موتور الکتریکی چگونه کار می‌کند؟

موتورهای الکتریکی تقریبا همه جا هستند! داخل وسایل برقی خانه شما، مثل آب میوه گیری – یخچال – ماشین لباسشویی – ضبط صوت- سشوار و دهها وسیله دیگر از این موتوره و الکتروپمپ ا استفاده شده است. با ما همراه باشید تا ببینید این موتورها چگونه کار می کنند؟

اجزاء موتورهای الکتریکی :

ابتدا نگاهی به درون یک موتور الکتریکی ساده می اندازیم. یک موتور ساده از 6 بخش تشکیل شده :

• آرمیچر

• ذغال هادی

• سوئیچ تغییر دهنده جهت برق

• محور

• آهن ربا

• منبع برق DC

اگر شما تا بحال با آهن ربا ها بازی کرده باشید، حتما دریافته اید که قطب های همنام همدیگر را دفع و قطب های غیر همنام همدیگر را جذب می کنند. این قانون بنیادین آهن رباها است. اگر شما دو میله آهن ربا را خم کرده و به هم وصل کنید ، بطورِیکه دو قطب N و S روبروی هم قرار گیرند و سپس یک الکترومغناطیس را بین آنها قرار دهید، به همین سادگی یک موتور الکتریکی خواهید ساخت

الکترومغناطیس بخش مهم یک موتور الکتریکی به حساب می رود. شما می توانید با پیچیدن 100 دور سیم حول یک میخ و اتصال آن به یک باطری یک الکترومغناطیس درست کنید.

 در این صورت طبق قوانین فیزیک ، میخ تبدیل به آهن ربا می شود، آن سر میخ که به مثبت باطری وصل شده قطب S و طرف دیگر به قطب N تبدیل می شود.

حال اگر این الکترومغناطیس را روی محوری بین آهن ربای نعلی شکل طوری قرار دهیم که قطب های همنام روبروی هم باشند، ( چون قطب های همنام همدیگر را دفع می کنند) این الکترومغناطیس حول محور خود ، یک نیم دور می چرخد تا قطب های غیر همنام روبروی هم قرار گیرند. حال اگر بتوانیم کاری کنیم که دائما قطب های + و – متصل به باطری عوض شود ، الکترومغناطیس هم مدام دور محور خود خواهد چرخید.

در موتورهای الکتریکی پیشرفته تر، آرمیچر جای میخ مثال بالا عمل می کند. آرمیچر و الکتروپمپ ، الکترومغناطیسی است که با پیچاندن سیم حول دو یا چند میله فلزی، ساخته می شود. سیم پیچی در آرمیچر طوری ساخته شده است که حول محور عمودی قطع شود.

 حال اگر باطری را توسط دو ذغال هادی (قرمز رنگ) به محور عمودی آرمیچر متصل کنیم ، قطب های Nو S آهن ربایی در دو سر آرمیچر ایجاد می شود.

اگر آرمیچر را بین آهن ربای نعلی شکل قرار دهیم، آرمیچر یک نیم دور می چرخد، ارتباط + و – باباطری عوض می شود و قطب های آرمیچر عوض می شود.

 باز طبق قانون بنیادی، قطب های همنام همدیگر را دفع می کنند و آرمیچر یک نیم دور دیگر میزند.و با تکرار این کار، آرمیچر حول محور خود خواهد چرخید.

الکتروموتور چیست؟

یک موتور الکتریکی ، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد ، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند. ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای و الکتروپمپ ، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود، می‌گردد. اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

انواع موتورهای الکتریکی موتورهای DC

یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.

• موتورهای AC تک فاز:

معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.

• موتورهای AC سه فاز:

برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناط

یسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید. این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها و الکتروپمپ داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند

طبقه بندی انواع پمپ

دو موردی که در تقسیم بندی بالا گفته شد، جزییات مهمی در مصارف پمپ ها می باشند؛ این دو مورد، کلید اصلی در  طبقه بندی پمپ ها است.

