برای انتخاب صحیح الکتروموتور، باید از قبل به انجام یک سری محاسبات بپردازیم. مثلا شما باید بدانید به موتور الکتریکی با چه توانی نیاز دارید، سرعت و گشتاور مورد نیاز شما چقدر است، آیا برای کار خود نیاز به کنترل موقعیت، سرعت یا گشتاور دارید یا خیر و مواردی دیگر. قبل از شروع توضیحات در مورد گشتاور الکتروموتور، بهتر است توضیحات کوتاهی در مورد مفهوم الکتروموتور و تعریف گشتاور، ارائه دهیم.
گشتاور چیست؟
اگر بخواهیم به ساده ترین شکل ممکن توضیح دهیم، باید بگوییم که گشتاور، به تمایل یک نیرو برای دوران جسمی حول یک محور، گفته میشود. گشتاور یک کمیت برداری میباشد و جهت آن، به جهت نیرو نسبت به محور بستگی دارد.
همانطور که نیرو چیزی است که باعث میشود یک جسم در سینماتیک خطی شتاب بگیرد، گشتاور چیزی است که باعث میشود یک جسم شتاب زاویه ای کسب کند. هر کسی که در را باز کرده است، درک شهودی از گشتاور دارد. هنگامی که شخصی در را باز میکند، نزدیکترین لولا ها به طرف در را فشار میدهد
فشار دادن لولا های نزدیک تر نیاز به نیروی قابل ملاحظه ای دارد. اگرچه کار های انجام شده در هر دو مورد یکسان است (نیروی بیشتر در فاصله کوچکتر اعمال میشود) عموماً افراد ترجیح میدهند نیروی کمتری اعمال کنند، پس محل معمول، دستگیره در است.
گشتاور میتواند ایستا یا پویا باشد. گشتاور ایستا، گشتاوری است که شتاب زاویه ای ایجاد نمیکند. کسی که در بسته را فشار میدهد، یک گشتاور ساکن به در وارد میکند زیرا با وجود نیروی وارد شده، درب به سمت لولا نمیچرخد. شخصی که دوچرخه را با سرعت ثابت رکاب میزند، باز هم گشتاور ساکن را اعمال میکند، زیرا شتاب نمیگیرد.
الکتروموتور چیست؟
موتور الکتریکی یا الکتروموتور، نوعی ماشین الکتریکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند. اغلب موتورهای الکتریکی از طریق اثر متقابل بین میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی در داخل یک سیم پیچ برای تولید نیرو به شکل گشتاور و اعمال آن به شفت موتور عمل میکنند.
موتور های الکتریکی را میتوان توسط منابع برق جریان مستقیم (DC) مثل باتریها یا یکسوکنندهها یا از طریق منابع برق جریان متناوب (AC) مانند شبکه برق، اینورترها یا ژنراتورهای الکتریکی به حرکت درآورد. ژنراتور الکتریکی از نظر مکانیکی با موتور الکتریکی یکسان است، اما جریان قدرت در آن معکوس است، یعنی انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
نقش گشتاور در الکتروموتور
برای انتخاب صحیح الکتروموتور، باید از قبل به انجام یک سری محاسبات بپردازیم. مثلا شما باید بدانید به موتور الکتریکی با چه توانی نیاز دارید، سرعت و گشتاور مورد نیاز شما چقدر است، آیا برای کار خود نیاز به کنترل موقعیت، سرعت یا گشتاور دارید یا خیر و مواردی دیگر. در هنگام به دست آوردن گشتاور مورد نیاز برای مکانیزم خود باید یک سری نکات را در نظر داشته باشید :
- گشتاور مکانیزم حرکتی باید به دقت محاسبه شود و نیاز به مشاوره با مهندس مکانیک دارد.
- گشتاور مورد نیاز مکانیزم خود را بر حسب نیوتن.متر یا کیلوگرم.سانتیمتر محاسبه کنید، زیرا کاتالوگ موتورها بیشتر بر اساس این دو واحد تنظیم شده است.
- بین گشتاور راه اندازی، گشتاور نامی و گشتاور حداکثر تفاوت وجود دارد. به این تفاوتها دقت کنید.
- در مکانیزمهای لخت (با اینرسی زیاد) یا مکانیزمهایی با شتاب مثبت راه اندازی بالا، حتما گشتاور مربوط به لختی موتور و بار را هم در محاسبه وارد کنید. در شتابهای خیلی کم و بارهای با اینرسی پایین میتوانید از آن صرف نظر کنید.
