ترمز و کلاچ الکتروموتور چیست ؟ و کاربردهای آن کدامند ؟

ترمز الکتروموتور چیست و چه کاربردی دارد ؟

ترمز الکتروموتور که با نام ترمز الکترومغناطیسی الکتروموتور و یا ترمز مگنتی نیز شناخته می‌شود، از یک آهن ربای الکتریکی (بوبین)، لنت و صفحه و یک هزار خار تشکیل شده است. این مجموعه به صورتی کار می‌کند که در هنگام اتصال جریان برق، مگنت لنت را از صفحه آزاد کرده و روتور الکتروموتور شروع به چرخش می‌نماید.

با قطع جریان برق مگنت به سرعت صفحه و نهایتاً روتور الکتروموتور را به خود چسبانده و منجر به عمل ترمزگیری می‌شود. عموماً ترمزهای مغناطیسی با اضافه کردن طول روتور به انتهای الکتروموتور متصل می‌گردند و در دو نوع تکفاز و سه فاز موجودند.

حتما برای همه‌ی ما اتفاق افتاده که در حین رانندگی به دلیلی ناگهانی از ترمز استفاده کنیم که نیاز داریم در همان لحظه ماشین توقف پیدا کند تا با ماشین جلویی تصادف نکنیم یا در معرض خطرات دیگر قرار نگیریم. یا تا حالا فکر کردین زمانی که در چرخ و فلک قرار دارید و برق قطع میشود چه چیزی چرخ و فلک به آن بزرگی را نگه می‌دارد؟ قبل از اینکه جواب سوالات شما را بدهیم باید یک توضیح مختصر درباره‌ی موتور ها به شما داده شود تا علمکرد ترمز را کامل متوجه شوید.

وظیفه ترمز الکتروموتور چیست ؟

الکتروموتور یک موتور برقی است که انرژی الکترسیته را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌نماید. این تعریف بسیار کوتاه و جامع نشان می‌دهد که الکتروموتور چه کاربردی می‌تواند در صنعت‌های متفاوت داشته باشد و چه نقش مهمی در صنایع ایفا کرده است. اهمیت این وسیله باعث شده که امروزه تنوع بالایی در الکتروموتورها مشاهده کنیم، البته ماشین‌ها، ابزار و لوازم آن‌ها را تکمیل کرده‌اند. یکی از واجباتی که در برخی از صنایع برای موتورهای الکتریکی درنظر گرفته می‌شود، ترمز الکتروموتور است. حال سوال ما این است که ترمز الکتروموتور چیست و چه کاربردی دارد؟ عملکرد یا دستور العمل آن چیست؟ و آیا به عنوان قطعه‌ای جدا به موتور متصل می‌گردد یا الکتروموتورهای ترمز‌دار این مکانیزم را درون پکیج خود همراه دارند؟ این‌ها سوالاتی‌ هستند که امروز ما به آن‌ها‌ پاسخ میدهیم. بنابر این در ادامه در می‌یابیم که اهمیت و لازمه‌ی وجود ترمز الکتروموتور و کاربرد آن در صنایع مختلف چیست.

کاربردی ترین وظیفه تعریف‌شده برای ترمز الکتروموتور، پس از قطع جریان برق این است که گردش موتور متوقف شود. درواقع الکتروموتور، بعد از قطع جریان، زمانی لازم دارد تا تماما متوقف شده و از کار بایستد. در برخی صنایع، لازم است بدون ذره‌ای حرکت موتور پس از اقدام به خاموش کردن، کاملا متوقف شده و ماشین متصل به موتور هم ثابت بماند. این ترمز کاربرد خود را در چنین موقعیتی به رخ می‌کشد. بنابراین کارایی الکتروموتور و الکتروگیربکس ترمزدار ایستادگی بلافاصله موتور و گیربکس در لحظه استاپ کنتاکتور می‌باشد، در برخی ماشین‌ها یک ضرورت به منظوره‌ی پیشگیری از ایجاد اختلال در نظم و عملکرد آن به حساب می‌آید. البته این ترمز در استارت سریع موتور تاثیر نیز دارد. ترمزهای موتور الکتریکی در انواع و اقسام مختلف تولید شده‌اند و الکتروموتورها را براساس همین انواع تقسیم‌بندی می‌شوند .

کاربرد ترمز الکتروموتور :

شاید بیان اینکه ترمز الکتروموتور در چه صنعت، ابزار و ماشین‌هایی به‌کار رفته و می‌روند، تاثیر مکانیزم را در عملکرد ماشین‌ها و نقشی که ایفا می‌کنند را روشن تر سازد.

