معرفی ۴ نوع روتور موتورهای الکتریکی

اگر به ساختار داخلی موتورهای الکتریکی نگاهی بیندازیم، با مدل های مختلفی از انواع روتور مواجه خواهیم شد که
هر کدام برای برآوردن هدف خاصی طراحی شده اند.

موتورهای الکتریکی به خاطر کاربردشان از تنوع بالایی برخوردار هستند.

همین امر نیز سبب طراحی و تولید روتورها با ویژگی های متنوع شده است.

در ادامه این مقاله همراه ما باشید تا بیشتر با این جزء از موتورهای الکتریکی آشنا شوید.

1# روتور چیست؟

روتور و استاتور دو جزء مهم در موتورهای الکتریکی هستند که روی هم اثر متقابل دارند و
با توجه به اسمشان می توان به کاربرد آن ها در موتور پی برد.

استاتورها (Stator) در موتور الکتریکی ثابت هستند؛
در حالی که روتورها (Rotor) بخش چرخان در موتور هستند و سبب تولید انرژی مکانیکی می شوند.

اما منشأ چرخش روتور چیست؟

موتورهای الکتریکی با پیروی از قوانین الکترومغناطیس و القای شار مغناطیسی انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می کنند.

به عبارتی دیگر هنگامی که ولتاژ الکتریکی AC متناسب با مشخصات موتور به آن اعمال شود،
جریانی در بخش ثابت (استاتور) جاری می شود.

همین امر سبب تقویت سیم پیچ های استاتور و تولید شار مغناطیسی می شود.

این شار سبب القای جریان در سیم پیچ ژنراتور و به حرکت درآمدن روتور و شفت آن می شود.

از کاربردهای روتور می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• موتورهای خودرو
• یخچال های صنعتی
• برفکوب ها
• تجهیزات پزشکی
• کامیون های سیلو برای جا به جایی مواد خشک مانند پلاستیک، سیمان و…

2# انواع روتور

همان طور که گفته شد موتورهای الکتریکی در بخش های زیادی از صنعت کاربرد دارند که
همین امر سبب گستردگی و تنوع در بخش های داخلی آن ها از جمله روتورها شده است.

روتورها با توجه به ساختار و کاربردشان به مدل هایی تقسیم می شوند.

انواع روتور عبارت اند از:

• قفسه ای
• سیم پیچی
• قطب برجسته
• قطب غیربرجسته

در ادامه به توضیح هر کدام می پردازیم.

1-2# روتور قفسه ای

روتور قفسه ای که به دلیل شکل آن با نام روتور قفسه سنجابی (Squirrel-Cage Rotor) نیز شناخته می شود،
یکی از انواع روتور است که نمی توان برای آن تعداد قطب مشخصی در نظر گرفت.

تعداد قطب های استاتور با توجه به القا در روتور ایجاد می شود (تعداد قطب های روتور و استاتور با هم برابر است).

برای مثال اگر استاتور 4 قطب دارد، روتور نیز حتما 4 قطبی است؛
بنابراین با هر تغییری که در استاتور اعمال می شود، روتور نیز پاسخ متفاوتی را تولید می کند.

در این مدل تعداد فازهای روتور با تعداد اسلات های (Slot) مسی تقسیم بر تعداد هر قطب برابر است.

این روتور از بین دیگر انواع روتورها دارای راکتانس نشتی (leakage reactance) بسیار کم است؛
زیرا سیم پیچی در بخش روتور وجود ندارد.

همین امر سبب گشتاور پایین راه اندازی و حداکثر گشتاور در حین کار می شود.

همچنین به دلیل داشتن مقاومت کم، جریان راه اندازی این روتور زیاد است؛
بنابراین می توان گفت این روتور عملکرد خوبی دارد؛ ولی در بخش راه اندازی ضعیف عمل می کند.

2-2# روتور سیم پیچی

ساختار روتور سیم پیچی (Wound Rotor) به گونه ای است که
تلفات جریان گردابی و هیسترزیس (Eddy Current Loss and Hysteresis Loss) را کاهش می دهد.

