهی توان را از بین می برند. از طرف دیگر، یک مبدل می‌تواند برق را از مدار روتور بگیرد و توان فرکانس لغزش تلف شده را از طریق یک اینورتر یا یک موتور ژنراتور اختصاصی دوباره به سیستم قدرت اصلی بازگرداند.

WRIM‌ها عمدتاً برای راه‌اندازی بارهای با اینرسی بالا یا کاربردهایی که در کل محدوده سرعت راه‌اندازی قابل توجهی نیاز دارند، استفاده می‌شوند. از طریق انتخاب دقیق مقاومت‌ها در مقاومت ثانویه یا راه‌انداز حلقه لغزش، موتور می‌تواند حداکثر گشتاور را با جریان تغذیه نسبتاً کم تولید کند که از صفر تا سرعت کامل عملیاتی را شامل می‌شود.

به دلیل تغییر مؤثر منحنی گشتاور موتور توسط مقاومت وارد شده به مدار روتور، سرعت موتور قابل تنظیم است. افزایش مقاومت منجر به کاهش سرعتی می شود که در آن حداکثر گشتاور به دست می آید. اگر مقاومت از آستانه ای که حداکثر گشتاور در سرعت صفر ظاهر می شود افزایش یابد، گشتاور کلی خروجی کاهش بیشتری را تجربه خواهد کرد.

هنگام همراه شدن با باری که منحنی گشتاور را نشان می‌دهد که با سرعت دورانی افزایش می‌یابد، موتور با سرعتی به تعادل می‌رسد که گشتاور توسعه‌یافته آن دقیقاً با گشتاور بار مطابقت دارد. کاهش بار منجر به شتاب موتور می شود، در حالی که افزایش بار منجر به کاهش سرعت می شود تا زمانی که تعادل گشتاور بین بار و موتور دوباره برقرار شود. تحت چنین شرایط عملیاتی، تلفات لغزش قابل توجهی در مقاومت های ثانویه از بین می رود. در نتیجه، هم تنظیم سرعت و هم کارایی کلی به خطر افتاده است.

موتور گشتاور

موتور گشتاور به گونه‌ای طراحی شده است که عملکرد نامحدودی را در شرایط توقف، که در آن چرخش روتور عمداً متوقف می‌شود، بدون آسیب رساندن، حفظ کند. در طول این حالت عملیاتی، موتور به طور مداوم یک گشتاور ثابت بر روی بار متصل اعمال می کند.

یک برنامه رایج شامل موتورهای قرقره تامین و جمع‌آوری در سیستم‌های درایو نوار می‌شود. در این زمینه، وقتی با ولتاژ پایین انرژی می‌گیرند، ویژگی‌های ذاتی این موتورها آن‌ها را قادر می‌سازد تا یک کشش ثابت و سبک را روی نوار حفظ کنند، صرف نظر از اینکه کاپستان به‌طور فعال نوار را از سرهای خواندن/نوشتن به جلو می‌برد. برعکس، وقتی موتورهای گشتاور با ولتاژ بالاتر عرضه می‌شوند، در نتیجه گشتاور بیشتری تولید می‌کنند، عملکردهای سریع به جلو و عقب را تسهیل می‌کنند و نیاز به اجزای مکانیکی تکمیلی مانند دنده یا کلاچ را از بین می‌برند. در حوزه بازی‌های رایانه‌ای، موتورهای گشتاور در فرمان‌های بازخورد نیرو برای بهبود تجربه کاربر ادغام می‌شوند.

یکی دیگر از کاربردهای متداول شامل تنظیم دریچه گاز موتور احتراق داخلی از طریق یک گاورنر الکترونیکی است. موتور به صورت متضاد با فنر برگشتی عمل می کند و موقعیت دریچه گاز را در پاسخ مستقیم به سیگنال خروجی گاورنر تنظیم می کند. گاورنر به طور مداوم سرعت چرخش موتور را با برشمردن پالس های الکتریکی که از سیستم جرقه زنی یا پیکاپ مغناطیسی منشأ می گیرند نظارت می کند و متعاقباً بر اساس سرعت تشخیص داده شده، تنظیمات دقیق جریان را انجام می دهد. اگر دور موتور به زیر نقطه تنظیم هدف کاهش یابد، جریان عرضه شده به موتور افزایش می‌یابد و گشتاور بیشتری تولید می‌کند که سپس فنر برگشتی را خنثی می‌کند و دریچه گاز را باز می‌کند. برعکس، اگر موتور از سرعت مورد نظر تجاوز کند، گاورنر جریان را کاهش می‌دهد و به فنر برگشتی اجازه جمع شدن و در نتیجه کاهش باز شدن دریچه گاز را می‌دهد.

موتور سنکرون

موتور الکتریکی سنکرون به عنوان یک موتور جریان متناوب (AC) عمل می کند. طراحی آن شامل روتوری است که می چرخد، با سیم پیچ هایی که آهنرباها را با فرکانس مشابه AC اعمال شده عبور می دهند و در نتیجه میدان مغناطیسی ایجاد می کنند که روتور را به حرکت در می آورد. تحت شرایط عملکرد استاندارد، لغزش صفر را نشان می دهد. در مقابل، موتورهای القایی برای تولید گشتاور نیاز به لغزش دارند. یکی از انواع موتور سنکرون شبیه یک موتور القایی است، با این تمایز که روتور آن توسط یک میدان جریان مستقیم (DC) انرژی می‌گیرد. جریان از طریق حلقه های لغزنده و برس ها به روتور منتقل می شود. قطب های روتور به هم متصل هستند و با سرعت ثابتی می چرخند. یک پیکربندی متفاوت، مناسب برای کاربردهای گشتاور بار کم، دارای تخت هایی است که روی روتور قفس سنجاب معمولی ماشین کاری شده تا قطب های متمایز ایجاد کنند. علاوه بر این، طرحی متمایز، که نمونه‌ای از آن‌هایی است که توسط هاموند برای ساعت‌های قبل از جنگ جهانی دوم و اندام‌های هموند اولیه‌اش ساخته شده بود، فاقد سیم‌پیچ‌های روتور بوده و در عوض از قطب‌های مجزا استفاده می‌کند. این نوع خاص خود شروع کننده نیست. ساعت‌ها نیاز به راه‌اندازی دستی از طریق یک دستگیره کوچک واقع در عقب داشتند، در حالی که اندام‌های هاموند قدیمی‌تر دارای یک موتور راه‌انداز کمکی بودند که توسط یک کلید فنری فعال می‌شد.

