انواع سیم پیچی الکتروموتور

در اطراف هسته آهنی استاتور یا آرمیچر، سیم پیچی‌های سیم عایق‌بندی شده پیکربندی می‌شود که در نتیجه منجر به ایجاد قطب‌های الکترومغناطیسی می‌شود، به این پیکربندی سیم پیچی الکتروموتور {Motor Winding} گویند. سیم پیچی موتور منجر به تولید جریان الکتریکی می‌شود. میتوان گفت، سیم پیچی از مهم‌ترین قسمت‌های یک موتور به حساب می‌آید. آشنایی با انواع سیم پیچی موتور، درک عملکرد موتور را راحت‌تر خواهد کرد. در ادامه با سیم پیچی استاتور و روتور آشنا خواهیم شد.

جنس و عایق انواع سیم پیچی موتور به توان موتور بستگی دارد.

برای سیم‌های با توان کمتر از 150 کیلو وات از سیم مسی لاکی استفاده می‌شود.

ولی برای سیم‌هایی با توان بالای 150 کیلو وات از سیم مسی استفاده می‌شود تا بتواند در مقابل فشار قوی مقاومت کند.

الگویی که برای سیم پیچی در نظر گرفته می‌شود، توزیع میدان مغناطیسی و ویژگی‌های عملکرد موتور را مشخص می‌کند. به همین دلیل اگر سیم پیچی درست و مناسب انجام شود، راندمان موتور افزایش می‌یابد.

وظیفه یک موتور، تبدیل انرزی الکتریکی بین سیم پیچی استاتور و روتور به انرژی مکانیکی است که این کار از طریق القای الکترومغاطیسی صورت می‌گیرد. انواع سیم پیچی به ۲ دسته تک فاز و چند فاز تقسیم‌بندی می شوند. این دسته بندی بر اساس منابع تغذیه متناوب یا مستقیم است که کاربرد را مشخص می‌کند.

انواع سیم پیچی الکتروموتور را بهتر بشناسیم!

سیم پیچی الکتروموتور به ۲ دسته استاتور و روتور تقسیم‌بندی می‌شود. البته از لحاظ کارکرد نیز می‌تواند به شکل دسته‌بندی زیر باشد.

موتورهای تک فاز (آسنکرون): موتورهایی که بر اساس القای متقابلی که کار می‌کنند و به دلیل اینکه ساختمان فوق‌العاده ساده‌ای که دارند، در صنعت کاربرد زیادی دارند. ۹۰٪ موتورهایی که در صنعت وجود دارند، از این نوع موتور استفاده می‌شود زیرا در صورت سوختن موتور فقط نیاز به تعویض سیم پیچی داریم. موتورهای تک فاز به دسته‌های استارت دائم، استارت موقت، استارت دو خازنه تقسیم‌بندی می‌شوند.

موتورهای سنکرن: یکی از معایب این دسته از موتورها این است که در صورت راه‌اندازی آنها علاوه بر برق ۳۸۰ ولت سه فاز برای استاتور نیاز دارید، به تحریک DC برای روتور هم نیاز دارید. این نوع از موتورها در مباحث نیروگاهی کاربرد دارند.

موتورهای یونیورسال: این دسته از موتورها در لوازم خانگی مانند جاروبرقی، چرخ‌گوشت و … و در صنعت در وسایلی مانند دریل، فرز، چکش برقی و … کاربرد دارند. معولا دارای تعداد دور بالایی هستند و سایز کوچکی دارند. ساختمان متفاوت‌تری نسبت به موتورهای سنکرون و آسنکرون دارند. در واقع در این نوع از موتورها استاتور به یک بالشتک تبدیل شده و دارای آرمیچر است. این آرمیچر سیم پیچی شده و برق‌رسانی از طریق ذغال و کلکتور انجام می‌شود.

موتورهای مخصوص: این دسته از موتورها مانند استپ موتور، دایرکت درایو و … دارای سیستم‌هایی هستند که نسبت به سایر موتور‌ها دارای ساختمان متفاوت‌تری هستند. این موتورها دارای سیستم فیدبک هستند. برای مثال موتور دایرکت درایو که روی ماشین لباس‌شویی برند ال‌جی نصب شده است دارای سیستم فیدبک و سنسور اثر حال دارد که موقعیت مکانی روتور را می‌سنجد و به قسمت میکروپروسسور فرمان می‌دهد تا خط برنامه نوشته شده در IC را اجرا نماید.

موتورهای DC: این دسته از موتورها اغلب شبیه به موتورهای یونیورسال هستند با این تفاوت که با برق DC کار می‌کنند.

