موتور DC چگونه کار می کند؟

موتور DC چگونه کار می کند؟
موتورهای DC از برهم کنش های میدان های مغناطیسی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می کنند.

خطوط مغناطیسیِ نیرو از قطب شمال به قطب جنوب یک آهنربا شارش می کنند. اگر یک هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی قرار داده شود، دو میدان ظاهر خواهد شد.

همان طور که در شکل 1 می بینیم، در سمت چپ هادی، خطوط نیرو جهت یکسانی دارند. این امر چگالی شار خطوط میدان در سمت چپ را متمرکز خواهد کرد و موجب تولید یک میدان مغناطیسی قوی خواهد شد، زیرا دو میدان یکدیگر را تقویت می کنند.

شکل 1: برهم کنش دو میدان مغناطیسی

در سمت راست هادی، خطوط نیرو مخالف یکدیگرند. این امر سبب ایجاد یک میدان مغناطیسی ضعیف تر می شود. هادی تمایل دارد از میدان قوی به سمت میدان ضعیف حرکت کند. از این اصل از الکترومغناطیسی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی در یک موتور استفاده می شود.

یک موتور الکترومغناطیسی ساده در شکل زیر نشان داده شده است. سیم پیچی های داخل موتور، آرمیچر نامیده می شوند. آرمیچر بخشی از موتور است که از هادی های سیم پیچی شده به دور یک هسته آهنی ورقه ورقه تشکیل شده است.

از آرمیچر برای تولید یک میدان مغناطیسی استفاده می شود. آرمیچر در فضایی درون سیم پیچهای ساکن می چرخد که سیم پیچی های میدان نامیده می شوند.

سیم پیچی های میدان یا تحریک به دور کفشک های قطب ها پیچانده و از سیم مسی سنگین تشکیل شده اند. کفشک ها یک هسته آهنی هستند تا آهنربای الکتریکی تشکیل دهند.

وقتی جریان به سیم پیچی های میدان (تحریک) و آرمیچر اعمال می شود، هر دوی آن ها خطوط شار مغناطیسی تولید می کنند. جهت سیم پیچی ها قطب چپ را جنوب و قطب سمت راست را در پلاریته شمال قرار می دهد.

خطوط نیرو از از شمال به جنوب در میدان حرکت می کنند. در آرمیچر، خطوط شار در یک سمت به یک طرف و در جهت مخالف، به طرف دیگر گردش می کنند.

اکنون، جریان یک میدان مغناطیسی در اطراف حلقه سیم تشکیل می دهد که با میدان های شمالی و جنوبی در تعامل خواهد بود و یک نیروی چرخشی بر حلقه اعمال می کند. این نیرو باعث می شود حلقه در جهت میدان ضعیف تر بچرخد.

با این حال، قدرت چرخش آرمیچر محدود است. هنگامی که آرمیچر در میانه کفشک های قطب ها باشد، میدان ها یکدیگر را متعادل (خنثی) می کنند. به نقطه ای که در آن میدان ها متعادل می شوند، نقطه خنثای ایستا گفته می شود.

برای ادامه حرکت آرمیچر، شارش جریان در حلقه باید برعکس شود. برای این منظور، یک کموتاتور متشکل از حلقه های بریده با انتهای کلاف های آرمیچر در تماس است.

جریان حلقه از طریق مجموعه ای از جاروبک ها که در جوانب کموتاتور تعبیه شده اند به آرمیچر وارد و از آن خارج می شود. جاروبک ها کنتاکت های هادی هستند که معمولاً از مس و کربن ساخته می شوند.

وقتی جاروبک ها از یک بخش کموتاتور به بخش دیگری از آن عبور می کنند (البته کموتاتور متحرک و جاروبک ها ثابت هستند)، جهت شارش جریان آرمیچر برعکس می شود.

موقعیت میدان های مغناطیسی مشابه است. با این حال، جهت شارش جریان حلقه معکوس شده است. این کار تا زمانی ادامه خواهد یافت که شارش جریان ادامه پیدا کند.