موتورهای سنکرون هیسترزیس معمولاً به‌عنوان موتورهای دو فازی پیکربندی می‌شوند که شامل یک فاز موتور است. مکانیسم راه اندازی آنها شبیه به موتورهای القایی است. با این حال، هنگامی که سرعت لغزش به اندازه کافی کاهش می یابد، روتور، که یک استوانه صاف است، تحت مغناطیسی موقت قرار می گیرد. قطب های توزیع شده حاصل باعث می شود که آن را شبیه به یک موتور سنکرون آهنربای دائمی رفتار کند. مواد روتور، مشابه مواد یک میخ معمولی، خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند، اما می توان آن را با سهولت نسبی مغناطیسی زدایی کرد. پس از دستیابی به سرعت عملیاتی، قطب های روتور موقعیت های ثابت خود را بدون دریفت حفظ می کنند.

موتورهای زمان بندی سنکرون کم مصرف، که نمونه آن در ساعت های الکتریکی سنتی یافت می شود، ممکن است دارای روتورهای فنجانی خارجی آهنربای دائم چند قطبی باشند و از سیم پیچ های سایه بان برای تولید گشتاور راه اندازی اولیه استفاده کنند. به طور خاص، موتورهای ساعت Telechron دارای قطب های سایه دار برای شروع تولید گشتاور هستند و از یک روتور حلقه دو پره استفاده می کنند که به عنوان یک روتور دو قطبی مجزا عمل می کند.

ماشین الکتریکی دوبار تغذیه

موتورهای الکتریکی با تغذیه دوبل دارای دو مجموعه سیم پیچ چند فازی مستقل هستند که به طور فعال به فرآیند تبدیل انرژی کمک می کنند، با حداقل یک مجموعه به صورت الکترونیکی برای عملکرد با سرعت متغیر کنترل می شود. این پیکربندی آرمیچر دوگانه نشان‌دهنده حداکثر تعداد مجموعه‌های سیم‌پیچ چند فاز مستقل است که در یک بسته موتور بدون تکرار توپولوژی اصلی قابل دستیابی است. این موتورها محدوده سرعت گشتاور ثابت موثری را نشان می‌دهند که دو برابر سرعت سنکرون برای فرکانس تحریک مشخص است. این عملکرد به طور قابل‌توجهی از ماشین‌های الکتریکی تک تغذیه‌شده، که تنها دارای یک مجموعه سیم‌پیچ فعال هستند، پیشی می‌گیرد. با این حال، هزینه های ساخت مرتبط با سیم پیچی روتور و حلقه های لغزش می تواند به طور بالقوه صرفه جویی در قطعات الکترونیک قدرت را خنثی کند. چالش‌هایی در حفظ کنترل دقیق سرعت هنگام کار در نزدیکی محدودیت سرعت همزمان در برخی برنامه‌ها ایجاد می‌شود.

انواع پیشرفته

دوار

موتور روتور بدون آهن یا بدون هسته

موتورهای DC بدون هسته یا بدون آهن یک دسته تخصصی از موتورهای DC آهنربای دائم را نشان می دهند. روتورهای آنها که برای شتاب سریع طراحی شده اند، بدون هسته آهنی ساخته شده اند. مجموعه روتور ممکن است به عنوان یک استوانه پر از سیم پیچ یا به عنوان یک ساختار خود نگهدارنده که فقط از سیم و عوامل اتصال تشکیل شده است ظاهر شود. در یک پیکربندی، روتور در داخل آهنرباهای استاتور قرار می گیرد، با یک استوانه ثابت و نرم مغناطیسی که در داخل روتور قرار دارد تا مسیر برگشت برای شار مغناطیسی استاتور را تسهیل کند. از طرف دیگر، سبد سیم پیچ روتور می تواند آهنرباهای استاتور را احاطه کند. در این طراحی اخیر، روتور درون یک استوانه نرم مغناطیسی قرار می گیرد که هم به عنوان محفظه موتور و هم مسیر برگشت شار مغناطیسی عمل می کند.

به دلیل جرم بسیار پایین تر آن در مقایسه با روتورهای معمولی، روتور بدون هسته شتاب قابل ملاحظه ای سریع تری از خود نشان می دهد و اغلب به ثابت های زمانی زیر یک میلیمتر مکانیکی می رسد. این مشخصه به ویژه زمانی مشخص می شود که از آلومینیوم، به جای مس متراکم تر، برای سیم پیچ ها استفاده شود. با این حال، عدم وجود جرم فلزی در روتور مانع از عملکرد آن به عنوان یک هیت سینک می شود و حتی برای واحدهای موتور فشرده نیز نیاز به خنک سازی دارد. در نتیجه، مدیریت حرارتی و گرمای بیش از حد بالقوه، ملاحظات طراحی قابل توجهی را نشان می‌دهند.

هشدارهای ارتعاشی در تلفن‌های همراه معمولاً توسط موتورهای استوانه‌ای با آهنربای دائمی یا انواع دیسکی شکل تولید می‌شوند. دومی معمولاً دارای یک آهنربای میدان دیسکی نازک و چندقطبی و یک ساختار روتور پلاستیکی قالب‌گیری شده عمداً نامتعادل است که از دو سیم پیچ بدون هسته متصل است. برق از طریق برس‌های فلزی و یک کموتاتور تخت به این سیم‌پیچ‌های روتور تامین می‌شود.

