همه چیز درباره آرمیچر(موتور الکتریکی)
یکی از بارزترین کاربردهای آرمیچر، چرخش یک موتور الکتریکی یا تولید برق توسط ژنراتور است. آرمیچر، یکی از اجزای اصلی موتورها و ژنراتورها، نقش کلیدی در تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و بالعکس دارد. در ادامه، به بررسی ساختار، عملکرد و انواع مختلف آرمیچر خواهیم پرداخت.
آرمیچر چیست
تاریخچه‌ی پرفراز و نشیب موتورهای الکتریکی
اجزای آرمیچر
آرمیچر چگونه کار می کند؟
انواع آرمیچر و نحوه انتخاب آن
کاربرد
جمع بندی
آرمیچر چیست؟
آرمیچر، نقش کلیدی را در راه‌اندازی بسیاری از دستگاه‌های الکتریکی ایفا می‌کند. در واقع، آرمیچر بخشی از یک موتور یا ژنراتور است که در آن جریان الکتریکی جریان می‌یابد و نیروی محرکه یا برق تولید می‌کند.
تاریخچه‌ی پرفراز و نشیب موتورهای الکتریکی
در اواسط قرن نوزدهم که دانشمندان به دنبال درک بهتر الکتریسیته و ومغناطیس بودند، موتور های الکتریکی به وجود آمدند. هانس کریستین اورستد، ارتباط میان جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی را کشف کرد و زمینه را برای اختراع موتورهای الکتریکی فراهم کرد.
سپس، محققانی چون پیتر بارلو و موریتز جاکوبی با ساخت اولین موتورهای الکتریکی ساده، گام‌های اولیه را برداشتند. این موتورهای ابتدایی، گرچه دارای اندازه بزرگ و کارایی پایینی بودند، اما توانایی تولید حرکت مکانیکی را داشتند.
در همین دوران، دانشمندانی مانند هیپولیت پیکسی و ورنر زیمنس با اختراع ژنراتور و بهبود طراحی آرمیچر، تحولی بزرگ در صنعت برق ایجاد کردند. به تدریج، با تلفیق دانش بدست آمده از ژنراتورها، موتورهای جریان مستقیم DCبا کارایی بالاتر و اندازه کوچکتر ساخته شدند.
واما سیستم سه فاز، اختراع تسلا و دولیوو-دوبرولسکی، صنعت برق را متحول کرد و باعث انتقال برق در مسافت‌های طولانی و استفاده زیاد از موتورها در صنایع گوناگون شد. امروزه، موتورهای الکتریکی در انواع و اندازه‌های مختلف در صنایع مختلف از جمله خودرو، صنایع سنگین، لوازم خانگی و حتی اسباب‌بازی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. با پیشرفت فناوری، موتورهای الکتریکی کوچکتر، قدرتمندتر و کارآمدتر شده‌اند و نقش مهمی در توسعه‌ی فناوری‌های نوین مانند خودروهای برقی و روبات‌ها ایفا می‌کنند.
اجزای آرمیچر
این قطعه‌ی پیچیده از اجزای متعددی تشکیل شده که هر کدام نقش ویژه‌ای در تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و بالعکس ایفا می‌کنند. اجزای اصلی یک آرمیچر عبارتند از:
- آهنربای دائمی: این قطعات مغناطیسی، میدان مغناطیسی ثابت و یکنواختی را در اطراف آرمیچر ایجاد می‌کنند که برای ایجاد گشتاور و چرخش ضروری است.
- سیم‌پیچ‌ها: سیم‌پیچ‌های مسی که در شکاف‌های آرمیچر جای‌گذاری شده‌اند، نقش کلیدی در تولید نیروی محرکه الکترومغناطیسی دارند. زمانی که جریان الکتریکی از این سیم‌پیچ‌ها عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که با میدان مغناطیسی آهنرباها برهم‌کنش کرده و باعث ایجاد گشتاور و چرخش آرمیچر می‌شود.
- کلکتور: کلکتوراز تعدادی لامل مسی (تیغه‌ی رسانا از جنس مس) عایق‌بندی شده تشکیل شده است که به صورت دایره‌ای روی شفت آرمیچر قرار گرفته‌اند. وظیفه اصلی کلکتور، برقراری اتصال الکتریکی بین سیم‌پیچ‌های آرمیچر و مدار خارجی است. با چرخش آرمیچر، زغال‌هایی که روی کلکتور می‌لغزند، اتصال بین سیم‌پیچ‌ها و مدار خارجی را برقرار و قطع می‌کنند.
- شفت: شفت آرمیچر، هسته اصلی آرمیچر را تشکیل می‌دهد و معمولاً از جنس فولاد ساخته می‌شود. این شفت وظیفه تحمل گشتاور تولید شده توسط آرمیچر و چرخاندن آن را بر عهده دارد. جنس، قطر و طول شفت بسته به کاربرد آرمیچر متفاوت است.
- زغال‌ها: زغال‌ها (جاروبک‌ها) از جنس کربن یا گرافیت هستند و وظیفه انتقال جریان الکتریکی بین مدار خارجی و کلکتور را بر عهده دارند. همچنین، زغال‌ها به عنوان روان‌کننده عمل کرده و اصطکاک بین کلکتور و زغال‌ها را کاهش می‌دهند.
- آرماتور: آرماتور هسته آهنی آرمیچر است که سیم‌پیچ‌ها روی آن پیچیده می‌شوند. آرماتور وظیفه هدایت شار مغناطیسی و تقویت میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌پیچ‌ها را بر عهده دارد.
