اصول کار ماشین های الکتریکی



در دستگاه های دیگر مانند محرک ها، رله ها و عمل کننده ها در اثر تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی حرکت خطی پدید خواهد آمد. در تمامی این دستگاه ها مواد مغناطیسی جهت شکل دادن و جهت بخشیدن میدان های مغناطیسی به کار آمده و به منزله واسطه ای در فرآیند تبدیل انرژی عمل خواهند کرد. از دیگر ماشین های الکتریکی پرکاربرد باید به موتور برق و به ویژه موتور برق بنزینی اشاره داشت.

علت اصلی استفاده از ماده مغناطیسی در ماشین های الکتریکی ایجاد چالشی شار بزرگی در ماشین می باشد که به تولید گشتاوری زیاد یا خروجی زیادی به ازای واحد حجم منجر خواهد شد. به عبارت دیگر با به کارگیری مواد مغناطیسی، ابعاد ماشین های الکتریکی به نحو قابل توجهی کاهش خواهد یافت. برخی از مصرف کنندگان مانند لامپ های روشنایی و گرم کن ها به انرژی الکتریکی کمتری نیاز دارند و بعضی دیگر از آنها مانند سیستم های نورد کارخانجات ذوب آهن به انرژی مکانیکی نیازمند هستند. انرژی الکتریکی می تواند به انرژی مکانیکی مبدل شود و برعکس این تبدیل نیز وجود دارد. دستگاه هایی که این دو نوع انرژی را به یکدیگر تبدیل می کند ماشین الکتریکی نام دارند. فرآیند تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و برعکس، تبدیل انرژی الکترومکانیکی نامیده می شود. بنابراین ماشین الکتریکی رابطی بین سیستم الکتریکی و سیستم مکانیکی محسوب می شود.

در اینگونه ماشین ها فرایند تبدیل انرژی برگشت پذیر می باشد. در صورتی که ماشین الکتریکی انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل کند موتور نام دارد و در صورتی که این ماشین انرژی مکانیکی را به الکتریکی تبدیل نماید به آن ژنراتور یا مولد می گویند. در ماشین های الکتریکی اعم از موتور یا مولد در صورتی که سیستم الکتریکی AC باشد، موتور یا ژنراتور را AC می نامند. اگر سیستم الکتریکی در این گونه ماشین ها از نوع DC یا جریان مستقیم باشد آنگاه مولد و موتور را DC می گویند که در سیستم های الکتریکی و مکانیکی از نظر ماهیت با یکدیگر تفاوت خواهند داشت. در سیستم الکتریکی کمیت هایی چون ولتاژ و جریان خودنمایی می کنند اما در سیستم مکانیکی سرعت و گشتاور جزو کمیت های اساسی به حساب می آیند.

در این نوع ماشین ها فرآیند تبدیل انرژی از فرم الکتریکی به مکانیکی و برعکس از دو پدیده الکترومغناطیسی زیر به وجود می آید:

• اگر یک هادی در میدان مغناطیسی حرکت کند، ولتاژ در هادی القا خواهد شد.

• اگر هادی در میدان مغناطیسی حامل جریان باشد به هادی نیروی مکانیکی وارد خواهد شد.

دو پدیده قبلی در زمانی که انرژی از فرم الکتریکی به مکانیکی و یا برعکس تبدیل شود به شکل هم زمان رخ خواهند داد.


مدارهای مغناطیسی
امکان دارد مدارهای مغناطیسی ماشین های الکتریکی فقط از مواد فرومغناطیسی تشکیل شده باشد یا اینکه در پیوند آنها با شکاف هوایی (فاصله هوایی) از مواد فرومغناطیسی استفاده شود (ماشین های الکتریکی دوار)، در اکثر ماشین های الکتریکی به جز ماشین هایی با آهنربای دائم، میدان مغناطیسی به کمک عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ هایی که بر روی مواد مغناطیسی پیچیده می شوند ایجاد می شود. هر گاه از یک هادی جریان عبور نماید، میدان مغناطیسی در اطراف هادی شکل خواهد گرفت.

در صورتی که در هسته با افزایش جریان، شدت میدان مغناطیسی افزایش پیدا کند چگالی شار هسته نیز بالا می رود. چگالی شار در ناحیه ای که شدت میدان مغناطیسی مقدار کمی دارد به گونه ای خطی افزایش پیدا خواهد کرد در حالی که در اندازه های بیشتر تغییرات چگالی غیر خطی می باشد.

به تعبیر دیگر، ماده مغناطیسی اثر اشباع را از خود نشان می دهد. مقاومت مغناطیسی یا رلوکتانس مسیر مغناطیسی به چگالی شار بستگی خواهد داشت. زمانی که چگالی کم باشد مقاومت مغناطیسی کوچک خواهد شد و هر گاه بزرگ باشد رلوکتانس نیز افزایش پیدا می کند. مدار مغناطیسی با مدار الکتریکی از این جهت متفاوت می باشد زیرا عموما مقاومت به جریان مدار الکتریکی بستگی ندارد در صورتی که مقاومت مغناطیسی به چگالی شار مدار مغناطیسی بستگی دارد.

مقاله مرتبط


نحوه راه اندازی الکتروموتورها

این نوع راه انداز دارای یک مقاومت می باشد که شیارهایی بر روی آن وجود دارد.

موتورهای الکتریکی AC

به دلیل اینکه مقدار زیادی از قدرت الکتریکی تولید شده به صورت متناوب است اکثر موتورها به شکلی طراحی می شوند که به جریان متناوب کار کنند.

موتورهای سنکرون

روتور این نوع موتورها با میدان مغناطیسی گردان تولید شده در استاتور همگام است و به همین علت به این نوعِ موتورها سنکرون می گویند.

موتورهای القایی دوفاز

موتورهای القایی برای کار کردن به صورت موتورهای دوفاز و سه فاز طراحی شده اند اما در تمام موارد، جریان متناوب اعمال شده به استاتور یک میدان گردان تولید می کند تا روتور را به همراه خود بکشد.