برخی از ضروری ترین کاربرد های‌ الکتروموتور ترمز‌دار عبارتند از:

بالابرها

انواع الکتروموتور گیربکس‌دار

توربین‌های بادی

انواع صنایع غذایی

آسانسورهای بزرگ و کوچک خانگی و صنعتی

تاور کلایمرها

انواع جرثقیل وینچی

نوار نقاله های انتقال مواد تحت زاویه

دستگاه بسته بندی و شیرینگ

پله‌ برقی ها

یکی از حساس‌ترین و قابل توضیح ترین کاربردهای ترمز الکتروموتور، در چرخ و فلک‌ شهر بازی‌ها است. کمی فکر کنید! وقتی قصد متوقف کردن چرخ و فلک را دارند اما این وسیله در لحظه متوقف نشود! درست است، ترمز الکتروموتور در همین اندازه موثر و مفید میباشد.

ساختار الکتروموتور ترمزدار و انواع آن :

ترمز الکتروموتور که به نام الکتروموتور کلاج‌دار یا دینام‌های کلاج‌دار نیز در صنعت شناخته می‌شوند، از ساختار یک موتور القایی و یک دیسک برای ترمز تشکیل می‌شود. اگر در این محصول گیربکس کوپل‌شده با یک موتورالکتریکی نیز مشاهده کرده باشیم، موتور مذکور با عنوان الکتروموتور گیربکس دار ترمزدار یا الکتروگیربکس ترمزدار روانه بازار می‌شود. امروزه در صنعت موتور های الکتریکی که با قابلیت شروع و توقف در لحظه و زمان دلخواه را دارند و با عنوان Brake Electro Motor یا الکتروموتور استاپ‌دار شناخته می‌شوند محبوبیت بسیاری دارند.

الکتروموتور ترمز‌دار در ساختار به دو گروه تقسیم می‌شود :

استاپ عملکرد موتور به وسیله قطع درایو موتور یا اتصال اینورتر

استاپ عملکرد موتور به وسیله دیسک‌های ترمز مکانیکی

در بین این دو شکل، نمونه اولیه با استهلاک کم و ایمن‌تر است و کارایی سریع‌ و دقیق‌تری نسبت به ترمز نمونه‌ی اولیه دارد. این نوع ترمز الکتروموتور حتی قابلیت برنامه‌ریزی جهت روشن شدن و راه‌اندازی مجدد موتور به شکل پله‌ای هم دارد. کارایی این نوع ترمز موتور الکتریکی از طریق میکروپروسسورهای قابل تنظیم شونده هستند. میکروپروسسورها قابلیت تنظیم شرایط استارت و استاپ عملکرد موتور را به کاربر می‌دهند. همین قابلیت باعث میشود تا امروز شاهد استفاده و رواج هرچه بیشتر از این نوع ترمز الکتروموتور باشیم.

در نوع دوم یکی از دیسک ترمز که سوار بر روی شفت و آرموتور است و دیگر به بدنه اتصال پیدا میکند که برای استاپ کردن موتور استفاده می‌شود. این ترمز ها شبیه به دیسک ترمز خودروهای سواری شهری می‌باشد و شاهد وارد شدن مدار در یک مجموعه کامل لنت‌ها، فنرها و دیسک‌ها که برای متوقف شدن الکتروموتور ها هستیم. شروع مجدد موتور نیز با خارج شدن این اجزا از مدار رخ خواهد میدهد.

انواع الکتروموتور ترمز‌دار براساس ولتاژ برق ورودی :

موتور های الکتریکی در دو شکل سه‌فاز و تک‌فاز به بازار ارئه می‌شود. این دو حالت الکتروموتور خروجی برق سه‌فاز دارند ولی در ورودی متفاوت میباشند و همین تفاوت عملکرد و کارایی آن‌ها را در مصارف شهری و خانگی مشخص می‌نماید. ترمز‌ الکتروموتور نیز برای این دو موتور مختلف است و ما الکتروموتورهای ترمزدار را به صورت تک‌فاز و دوفاز مشاهده میکنیم که عملکرد آن‌ها را در صنایع مصارف خانگی مختلف گسترش می‌دهد. نکته مهم اینجا است که ترمز الکتروموتورهای سه‌فاز تنها به‌صورت مگنتی است که با قطع جریان منبع تغذیه عمل می‌کند.

