موتور های سنکرون خطی و DC خطی

چکیده:

  موتور های خطی مدل های الکترومکانیکی هستند که در آنها نیرو و حرکت خطی به طور مستقیم و بدون نیاز به هیچگونه واسطه و مبدل مکانیکی ایجاد میشود. این موتورها نسل جدیدی از ماشین های الکتریکی هستند که در چند سال اخیر مورد توجه طراحان ماشین آلات صنعتی و صاحبان صنایع قرار گرفته اند. موتور های خطی دارای عملکرد خوبی بر حسب سرعت ، شتاب ، نیرو و موقعیت یابی دقیق هستند.

 

کلیدواژه:

 موتور خطی ، موتور جریان مستقیم ، موتور سنکرون ، موتور با مغناطیس دائم ، کاربرد های موتور DC  خطی ، کاربرد های موتور سنکرون خطی 

مقدمه:

(موتور سنکرون خطی) حرکت اکثر سیستم های اتوماسیون و ماشین آلات صنعتی به صورت خطی انجام میشود. به همین دلیل در این سیستم ها محرک های تولید نیرو به حرکت خطی

 نیاز دارند.

برای تولید حرکت خطی در این سیستم ها اغلب از موتور های الکتریکی دوار استفاده

شده است که به واسطه مبدل های مکانیکی , حرکت دورانی آنها به حرکت خطی

 با مشخصات مورد نیاز تبدیل میشود.

 

شرح:

موتور های خطی نسل جدیدی از ماشین های الکتریکی هستند که در آنها نیرو و

 حرکت خطی بدون هیچ واسطه مکانیکی و مستقیما توسط میدان الکترومغناطیسی

 تولید می شود.

موتور های خطی جایگزین مناسبی برای موتور های دواری هستند که به واسطه مبدل های مکانیکی , تولید نیرو و حرکت خطی میکنند.

اغلب کشور های صنعتی پس از انجام مطالعات وسیعی که روی موتور های خطی

 و چگونگی استفاده از آنها در اتوماسیون صنایع داشته اند  هم اکنون در بسیاری از

 زمینه های کاربردی و صنعتی از شکل ها و مدل های مختلف این نوع موتور ها استفاده میکنند.

همانند موتور های دوار ، موتور های خطی نیز در انواع مختلفی طراحی و ساخته می شوند.

انواع موتور های خطی:
1- موتور های خطی القایی
2- موتور های خطی سنکرون
3- موتور های خطی پله ای
4- سروو موتور های خطی
که هر کدام از موارد بالا همتای خطی نوع دَورارشان هستند، ساخته شده اند و بسته به نوع نیاز و کاربرد از آنها استفاده میشود.

با توجه به اینکه موتورهای خطی دارای حرکت خطی هستند لذا خروجی مکانیکی آنها به صورت سرعت خطی ( بر حسب متر بر ثانیه) ،  و نیرو ( بر حسب نیوتن ) بیان می شود.

 

اصول کار موتور سنکرون خطی:

اصول اساسی حاکم بر هر نوع موتور خطی، همانند اصول اساسی حاکم بر همتای دوار آن

 است و البته تفاوت این دو نوع ماشین در خروجی مکانیکی آنهاست. روابط و معادلات حاکم بر هر نوع موتور خطی را میتوانیم با انجام تبدیلاتی از روابط و معادلات حاکم بر همتای دوارش  بدست آوریم.

چنانچه در در یک فرایند فرضی ، یک موتور دوار سنکرون با مغناطیس دائم را در طول محور دوران آن برش داده و روی سطح گسترده نماییم ، یک موتور خطی سنکرون ساخته
می شود که در آن به جای گشتاور و حرکت دورانی ، نیرو و حرکت خطی تولید میشود.

مشابه انواع ماشین های الکتریکی ، موتور های سنکرون خطی نیز از دو قسمت اصلی ساکن و متحرک تشکیل شده اند.
 قسمت متحرک موتورهای خطی ، اسلایدر و قسمت ثابت آن استاتور نام دارد.

 در موتور های سنکرون خطی میدان مغناطیسی اصلی توسط آهنربا دائم روی اسلایدر آن و با قطب های متوالی قرار گرفته اند تولید میشود.
استاتور این موتور ها شامل یک سیم پیچ سه فاز متعادل است که روی یک هسته مغناطیسی مورق پیچیده می شود.

بسته به نوع کاربرد، استاتور به صورت یک طرفه یا دوطرفه ساخته میشود.

 

در موتور های سنکرون خطی با استاتور دوطرفه ، نیرو از دوطرف و به صورت یکسان بر سطح اسلایدر وارد میشود و در نتیجه حرکت دقیق و یکنواخت تری را تولید میکند.

سرعت حرکت موتور های خطی سنکرون در محدوده نیروی نامی مقدار ثابتی است.
 (موتور های سنکرون دوار در محدوده ی گشتاور نامی ، سرعت ثابتی دارند)
و به همین دلیل این موتورها برای کاربرد هایی که سرعت و حرکت خطی دقیق مورد نیاز است ، مناسب هستند.

به عنوان مثال در : برشگرهای لیزری ، کاراندازهای خطی در رباتیک ، سیستم های کنترلی هوشمند و ماشین های بینایی کابرد فراوان دارند.

 

کاربردهای موتور خطی سنکرون:

1- نصب سریع قطعات

 2- بالا و پایین بردن وسایل و قطعات ماشین آلات

 3- صنایع چاپ و بسته بندی

  4- صنایع کاغذی

 5- خطوط مونتاژ کارخانه جات

 6- زمینه های مختلف رباتیک

 و به طور کلی در مواردی که سرعت پاسخ دهی سریع و موقعیت یابی دقیق مورد نیاز است ، مناسب میباشد.