محرک‌های مرتبط با سفر محدود، که با عدم وجود هسته مشخص می‌شوند، دارای یک سیم پیچ متصل بین قطب‌های آهنرباهای دائمی با شار بالا و نازک هستند. چنین محرک‌هایی به عنوان موقعیت‌دهنده سریع سر در درایوهای دیسک سخت استفاده می‌شوند. علی‌رغم تفاوت‌های قابل‌توجه بین طرح‌های معاصر و بلندگوها، این محرک‌ها اغلب به صورت محاوره‌ای (و به‌طور نادرست) ساختارهای «کویل صوتی» نامیده می‌شوند. این نام‌گذاری از هدهای دیسک درایو صلب قبلی ناشی می‌شود که از حرکت خطی استفاده می‌کردند و مکانیزم محرکی مشابه با بلندگو داشتند.

موتور روتور محوری یا پنکیک

آرمیچر چاپی، یا موتور پنکیک، دارای سیم‌پیچ‌های دیسکی شکل است که بین آرایه‌هایی از آهنرباهای با شار بالا قرار گرفته‌اند. این آهن‌رباها به صورت دایره‌ای، رو به روتور قرار گرفته‌اند، و دقیقاً با فاصله‌ای قرار گرفته‌اند تا یک شکاف هوای محوری ایجاد کنند. این پیکربندی به دلیل مشخصات مسطح مشخصه آن به طور گسترده ای به عنوان یک موتور پنکیک شناخته می شود.

آرمیچر، که در ابتدا بر روی یک برد مدار چاپی ساخته شده بود، از ورق های مسی پانچ شده با کامپوزیت های پیشرفته برای ایجاد یک دیسک نازک و صلب ساخته شده است. قابل ذکر است، این آرمیچر فاقد یک کموتاتور حلقه مشخص است. در عوض، برس ها مستقیماً با سطح آرمیچر تماس برقرار می کنند و به طراحی جمع و جور کلی کمک می کنند.

یک طرح جایگزین از سیم مسی با سیم مسطح، چیده شده به شکل گل و گلبرگ، متصل به یک کموتاتور معمولی مرکزی استفاده می‌کند. این سیم پیچ ها معمولاً با استفاده از سیستم های گلدان اپوکسی الکتریکی تثبیت می شوند. چنین سیستم هایی از اپوکسی های پر شده استفاده می کنند که با ویسکوزیته مخلوط متوسط و زمان ژل طولانی مشخص می شود. ویژگی های کلیدی عبارتند از انقباض کم و حداقل گرمازا. این ترکیبات معمولاً تحت UL 1446 به‌عنوان مواد گلدان عایق‌شده برای دمای 180 درجه سانتی‌گراد (356 درجه فارنهایت) با درجه‌بندی کلاس H شناخته می‌شوند.

یک مزیت اصلی موتورهای DC بدون آهن، حذف گیره است که به تغییرات گشتاور ناشی از جاذبه مغناطیسی نوسانی بین اجزای آهن و آهنربا اشاره دارد. علاوه بر این، جریان گردابی انگلی به دلیل ساختار کاملاً بدون آهن آن در روتور ایجاد نمی‌شود، مزیتی که حتی با روتورهای آهن چند لایه به طور کامل به دست نمی‌آید. در حالی که این ویژگی‌ها به طور قابل توجهی کارایی را افزایش می‌دهند، کنترل‌کننده‌های سرعت متغیر برای چنین موتورهایی به دلیل کاهش القای الکترومغناطیسی، به نرخ سوئیچینگ بالاتر (>40 کیلوهرتز) یا جریان مستقیم نیاز دارند.

این موتورها که در ابتدا برای درایوهای نوار مغناطیسی ساخته شدند، برای کاربردهایی که نیاز به دستیابی به سرعت عملیاتی سریع و حداقل فاصله توقف دارند، حیاتی بودند. در حال حاضر، موتورهای پنکیک کاربرد گسترده‌ای در سیستم‌های کنترل‌شده سروو با عملکرد بالا، روباتیک، اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق پزشکی پیدا می‌کنند. طیف متنوعی از طرح‌های موجود، کاربرد آن‌ها را در بخش‌های مختلف، از عملیات نظامی در دمای بالا گرفته تا مکانیزم‌های پمپاژ مقرون‌به‌صرفه و کاربردهای اصلی سروو، گسترش داده است.

یک روش طراحی جایگزین، نمونه‌ای از Magnax، شامل یک استاتور منفرد است که بین دو روتور قرار گرفته است. یک تکرار خاص از این پیکربندی، حداکثر توان خروجی 15 کیلووات بر کیلوگرم و توان خروجی پایدار تقریباً 7.5 کیلووات بر کیلوگرم را نشان داده است. این معماری موتور شار محوری بدون یوغ مسیر شار کاهش یافته را تسهیل می کند و در نتیجه آهنرباها را در فاصله بیشتری از محور چرخشی قرار می دهد. این طرح ذاتاً اورهیز سیم پیچ را حذف می کند و اطمینان می دهد که همه سیم پیچ ها به طور فعال درگیر هستند. این راندمان با ادغام سیم مسی با مقطع مستطیلی بیشتر می شود. علاوه بر این، این موتورها برای افزایش قدرت، قابلیت انباشته شدن موازی را دارند. پایداری عملیاتی با اطمینان از اعمال نیروهای معادل و متضاد دو دیسک روتور بر دیسک استاتور مرکزی حاصل می شود. اتصال مستقیم روتورها از طریق یک حلقه شفت به طور موثر نیروهای مغناطیسی را خنثی می کند.

Transverse Flux Motors (Modulated_Pole_Motors)
موتور شار عرضی (TFM) توسط یک مسیر شار مغناطیسی عمود بر محور چرخشی آن تعریف می‌شود. این مسیر شار نه منحصراً محوری و نه شعاعی است، در عوض از میان هسته‌های مغناطیسی U شکل که مجموعه استاتور را تشکیل می‌دهند، عبور می‌کند. TFM ها دارای سیم پیچی منفرد در هر فاز هستند که به صورت محیطی استاتور را در بر می گیرد. این آرایش سیم پیچی، جدا شدن تعداد قطب های ماشین را از ابعاد فیزیکی سیم پیچ ها امکان پذیر می کند و در نتیجه تراکم گشتاور بالا و تعداد قطب های بالا را به همراه دارد. با این حال، موتورهای شار عرضی مستعد چرخش و گشتاور ریپل هستند و فرآیندهای طراحی و ساخت آنها ذاتاً پیچیده و پرهزینه است. این محدودیت‌ها تا حد زیادی کاربرد آن‌ها را به بخش‌های تخصصی در بازار گسترده‌تر موتور الکتریکی محدود کرده است.