روش‌های ترمز الکتروموتور های القایی :

ترمز جریان مستقیم DC :

اساس کار موتورهای القایی ایجاد گشتاور در استاتور دستگاه، بر پایه شکل موج جریان و فرکانس است، که سرعت موتور با افزایش و کاهش فرکانس رابطه مستقیم دارد. اگر در لحظه توقف، انرژی الکتریکی با جریان مستقیم (DC) به دو سر سیم پیچ استاتور متصل گردد، نیروی مغناطیس حاصل از این جریان که فاقد میدان دوار است روتور را همچون یک آهن ربای قوی از هر طرف احاطه کرده و ثابت نگاه می‌دارد که باعث توقف آنی در لحظه قطع جریان استاتور می‌گردد.

جریان الکتریکی لازم برای اعمال این ترمز به الکتروموتور بین 120 تا 480 ولت انتخاب می‌شود.

استفاده از این ترمز صرفاً به خاطر توقف آنی روتور در لحظه استپ می‌باشد و مدار اتصال ترمز تا چند ثانیه بعد از استپ الکتروموتور در مدار باقی می‌ماند.

به کار بردن این ترمز در گیربکس های شافت مستقیم برای مصارفی که دستگاه در زیر بار بخواهد توقف نماید، توصیه نمی‌شود، چون بعد از قطع مدار ترمز، الکتروموتور بر اثر فشار بار شروع به دوران می‌نماید.

ترمز مکانیکی :

همان‌طور که از اسم آن پیداست به صورت الکترو مکانیکی عمل می‌نماید. در طراحی این ترمز از دو دیسک که یکی ثابت و دیگری متصل به شفت اصلی الکتروموتور است استفاده گردیده است.

دیسک‌های استفاده شده در این نوع ترمز به وسیله لنت و فنر به هم محکم چسبیده‌اند و در لحظه وصل جریان به موتور، توسط یک آهن ربای سیم پیچی که به طور موازی با مدار استاتور قرار دارد، این اتصال گسسته و باعث آزاد شدن شفت روتور می‌گردد.

قطع جریان باعث چیرگی نیروی فنرهای دیسک بر نیروی مغناطیس می‌شود که این عمل باعث توقف آنی موتور در لحظه قطع جریان می شود.

موارد استفاده از این نوع ترمز در بالابرهای نفربر، آسانسورها و کلیه دستگاه‌هایی می باشد که نیاز به توقف در زیر بار دارند.

از معایب این نوع ترمز می‌توان به ضرورت تعویض لنت، نگهداری به مراتب بیشتر و صدای ترمز در لحظه توقف و استارت الکتروموتور اشاره کرد.

ترمز جریان معکوس :

یکی از کم مصرف ترین روش های رایج ترمز در الکتروموتورهای القایی است، چرا که باعث کاهش عمر کنتاکتورهای استفاده شده در مدار شده و به همین دلیل فقط در موارد خاص استفاده می‌گردد.

گاهی نیاز است که جریان نامی کنتاکتوری که وظیفه اعمال جریان معکوس به الکتروموتور را دارد تا بیست برابر جریان نامی موتور انتخاب گردد.

تغییر جهت گردش در موتورهای سه فاز با تعویض جای دو فاز و در موتورهای تک فاز با تعویض یکی از دو سر سیم پیچ اصلی یا راه انداز امکان پذیر می‌شود.

در لحظه قطع موتور بلافاصله کنتاکتور با مدار مختلف الجهت وارد مدار گردیده و نیرویی عکس جهت چرخش به روتور اعمال می‌کند که باعث توقف روتور می‌شود. حال اگر مدت زمان اعمال این نیرو بیشتر از لحظه توقف گردد الکتروموتور در جهت عکس شروع به چرخش می‌نماید.

ترمز به وسیله درایو موتور یا اینورتور :

استانداردترین نوع ترمز الکتروموتور در بین ترمزهای لحظه ای است. در صنایع گاهی نیاز است برای کنترل الکتروموتور و راه‌اندازی به صورت پله‌ای یا مرحله‌ای از دستگاه‌هایی استفاده شود که با نام درایو موتور یا اینورتر شناخته می‌شوند. این دستگاه‌ها مجهز به میکرو پروسسورهایی در سیستم خود هستند که قابلیت برنامه ریزی داشته و توسط کاربر پارامترها تنظیم و اعمال می‌گردد.

همان‌طور که راه اندازی پله‌ای در لحظه استارت در این گونه دستگاه‌ها امکان پذیر است، چندین برنامه برای لحظه توقف در منوی آن‌ها تعریف گردیده که کار بر با توجه به نوع مارک دستگاه و مراجعه به دفترچه راهنمای آن می‌تواند آن را برنامه ریزی نماید.

کلاچ الکتروموتور چیست ؟ و کاربردهای آن کدامند ؟

کلاچ الکتروموتور در حقیقت وسیله ای است که یا به شکل مکانیکی و یا به شکل الکتریکی در شرایط یحرانی ارتباط محوری الکتروموتور را با محور دیگر قطع و یا مجدد وصل می کند.