 

 

مقدمه:

(موتورهای DC خطی )  یکی از اولین موتورهای دوار، توسط مايكل فارادي درسال 1821 میلادی ساخته شد.

يك موتور DC ماشيني است كه وقتي به آن جريان مستقيم داده مي شود مي تواند براي كارهاي مكانيكي از قبيل به حركت در آوردن  پمپ ها ، گرداندن ماشين هاي ابزار و غيره به كار رود. همچنين از موتورهاي الكتريكي جريان مستقيم به طور وسيعي براي كاربردهاي كه به كنترل سرعت نياز دارد استفاده مي شود.

بعضي از اين موارد عبارتند از:پرسهاي دستگاه چاپ ، قطارهاي برقي ، وسايل نقليه و آسانسورها ، موتورهاي جريان مستقيم در اندازه هاي مختلفي از 1 یا 100 اسب بخار تا هزاران اسب بخار ساخته مي شود.
سرعت موتور دي سي به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور بستگی دارد.
سرعت موتور دي سي وابسته به ولتاژ  است و گشتاور آن وابسته به جریان است.

معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپ چنجر (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود.
به دليل اينكه این نوع از موتور می‌تواند در سرعت هاي پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند معمولا
از آن در كاربردهاي كششي نظير لوكوموتيوها استفاده مي كنند.

شرح:

موتور خطی DC به طور کلی شامل دو قسمت میباشد:

يك قسمت حاوي مغناطيس هايي است كه به  صورت متوالي با قطبهاي متناوب بر روي يك پايه از فلز  فرومغناطيس  جهت توليد ميدان مغناطيسي دائم قرار گرفته اند.

 ديگري ، تركيب كويلهاي چند فاز كه روي يك مجموعه ورق مغناطيسي ( هسته آهني ) يا  Epoxy  Coil   پيچيده شده اند و با انتقال جريان توليد نيرو مي نمايد.

مزایای موتورهای DC  خطی:

1- آرام، بدون اصطکاک در طول حرکت
2- وزن سبک و جمع و جور با توجه به بدون هسته
3- ساختار ساده ودقت بالا
4- سرعت عملکرد بالا
5- سرعت تقریبا یکنواخت
6- می تواند در محیط های قوی مانند در زیر آب و در خلاء مورد استفاده قرار گیرد
7- طول عمر بالا
8- عملیات تعمیر و نگهداری کم
9- تکرارپذیری بالا

معایب موتور DC خطی:

1- قیمت بالا
2- حجم تولید کم (نسبت به تقاضا)
3- قیمت زیاد آهن ربا
4- وجود درایور ها و نرم افزار های کنترلی گران
5- افزایش هزینه با طول

کاربردهای موتور DC خطی:

حمل و نقل ریلی (قطار)

ترنسرپید (اسم قطاری که از ترکیب دو کلمه ی transportation و rapidly تشکیل شده و به معنی حمل و نقل سریع است .(

سیستم مگلیو ترنسرپید (از ترکیب دو کلمه ی magnetic و levitation به معنی تعلیق مغناطیسی تشکیل یافته است).

 در ساختار قطار های یاد شده ، مکانیک با الکترونیک جایگزین شده است. به وسیله ی یک موتور DC خطی استاتور بلند همزمان ، حرکت و ترمز میکند.

سیستم حمل و نقل ریلی نیاز به زمین و فضای کمتری نسبت به دیگر سیستم های حمل و نقل دارد.

موتور این قطار ها به گونه ای طراحی شده است که توان بیشتری در بخش های شیب دار و دارای شتاب بیشتری نسبت به بخش های مسطح دارد. به این شکل توان پیش رانش به شکل بسیار اقتصادی توزیع میشود. سرعت های عملیاتی این قطار ها بین 300 تا 500 کیلومتر در ساعت طراحی شده است.

ترنسر پید به زمان کمتر از 2 دقیقه و مسیر مستقیم با طول تنها 5 کیلومتر برای رسیدن به 0 تا 300 کیلومتر در ساعت نیاز دارد که مزیت فوق العاده ای برای آن محسوب میشود.

 

کاربرد موتورهای DC خطی کوچک:

• ماشین آلات نساجی
• ماشین آلات بسته بندی
• ماشین آلات حمل و نقل
• برنامه ربات
• آزمایشگاه اتوماسیون

 

 

شرکت های سازنده ی موتور های خطی:

1- شرکت  ITK DR.CASSEN   آلمان

2- شرکت  CROUZET   فرانسه  (نمایندگی : راد الکتریک)

3- شرکت DS MOTOR    چین

 

نتیجه گیری:

با توجه به سادگی ساختمان ، عدم وجود قسمت های مکانیکی متحرک و امکان کنترل دقیقی که روی موتورهای خطی میتواند صورت بگیرد، استفاده از این نوع موتور های حرکت خطی باعث کوچک شدن حجم سیستم و مهم تر از همه بالا بردن راندمان میشود. خوشبختانه در کشور ما هم مطالعاتی روی این نوع موتور ها صورت گرفته که امیدوارم که در آینده از موتورهای سنکرون خطی در صنایع کشور استفاده گردد. 

 

 

منابع:

کتاب ماشینهای الکتریکی مخصوص (تالیف دکتر فیضی)

مقالات و جزوات اینترنتی

سایت :      www.iranindustryexpo.com       و     سایت:      www.wikipower.ir

 

 

برچسب‌ها: موتور خطی , موتور جریان مستقیم , موتور سنکرون , موتور با مغناطیس دائم , کاربرد های موتور DC خطی نیروگاه هسته ای...