موتور DC دارای جاروبک

موتور DC دارای جاروبک:
موتورهای DC دارای جاروبک متداول، اساسا از دو بخش تشکیل می شوند. یک بخش که بدنه ثابت موتور است و استاتور نام دارد و قسمت داخلی موتور که روتور یا آرمیچر نام دارد و همیشه در گردش است. قسمت روتور نهایتا باعث ایجاد حرکت شفت موتور می شود.

سیم پیچی های استاتور در موتور، یک مدار الکترومغناطیسی محسوب می شوند. این مدار از سیم پیچ های الکتریکی تشکیل شده است که با آرایش دایره ای به هم متصل شده اند. سیم پیچ های الکتریکی به صورت متوالی قطب شمال و سپس قطب جنوب مغناطیسی را ایجاد می کنند.

به این ترتیب، یک سیستم میدان مغناطیسی ثابت برای گردش به وجود می آید که این موضوع دقیقا برعکس موتورهای AC است که در آن ها، میدان استاتور با استفاده از فرکانس اعمالی، به صورت پیوسته در چرخش است.

جریانی که از این سیم پیچی های میدان می گذرد با نام جریان میدان موتور (Motor Field Current) شناخته می شود.

سیم پیچ های الکتریکی که میدان استاتور را به وجود می آورند، می توانند به صورت سری، موازی و یا ترکیبی از هر دو به آرمیچر موتور متصل شوند. اگر سیم پیچ ها با آرایش ترکیب سری و موازی به آرمیچر متصل شوند، به آن کمپوند (Compound) می گویند.

در یک موتور DC با سیم پیچی سری، سیم پیچی های میدان استاتور به صورت سری به آرمیچیر موتور متصل شده است. نمایی از یک موتور DC با سیم پیچ میدان سری را در تصویر زیر مشاهده می کنید.

به طریق مشابه، یک موتور DC با سیم پیچ میدان موازی، موتوری است که در آن سیم پیچ های میدان به صورت موازی به آرمیچر موتور متصل شده باشند. نمایی از یک موتور DC با سیم پیچ میدان موازی در تصویر زیر نمایش داده شده است.

روتور یا آرمیچر در یک ماشین DC از رساناهای حامل جریان تشکیل شده است که یک طرف آن ها به قطعه ی مسی متصل است که به لحاظ الکتریکی ایزوله است.

این قطعه، کموتاتور (Commutator) نام دارد و باعث می شود یک اتصال الکتریکی بین جاروبک های کربنی و منبع تغذیه خارجی موتور برقرار شود و موتور به چرخش درآید. به همین دلیل است که به این موتورها، موتورهای جاروبک دار گفته می شود.

میدان الکترومغناطیسی به وجود آمده توسط روتور تلاش می کند تا خود را با میدان ثابت استاتور هماهنگ کند و موتور را در جهت محور خود بچرخاند، اما به دلیل تاخیر کموتاسیون، این هماهنگی انجام نمی گیرد و همین تاخیر است که مبنای چرخش روتور را فراهم می آورد.

سرعت چرخش موتور به شدت میدان مغناطیسی روتور و نیز مقدار ولتاژ اعمالی به موتور بستگی دارد، به صورتی که هر چه این دو مقدار بالاتر باشند، سرعت چرخش بالاتر خواهد بود. در تصویر زیر نمایی از دو نوع موتور دارای جاروبک DC را می توان مشاهده کرد.

یکی از این موتورها، دارای دو قطب است و میدان مغناطیسی استاتور توسط مغناطیس دائم های آن به وجود می آید. اما موتور دوم دارای استاتور چهار قطب است و میدان مغناطیسی آن توسط سیم پیچ های میدان استاتور ایجاد می شود.

موتورهای DC مغناطیس دائم جاروبک دار یا PMDC، معمولا از موتورهای همتای خود، یعنی موتور DC جاروبک دار استاتور سیم پیچی شده کوچک تر و ارزان تر هستند؛ زیرا این موتورها سیم پیچی میدان ندارند.

در موتورهای مغناطیس دائم، سیم پیچ های میدان، با مغناطیس هایی از جنس آهن و کبالت که دارای میدان مغناطیسی بسیار بزرگی هستند، جایگزین می شوند.

استفاده از مغناطیس های دائم، به دلیل میدان مغناطیسی همیشگی و معمولا قوی تر، به موتور DC مشخصه گشتاور سرعت خطی تری را نسبت به موتور DC استاتور سیم پیچی شده می دهد و به همین دلیل، این موتورها برای کاربردهای رباتیکی و سروو بسیار مناسب تر هستند.

اگرچه موتورهای DC جاروبک دار، دارای راندمان بالا و ارزان قیمت هستند، اما مشکلی که این نوع از موتورها دارند این است که تحت شرایط بار سنگین، بین دو سطح کموتاتور و جاروبک های کربنی، جرقه (Spark) به وجود می آید.

این جرقه ها منجر به تولید حرارت داخلی، عمر کوتاه موتور و نویز های الکتریکی می شوند.

ایجاد جرقه می تواند منجر به آسیب دیدن ادوات و کلیدهای نیمه رسانا مانند ترانزیستورهای MOSFET شود. برای غلبه بر این مشکل، موتورهای DC بدون جاروبک یا براشلس توسعه یافتند.