سروموتور

یک سروموتور به عنوان یک جزء جدایی ناپذیر در سیستم های بازخورد کنترل موقعیت یا کنترل سرعت عمل می کند. این موتورها در کاربردهای متنوعی از جمله ماشین ابزار، پلاتر قلمی و سیستم های مختلف فرآیند صنعتی به کار گرفته می شوند. موتورهایی که برای یکپارچه سازی سروومکانیسم تعیین شده اند باید ویژگی های عملکرد قابل پیش بینی مربوط به سرعت، گشتاور و قدرت را نشان دهند. یک مشخصه حیاتی برای سروموتورها منحنی سرعت/گشتاور نسبت بالا است. علاوه بر این، پارامترهای پاسخ دینامیکی، مانند اندوکتانس سیم‌پیچ و اینرسی روتور، مهم هستند، زیرا محدودیت‌هایی را بر عملکرد کلی تحمیل می‌کنند. حلقه‌های سروو که به قدرت قابل توجهی نیاز دارند، اما پاسخ‌های کندتر را تحمل می‌کنند، ممکن است موتورهای AC یا DC معمولی را با سیستم‌های درایو مرتبط با بازخورد موقعیت یا سرعت ترکیب کنند. برعکس، با افزایش تقاضا برای پاسخگویی پویا، طراحی موتورهای تخصصی تر، مانند موتورهای بدون هسته، ضروری می شوند. مزایای ذاتی موتورهای AC، به ویژه چگالی توان و قابلیت‌های شتاب برتر آنها، اغلب منجر به ترجیح تنظیمات درایو همزمان مغناطیس دائمی، DC بدون جاروبک (BLDC)، القایی و موتور رلوکتانس سوئیچ شده (SRM) می‌شود.

یک تمایز اساسی بین یک سیستم سروو سیستم فیدبک پیوسته و سیستم‌های فیدبک استپِر خاصی از موتور در طول کاربرد سیستم فیدبک ارائه می‌دهد. عملیات. در مقابل، یک سیستم پله ای ذاتاً به صورت حلقه باز عمل می کند، بسته به توانایی موتور برای جلوگیری از "گام های از دست رفته" برای دقت موقعیت کوتاه مدت. هر مکانیزم بازخوردی، مانند سوئیچ «خانه» یا رمزگذار موقعیت خارجی، معمولاً خارج از سیستم استپر موتور اصلی است.

موتور پله

موتورهای پله ای در درجه اول برای دستیابی به حرکات چرخشی دقیق استفاده می شوند. عملکرد آنها شامل یک روتور داخلی است که ممکن است حاوی آهنرباهای دائمی باشد یا از مواد مغناطیسی نرم با قطب های برجسته تشکیل شده باشد که توسط آرایه ای از آهنرباهای خارجی سوئیچ شده الکترونیکی کنترل می شود. از نظر مفهومی، یک موتور پله ای را می توان هیبریدی بین یک موتور الکتریکی DC و یک شیر برقی دوار در نظر گرفت. پس از انرژی دهی متوالی هر سیم پیچ، روتور دقیقاً خود را با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ میدان فعال تراز می کند. متمایز از یک موتور سنکرون، یک موتور پله ای لزوماً چرخش مداوم را نشان نمی دهد. در عوض، در مراحل گسسته پیش می‌رود و حرکت را آغاز و متوقف می‌کند، زیرا سیم‌پیچ‌های میدان به‌طور متوالی انرژی می‌گیرند و انرژی خود را از دست می‌دهند. توالی خاص انرژی دهی جهت روتور (به جلو یا عقب) را دیکته می کند و امکان تغییرات آنی در جهت، توقف، شتاب یا کاهش سرعت را فراهم می کند.

درایورهای موتور پله ای ساده به طور کامل سیم پیچ های میدان را روشن یا خاموش می کنند و در نتیجه روتور به مجموعه ای از موقعیت ها نمایه می شود. با این حال، درایورهای Microstepping، کنترل متناسب توان را به سیم‌پیچ‌های میدان امکان‌پذیر می‌کنند و موقعیت روتور را بین پله‌های گسسته تسهیل می‌کنند و چرخش صاف را ممکن می‌سازند. موتورهای پله‌ای کنترل‌شده توسط کامپیوتر از جمله چندمنظوره‌ترین سیستم‌های موقعیت‌یابی هستند، به‌ویژه هنگامی که در سیستم‌های دیجیتال کنترل‌شده سروو ادغام می‌شوند.

موتورهای پله‌ای چرخش زاویه‌ای دقیق را در مراحل گسسته تسهیل می‌کنند. در نتیجه، آنها برای تعیین موقعیت سر خواندن/نوشتن در درایوهای دیسک اولیه، جایی که دقت و سرعت ذاتی آنها برای قرار دادن دقیق هد کافی بود، به کار گرفته شدند. با این حال، با افزایش تراکم درایو، محدودیت‌های آن‌ها در دقت و سرعت، آن‌ها را برای برنامه‌های هارد دیسک نامناسب کرد. به طور خاص، دقت ناکافی آنها را غیرعملی کرد، در حالی که محدودیت های سرعت آنها، رقابت آنها را کاهش داد. در نتیجه، هارد دیسک‌های امروزی از سیستم‌های محرک سر مبتنی بر سیم پیچ صوتی استفاده می‌کنند. از لحاظ تاریخی، اصطلاح "کویل صوتی" در این زمینه به جزء ساختاری موجود در بلندگوهای مخروطی اشاره دارد.