 در استانداردهای مختلف جهانی مانند HI، API و یا ISO، طبقه بندی پمپ ها براساس ساختار فیزیکی پمپ و الکتروپمپ بوده و سازندگان، برای ساخت انواع پمپ ، از این استانداردها که اعتبار جهانی دارد و یا استانداردهایی که خود طراحی می کنند استفاده می نمایند.

در انتخاب پمپ ها، معمولاً باید علاوه بر ساختار فیزیکی پمپ ، جزییات عملکرد و کاربرد پمپ را نیز بررسی نمود؛ به عنوان مثال استاندارد API 620، پمپ های سانتریفوژ را به سه دستة کلی زیر طبقه بندی می نماید:

1- پمپ هایی که یاتاقان های آن در یک طرف پروانه قرار داشته و اصطلاحاً یک سرآویز (Overhung) هستند و با نماد اختصاریOH نمایش داده می شوند.

2- پمپ هایی که پروانه های آن بین دو یاتاقان قرار گرفته و اصطلاحاً به آن Between Bearing گفته می شود و با نماد اختصاری BB نمایش داده می شوند.

3- پمپ هایی که به صورت عمودی قرار گرفته و معمولاً طول محور پمپ بلند می باشد و کل مجموعة پمپ به صورت یکسر آویز مهار گشته و اصطلاحاً به آن Vertically Suspended گفته می شود؛ نماد اختصاری آن VS است.

مشخصه های عمومی

به عنوان مثال، برای یافتن پمپی با ظرفیت نسبتاً کم برای سیال های خالص و تمیز با هد بالا، به این جدول مراجعه کنید و به یاد داشته باشید که ارتفاع هندسی مکش (suction lift) نباید از حداکثر محدودة توصیه شده تجاوز نماید.

ظرفیت بر حسب مترمکعب بر ساعت (m3/hr)، اندازة پمپ و الکتروپمپ را مشخص کرده و نوع پمپ انتخاب شده را تحت تأثیر قرار می دهد. همچنین ویژگی های سیال و ساخت پمپ نیز در نظر گرفته شده، و هد نیز عامل مهمی به حساب می آید.

جدول 1، نشان می دهد که پمپ های رفت و برگشتی، برای شرایط عادی با ظرفیت های پایین و هد بالا و سیال پاک و خالص مناسب می باشند؛

 در نتیجه، بر حسب نیازهای کارکرد، پمپ از نوع پیستونی یا پلانجری، می تواند مناسب باشد؛ سیلندرها نیز می توانند تکی، دوتایی، سه تایی یا بیشتر باشند.

پس از مشخص این موارد، مشخصات شیرهای پمپ ، مواد ساختمانی، محرکة پمپ ها و غیره باید مورد بررسی قرار گیرد. عموماً چنین به نظر می رسد که جزییات پمپ ها، به شدت تحت تأثیر ملازمات کاری قرار دارند؛ بنابراین جاگذاری

پمپ های گریز از مرکز، می تواند به همان مقداری که به دیگر فاکتورهای موجود وابستگی دارد، به لوله کشی، فضا و شرایط کاری وابستگی داشته باشد.

محرکة انتخاب شده برای پمپ ها می تواند توسط سرعت پمپ ، تعادل حرارتی، منبع تغذیة موجود و یا قیمت یک سوخت خاص در منطقه برآورده شود.

یادآوری: اینها جزییاتی هستند که باید پس از انتخاب پمپ مناسب برای شرایط هیدرولیکی که باید برآورده شود، مورد ارزیابی قرار گیرد، و رمز موفقیت برآورده کردن شرایط هیدرولیکی، کلاس صحیح و نوع پمپ مناسب می باشد.

چنانچه دو یا چند فاکتور، نیازهای هیدرولیکی را برآورده کنند، باید یک گام دیگر جلو رفت و بهترین پمپ را برای نصب مشخص نمود.

