بخشی از مقاله
مقدمه
ميدان مغناطيسي چرخنده به عنوان مجموعي از بردارهاي مغناطيسي کوئل‌هاي سه‌فازه.
يک موتور الکتريکي، الکتريسيته را به حرکت مکانيکي تبديل مي‌کند. عمل عکس آن که تبديل حرکت مکانيکي به الکتريسيته است، توسط ژنراتور انجام مي‌شود. اين دو وسيله بجز در عملکرد، مشابه يکديگر هستند. اکثر موتورهاي الکتريکي توسط الکترومغناطيس کار مي‌کنند، اما موتورهايي که بر اساس پديده‌هاي ديگري نظير نيروي الکترواستاتيک و اثر پيزوالکتريک کار مي‌کنند، هم وجود دارند.
ايده کلي اين است که وقتي که يک ماده حامل جريان الکتريسيته تحت اثر يک ميدان مغناطيسي قرار مي‌گيرد، نيرويي بر روي آن ماده از سوي ميدان اعمال مي‌شود. در يک موتور استوانه‌اي، چرخانه (روتور) به علت گشتاوري که ناشي از نيرويي است که به فاصله‌اي معين از محور چرخانه به چرخانه اعمال مي‌شود، مي‌گردد.
اغلب موتورهاي الکتريکي دوارند، اما موتور خطي هم وجود دارند. در يک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه و بخش ثابت ايستانه (استاتور) خوانده مي‌شود. موتور شامل آهنرباهاي الکتريکي است که روي يک قاب سيم پيچي شده است. گر چه اين قاب اغلب آرميچر خوانده مي‌شود، اما اين واژه عموماً به غلط بکار برده مي‌شود. در واقع آرميچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودي اعمال مي‌شود يا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجي ايجاد مي‌شود. با توجه به طراحي ماشين، هر کدام از بخش‌هاي چرخانه يا ايستانه مي‌توانند به عنوان آرميچر باشند. براي ساختن موتورهايي بسيار ساده کيت هايي را در مدارس استفاده مي‌کنند.
موتورهاي Dc
يکي از اولين موتورهاي دوار، اگر نگوييم اولين، توسط مايکل فارادي در سال 1821م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، مي‌شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي‌کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي‌آمد و نشان مي‌داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايره‌اي اطراف سيم مي‌شود. اين موتور اغلب در کلاسهاي فيزيک مدارس نشان داده مي‌شود، اما گاه بجاي ماده سمي جيوه، از آب نمک استفاده مي‌شود.
موتور کلاسيک DC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه‌اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي، بستگي دارد.
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم‌پيچ) در سيم‌پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير، کنترل مي‌شود. بدليل اينکه اين نوع از موتور مي‌تواند در سرعتهاي پايين گشتاوري زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهاي کششي نظير لوکوموتيوها استفاده مي‌کنند. اما به هرحال در طراحي کلاسيک محدوديتهاي متعددي وجود دارد که بسياري از اين محدوديتها ناشي از نياز به جاروبکهايي براي اتصال به کموتاتور است. سايش جاروبک ها و کموتاتور، ايجاد اصطکاک مي‌کند و هر چه که
سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها مي‌بايست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبي را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صداي موتور مي‌شود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتري را روي سرعت ايجاد مي‌کند و به اين معني است که جاروبکها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا مي‌کنند. اتصال ناقص الکتريکي نيز توليد نوفه (نويز) الکتريکي در مدار متصل مي‌کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين مي‌روند، با قرار دادن آهنرباهاي دائم در داخل و سيم پيچها در بيرون به يک طراحي بدون جاروبک مي‌رسيم.
موتورهاي ميدان سيم پيچي شده
آهنرباهاي دائم در بيروني يک موتور DC را مي‌توان با آهنرباهاي الکتريکي تعويض کرد. با تغيير جريان ميدان (سيم پيچي روي آهنرباي الکتريکي) مي‌توانيم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغيير دهيم. اگر سيم پيچي ميدان به صورت سري با سيم پيچي آرميچر قرار داده شود، يک موتور گشتاور بالاي کم سرعت و اگر به صورت موازي قرار داده شود، يک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهيم داشت. مي‌توانيم براي بدست آوردن حتي سرعت بيشتر اما با گشتاور به همان ميزان کمتر، جريان ميدان را کمتر هم کنيم. اين تکنيک براي کشش الکتريکي و بسياري از کاربردهاي مشابه آن ايده‌آل است و کاربرد اين تکنيک مي‌تواند منجر به حذف تجهيزات يک جعبه دنده متغير مکانيکي شود.
