موتورالکتریکی دی‌سی با جاروبک

موتور الکتریکی دی‌سی با جاروبک (به انگلیسی: Brushed DC electric motor) از درون یک موتور الکتریکی کموتاتوری‌شده (دگرسوشده) طراحی شده‌است تا از منبع توان جریان مستقیم حرکت کند. موتورهای با جاروبک نخستین کاربرد تجاری مهم توان الکتریکی برای راه‌اندازی انرژی مکانیکی بودند و سیستم‌های توزیع دی‌سی برای بیش از ۱۰۰ سال برای کار موتورها در ساختمان‌های تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار گرفتند. با تغییر ولتاژ کار یا شدت میدان مغناطیسی، موتورهای DC با جاروبک می‌توانند سرعت متغیر داشته باشند. بسته به اتصال میدان به منبع تغذیه، می‌توان سرعت و خصوصیات گشتاور یک موتور با جاروبک را تغییر داد تا سرعت پایدار یا سرعت وارون متناسب با بار مکانیکی فراهم شود. موتورهای با جاروبک هم‌چنان برای پیشرانه‌های برقی، جرثقیل‌ها، ماشین‌های کاغذسازی و آسیاب‌های نورد فولاد به کار می‌روند. از آن‌جا که جاروبک‌ها از بین می‌روند و نیاز به تعویض دارند، موتورهای DC بدون جاروبک با استفاده از وسایل الکترونیکی قدرت، جانشین موتورهای با جاروبک از بسیاری از کاربردها کرده‌اند.

موتور دی‌سی دو قطبی ساده

گرافیک‌های زیر یک موتور DC ساده، دو قطبی، با جاروبک، را نشان می‌دهد.

چرخش موتور دی‌سی

یک موتور الکتریکی ساده DC. با استفاده از سیم پیچ، یک میدان مغناطیسی در اطراف آرمیچر ایجاد می‌شود. سمت چپ آرمیچر از سمت چپ آهنربا رانده می‌شود و به سمت راست کشیده می‌شود و باعث چرخش می‌شود.

آرمیوچر به چرخش خود ادامه می‌دهد.

وقتی آرمیچر به صورت افقی تراز شود، گشتاور صفر می‌شود. در این مرحله، کوموتاتور جهت جریان گذرنده از سیم پیچ را معکوس می‌کند و میدان مغناطیسی را معکوس می‌کند.

The process then repeats.

گشتاور و سرعت یک موتور دی‌سی

مشخصات و سرعت گشتاور موتور دی‌سی با توجه به سه منبع مغناطیس متفاوت، میدان تحریک جداگانه، میدان خودتحریک یا میدان دایمی، که به صورت انتخابی برای کنترل موتور بر روی محدوده بار مکانیکی استفاده می‌شود، متفاوت است. موتورهای میدان خودتحریک می‌توانند سری، موازی یا مرکب باشند که به آرمیچر متصل هستند.

خصوصیات اساسی

تعریف کردن

$E b$ ، القا شده یا ضد ایی‌ام‌اف (V)
$I a$ جریان آرمیچر (A)
$k b$ ، ثابت ضد ایی‌ام‌اف
$k n$ ، ثابت سرعت
$k T$ ، ثابت گشتاور
$n$ ، فرکانس آرمیچر (دور بر دقیقه)
$R m$ ، مقاومت موتور (Ω)
$T$ ، گشتاور موتور (Nm)
$V m$ ، ولتاژ ورودی موتور (V)
$Φ$ ، کل شار ماشین (Wb)
ضریب کارتر (k_C) پارامتری است که غالباً به عنوان روشی برای تخمین گام مؤثر شیار در آرمیچر یک موتور با شیارهای باز (یا نیمه محصور) استفاده می‌شود.^[۱]

معادله ضد ایی‌ام‌اف

ضد ایی‌ام‌اف موتور DC متناسب با حاصل تمام توان شارژ دستگاه و سرعت آرمیچر است:

E b = k b Φ n

^[۲]