پروژه، ممکن است به پایین ترین قیمت، طول عمر بالا و یا سایر ملاحظات اقتصادی نیاز داشته باشد؛ که معمولا همة این موارد در یک محصول جمع نمی شوند؛ بنابراین در چنین مواردی باید توجه کرد و تصمیم گرفت که برای نصب پمپ ، چه فاکتوری بیشتر دارای اهمیت است.

کوره بویلر

کوره بویلر به عنوان محوطه ایی که حرارت و گرما در آن بسیار بالاست و باید نسبت به نوع آن توجه بیشتری به خرج داده شود تا بتوان از دیگ بخار با عمر بالای بیشتری برخودار بود.

کوره( ( Furnace

کوره یک محفظه عایق است که در آن گرمای حاصل از احتراق سوخت مصرفی ازیک منبع دما بالا به یک منبع دماپایین منتقل می شود.

وظیفه اصلی کوره، تامین و انتقال حرارت معینی به سیال فرآیند تحت درجه حرارتهای بالا می باشد . انتقال حرارت در کوره می تواند در اثر تشعشع و جابجایی صورت گیرد .

بدنه کوره ها در بویلراز دیواره آب ( Water Wall) تشکیل شده است که تا نقطه اتصال به درام امتداد یافته است .

دیواره آب از تعدادی لوله که محفظه احتراق را احاطه نموده اند ، تشکیل شده است . این لوله ها تقریباً نیمیاز حرارت آزاد شد توسط احتراق سوخت را جذب می نمایند.

 در این بخش سهم اصلی انتقال حرارت را مکانیزم تشعشع بعهده دارد .

آب ورودی به لوله ها ابتدا به تا دمای اشباع مربوط به فشار نقطه مورد نظر گرم می شود و سپس با ادامه حرکت در لوله ها تبخیر صورت گرفته و یک مخلوط مرطوب حاصل می شود .

با حرکت جریان به سمت بالا به دلیل افتهای اصطکاکی و وزن کمتر ستون آب رد بالای هر نقطه مشخص ، فشار کاهش  دیگ بخار می یابد.

در نهایت مخلوط حاصل به درام تخلیه می گردد . شکل  زیر درام یک نوع بویلر نیروگاهی را نشان می دهد.

تست و بازرسی دیگ و بویلر بخار

مخازن تحت فشار دیگ بخار یکی از محفظه های تحت فشار می باشند که کار با آن ها خطرناک است و تا حد امکان باید نکات ایمنی در استفاده از این مخازن رعایت شود و در صورتی که این مخازن به درستی بازرسی نشوند

بازرسی مخازن خسارت های مالی و جانی به بار می آورند.

با نگهداری درست می توان از وقوع اتفاقات ناگوار و خطرناک در دیگ های بخار و مخازن تحت فشار جلوگیری نمود.

تنها راه اطمینان از عملکرد صحیح  و ایمنی یا کنترل دیگ های بخار این است که نگهداری، تست و بازرسی دیگ و بویلر بخار به طور مرتب انجام شود.

ضرورت تست و بازرسی مخازن تحت فشار

دیگ های بخار و مخازن تحت فشار باید توسط بازرسان گواهینامه دار طبق یک برنامه زمانی مدون مورد تست و بازرسی  قرار گیرند.

سرویس و نگهداری روزانه دیگ بخار از مسئولیت های مهندسین تأسیسات، مدیران نگهداری ساختمان و یا مدیران ساختمان است.

 بازرسی دیگ های بخار به صورت مرتب علاوه بر ایمنی،از نظر عملکرد بهینه و راندمان انرژی نیز دارای اهمیت است.

دیگ های بخار انرژی بالایی صرف می کنند و از لحاظ مصرف انرژی سالانه، دومین مصرف کننده عمده در سیستم های تهویه مطبوع می باشندبازرسی های منظم همچنین می توانند عمر یک دیگ بخار را طولانی تر کنند.