Elektrik motoru nedir?

İlk olmasa da ilk döner motorlardan biri, 1821'de Michael Faraday tarafından yapıldı ve bir cıva kabına batırılmış serbestçe asılı bir telden oluşuyordu. Kabın ortasına kalıcı bir mıknatıs yerleştirildi. Telden bir akım geçtiğinde telin mıknatısın etrafında dönmesi, akımın telin etrafındaki dairesel manyetik alanda bir artışa neden olduğunu göstermektedir. Bu motor genellikle okul fizik derslerinde gösterilmektedir, ancak bazen zehirli madde cıva yerine tuzlu su kullanılır. Klasik DC motorun bir elektromıknatıs armatürü vardır. Komütatör adı verilen bir döner anahtar, elektrik akımının yönünü döngü başına iki kez tersine çevirir, böylece akım armatürden akar ve elektromıknatıslar motorun dışındaki kalıcı mıknatısı çeker ve iter. DC motorun hızı, motor sargılarından geçen voltaj ve akımın ve motor yükü veya frenleme torkunun kombinasyonuna bağlıdır. DC motorun hızı gerilime, torku ise akıma bağlıdır. Genellikle hız, değişken voltaj veya akım akışıyla ve motor sargısındaki kademeler (bobin durumunu değiştirmek için bir tür anahtar) kullanılarak veya değişken bir voltaj kaynağına sahip olarak kontrol edilir. Bu tip motorlar düşük hızlarda yüksek tork üretebildiği için genellikle lokomotifler gibi çekiş uygulamalarında kullanılır. Bununla birlikte, klasik tasarımda, çoğu fırçaların komütatöre bağlanması ihtiyacından kaynaklanan birçok sınırlama vardır. Fırçaların ve komütatörün aşınması sürtünme yaratır ve motor hızı ne kadar yüksek olursa, iyi bir bağlantı kurmak için fırçalara o kadar sert basılması gerekir. Bu sürtünme sadece motor gürültüsüne yol açmakla kalmaz, aynı zamanda hıza daha yüksek bir sınır koyar ve sileceklerin sonunda yıpranacağı ve değiştirilmesi gerekeceği anlamına gelir. Kusurlu elektrik bağlantısı aynı zamanda bağlı devrede elektriksel gürültüye de neden olur. Fırçasız bir tasarım elde etmek için motorun içinin dışarıya taşınması, kalıcı mıknatısların içeriye ve bobinlerin dışarıya yerleştirilmesiyle bu sorunlar ortadan kaldırılır.

Bir DC motorun dış kısmındaki (stator) kalıcı mıknatıslar, elektromıknatıslarla değiştirilebilir. Alan akımını (elektromıknatıs üzerindeki bobin) değiştirerek motorun hız/tork oranını değiştirebiliriz. Alan sargısı, armatür sargısı ile seri bağlanırsa düşük hızlı, yüksek torklu bir motora, paralel yerleştirilirse ise yüksek hızlı, düşük torklu bir motora sahip oluruz. Aynı zamanda daha az torkla daha fazla hız elde etmek için alan akımını da azaltabiliriz. Bu teknik, elektrikli çekiş ve benzeri birçok uygulama için idealdir ve bu tekniğin uygulanması, mekanik değişken dişli kutusu donanımının ortadan kaldırılmasına yol açabilir.

DC motor türlerinden biri de yara alanlı üniversal motordur. Bu motorların adı, pratikte bu motorlar sıklıkla AC gücüyle çalışsa da, bu motorların hem DC hem de AC akımla çalıştırılabilmesinden kaynaklanmaktadır. Bu motorların çalışma prensibi, alan sargılı bir DC motor alternatif bir akıma bağlandığında, hem alan sargısındaki hem de armatür sargısındaki akımın (ve sonuçta ortaya çıkan manyetik alanların) aynı anda değişmesi ve böylece oluşması gerçeğine dayanmaktadır. Mekanik bir kuvvet her zaman değişmeyecektir. Uygulamada, motorun AC akımla uyumlu olacak şekilde özel olarak tasarlanması gerekir (empedans/reaktans dikkate alınmalıdır) ve son motor genellikle eşdeğer bir saf DC motordan daha az verimli olacaktır. Bu motorların avantajı, özellikle bu motorların çok yüksek başlatma torkuna ve yüksek hızlarda çok kompakt bir tasarıma sahip olması nedeniyle, DC motor özelliklerine sahip motorlara AC gücün uygulanabilmesidir. Bu motorların dezavantajı komütatörden kaynaklanan bakım ve güvenilirlik sorunudur ve bunun sonucunda bu motorlar endüstrilerde nadiren görülür, ancak en yaygın AC motorlar blender ve elektrikli aletler gibi ara sıra kullanılan cihazlarda bulunur. >

