خانه / دنیای اطراف ما / موتور الکتریکی را بشناسیم و موتور مناسب را انتخاب کنیم ! (قسمت اول)

موتور الکتریکی را بشناسیم و موتور مناسب را انتخاب کنیم ! (قسمت اول)

استفاده از موتور و گیرباکس مناسب برای آن برای هر کاربردی خیلی ضروری تر از آن است که فکر می کنید. اکثر وسایل اطرافتان دارای موتور های الکتریکی هستند. هم در طرح ها و مسابقات رباتیک و در دستگاه هایی مانند پرینتر سه بعدی (3D Printer) و یا پروژه های آردوینو  و هم در کاربرد صنعتی و مهندسی. وقتی موتور یا گیرباکس (Gearbox) مناسبی برای کاربرد مورد نظرتان انتخاب نکنید، متوجه خواهید شد که ربات شما یا هر وسیله ای که در آن موتور الکتریکی به کار برده اید بهره وری بالایی ندارد یا سرعت حرکت آن با چیزی که شما می خواستید فرق می کند. حتی ممکن است همین بی توجهی باعث شود محصول نهایی شما هر از چندی موتور بسوزاند و از رده خارج شود که در صنعت همین نکته می تواند ضرر های بسیار زیادی به شما وارد کند.

این آموزش قرار نیست از شما یک متخصص طراحی موتور و جعبه دنده بسازد. این آموزش مفاهیم پایه ای و ضروری این طراحی ها را یاد خواهد داد تا بهتر بتوانید بین انتخاب هایتان تصمیم گیری کنید. در قسمت اول آموزش به شما خواهیم آموخت که موتور های الکتریکی با چه مشخصاتی طراحی می شوند.در قسمت های بعدی به این خواهیم پرداخت که چگونه موتور و گیرباکس مناسبی برای کاربرد های مختلف را انتخاب کنیم .

پیشنیاز های این آموزش

قبل از این که شروع به خواندن این مقاله آموزشی کنید باید بگوییم که برای فرا گرفتن مطالب این مقاله باید درک درستی از مفاهیم فیزیکی مانند نیرو،گشتاور،توان و سیستم های چرخ دنده ای داشته باشید.

درک مشخصات موتور های الکتریکی

هر موتوری که در بازار می بینید با چند مشخصه بسیار مهم خود شناخته می شود. هیچ فرقی ندارد که آن موتور ساخت کدام شرکت در کدام کشور باشد. همه موتور های الکتریکی در چند مشخصه مهم با هم مشترک هستند.

مدل ساده شده یک موتور الکتریکی را در تصویر می بینید
مدل ساده شده یک موتور الکتریکی را در تصویر می بینید

1گشتاور

گشتاور خروجی موتور آن مقدار از نیروی چرخاننده ای است که محور گردان یا شفت (Shaft) موتور در هنگام چرخیدن به جسم بسته شده به محور وارد می کند. طبق قانون سوم نیوتن می دانیم که هر عملی یک عکس العمل با همان مقدار نیرو و در جهت عکس دارد. یعنی می توانیم بگوییم که جسم یا بار روی محور هم همان قدر نیرو و در جهت عکس چرخش به محور وارد خواهد کرد.

در ساختنی بخوانید :  خبر علمی : ذره زیر اتمی جدید شناخت نیروی قوی را آسانتر می کند

اگر این بار بسته شده به محور گردان موتور با گشتاور موتور نچرخد، محور موتور از حرکت باز مانده و در اصطلاح قفل می شود. در صنعت و مهندسی به این وضعیت روتور قفل شده هم می گویند.

گشتاور موتور مهم ترین مشخصه هر موتور الکتریکی است . معمولا بقیه مشخصات موتور الکتریکی با استفاده از گشتاور تعریف و نوشته می شوند.

موتور های الکتریکی و جعبه دنده و گیرباکس آن ها
موتور های الکتریکی و جعبه دنده و گیرباکس آن ها

2جریان کشی یا مصرف جریان

جریان کشی موتور به مقدار جریان الکتریکی گفته می شود که یک موتور الکتریکی به ازای هر باری مصرف می کند یا در اصلاح به داخل خود می کشد. وقتی بار موتور (به عبارت دیگر گشتاور) افزایش پیدا می کند. مقدار جریانی که موتور می کشد هم افزایش پیدا می کند و اگر آن را رسم کنیم به شکل یک خط با شیب ثابت است (در اصلاح رابطه خطی است)

فرمول جریان کشی در زیر آورده شده است:

فرمول جریان کشی موتور های الکتریکی
فرمول جریان کشی موتور های الکتریکی

 

حرف نام متغیر واحد اندازه گیری توضیح
I جریان جاری آمپر جریانی که موتور می کشد
IStall جریا محور قفل آمپر جریانی که موتور در حالت محور قفل می کشد
τstal گشتاور محور قفل نیوتن متر مقدار گشتاوری که لازم است محور موتور (روتور) را کاملا متوقف کند یا به عبارت دیگر بیشترین گشتاوری که موتور می تواند تولید کند
τ گشتاور بار نیوتن متر گشتاوری که در حال حاضر روی محور موتور و از طرف بار اعمال می شود

 

3سرعت چرخش محور در موتور الکتریکی

وقتی موتور در حال کار است. محور با این سرعت مشخص می چرخد. این سرعت که از نوع سرعت دایره ای یا دورانی است را سرعت موتور الکتریکی می گویند. وقتی بار روی محور افزایش می یابد سرعت گردش آن کاهش خواهد یافت. رابطه بین بار روی محور و سرعت هم قابل رسم به شکل یک خط راست با شیب منفی است . این رابطه هم خطی است.

در ساختنی بخوانید :  تصور جرم سیاهچاله های فوق سنگین در دو ویدیوی جالب

فرمول رابطه سرعت گردش محور و گشتاور باری که می خواهد محور را از حرکت باز دارد را می بینید:

فرمول رابطه سرعت گردش محور و گشتاور باری که می خواهد محور را از حرکت باز دارد
فرمول رابطه سرعت گردش محور و گشتاور باری که می خواهد محور را از حرکت باز دارد

 

حرف نام متغیر واحد اندازه گیری توضیح
ω سرعت فعلی دور در دقیقه سرعت حرکت چرخشی فعلی محور موتور
ωfree سرعت آزاد دور در دقیقه سرعتی که اگر هیچ باری روی محور نبود ، محور با آن سرعت می چرخید
τstall گشتاور محور قفل نیوتن متر مقدار گشتاوری که لازم است محور موتور (روتور) را کاملا متوقف کند یا به عبارت دیگر بیشترین گشتاوری که موتور می تواند تولید کند
τ گشتاور بار نیوتن متر گشتاوری که در حال حاضر روی محور موتور و از طرف بار اعمال می شود

 

4توان موتور الکتریکی

توان یک موتور الکتریکی در واقع نشان گر توانی است که موتور در محدوده آن می تواند به درستی کار کند. خیلی ساده بگوییم توان موتور الکتریکی به ما می گوید که موتور چقدر سریع می تواند انرژی مورد نیاز برای انجام یک کار را در اختیار ما قرار دهد. این در واقع همان مفهوم توان است.به عبارت ساده تر توان هر دستگاهی از جمله یک موتور ، انرژی یا کار انجام شده در واحد زمان است.

حالا وقت آن است که اشتباهات رایج را کنار بگذارید. هر موتوری که سریع تر باشد قوی تر نیست ، موتور ها با توجه به کاربرد هایشان دارای گشتاور و سرعت های مختلف هستند. تنها راهی که می توانید با اطمینان بگویید یک موتور از موتور دیگر قوی تر است با استفاده از توان موتور هاست.

فرمول توان موتور الکتریکی را در زیر می بینید:

توان موتور الکتریکی
توان موتور الکتریکی

 

حرف نام متغیر واحد اندازه گیری توضیح
P توان موتور وات توان خروجی موتور
ω سرعت دور در دقیقه سرعتی که محور با آن می چرخد
τ گشتاور بار نیوتن متر گشتاوری که در حال حاضر روی محور موتور اعمال می شود
در ساختنی بخوانید :  با کارتن و سرنگ بازوی رباتیک هیدرولیک بسازید

 

5بهره وری

بهره وری موتور الکتریکی در واقع نسبت مقدار انرژی مکانیکی تولید شده توسط موتور به انرژی الکتریکی استفاده شده توسط موتور است.

موتور انرژی الکتریکی را می گیرد و آن را به شکل حرکت (انرژی مکانیکی) تحویل می دهد.همیشه مقداری از انرژی الکتریکی مصرف شده توسط موتور به گرما تبدیل می شود و از دسترس ما خارج خواهد شد. گرمای زیاد می تواند باعث سوختن سیم ها و مدارهای موتور الکتریکی شود.

