روتور و استاتور و گشتاور شکست (3 عنصر مهم در موتورهای الکتریکی)

برای اینکه با اساس کار موتور های AC آشنا شویم ابتدا باید بدانیم اجزای سازنده آن یعنی روتور و استاتور چیست؟

در این مقاله به زبان ساده نحوه کار روتور و استاتور و چگونگی تولید گشتاور توسط آنها را با هم یاد میگیریم.

ویدیو زیر ما را با اساس کار روتور و استاتور و عملکرد آنها در موتور های الکتریکی آشنا می کند.

1- روتور و استاتور

وقتی درباره دور موتور (rpm) تحقیق می کنید ممکن است به مواردی مثل روتور و استاتور برخورد کنید و بخواهید بدانید که آنها چه هستند.

به بیان ساده یک موتور AC از دو بخش اصلی روتور و استاتور ساخته شده است .

اگر بخواهیم بدانیم که این اجزا چه کاری انجام میدهند کافی است فقط به کلماتشان دقت کنیم.

استاتور از کلمه stationary به معنای ثابت و روتور از کلمه rotating یا چرخان گرفته شده است.

1-1 استاتور چیست؟

استاتور قسمت ثابت موتور و روتور قسمتی است که درون استاتور در حال چرخش است .

استاتور از چند لایه فلزی ساخته شده که به شکل یک استوانه توخالی بهم وصل شده اند.

شیارهایی روی ورقه ها وجود دارند و سیم پیچ هایی درون این شیار ها جاسازی می شوند.

به هر کدام از سیم پیچ ها کلاف هم گفته می شود.

این را هم ببینید

درایو یا اینورتر را دقیق تر بشناسیم

هر کلاف با هسته هایی که درونش قرار می گیرد، یک آهنربا مغناطیسی می سازد.

کلاف های استاتور مستقیما به منبع انرژی الکتریکی وصل می شوند و
با برقراری جریان AC یک میدان مغناطیسی چرخنده تولید می کنند.

2-1 روتور چیست؟

گاهی اوقات به جای واژه روتور از شفت یا آرماتور هم استفاده می شود. روتور روی شفت ‌استاتور قرار گرفته است.

روتور از ورقه های نازک فولادی ساخته شده که در درون آن هسته هایی از جنس آلومینیوم یا مس قرار دارد.

کاربردی ترین نوع روتور روتور قفس سنجابی است که به علت ساختار محکم و
ساده آن در 90 درصد موتور های الکتریکی استفاده می شود.

شکاف هوایی بین روتور و استاتور وجود دارد.

القای مغناطیسی انرژی را از استاتور به روتور منتقل می کند و
گشتاور تولید شده برای چرخیدن به روتور نیرو وارد می کند و باعث چرخش آن می شود.

موتور های AC در شکل ها و اندازه های مختلف وجود دارند اما شما نمیتوانید موتور AC بدون روتور و استاتور داشته باشید

2- اساس کار روتور و استاتور

زمانی که ولتاژ سه فاز به سیم پیچ های استاتور اعمال می شود،
طبق قانون آمپر، نیروی مغناطیسی چرخان تولید می شود که با گذشت زمان تغییر می کند.

طبق قانون فارادی، این میدان، ولتاژ را روی کنداکتورهای (conductor) میله ای که در هسته روتور قرار دارند، القا می کند.
این موضوع باعث می شود جریان میله های روتور برقرار شود.

جریان روتور هم چنین باعث ایجاد میدان مغناطیسی اطراف میله ها می شود و نیرویی به کنداکتور های
درون میدان مغناطیسی اعمال می شود.

این نیرو باعث چرخش روتور می شود که این چرخش باعث حرکت

آسانسور
پله برقی
فن

و سایر موارد می‌شود.

در ادامه به بررسی مفهوم گشتاور شکست در یک موتور میپردازیم.

برای انتخاب موتور الکتریکی برای هدف خاص بهتر است بدانیم گشتاور شکست چیست ؟

با استفاده از مفهوم گشتاور می توان قدرت یک موتور را اندازه گیری کرد.

3- گشتاور شکست چیست؟

گشتاور شکست (breakdown torque) بیشترین مقدار گشتاوری است که یک موتور می تواند ایجاد کند.

مراحل اولیه گشتاور شامل

گشتاور روتور قفل شده
گشتاور pull up
گشتاور شکست

است.

برای اینکه بهتر بفهمیم اساسا گشتاور شکست چیست اول باید بدانیم که ارتباط گشتاور و شتاب چیست؟

عامل موثر در چرخش هر جسم اطراف محور همان گشتاور یا torque است.

4- انواع گشتاور

گشتاور روتور قفل شده که به آن گشتاور شروع هم میگویند، گشتاوری است که بوسیله موتور در هنگام توقف ایجاد میشود .

زمانی که موتور در حال شتاب دادن به گشتاور است، قبل از اینکه گشتاور افزایش پیدا کند به مقدار بسیار کم کاهش پیدا می کند.

همینطور که سرعت در حال افزایش است، گشتاور هم افزایش پیدا میکند تا نهایتا به مقدار ماکزیمم خود برسد.

این همان چیزی است که بعنوان گشتاورِ شتاب گرفتن یا pull-up شناخته میشود.

گشتاور شکست یا گشتاور ماکزیمم بیشترین گشتاوری است که هنگام کار موتور اندازه گیری می شود و پس از آن گشتاور کاهش می یابد.

به بیان دیگر گشتاور شکست بیشترین گشتاوری است که میتواند زمانی که موتور همچنان تحت شرایط بهینه کار می کند، تولید شود.

این را هم ببینید

نحوه انتخاب الکتروموتور برای پروژه های کنترل حرکت

5- دسته بندی موتورها بر اساس گشتاور

انجمن ملی تولید کنندگان برق یا NEMA یا
(National Electrical Manufacturers Association) موتورهای الکتریکی را
بر اساس گشتاور و ممان بار شروع (starting – load inertia) به 5 دسته تقسیم می کنند.