معادله ولتاژ تعادل

ولتاژ ورودی موتور DC باید بر ضد ایی‌ام‌اف و همچنین افت ولتاژ ایجاد شده توسط جریان آرماتور دوسر مقاومت موتور، یعنی ترکیب مقاومت دوسر جاروبک، سیم پیچ آرمیچر و سیم‌پیچ میدان سری، در صورت وجود غلبه کند:

V m = E b + R m I a

^[۳]^[۴]

معادله گشتاور

گشتاور موتور DC متناسب با حاصل جریان آرمیچر و قدرت کلی شار دستگاه است:^[۵]^[۶]^[۷]

{\begin{aligned}T&={\frac {1}{2\pi }}k_{b}I_{a}\Phi \\&=k_{T}I_{a}\Phi \end{aligned}}

که

kT = .mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .sfrac.tion,.mw-parser-output .sfrac .tion{display:inline-block;vertical-align:-0.5em;font-size:85%;text-align:center}.mw-parser-output .sfrac .num,.mw-parser-output .sfrac .den{display:block;line-height:1em;margin:0 0.1em}.mw-parser-output .sfrac .den{border-top:1px solid}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px}kb/2π

معادله سرعت

از آنجا که

n = E b / k b Φ

and

V m = E b + R m I a

ما داریم^[۸]^[۹]^[۱۰]

{\begin{aligned}n&={\frac {V_{m}-R_{m}I_{a}}{k_{b}\Phi }}\\&=k_{n}{\frac {V_{m}-R_{m}I_{a}}{\Phi }}\end{aligned}}

که

k n = 1 / k b

جستارهای وابسته

منابع

↑ Neville, S. : 'Use of Carter's coefficient with narrow teeth', Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, 1967, 114, (9), p. 1245-1250
↑ Hameyer, p. 66, eq. 5-3437
↑ Lynn, §8-144, p. 826, eq. 8-17
↑ Hameyer, p. 66, eq. 5-20
↑ Lynn, §8-146, p. 826, eq. 8-18
↑ Hameyer, p. 66, eq. 5-23
↑ Lynn, §147, p. 827, eq. 8-21
↑ Lynn, §8-147, p. 827, eq. 8-20
↑ Hameyer, p. 68, eq. 5-31
↑ Lynn, §147, p. 827, eq. 8-22

کتاب‌شناسی

Alger, P. L. (1949). "§7-277 to §7-287 'AC Commutator Motors' in Sec. 7 - Alternating-Current Generators and Motors". In Knowlton, A.E. (ed.). Standard Handbook for Electrical Engineers (8th ed.). McGraw-Hill. pp. ۸۲۶–۸۳۱.
Hameyer, Kay (2001). "§5.2 'Basic Equations' in section 5 - DC Machine". Electrical Machine I: Basics, Design, Function, Operation. RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines.
Lynn, C. (1949). "§8-144 to §8-165 'Motor Characteristics and Regulation' in Sec. 8 - Direct-Current Generators and Motors". In Knowlton, A.E. (ed.). Standard Handbook for Electrical Engineers (8th ed.). McGraw-Hill. pp. ۸۲۶–۸۳۱.
MIT CIPD (2009). "Understanding D.C. Motor Characteristics". Designing with D.C. Motors. MIT, Mech. Engineering, CIPD. Retrieved 2008-12-11.

پیوند به بیرون

نحوه کار موتورهای الکتریکی (برگرفته از بایگانی وب در ۲۰۱۴/۳۱/۰۱)

[1] Neville, S. : 'Use of Carter's coefficient with narrow teeth', Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, 1967, 114, (9), p. 1245-1250