موتورهای پله ای اغلب در چاپگرهای کامپیوتری، اسکنرهای نوری و دستگاه های فتوکپی دیجیتال برای فعال کردن اجزای کلیدی مانند کالسکه هد چاپ (در چاپگرهای جوهرافشان یا چاپگرهای جوهرافشان

) استفاده می شوند.

ساعت‌های مچی آنالوگ کوارتز معمولی از کوچک‌ترین موتورهای پله‌ای استفاده می‌شوند. این موتورها معمولاً دارای یک سیم پیچ هستند، مصرف انرژی پایینی دارند و از روتور آهنربای دائمی استفاده می کنند. انواع موتورهای مشابه ساعت‌های کوارتز با باتری را نیز تغذیه می‌کنند. برخی از ساعت‌های خاص، مانند کرنوگراف‌ها، ممکن است چندین موتور پله‌ای را ادغام کنند.

شباهت‌های طراحی مشترک با موتورهای سنکرون AC سه فاز، موتورهای پله‌ای و موتورهای رلوکتانس سوئیچ (SRM) به عنوان انواع موتورهای رلوکتانس متغیر دسته‌بندی می‌شوند.

خطی

موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از نظر مفهومی "نورل نشده" است و در نتیجه نیروی خطی در امتداد محور خود به جای گشتاور چرخشی ایجاد می کند.

موتورهای خطی عمدتاً به عنوان پیکربندی موتورهای القایی یا پله ای شناخته می شوند. آنها اغلب در ترن هوایی استفاده می شوند، جایی که آنها پیشرانه سریع واگن های ریلی بدون موتور را از طریق مسیر کنترل می کنند. علاوه بر این، آنها جدایی ناپذیر از قطارهای مگلو هستند و امکان حرکت و نیروی محرکه را فراهم می کنند. در مقیاس کوچکتر، پلاتر قلم HP 7225A، که در سال 1978 معرفی شد، از دو موتور پله ای خطی برای حرکت دقیق قلم در امتداد محورهای X و Y خود استفاده کرد.

غیر مغناطیسی

الکترواستاتیک

موتور الکترواستاتیک بر اساس اصل جاذبه و دافعه الکترواستاتیکی کار می کند. به طور معمول، موتورهای الکترواستاتیک دوگانه الکتریکی موتورهای مبتنی بر سیم پیچ معمولی در نظر گرفته می شوند. آنها به طور کلی نیاز به منبع تغذیه با ولتاژ بالا دارند، اگرچه انواع کوچکتر می توانند در ولتاژهای پایین تر کار کنند. در مقابل، موتورهای الکتریکی معمولی از جاذبه و دافعه مغناطیسی استفاده می کنند و جریان های بالایی را در ولتاژهای پایین می طلبند. موتورهای الکترواستاتیک اولیه در دهه 1750 توسط بنجامین فرانکلین و اندرو گوردون ساخته شدند. موتورهای الکترواستاتیک اغلب در سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) استفاده می‌شوند، به ویژه در مواردی که ولتاژ محرک کمتر از 100 ولت است و ساخت صفحات متحرک و شارژ شده بسیار ساده‌تر از سیم‌پیچ‌ها و هسته‌های آهنی است. ماشین‌های مولکولی درون سلول‌های زنده اغلب بر اساس اصولی مشابه موتورهای الکترواستاتیک خطی و دوار عمل می‌کنند.

پیزوالکتریک

موتور پیزوالکتریک، یا موتور پیزو، یک موتور الکتریکی است که با استفاده از تغییر شکل یک ماده پیزوالکتریک تحت یک میدان الکتریکی اعمال شده کار می‌کند. این موتورها از اثر پیزوالکتریک معکوس استفاده می کنند که در آن ماده ارتعاشات صوتی یا اولتراسونیک را برای القای حرکت خطی یا چرخشی ایجاد می کند. یکی از مکانیسم‌های عملیاتی شامل استفاده از کشیدگی تک صفحه‌ای برای ایجاد دنباله‌ای از انبساط و عقب‌نشینی است که مشابه حرکت یک کاترپیلار است.

پیشرانش الکتریکی

سیستم‌های نیروی محرکه فضاپیما با نیروی الکتریکی از فناوری موتور الکتریکی برای مانور و شتاب فضاپیما در فضای بیرونی استفاده می‌کنند. اکثر این سیستم‌ها با شتاب دادن الکتریکی به یک پیشرانه تا سرعت‌های بالا عمل می‌کنند، در حالی که سیستم‌های خاصی از اتصالات الکترودینامیکی برای رانش در یک مگنتوسفر استفاده می‌کنند.

مقایسه بر اساس دسته‌های اصلی

اصول عملیات

نیرو و گشتاور

موتور الکتریکی با بهره برداری از تعامل بین دو میدان مغناطیسی متضاد، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. مهمتر از همه، حداقل یکی از این میدان های مغناطیسی باید توسط یک آهنربای الکتریکی ایجاد شود، که خود توسط جریان الکتریکی تولید می شود.

قانون نیروی لورنتس روشی را برای محاسبه نیروی وارد شده بر رسانای با طول ارائه می‌کند $\ell$ حامل $I$ هنگامی که به صورت عمود در یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد $\mathbf {B$ .

این نیرو از نظر ریاضی به صورت زیر نمایش داده می شود:

\mathbf {F} =I\ell \times \mathbf {B

نماد '×' در این زمینه نشان‌دهنده محصول متقاطع برداری است.

نشان‌گذاری تانسور تعمیم‌یافته‌ترین روش را برای محاسبه نیروها در موتورهای الکتریکی ارائه می‌دهد.

خروجی برق

توان خروجی یک موتور الکتریکی با معادله زیر تعریف می‌شود: $P_{\text{em}}=T\omega =Fv$ ، جایی که:

$\omega$ نشان دهنده سرعت زاویه ای شفت است که بر حسب رادیان در ثانیه اندازه گیری می شود.
$T style encoding="application/x-tex">{\displaystyle T}$ بیانگر گشتاور است که بر حسب نیوتن متر بیان می شود.
$F style encoding="application/x-tex">{\displaystyle F}$ نشان دهنده نیرو است که بر حسب نیوتن اندازه گیری می شود.
$v style encoding="application/x-tex">{\displaystyle v}$ به سرعت بر حسب متر در ثانیه اشاره دارد.