موتورهاي يونيورسال
يکي از انواع موتورهاي DC ميدان سيم پيچي شده موتور ينيورسال است. اسم اين موتورها از اين واقعيت گرفته شده است که اين موتورها را مي‌توان هم با جريان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً اين موتورها با تغذيه AC کار مي‌کنند. اصول کار اين موتورها بر اين اساس است که وقتي يک موتور DC ميدان سيم پيچي شده به جريان متناوب وصل مي‌شود، جريان هم در سيم پيچي ميدان و هم در سيم پيچي آرميچر (و در ميدانهاي مغناطيسي منتجه) هم‌زمان تغيير مي‌کند و بنابراين نيروي مکانيکي ايجاد شده همواره بدون تغيير خواهد بود. در عمل موتور بايستي به صورت خاصي طراحي شود تا با جريان AC سازگاري داشته باشد (امپدانس/راکتانس بايستي مدنظر قرار گيرند) و موتور نهايي عموماً داراي کارايي کمتري نسبت به يک موتور معادل DC خالص خواهد بود.
مزيت اين موتورها اين است که مي‌توان تغذيه AC را روي موتورهايي که داراي مشخصه‌هاي نوعي موتورهاي DC هستند بکار برد، خصوصاً اينکه اين موتورها داراي گشتاور راه اندازي بسيار بالا و طراحي بسيار جمع و جور در سرعتهاي بالا هستند. جنبه منفي اين موتورها تعمير و نگهداري و مشکل قابليت اطمينان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ايجاد مي‌شود و در نتيجه اين موتورها به ندرت در صنايع مشاهده مي‌شوند، اما عمومي‌ترين موتورهاي AC در دستگاههايي نظير مخلوط کن و ابزارهاي برقي که گاهاً استفاده مي‌شوند، هستند.
موتورهاي AC
موتورهاي AC تک فاز
معمولترين موتور تک فاز موتور هم‌زمان قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هايي بکار مي رود که گشتاور پايين نياز دارند، نظير پنکه‌هاي برقي، تندپزها (اجاقهاي ماکروويو) و ديگر لوازم خانگي کوچک. نوع ديگر موتور AC تک فاز موتور القايي است، که اغلب در لوازم بزرگ نظير ماشين لباسشويي و خشک کن لباس بکار مي‌رود. عموماً اين موتورها مي‌توانند گشتاور راه اندازي بزرگ‌تري را با استفاده از يک سيم پيچ راه انداز به همراه يک خازن راه انداز و يک کليد گريز از مرکز، ايجاد کنند.
هنگام راه اندازي، خازن و سيم پيچ راه اندازي از طريق يک دسته از کنتاکت هاي تحت فشار فنر روي کليد گريز از مرکز دوار، به منبع برق متصل مي‌شوند. خازن به افزايش گشتاور راه اندازي موتور کمک مي‌کند. هنگامي که موتور به سرعت نامي رسيد، کليد گريز از مرکز فعال شده، دسته کنتاکتها فعال مي‌شود، خازن و سيم پيچ راه انداز سري شده را از منبع برق جدا مي‌سازد، در اين هنگام موتور تنها با سيم پيچ اصلي عمل مي‌کند. موتورهاي تک فاز از نظر نوع راه اندازي به انواع موتور با فاز شکسته- موتور با خازن موقت -موتور باخازن موقت و خازن دايم-موتور انيورسال -موتور با قطب چاکدار تقسيم بندي مي‌شوند. در ميان موتورهاي تک فاز موتور انيورسال که در وسايل خانگي مثل جارو برقي -چرخ گوشت کاربرد دارند از گشتاور و سرعت بالايي برخوردار هستند.
=== موتورهاي AC سه فاز === براي کاربردهاي نيازمند به توان بالاتر، از موتورهاي القايي سه فاز AC (يا چند فاز) استفاده مي‌شود. اين موتورها از اختلاف فاز موجود بين فازهاي تغذيه چند فاز الکتريکي براي ايجاد يک ميدان الکترومغناطيسي دوار درونشان، استفاده مي‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادي هادي هاي مسي است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طريق القاي الکترومغناطيسي ميدان مغناطيسي دوار در اين هاديها القاي جريان مي‌کند، که در نتيجه منجر به ايجاد يک ميدان مغناطيسي متعادل کننده شده و موجب مي‌شود که موتور در جهت گردش ميدان به حرکت در آيد.
اين نوع از موتور با نام موتور القايي معروف است. براي اينکه اين موتور به حرکت درآيد بايستي همواره موتور با سرعتي کمتر از بسامد منبع تغذيه اعمالي به موتور، بچرخد، چرا که در غير اين صورت ميدان متعادل کننده‌هاي در روتور ايجاد نخواهد شد. استفاده از اين نوع موتور در کاربردهاي ترکشن نظير لوکوموتيوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزايش است. به سيم پيچهاي روتور جريان ميدان جدايي اعمال مي‌شود تا يک ميدان مغناطيسي پيوسته ايجاد شود، که در موتور هم‌زمان وجود دارد، موتور به صورت هم‌زمان با ميدان مغناطيسي دوار ناشي از برق AC سه فاز، به گردش در مي‌آيد. موتورهاي هم‌زمان (سنکرون) را مي‌توانيم به عنوان مولد جريان هم بکار برد.