[2] Hameyer, p. 66, eq. 5-3437

[3] Lynn, §8-144, p. 826, eq. 8-17

[4] Hameyer, p. 66, eq. 5-20

[5] Lynn, §8-146, p. 826, eq. 8-18

[6] Hameyer, p. 66, eq. 5-23

[7] Lynn, §147, p. 827, eq. 8-21

[Lynn,_§147-8] Lynn, §8-147, p. 827, eq. 8-20

[9] Hameyer, p. 68, eq. 5-31

[10] Lynn, §147, p. 827, eq. 8-22

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

ن ب و موتورهای الکتریکی
AC - جریان متناوب DC - جریان مستقیم PM - آهنربا SC - خود-جابه‌جاگر
انواع اساسی	موتور جریان متناوب موتور جریان مستقیم
موتورهای جریان مستقیم	موتور هموپلار موتور بدون جاروبک دی‌سی موتورالکتریکی دی‌سی با جاروبک موتور تک‌قطبی
AC SC مکانیکی کموتاتور	موتور دفعی موتور یونیورسال
AC SC الکترونیکی کموتاتور	موتور بدون جاروبک دی‌سی موتور رلوکتانسی سویچی
موتور القایی جریان متناوب	موتور قطب‌چاکدار موتور دالاندر موتور القایی Wound-rotor (WRIM) موتور القایی خطی
موتور سنکرون جریان متناوب	موتور سنکرون موتور بدون جاروبک دی‌سی موتور رلوکتانسی موتور سنکرون
ماشین‌های مغناطیسی ویژه	دو سو تغذیه خطی سروموتور موتور پله‌ای موتور کششی
غیرمغناطیسی	موتور الکتروستاتیک موتور پیزوالکتریک فراصوتی
نوع محفظه	محفظه هرمس TEFC
اجزا و یراق	آرمیچر Braking chopper جاروبک کموتاتور DC injection braking میدان کویل روتور حلقه لغزش ایستانه سیم‌پیچ
کنترل‌کننده موتور	مبدل AC/AC Amplidyne درایو سرعت قابل تنظیم سیکلوکنورتور کنترل مستقیم گشتاور (DTC) متادین کنترل‌کننده موتور راه‌انداز نرم استارت معکوس‌گر توان محرکه تریستوری محرکه فرکانس‌متغیر کنترل برداری کنترل‌کننده ولتاژ Ward Leonard control
تاریخچه، کاربرد آموزشی و تحقیقاتی	نوار زمانی موتور الکتریکی موتور بلبرینگی چرخ بارلو Lynch motor Mendocino motor Mouse mill motor
آزمایشی	تفنگ پیچه‌ای ریل‌گان ماشین‌های الکتریکی ابررسانا
موضوعات مرتبط	آزمایش رتور قفل‌شده دیاگرام دایره‌ای Closed-loop control الکترومغناطیس آزمایش مدار باز کنترل‌کننده حلقه باز توان وزنی مخصوص Torque and speed of a DC motor توان الکتریکی دو فاز
افراد	فرانسوا آراگو Baily بارلو جوزپه دومنیکو بوتو Cook داونپورت Davidson میکائل دولی‌وو-دبرولسکی مایکل فارادی گالیله فراری Froment زنوب گرامه جوزف هانری موریتس فن یاکوبی انیوس جدلیک هاینریش لنز جیمز کلرک ماکسول هانس کریستین اورستد رابرت اچ. پارک Pixii Saxton ورنر فون زیمنس فرانک سپری چارلز پرتیوس استینمتز Stimpson ویلیام استورجن نیکولا تسلا
جستارهای وابسته	مولد هم‌زمان ژنراتور الکتریکی Inchworm motor
SI electromagnetism units	C - ظرفیت خازنی Q - بار الکتریکی G, B, Y - ادمیتانس κ, γ, σ - Conductivity (S/m) I - جریان الکتریکی D - میدان جابجایی الکتریکی E - میدان الکتریکی Φ_E - شار الکتریکی χ_e - ضریب حساسیت الکتریکی U, ΔV, Δφ; E - نیروی محرک الکتریکی L, M - ضریب خودالقایی H - میدان مغناطیسی strength Φ - شار مغناطیسی B - میدان مغناطیسی χ - پذیرفتاری مغناطیسی μ - تراوایی مغناطیسی ε - گذردهی (فیزیک) P - توان الکتریکی R, X, Z - امپدانس الکتریکی ρ - Resistivity (Ω·m)