- کنترل گشتاور موتور، با کنترل جریان مصرفی موتور صورت میگیرد و بهترین راه برای این کار، استفاده از سرو موتورها است که این قابلیت در بیشتر سرو موتورهای AC وجود دارد.
- در انواع مختلف موتورها، قیمت موتور و همچنین سایز موتور به نسبت گشتاور آن تغییر میکند، بنابراین محاسبه هر چه دقیق تر آن، طراحی شما را بهینه تر خواهد نمود.
به طور کلی گشتاور موتور از رابطه زیر به دست میآید.
فاصله × نیروی محوری = گشتاور
که در این رابطه منظور از فاصله، همان شعاع دورانی است. اما باید به این نکته توجه داشته باشید که کشیدن بار در حالت افقی کمتر از کشیدن بار در حالت عمودی نیروی محوری لازم دارد و گشتاور در حالت افقی ضریبی از گشتاور در حالت عمودی است که این ضریب، ضریب اصطکاک است. ضریب اصطکاک معمولا بین ۰٫۰۳ (برای سطوح صاف) تا ۰٫۲ (برای سطوح خشن) در نظر گرفته میشود.
گشتاور الکتروموتور القایی AC
موتور AC یک ماشین طراحی شده برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است تا بتوان کار را انجام داد و نوعی از الکتروموتورها است.
کار (w)، در یک سیستم ترجمهای (خطی)، به عنوان نیروی (f) اعمال شده به برخی اجسام ضرب شده در فاصله (d) مسافتی است که تعریف میکند. در سیستم انگلیسی نیروی بر حسب پوند و فاصله با فوت اندازه گیری میشود.
معادله کار، که کاملاً رو به جلو است (بدون منظور از کلمات)، این است: w=fd
اگر ۱۰۰ پوند را تا ارتفاع ۱۰ فوت بلند کنید، ۱۰۰۰ پوند فوت کار انجام میدهید.
اگر یک جسم ۲۰۰ پوندی را به ارتفاع ۵ فوت یا به عنوان مثال، یک جسم ۵۰ پوندی را ۲۰ فوت بلند کنید، همین مقدار کار انجام میشود.
به عنوان مثال، اگر چمدانی را از روی زمین بردارید، کار را انجام داده اید زیرا نیرویی که وارد کرده اید بر نیروی جاذبه ای که آن را روی زمین نگه داشته غلبه کرده است. با این حال حمل آن در سراسر اتاق کار نمیباشد، زیرا شما در مسیری حرکت نمیکنید که با نیروی وارد بر آن مخالف باشد. با این حال، سعی کنید این را به کسی بگویید که در هر دست یک چمدان سی پوندی دارد. او انرژی مصرف میکند اما هیچ کاری را انجام نمیدهد.
در اواخر قرن هجدهم، جیمز وات پیشرفتهای بزرگی در زمینه موتور بخار داشت- پیشرفتهایی که آن را به جایگزینی مناسب برای سایر منابع قدرت تبدیل کرد. یکی از کاربردهای نیازمند برق در اسکاتلند در آن زمان، پمپاژ آب از معادن زغال سنگ بود. پمپها از اسب تغذیه میکردند و وات به راهی نیاز داشت که قدرت موتور خود را با یک تیم اسب مرتبط کند.
طبق آزمایشات، او مشخص کرد که اسب معمولی میتواند ۱۵۰ پوند را در یک دقیقه به ارتفاع ۲۲۰ فوت برساند. کار انجام شده در آن زمان ۳۳۰۰۰ پوند فوت (w = fd) است. قدرت، یا در این مورد اسب بخار، ۳۳۰۰۰ پوند فوت/دقیقه است. این عدد نسبتاً دست و پاگیر در سیستم MKS برابر ۷۴۵٫۷ ژول/ثانیه است. یک ژول/ثانیه به افتخار او، وات نامیده شد. بنابراین، یک اسب بخار معادل تقریبا ۷۴۶ وات است. در ایالات متحده قدرت موتور را در اسب بخار ارزیابی میکنند. در بیشتر کشورهای دیگر، کیلووات (KW) است.
گشتاور به عنوان نیرویی که باعث ایجاد حرکت چرخشی میشود تعریف میشود. همچنین نتیجه حرکت چرخشی است. گشتاور (t) برابر است با نیرو (f) برابر شعاع (r) که از طریق آن عمل میکند و زاویه ای (Ø) که نیرو از طریق آن اعمال میشود.