طراحی و عملکرد موتورهای الکتریکی وابسته به سیم پیچی الکتروموتورها است. وظیفه اصلی سیم پیچ‌ها تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است. ساختار یک سیم پیچ به صورت مستقیم بر روی بازده، گشتاور، کنترل سرعت و شتاب موتور تأثیر می‌گذارد. بنابراین برای بهینه سازی عملکرد موتور، باید سیم پیچ را به شکل صحیح طراحی و تولید کرد.

اما سیم پیچی استاتور و روتور به چه شکل است؟

سیم پیچی استاتور: سیم پیچی استاتور به دور هسته آهن‌ربایی پیچیده می‌شود و با عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ‌ها، میدان مغناطیسی دوار تولید می‌گردد. همانطور که گفته شد الگو و تعداد دور سیم پیچ استاتور بر قدرت موتور تاثیر بسزائی دارد.

سیم پیچی روتور: سیم پیچی روتور به دور هسته آرمیچر پیچیده می‌شود. جریان الکتریکی در سیم پیچ‌های روتور القا می‌شوند و این در صورتی است که میدان مغناطیسی استاتور بچرخد. عوامل تاثیرگذار بر روی گشتاور و کنترل سرعت موتور می‌توانند همان الگو و ساختار روتور باشند. انواع سیم پیچی روتور به ۳ دسته حلقوی، مارپیچ و موجی تقسیم‌بندی می‌شود.

در سیم پیچی موجی، کلاف‌ها به صورت سری به یکدیگر اتصال داده می‌شوند. در سیم پیچی حلقوی نحوه اتصال کلاف‌ها به یکدیگر موازی است. این نوع از سیم پیچی موجب افزایش جریان خواهد شد. سیم پیچی موجی شامل دو نوع ساده و مرکب می‌باشد.

در ارتباط با سیم پیچی حلقوی نیز میتوان ۲ دسته سیم پیچی موجی ساده و مرکب را لحاظ کرد. سیم پیچی حلقوی برای ولتاژ کم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حالی که سیم پیچی‌های موجی برای ولتاژ پایین مورد استفاده هستند. سیم پیچی‌های حلقوی راست گرد و سیم پیچی‌های موجی چپ گرد می‌باشند.

نکته: برای افزایش عملکرد بهینه موتور نیاز است تا طراحی و ساخت بخش‌های استاتور و روتور سیم پیچی به دقت انجام بگیرد.

سیم پیچی میدان: به آن دسته از سیم پیچ‌هایی که به دور قطب‌های ساختار میدان ثابت یا استاتور پیچیده شده‌اند، گویند. عاملی که باعث چرخش در آرمیچر می‌شود مربوط به قطب‌های مغناطیسی ثابتی است که بر اثر انرژی دادن به سیم پیچ میدان، تولید می‌شوند. میتوان گفت سیم پیچ‌های شنت، سری و مرکب باعث کنترل مشخصات سرعت و گشتاور موتور می‌شود.

سیم پیچ آرمیچر: سیم پیچی‌های متصل به قسمت‌های کموتاتور توسط آرمیچر حمل می‌شود و جایگان آن بین قطب‌های ثابت است. جریان‌های مستقیم از طریق هادی‌های آرمیچر دوار یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با قطب میدان در تعامل است و گشتاور تولید می‌کند. سیم ‌پیچ‌های درام و لپ آرمیچر از پیکربندی‌های رایج موتور DC هستند.

سیم پیچی بین قطبی‌ها: سیم پیچ‌های کوچکی اضافی وجود دارند که بین قطب‌ها قرار گرفته‌اند که بین قطب‌های میدان اصلی پیچیده می‌شوند. کاهش جرقه‌های پل‌های داخلی باعث بهبود کموتاسیون می‌شود. این بهبود از طریق برس‌های سیم پیچ‌های آرمیچر ایجاد می‌شود.

انواع موتور الکتریکی

موتورهای الکتریکی به سه نوع AC، DC و خاص تقسیم‌بندی می‌شوند و بر اساس کاربردی که دارند، دارای قطعات کوچک و بزرگ هستند که عبارت است از:

• روتور
• استاتور
• شکاف هوا
• پوسته
• سیم پیچ

سیم پیچی الکتروموتور AC

موتور‌های جریان متناوب از سیم پیچی‌هایی استفاده می‌کنند که از جریان‌های متناوب انرژی می‌گیرند تا با ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار باعث چرخاندن روتور شوند. این سیم پیچ دارای ۲ مدل تک فاز و سه فاز هستند که در نوع اول یک سیم پیچ منفرد به دور استاتور پیچیده می‌شود در صورتی که در نوع دوم سه مجموعه سیم پیچ، با فاصله ۱۲۰ درجه از هم قرار گرفته‌اند.