لازم به ذکر است که در بعضی مواقع به کلاچ کوپلینگ گفته می شود.البته تفاوت هایی بین کلاچ و کوپلینگ وجود دارد آن هم در نوع عملکردشان است.

کوپلینگ انتقال نیرو از محوری به محور دیگر را بر عهده دارد و در مقابل کلاچ علاوه بر امکان انتقال نیرو امکان قطع و وصل کردن ارتباط محوری را نیز بر عهده دارد.

الکتروموتور هایی که دارای سیم پیچ هستند برای اینکه روشن شوند و شروع به کار کنند نیاز دارند به یک نیروی گریز از مرکز که اصطلاحا به آن استارت ودینگ گفته می شود که باید قبل از اینکه الکتروموتور به سرعت نامی برسد مدار از سیم پیچ قطع شود این کار به وسیله یک سوئیچ گریز از مرکز یا کلاچ انجام میگیرد.

کلاچ همانند کاربردش در وسایل نقلیه مانند ماشین که در حین حرکت قدرت و سرعت موتور را افزایش دهد در الکتروموتور نیز همین نقش را ایفا می کند.

کلاچ الکتروموتور یکی از مهم ترین بخش های این سیستم به شمار می رود که در وضعیت های بحرانی وظیفه قطع ارتباط محوری الکتروموتور را به دو روش الکتریکی و یا مکانیکی دارد. بعضی افراد به کلاچ کوپلینگ می گویند که این اصطلاح متاسفانه اشتباه جا افتاده و این دو قطعه در عملکرد متفاوت عمل میکنند. د

نقش کلاچ الکتروموتور :

در ابتدا باید بگوییم که کوپلینگ نوعی قطعه است که وظیفه انتقال نیرو از یک محور به دیگری را دارد و کلاچ به قطعه ای گفته می شود که علاوه بر توانایی انتقال نیرو وظیفه قطع ارتباط را در شرایط خاص دارد. همان کاری که کلاچ در گیربکس خودرو ها انجام می دهد را این کلاچ ها انجام می دهند.

در الکتروموتور ها ممکن است ما نیازمند توقف های کوتاه و متوالی باشیم اگر کلاچ وجود نداشته باشد باید الکتروموتور به طور کامل خاموش و مجددا روشن شود تا عملکرد مناسبی داشته باشد.

رخی از دینام و یا موتور های الکتریکی که ساختارشان دارای سیم پیچ است برای کار کردن و روشن شدن یه یک نیروی گریز از مرکز که به آن استارت ودینگ می گویند نیاز دارند که پیش از رسیدن سرعت به سرعت نامی باید مدار از سیم پیچ قطع شود این کار به کمک یک سوییچ گریز از مرکز یا همان کلاچ انجام می گیرد.

در تمام سیستم هایی که با نیرو و انتقال آن کار می کنند گاهی نیاز است که این روند انتقال متوقف شود تا دستگاه عملکرد مورد نظر را داشته باشد حال با توجه به توضیحاتی که داده ایم می دانید که در صورت نبود این قطعه دستگاه برای قطع جریان نیرو باید خاموش شود و سپس دوباره استارت بخورد که فشار بالایی را باید تحمل کند و مسلما از طول عمر آن کاسته می شود.

برای مثال در پرس های سنگین زمانی که بخواهد عمل فشردن را انجام دهد باید فشار و قدرت الکتروموتور افزایش یابد که این افزایش قدرت مستلزم توقف حرکت الکتروموتور می باشد. این توقف و شروع مجدد بعد از چندین بار تکرار موجب می شود تا به سیم پیچ ها خسارات سنگینی وارد کند. که با وجود کلاچ نیازی به توقف و استارت زدن دوباره الکتروموتور نمی باشد.

کلاچ ها زمانی می توانند بهترین عملکرد را در الکتروموتور ها داشته باشند که محور های الکتروموتور کاملا هم مرکز باشند.

نحوه کارکرد کلاچ الکتروموتور :

در روش مکانیکی روش کار ساده است و صفحه ها با تماس با هم و اصطحکاکی که دارند با هم ارتباط دارند و همین دلیل تقسیم بندی آن ها به دو دسته خشک و اصطکاکی شده است. عملکرد در روش مکانیکی درست مانند کلاچ در گیربکس خودرو های مختلف است.