هنگامی که در واحدهای امپریال بیان می شود، توان مکانیکی خروجی یک موتور با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

فرمول این است:

P_{\text{em}}={\frac {\omega _{\text{rpm}}T}{5252}}

، که نتیجه بر حسب اسب بخار بیان می‌شود.

در اینجا، اصطلاحات به این صورت تعریف می شوند:

${\displaystyle \omega _{\text{rpm}} نشان دهنده سرعت زاویه ای شفت است که بر حسب دور در دقیقه (rpm) اندازه گیری می شود.$
$T style encoding="application/x-tex">{\displaystyle T}$ نشان دهنده گشتاور است که بر حسب فوت پوند بیان می شود.

برای موتورهای ناهمزمان یا القایی، همبستگی بین سرعت موتور و قدرت شکاف هوا با معادله بعدی بیان می‌شود:

معادله این است:

P_{\text{airgap}}={\frac {R_{r}}{s}}I_{r}^{2}

، جایی که

R_{r_{rR_rت}}

I_r² نشان دهنده مربع جریان القا شده در روتور است.

s نشان‌دهنده لغزش موتور است، که به عنوان اختلاف بین سرعت سنکرون و سرعت لغزش تعریف می‌شود، در نتیجه حرکت نسبی لازم برای القای جریان در روتور را تسهیل می‌کند.

نیروی حرکت الکتریکی عقب (EMF)

حرکت سیم‌پیچ‌های آرمیچر در یک جریان مستقیم (DC) یا میدان مغناطیسی موتور جهانی، یک ولتاژ القایی ایجاد می‌کند که به عنوان "نیروی الکتروموتور برگشتی (EMF)" شناخته می‌شود. این EMF عقب با ولتاژ تغذیه موتور مخالف است و با سرعت عملیاتی موتور نسبت مستقیم دارد. برای یک موتور DC، مجموع EMF پشتی و افت ولتاژ در مقاومت سیم پیچ داخلی و برس ها باید دقیقاً با ولتاژ اعمال شده در برس ها مطابقت داشته باشد و اصل اصلی تنظیم سرعت را ایجاد کند. در نتیجه، افزایش بار مکانیکی باعث کاهش سرعت موتور، کاهش EMF عقب و منجر به جذب جریان بیشتر از منبع تغذیه می شود. این جریان تقویت‌شده متعاقباً گشتاور اضافی مورد نیاز برای مقابله با بار افزایش‌یافته را ایجاد می‌کند.

در ماشین‌آلات جریان متناوب (AC)، مفهوم‌سازی منبع EMF پشتی داخلی می‌تواند سودمند باشد، به‌ویژه برای دستیابی به تنظیم دقیق سرعت در موتورهای القایی که توسط درایوهای فرکانس متغیر (VFD) تغذیه می‌شوند.

زیان

تلفات موتور عمدتاً شامل تلفات مقاومتی در سیم‌پیچ‌ها، تلفات هسته، تلفات مکانیکی در یاتاقان‌ها و تلفات آیرودینامیکی می‌شود، به ویژه در سیستم‌هایی که دارای فن خنک‌کننده هستند.

تلفات اضافی ناشی از فرآیندهای جابجایی است. کموتاتورهای مکانیکی جرقه تولید می کنند، در حالی که کموتاتورهای الکترونیکی گرما را از بین می برند.

کارایی

بازده موتور با تقسیم توان مکانیکی خروجی بر توان ورودی الکتریکی به شرح زیر تعیین می‌شود:

\eta ={\frac {P_{\text{m}}}{P_{\text{e}}}}

جایی که $\eta$ نشان دهنده بازده تبدیل انرژی است، $P_{\text{e}}$ توان ورودی الکتریکی را نشان می‌دهد و $P_{\text{m}}$ نشان دهنده قدرت خروجی مکانیکی است:

P_{\text{e}}=IV

P_{\text{m}}=T\omega

در این معادلات، $V$ نشان دهنده ولتاژ ورودی است، $I$ نشان دهنده جریان ورودی است، $T$ به معنی گشتاور خروجی است و $\omega$ سرعت زاویه ای خروجی است. نقطه حداکثر راندمان را می‌توان به صورت تحلیلی تعیین کرد، که معمولاً در کمتر از نیمی از گشتاور استال رخ می‌دهد.

سازمان‌های نظارتی ملی قوانینی را برای ارتقای تولید و پذیرش موتورهای با انرژی کارآمدتر اجرا کرده‌اند. راندمان موتورهای الکتریکی به طور قابل توجهی متفاوت است، از تقریباً 15 تا 20٪ برای موتورهای قطب سایه دار تا 98٪ برای موتورهای آهنربای دائم، که بازده نیز به بار اعمال شده بستگی دارد. راندمان بهینه به طور کلی در 75٪ از بار نامی موتور به دست می آید. به عنوان مثال، یک موتور 10 اسب بخاری در هنگام تغذیه بار 7.5 اسب بخار کارآمدترین عملکرد را دارد. علاوه بر این، راندمان با اندازه موتور مرتبط است، زیرا موتورهای بزرگتر معمولاً بازده بالاتری را نشان می دهند. توجه به این نکته مهم است که برخی از موتورها برای کار مداوم بیش از مدت زمان مشخص، مانند یک ساعت در هر کار، طراحی نشده اند.

عامل خوبی

Eric Laithwaite معیاری را برای تعیین کمیت بازده عملیاتی یک موتور الکتریکی معرفی کرد.

G={\frac {\omega }{{\text{resistance}}\times {\text{reluctance}}}}={\frac {\omega \mu \sigma A_{\text{m}}A_{\text{e}}}{l_{\text{m}}l_{\text{e}}}}

در این فرمول:

Gt encoding="application/x-tex">{\displaystyle G}

نشان دهنده ضریب خوبی است، جایی که مقادیر بیش از 1 معمولاً نشان دهنده کارایی بالا است.