سیم پیچی الکتروموتور تک فاز AC

در این نوع موتورها، یک میدان مغناطیسی ضربانی ایجاد می‌شود که به تنهایی نمی‌تواند چرخش مداوم را القا کند، بنابراین موتورهای تک فاز از سیم‌ پیچ‌های راه‌انداز و کموتاتورهای مکانیکی برای تولید یک میدان دوار در هنگام راه‌اندازی و کارکردن استفاده می‌کنند. ایجاد اختلاف فاز در بین میدان‌های مغناطیسی به دلیل طراحی‌های متفاوت سیم پیچی الکتروموتور اصلی و استارت است. در صورت کارکرد سریع موتور، سیم پیچ راه‌اندازی به صورت الکترونیکی قطع می‌شود.

انواع سیم پیچی موتور تک فاز

سیم پیچی‌های تک فاز به ۵ دسته تقسیم بندی می‌شوند و بیشتر در مناطق مسکونی و اداری استفاده می‌شوند.

• سیم پیچ گام کسری {Resistance Start}
• سیم پیچ موتور تک فاز طرح دو فاز {Shaded-Pole}
• سیم پیچی گام کامل {Capacitor Star}
• سیم پیچ موتور القایی تک فاز با راه انداز خازن دائم کار {Permanent Capacitor}
• سیم پیچی کمکی دائم در مدار یک طبقه گام کسری {Capacitor Start Capacitor Run}

سیم پیچی الکتروموتور سه فاز AC

همانطور که از اسم این نوع مشخص است، این دسته از موتورها به سه فاز روی استاتور به چرخش مداوم روتور دست می‌یابند. یک فاصله ۱۲۰ درجه‌ای با تغییر فاز ۱۲۰ درجه‌ای بین جریان‌ها وجود دارد که یک میدان مغناطیسی دوار و صاف برای چرخاندن روتور ایجاد می‌کند و نیازی به سیم‌ پیچ‌های راه‌اندازی ندارد. انواع مختلف سیم پیچی برای موتورهای سه فاز را میتوان در دسته‌های زیر جای داد:

• سیم پیچی ستاره
• سیم پیچی مثلث

سیم پیچی الکتروموتور DC

برای ایجاد یک میدان مغناطیسی ثابت برای چرخاندن آرمیچر نیاز است تا موتورهای جریان مستقیم بر روی منابع برق به صورت مستقم کار کنند. سیم ‌پیچ‌های DC از یک کموتاتور اسپلیت رینگ عبور می‌کنند که جهت جریان را برای معکوس کردن قطب‌های مغناطیسی با چرخش آرمیچر تغییر دهند. این باعث ایجاد گشتاور یک طرفه پیوسته می‌شود.

سیم پیچی موتورهای DC بدون جاروبک

این موتورها کموتاتور مالشی و برس‌ها را برای تعمیر و نگهداری کاهش می‌دهند. سیم پیچ‌های روی استاتور در اطراف روتور آهن‌ربای ثات قرار گرفته‌اند. عملکرد سوئیچینگ جریان به صورت الکترونیکی انجام می‌شود و دیگر به صورت مکانیکی از طریق برس‌ها انجام نمی‌گیرد. سنسورهای اثر هال بازخورد موقعیت روتور را برای کنترل جریان‌های سیم پیچ ارائه می‌دهند.

چه عواملی در طراحی سیم پیچ الکتروموتور موثرند؟

طراحی سیم پیچی الکتروموتور به صورت مستقیم بر روی مواردی مانند گشتاور، راندمان، نیازهای راه‌اندازی، کنترل سرعت و … تاثیر می‌گذارد. برای یک طراحی دقیق موارد زیر حائز اهمیت است:

• تعداد قطب: قطب‌های بیشتر سرعت روتور کمتری را ممکن می‌کند.
• تعداد اسلات: اسلات‌های بیشتر تلفات مغناطیسی را کاهش می‌دهد اما منجر به افزایش شار نشتی می‌شود.
• گام و توزیع سیم پیچ: کوپلینگ مغناطیسی بین روتور و استاتور را بهینه در نظر بگیرید.
• اندازه سیم: سیم با قطر بزرگ‌تر جریان بیشتری دارد اما فضای بیشتری را اشغال می‌کند.
• کلاس عایق: باید دما و ولتاژِ کار را تحمل کند.
• پشتیبانی از چرخش انتهایی: سیم پیچ‌های انتهایی را در برابر نیروهای گریز از مرکز لنگر می‌اندازد.

تجهیزات و تکنیک‌های سیم پیچ دقیق به سازندگان، انعطاف‌پذیری زیادی در بهینه‌سازی طرح‌های موتور برای شرایط عملیاتی خاص می‌دهد.