توجه داشته باشید که بهره وری یک موتور یک عدد ثابت نیست. هر موتور در بارها و سرعت های متفاوت دارای بهره وری متفاوتی است.وقتی نسبت گشتاور به سرعت چرخش طوری باشد که بهره وری موتور پایین بیاید،گرمای تولید شده توسط موتور بالا می رود. یعنی احتمال این که موتور شما به دلیل داغ کردن بسوزد بالاتر می رود.

فرمول بهره وری (Efficiency) موتور را در زیر می بینید:

رابطه بهره وری موتور الکتریکی
رابطه بهره وری موتور الکتریکی

 

حرف نام متغیر واحد اندازه گیری توضیح
η بهره وری درصد نسبت انرژی مکانیکی خروجی به انرژی الکتریکی ورودی
Pout توان خروجی وات مقدار توان مکانیکی تولید شده توسط موتور
Pin توان ورودی وات مقدار توان الکتریکی مصرف شده توسط موتور
I جریان آمپر جریانی که موتور در حال کشیدن آن است
V ولتاژ ولت ولتاژی که موتور با وصل کردن آن به کار افتاده است

در قسمت های بعدی این آموزش با منحنی های موتور ، انواع جعبه دنده های موجود برای موتور های الکتریکی و … آشنا خواهید شد.

منبع با تغییرات ایجاد شده توسط ساختنی – عکس ها از دانشگاه میشیگان امریکا

خلاصه مطلب
شناخت موتور های الکتریکی به زبان ساده و روش انتخاب موتور مناسب (قسمت اول)
عنوان مطلب
شناخت موتور های الکتریکی به زبان ساده و روش انتخاب موتور مناسب (قسمت اول)
توضیح کوتاه
در این مقاله می آموزیم موتور های الکتریکی با چه مشخصاتی دسته بندی می شوند و چگونه باید آن ها را انتخاب کنیم
نویسنده

بیشتر بخوانید:

اخبار علمی : ربات های مینیاتوری به نگهداری از پل ها کمک می کنند... در ساختنی های قبلی خبر ساخت یک ربات زیرآبی را خواندید که به جلوگیری از قاچاق کمک میکرد. حالا دانشمندان موفق به ساخت ربات های مینیاتوری – به اندازه یک ...
قوی ترین موتور دیزلی جهان را بشناسید – وارتسیلا آرتی فلکس ۹۶... وارتسیلا آر تی-فلکس ۹۶ (Wärtsilä RT-flex96C) قوی مند ترین موتور درون سوز حال حاضر جهان است. این موتور دیزل ساخت شرکت وارتسیلا در کشور فنلاند است. این ...
رباتی سازی جامعه ؛ وقتی ربات ها همه کاره می شوند... رباتی سازی یا رباتیفیکیشن (Robotification) ؛ این کلمه ابداع ما نیست اما ما قصد داریم در این پست تعریف روشنی از فرایند رباتی سازی جامعه در اختیارتان قر...
آموزش ساخت شارژر قابل حمل (Portable) اضطراری تلفن همراه... حتما برای شما هم پیش آمده است که در جایی نیاز مبرم به استفاده از تلفن همراه داشته باشید ولی به ناگاه شارژ گوشی تمام شود و برق شهری برای شارژ دوباره آن...
آموزش:با افکت پارالاکس یا ۲٫۵ بعدی،به عکس هایتان روح ببخشید... در ساختنی امروز می خواهیم یک تکنیک ویرایش عکس فوق العاده راه به شما بیاموزیم. با استفاده از افکت ۲٫۵ بعدی یا "پارالاکس" می توانید عکس هایتان را به طرز...
گوگل به دنبال چیست ؟ پروژه رباتیک اسرار آمیز گوگل... شرکت های خریداری شده که در ژاپن و ایالات متحده قرار دارند و محصولات متنوعی را شامل می شوند: از روبات های انسان نما تا روبات های چندپا، روبات های حیوان...

درباره مهرداد جمالی

مهرداد جمالی
مهرداد جمالی ، متولد 1367 ، دانش آموخته رشته لیسانس مهندسی مخابرات دانشگاه ملی زنجان و دانشجوی ارشد مدیریت صنعتی است. وی بنیان گذار اصلی پروژه ساختنی و یکی از مدیران ارشد وبسایت است.

پیشنهاد می کنیم

وارتسیلا فلکس آرتی 96 بزرگ ترین و قوی ترین موتور دیزلی جهان

قوی ترین موتور دیزلی جهان را بشناسید – وارتسیلا آرتی فلکس ۹۶

وارتسیلا آر تی-فلکس ۹۶ (Wärtsilä RT-flex96C) قوی مند ترین موتور درون سوز حال حاضر جهان …

پاسخ دهید