En yaygın tek fazlı motor, genellikle elektrikli fanlar, mikrodalga fırınlar ve diğer küçük ev aletleri gibi düşük tork gerektiren cihazlarda kullanılan oluklu kutuplu senkron motordur. Tek fazlı AC motorların bir diğer türü ise çamaşır makineleri ve çamaşır kurutucuları gibi büyük cihazlarda sıklıkla kullanılan endüksiyon motorudur. Genel olarak bu motorlar, başlatma kapasitörü ve santrifüj anahtarı olan bir başlatma bobini kullanılarak daha büyük bir başlatma torku üretebilir. Başlatma sırasında, kapasitör ve başlatma bobini, döner santrifüj anahtarı üzerindeki bir dizi yaylı kontak aracılığıyla güç kaynağına bağlanır. Kapasitör, motorun başlangıç ​​torkunu artırmaya yardımcı olur. Motor nominal hıza ulaştığında, santrifüj anahtarı etkinleştirilir, kontak grubu etkinleştirilir, kondansatörün ve seri başlatma bobininin güç kaynağıyla bağlantısı kesilir, bu sırada motor yalnızca ana bobinle çalışır.

Daha yüksek güç gerektiren uygulamalar için üç fazlı AC (veya çok fazlı) endüksiyon motorları kullanılır. Bu motorlar, içlerinde dönen bir elektromanyetik alan oluşturmak için çok fazlı elektrik kaynağının fazları arasındaki mevcut faz farkını kullanır. Çoğu zaman rotor, çeliğe gömülü bir dizi bakır iletkenden oluşur. Elektromanyetik indüksiyon yoluyla, dönen manyetik alan bu iletkenlerde akımı indükler, bu da dengeleyici bir manyetik alan oluşmasına neden olur ve motorun alanın dönme yönünde hareket etmesine neden olur. Bu tip motorlara endüksiyon motoru denir. Bu motorun hareket edebilmesi için motorun her zaman motora uygulanan güç kaynağının frekansından daha düşük bir hızda dönmesi gerekir çünkü aksi takdirde rotorda dengeleme alanı oluşmayacaktır. Asenkron cer motoru olarak da bilinen lokomotif gibi cer uygulamalarında bu tip motorların kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Senkron bir motorda motorun, üç fazlı AC gücün neden olduğu dönen manyetik alanla senkronize olarak döndüğü sürekli bir manyetik alan oluşturmak için rotor sargılarına bir ayırıcı alan akımı uygulanır. Senkron motorları akım jeneratörü olarak da kullanabiliriz. Bir AC motorun hızı öncelikle besleme frekansına bağlıdır ve kayma miktarı veya rotor ile stator alanı arasındaki dönüş hızı farkı, motor tarafından üretilen torku belirler. Bu tip motorlarda hızın değiştirilmesi, motorda, dönen manyetik alanın hızını açıp kapatan bir grup bobin veya kutbun bulunmasıyla mümkün olabilir. Ancak güç elektroniğinin gelişmesiyle birlikte, güç kaynağının frekansını değiştirerek motorların hızı üzerinde daha düzgün bir kontrole sahip olabiliriz.

Diğer bir elektrik motoru türü, kalıcı mıknatıslardan oluşan bir dahili rotorun, elektronik olarak açılıp kapatılan bir dizi harici mıknatıs tarafından kontrol edildiği adım motorudur. Bir step motor, bir DC elektrik motorunun ve bir solenoidin birleşimidir. Basit adım motorları bir dişli sisteminin parçası tarafından belirli konumlarda tutulur, ancak nispeten kontrollü adım motorları çok düzgün bir şekilde dönebilir. Bilgisayar kontrollü adım motorları, özellikle yardımcı direksiyon kontrolüne sahip bir dijital sistemin parçası olduklarında, konumlandırma sistemlerinin bir biçimidir.

Doğrusal motor, temel olarak, dönen bir tork üretmek yerine uzunluğu boyunca ilerleyen bir elektromanyetik alan oluşturarak doğrusal bir kuvvet üretmek üzere dönerden dönüştürülmüş bir elektrik motorudur. Doğrusal motorlar genellikle endüksiyon veya step motorlardır. Yüksek hızlı bir maglio trende, trenin yer üzerinde uçtuğu yerde doğrusal bir motor görebilirsiniz.