- بالشتک: بالشتک‌ها، آهنرباها را در جای خود ثابت نگه می‌دارند و از حرکت آن‌ها جلوگیری می‌کنند. همچنین، بالشتک‌ها به عنوان عایق عمل کرده و از اتصال کوتاه بین قطعات مختلف آرمیچر جلوگیری می‌کنند.
نکته مهم در نصب کموتاتور:
هنگام نصب کموتاتور، بسیار مهم است که شیارهای کموتاتور دقیقاً با شیارهای آرماتورهم‌راستا باشند. این هم‌راستایی تضمین می‌کند که سیم‌پیچ‌ها به درستی به کلکتور متصل شوند و از ایجاد جرقه و آسیب دیدن آرمیچر جلوگیری شود. هرگونه عدم تطابق در این قسمت می‌تواند باعث کاهش راندمان آرمیچر و افزایش تلفات انرژی شود.
انتخاب شفت مناسب:
انتخاب شفت مناسب برای آرمیچر بسیار مهم است. شفت باید به اندازه‌ای قوی باشد که بتواند گشتاور تولید شده توسط آرمیچر را تحمل کند. همچنین، طول و قطر شفت باید به گونه‌ای انتخاب شود که ارتعاشات و نوسانات آرمیچر به حداقل برسد.
در کل، عملکرد صحیح آرمیچر به تعامل دقیق بین تمام اجزای آن بستگی دارد.
به عبارت دیگر، اگر حتی یکی از اجزای آرمیچر (مانند سیم‌پیچ‌ها، هسته آهنی، کموتاتور، جاروبک‌ها و …) به درستی کار نکند یا با سایر اجزا هماهنگ نباشد، عملکرد کل آرمیچر دچار مشکل می‌شود و نمی‌تواند به درستی بچرخد یا جریان الکتریکی را القا کند.
نکته: شما می‌توانید با درک دقیق عملکرد هر یک از این اجزا، به راحتی آرمیچرهای مختلف را طراحی و تعمیر کنید.
آرمیچر چگونه کار می‌کند؟
به این مثال ها توجه کنید: “تصور کنید یک آهنربا و یک سیم پیچ را در کنار هم قرار داده‌ایم. هنگامی که جریان الکتریکی از سیم پیچ عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. این میدان مغناطیسی با میدان مغناطیسی آهنربا برهم‌کنش کرده و باعث ایجاد نیرو می‌شود. این نیرو می‌تواند باعث چرخش سیم پیچ یا آهنربا شود. “
“یک بادبان و یک قایق را در نظر بگیرید. بادبان نشان دهنده سیم پیچ و قایق نشان دهنده آهنربا است. هنگامی که باد می‌وزد (جریان الکتریکی)، بادبان پر می‌شود و نیرویی به قایق وارد می‌کند. این نیرو باعث حرکت قایق می‌شود. در موتورها، این نیرو باعث چرخش محور موتور می‌شود و در ژنراتورها، باعث تولید جریان الکتریکی در سیم پیچ می‌شود.“
به طور خلاصه، آرمیچر نقش واسط بین انرژی الکتریکی و انرژی مکانیکی را در موتورها و ژنراتورها ایفا می‌کند. در موتورها، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (حرکت چرخشی) تبدیل می‌کند، در حالی که در ژنراتورها، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.
انواع آرمیچر ونحوه انتخاب آن
آرمیچرها بر اساس معیارهای مختلفی مانند نوع ساختار، کاربرد، ظاهر و… دسته بندی می‌شوند.
از انواع آرمیچرها می‌توان به : آرمیچر حلقوی، پاقورباغه، درام، موجی، سیم‌پیچی بسته، گرم و… اشاره کرد.
در انتخاب آرمیچر مناسب، باید به نوع موتور یا ژنراتور، کاربرد و ولتاژ و جریان توجه کرد.
در انتخاب آرمیچر مناسب به چه نکاتی توجه کنیم؟
- دراولین قدم باید نوع موتور یا ژنراتور را انتخاب کرد.چرا که، آرمیچرها به طور خاص برای استفاده در موتورهای DC، موتورهای AC یا ژنراتورها طراحی می‌شوند.
- در مرحله‌ی بعد نوع کاربرد را مشخص کنید. برای مثال موتورهای صنعتی سنگین به آرمیچرهایی با گشتاور بالا نیاز دارند، در حالی که موتورهای سبک و کوچک به آرمیچرهایی با سرعت بالا نیاز دارند.
- ولتاژ و جریان موتور یا ژنراتور، باید با مشخصات آرمیچر مطابقت داشته باشد. انتخاب آرمیچری با ولتاژ یا جریان کمتر از نیاز موتور، می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد و آسیب دیدن آن شود و بلعکس، انتخاب آرمیچری با ولتاژ یا جریان بیشتر از نیاز موتور، می‌تواند هدر رفتن انرژی و کاهش راندمان را به دنبال داشته باشد.
کاربرد آرمیچر
امروزه، آرمیچر در طیف گسترده‌ای از وسایل تجهیزات الکترونیکی و مکانیکی استفاده می‌شود.
به طور مثال:
در جاروبرقی، مخلوط‌کن، پنکه، یا در خودروها برای استارت زدن موتور، به حرکت درآوردن شیشه‌ها و برف‌پاک‌کن‌ها؛ همچنین در نیروگاه‌ها برای تولید برق
ابزارهای برقی و… کاربرد دارند.
جمع بندی
در این مقاله با آرمیچر یا موتور الکتریکی، که یکی از اجزای اصلی موتورها و ژنراتورهاست، آشنا شدیم.در ادامه تاریخچه‌ی پرفرازونشیب این ابزار کوچک، در عین حال مهم، به همراه نحوه کارکرد، اجزای تشکیل دهنده وانواع آن را بررسی کردیم.