اگر بخواهیم دقیق تر توضیح دهیم در این کلاچ ها قسمت خروجی شافت الکتروموتور را تشکیل می هند و سر دیگر به متحرک موتور وصل می شود. در زمان استارت خوردن که به حرکت موتور نیاز است اصطکاکی بین دو صفحه ایجاد می شود و زمانی که سیستم حرکت می کند بخش خروجی شروع به حرکت می کند

دو صفحه ای که در کلاچ هستند  با به روش دنده ای و یا پنجه ای با هم در ارتباطند. وقتی که سیستم شروع به کار می کند دو صفحه محرک و متحرک از حرکت متوقف می شوند.

نوع عملکرد کلاچ ها به دو شکل می تواند باشد یا به صورت مکانیکی و یا به شکل کلاچ الکترومغناطیس می باشد.

در کلاچ های مکانیکی ارتباط بسیار ساده است و صفحه ها به صورت تماسی یا اصطحکاکی با هم ارتباط بر قرار می کنند. به همین دلیل کلاچ های مکانیکی به دو گروه خشک و اصطحکاکی تقسیم می شوند.

کلاچ های الکتروموتور که به شکل مکانیکی خشک عمل می کنند به وسیله اصطحکاک برای توقف و استارت استفاده می شود. که این نوع عملکرد مشابه عملکرد کلاچ در خودرو می باشد.

نوع عملکرد کلاچ های مکانیکی خشک به این صورت است که کلاچ قسمت خروجی شافت الکتروموتور قرار می گیردو سر دیگر کلاچ به به قسمت متحرک الکتروموتور متصل می شود. زمان های استارت که نیاز به حرکت الکتروموتور است اصطحکاکی بین دو صفحه به وجود می آید که زمانی که الکتروموتور حرکت می کند ناحیه خروجی کلاچ نیز به چرخش می افتد.

این دوصفحه که در کلاچ وجود دارد به روش دنده ای و یا پنچه ای به یکدیگر متصل هستند. زمانی که الکتروموتور به حرکت در می آید دو صفحه محرک و متحرک موجود در کلاچ از حرکت باز می ایستد.

صفحه ها از نظر ظاهری به کل هم و در روبه روی هم به شکل قرینه می باشند که دو دستگیره بر روی هر صفحه وجود دارد که در زمان اتصال با یکدیگر به هم قفل می شوند.

مزایا و معایب کلاچ مکانیکی الکتروموتور :

از معایب این نوع کلاچ ها جدا نشدن دو صفحه به صورت کامل به دلیل قفل شدن دنده ها و یا پنجه ها در زمانی که باید دو صفحه از هم جدا باشند می باشد.

از مزایای این نوع عملکرد کلاچ می توان به کاهش هزینه برای تعمیر و یا نگه داری اشاره نمود و همچنین افزایش کارکرد و پایین آمدن مصرف سوخت اشاره نمود.

کلاچ های مکانیکی اصطحکاکی از طریق محور محرک و متحرک عمل می کنند که به شکل اصطحکاکی امکان پذیر می باشد.

یکی از ایراداتی که به این نوع کلاچ ها وارد است جدا نشدن دو صفحه به صورت کامل به خاطر قفل شدن دنده ها و پنجه ها است. کاهش هزینه تعمیر و نگهداری به خاطر نوع عملکرد اما یک مزیت بزرگ ان هاست از طرفی کاهش مصرف سوخت و بازده مناسب دو مزیت دیگر به شمار می آیند. یک مزیت مهم دیگر توانایی آن ها در درگیر شدن و آزاد شدن هنگام کار کردن موتور است تورک آن ها به صروت چرخشی بوده و محدود است برای همین عملکردی نرم دارند و ایمنی آن ها در سطح بالایی است.

از مزیت این نوع از کلاچ ها این است که قادر هستند در زمان کار کردن موتور درگیر و یا آزاد شوند و گشتاور آنها که به شکل چرخشی است به دلیل وجود نیروی اصطحکاک محدود است و به همین دلیل این گونه از کلاچ ها بسیار نرم کار می کنند و از لحاظ ایمنی در سطح بالایی قرار دارند.

مزایا و معایب کلاچ های الکترومغناطیسی :

درون این کلاچ ها کویل های انرژی زا وجود دارند که وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی را در کلاچ دارند تا سیستم قادر به قطع و وصل کردن ارتباط باشد. شیوه عملکرد به این صورت است که با ایجاد میدان مغناطیسی توسط کویل ها بخش رو تاثیر گرفته و مگنتیکی می شود  به کمک سایر بخش ها که از روتور تاثیر می گیرند عمل قطع و وصل نیرو انجام می شود. سرعت عملکرد این دسته از کلاچ ها بسیار بالا است و ایمنی بیشتری دارند اما هزینه تعمیر و نگهداری آن ها نیز بالاتر است.