A_{\text{m}},A_{\text{e}}

به ترتیب ناحیه مقطع مدارهای مغناطیسی و الکتریکی را نشان می دهد.

l_{\text{m}},l_{\text{e}}

به ترتیب نشان دهنده طول مدارهای مغناطیسی و الکتریکی است.

\mu

نشان دهنده نفوذپذیری ماده هسته است.

\omega

نشان دهنده فرکانس زاویه ای است که موتور در آن کار می کند.

تحلیل Laithwaite نشان داد که موتورهای بسیار کارآمد معمولاً دارای قطب های مغناطیسی نسبتاً بزرگ هستند. با این وجود، این معادله مستقیماً فقط برای موتورهایی قابل اجرا است که آهنرباهای دائمی ندارند.

پارامترهای عملکرد

گشتاور

موتورهای الکترومغناطیسی از طریق حاصلضرب بردار میدان های مغناطیسی برهم کنش خود گشتاور تولید می کنند. محاسبه دقیق گشتاور نیاز به درک جامع میدان های شکاف هوا دارد. پس از ایجاد این میدان ها، گشتاور با ادغام تمام بردارهای نیرو در شعاع مربوطه آنها تعیین می شود. خود میدان ها توسط جریان عبوری از سیم پیچ ها ایجاد می شوند. قابل‌توجه، در موتورهایی که از مواد مغناطیسی استفاده می‌کنند، قدرت میدان تناسب خطی با جریان نشان نمی‌دهد.

رابطه بین جریان و گشتاور یک عامل حیاتی در انتخاب موتور است. حداکثر گشتاور قابل دستیابی توسط یک موتور به حداکثر ظرفیت جریان آن بستگی دارد، با این فرض که هیچ محدودیت حرارتی وجود ندارد.

هنگام طراحی بهینه، با در نظر گرفتن محدودیت‌هایی مانند اشباع هسته، جریان فعال (جریان گشتاور)، ولتاژ، تعداد جفت قطب، فرکانس تحریک (سرعت سنکرون)، و شار الکتریکی تقریباً مشابه‌تر، شار موتور تقریباً مشابه‌تر نشان می‌دهد. گشتاور شفت پیوسته (گشتاور عملیاتی). این سازگاری در یک ناحیه شکاف هوایی مشخص، از جمله شکاف های سیم پیچ و عمق آهن پشتی، که مجموعاً ابعاد فیزیکی هسته الکترومغناطیسی را تعیین می کنند، اعمال می شود. برخی کاربردها، مانند شتاب دادن به یک وسیله نقلیه الکتریکی از حالت سکون، گشتاور تقاضا بیش از حداکثر مداوم می شود. در حالی که همیشه توسط اشباع هسته مغناطیسی، محدودیت های دمای کارکرد ایمن و ولتاژ محدود می شود، قابلیت این انفجارهای گشتاور فوق حداکثر به طور قابل توجهی در طرح های مختلف موتور و ژنراتور متفاوت است.

ماشین‌هایی که فاقد توپولوژی مدار ترانسفورماتور هستند، مانند ماشین‌های سنکرون روتور پیچشی (WRSM) یا ماشین‌های سنکرون آهنربای دائم (PMSM)، قادر به ایجاد انفجار گشتاور بدون القای اشباع هسته مغناطیسی نیستند. فراتر از این نقطه اشباع، افزایش جریان بیشتر باعث افزایش گشتاور نمی شود. علاوه بر این، مجموعه‌های آهنربای دائمی در PMSM در چنین شرایطی مستعد آسیب‌های جبران‌ناپذیر هستند.

برعکس، ماشین‌های الکتریکی که دارای توپولوژی مدار ترانسفورماتور هستند، از جمله ماشین‌های القایی، ماشین‌های الکتریکی با تغذیه دوبل القایی، و ماشین‌های دوبل تغذیه با روتور زخمی القایی یا سنکرون (WRDF). این قابلیت به این دلیل به وجود می‌آید که جریان‌های فعال ناشی از نیروی الکتروموتور (EMF) در طرف‌های مخالف ترانسفورماتور با یکدیگر مقابله می‌کنند، در نتیجه از هرگونه مشارکت در چگالی شار هسته مغناطیسی همراه با ترانسفورماتور جلوگیری می‌کنند و در نتیجه از اشباع هسته جلوگیری می‌کنند.

ماشین‌های الکتریکی که بر اساس مدار القایی یا ترانسفورماتور معمولی یک درگاه کوتاه کار می‌کنند. در نتیجه، با افزایش لغزش، امپدانس راکتیو مدار ترانسفورماتور غالب می‌شود و در نتیجه مقدار جریان فعال (یا واقعی) را محدود می‌کند. با وجود این، انفجارهای گشتاور بین دو تا سه برابر حداکثر گشتاور طراحی قابل دستیابی است.

ماشین دوتغری سنکرون روتور بدون جاروبک (BWRSDF) تنها ماشین الکتریکی را نشان می‌دهد که دارای یک توپولوژی مدار ترانسفورماتور با دو پورت واقعی است، که در آن هر دو پورت بدون هیچ گونه اتصال کوتاهی به طور مستقل متصل می‌شوند. این توپولوژی مدار ترانسفورماتور دو پورت ذاتاً ناپایدار است و برای انتقال توان محدود به مجموعه سیم‌پیچ روتور، نیاز به یک مجموعه لغزشی-حلقه-برس چند فازی دارد. اگر مکانیزم دقیقی برای کنترل لحظه‌ای زاویه گشتاور و لغزش در حین کار سنکرون در دسترس باشد و همزمان نیروی بدون جاروبک را برای مجموعه سیم‌پیچ روتور فراهم کند، جریان فعال دستگاه BWRSDF از امپدانس راکتیو مدار ترانسفورماتور استقلال نشان می‌دهد. تحت چنین شرایطی، انفجار گشتاور به طور قابل ملاحظه ای بیش از حداکثر گشتاور عملیاتی و فراتر از قابلیت های عملی هر نوع ماشین الکتریکی دیگر قابل دستیابی خواهد بود. محاسبات پتانسیل انفجارهای گشتاور بیش از هشت برابر گشتاور عملیاتی را نشان می دهد.