سیم پیچی این نوع از انواع روتور به گونه ای است که ولتاژ emf (مخفف Electromotive Force) خروجی سینوسی در اختیار شما قرار می دهد.

در این روتور باید تعداد قطب های روتور و استاتور با هم برابر در نظر گرفته شوند.

همچنین صرف نظر از این که سیم پیچ استاتور به صورت آرایش ستاره یا مثلث باشد،
سیم پیچ های روتور باید با آرایش ستاره متصل گردند.

وجود یک حلقه لغزنده در این روتور کمک می کند که ترمینال بیرون آمده از روتورها به مقاومت های خارجی متصل شوند.

حلقه لغزنده (Slip Ring) در این روتور از موادی با مقاومت بالا مانند برنز، فسفر یا برنج ساخته می شود.

در این روتور می توان از مقاومت های خارجی برای بهبود گشتاور راه اندازی استفاده کرد.

این مقاومت همچنین جریان کشیده شده توسط موتور را نیز در زمان راه اندازی کاهش می دهد که
همین امر سبب بهبود ضریب قدرت می شود.

3-2# انواع روتور بر اساس شکل قطب

• روتور قطب برجسته (Salient Pole Rotor)

روتور قطب برجسته در ماشین های الکتریکی با سرعت کم و متوسط (100 تا 1500 rpm) استفاده می شود.

این مدل روتور شامل تعداد زیادی قطب برجسته است که بر روی یک چرخ مغناطیسی نصب شده اند.

قطب ها از لایه های فولادی ساخته می شوند و سیم پیچ روتور روی این قطب ها قرار می گیرد و
توسط کفشک های قطب محافظت می شود.

قطب ها در این روتور قطر بزرگ تر و طول محوری کوتاه تری دارند.

به طور معمول تعداد قطب های این روتور بین ۴ تا ۶۰ عدد است.

توزیع شار آن نیز نسبت به مدل قطب غیربرجسته ضعیف تر است.

برای همین شکل موج emf تولیدشده آن به خوبی روتور استوانه ای نیست.

معمولا برای جلوگیری از نوسانات این روتور در حین کار به سیم پیچی دمپر (Damper winding) نیاز است.

ژنراتورهای سنکرون قطب برجسته بیشتر در نیروگاه های آبی استفاده می شوند.

• روتورهای قطب غیربرجسته (Non-Salient Pole Rotor) یا (Drum Rotor)

روتورهای قطب غیربرجسته به شکل استوانه هستند و
به دلیل شکل ظاهری شان به نام روتور استوانه ای (Cylindrical Rotor) نیز شناخته می شوند.

روی این روتور شکاف های موازی برای قرار دادن سیم پیچ های ساخته شده از فولاد وجود دارد.

این مدل از انواع روتور قطر کمتری دارد؛ اما طول محوری آن ها بیشتر است.

از روتورهای قطب غیربرجسته در موتورهای الکتریکی با سرعت بالا (معمولا 1500 تا 3000 rpm) استفاده می شود.

روتورهای قطب غیربرجسته نسبت به روتورهای قطب برجسته از ساختار قوی تری برخوردار هستند و
تعداد قطب های آن ها معمولا بین 2 تا 4 عدد است.

همچنین توزیع شار آن ها به صورت سینوسی است.

از این رو از شکل موج emf خروجی خوبی برخوردار هستند.

از روتورهای قطب غیربرجسته در نیروگاه های هسته ای، گازی و حرارتی استفاده می شود.

کلام آخر

در این مقاله با روتور در موتورهای الکتریکی و انواع آن آشنا شدیم.

نمی توان روتوری را از همه نظر ایده آل در نظر گرفت؛
زیرا هر روتور در پارامتری قوی است، ولی ممکن است در پارامترهای دیگر مانند گشتاور، جریان راه اندازی و… ضعیف عمل کند.

از این رو برای انتخاب روتور مناسب برای طراحی یک موتور باید به این نکته توجه کنیم که
در نهایت چه پارامترهایی در موتور برای ما اولویت دارند و سپس بهترین نوع آن را انتخاب کنیم.