چگالی گشتاور پیوسته

چگالی گشتاور پیوسته در ماشین‌های الکتریکی معمولی عمدتاً توسط ناحیه شکاف هوا و عمق آهن پشتی کنترل می‌شود. این پارامترها به نوبه خود تحت تأثیر درجه قدرت مجموعه سیم پیچ آرمیچر، سرعت عملیاتی دستگاه و حداکثر چگالی شار شکاف هوا قبل از اشباع هسته قرار دارند. با وجود اجباری بالای ذاتی در آهنرباهای دائمی نئودیمیم یا ساماریم-کبالت، چگالی گشتاور پیوسته تا حد زیادی در ماشین‌های الکتریکی مجهز به مجموعه‌های سیم‌پیچ آرمیچر با طراحی بهینه قابل مقایسه است. علاوه بر این، چگالی گشتاور پیوسته ذاتاً با روش خنک‌سازی به کار رفته و مدت زمان عملیاتی مجاز قبل از شروع گرمای بیش از حد سیم‌پیچ یا تخریب آهنربای دائمی مرتبط است.

منابع جایگزین نشان می‌دهند که توپولوژی‌های مختلف ماشین‌های الکتریکی چگالی‌های گشتاور متفاوتی را نشان می‌دهند. به عنوان مثال، یک مرجع داده های بعدی را ارائه می دهد:

در این زمینه، چگالی گشتاور ویژه به مقدار 1.0 برای ماشین‌های بدون جاروبک AC آهنربای دائمی سطحی (SPM) نرمال می‌شود.

موتورهای خنک‌شونده مایع در مقایسه با همتای آن‌ها

یک مرجع دیگر نشان می‌دهد که موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) با درجه‌بندی توان تا 1 مگاوات دارای چگالی گشتاور بسیار بیشتری در مقایسه با ماشین‌های القایی هستند.

چگالی توان پیوسته

چگالی توان پیوسته از حاصل ضرب چگالی گشتاور پیوسته و محدوده سرعت گشتاور ثابت به دست می‌آید. موتورهای الکتریکی قادر به دستیابی به چگالی به 20 کیلووات بر کیلوگرم هستند که به معنای توان خروجی 20 کیلووات بر کیلوگرم جرم است.

صداها و ارتعاشات صوتی

نویز و ارتعاشات صوتی به طور کلی به سه منبع اصلی طبقه بندی می شوند:

منابع مکانیکی، مانند منابعی که از یاتاقان ها سرچشمه می گیرند.
منابع آیرودینامیکی، به عنوان مثال، منابع تولید شده توسط فن های نصب شده روی شفت.
منابع مغناطیسی که از نیروهای مغناطیسی مانند ماکسول و نیروهای مغناطیسی اعمال شده بر ساختارهای استاتور و روتور ناشی می شوند.

دسته دوم، که اغلب در مشخصه "صدای ناله" منتشر شده توسط موتورهای الکتریکی دخیل است، نویز صوتی القای الکترومغناطیسی نامیده می شود.

استانداردها

فهرست بعدی شامل استانداردهای مهم مربوط به طراحی، ساخت، و آزمایش موتورهای الکتریکی است:

موسسه نفت آمریکا: موتورهای القایی قفس سنجابی فرم-زخم API 541 – 375 کیلووات (500 اسب بخار) و بزرگتر
موسسه نفت آمریکا: ماشین‌های سنکرون بدون جاروبک API 546 – 500 کیلوولت آمپر و بزرگتر
موسسه نفت آمریکا API 547 را منتشر می‌کند که الزامات مورد نیاز موتورهای القایی قفس سنجابی را برای همه منظوره با ظرفیت‌های 250 اسب بخار و بالاتر مشخص می‌کند.
مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) استاندارد 112 را ارائه می‌کند که روش‌های آزمایش موتورهای القایی چند فازی و ژنراتورها را شرح می‌دهد.
استاندارد IEEE 115 راهنمایی در مورد روش های آزمایشی که به طور خاص برای ماشین های سنکرون طراحی شده است ارائه می دهد.
استاندارد IEEE 841 معیارهایی را برای راندمان برتر، موتورهای القایی قفس سنجابی کاملاً محصور با فن خنک کننده (TEFC)، تا 370 کیلووات (500 اسب بخار) تعیین می کند که برای صنایع نفت و شیمیایی در نظر گرفته شده است.
کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) IEC 60034 را منتشر می کند که به ماشین های الکتریکی دوار مربوط می شود.
IEC 60072، از کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی، ابعاد و سری خروجی را برای ماشین های الکتریکی دوار تعریف می کند.
انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) MG-1، یک استاندارد پوشش دهنده موتورها و ژنراتورها را ارائه می دهد.
Anderwriters Laboratories (UL) UL 1004 را منتشر می کند که به عنوان استاندارد برای موتورهای الکتریکی عمل می کند.
استاندارد هندی IS:12615-2018، با عنوان "کلاس های بهره وری و مشخصات عملکرد" (نسخه سوم)، به موتورهای AC سه فاز خطی (IE CODE) می پردازد.

جبران خسارت

سیم پیچ جبران
ژنراتور برق
موتور وسیله نقلیه الکتریکی
عامل خوبی
خازن موتور
کنترل کننده موتور
موتور برقی رفت و برگشتی
ترمز احیا کننده
موتور کششی

مراجع

SparkMuseum اطلاعاتی در مورد پیشرفت تاریخی موتورهای الکتریکی اولیه ارائه می دهد.

SparkMuseum: Early Electric Motors
مروری بر اختراع موتور الکتریکی از 1800 تا 1893، ارائه شده توسط مارتین دوپلباوئر و میزبانی موسسه فناوری کارلسروهه.
دوره آموزشی MAS.865 2018، "چگونه چیزی بسازیم که (تقریبا) هر چیزی را بسازیم" دارای تصاویر GIF و اسیلوگرام های اسلوموشن است که انواع مختلفی از موتورها را نشان می دهد.

موتور الکتریکی (Electric motor)