موتورهای الکتریکی و ژنراتورها از نظر عملکرد و کاربردشان تفاوت‌های قابل توجهی دارند، اما هر دو براساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی کار می‌کنند.
الکتریسیته که زمانی یک نوآوری تجربی بود، اکنون بخش کاملاً ضروری زندگی مدرن است. الکتریسیته روشنایی، کنترل آب و هوا، سرگرمی و موارد دیگر را فراهم می‌کند. برای تامین نیروی الکتریکی، انرژی از اشکال دیگر به الکتریسیته تبدیل میشود و تغذیه سیستم‌ها و دستگاه‌هایی را تامین می‌کند که مردم آن را بدیهی می‌دانند.
تفاوت عمده بین ژنراتورهای صنعتی و موتورهای الکتریکی در چیست؟
تبدیل انرژی از شکلی به شکل دیگر کلید درک تفاوت بین الکتروموتورها و ژنراتورها است. یک موتور الکتریکی، الکتریسیته را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند و منبع نیرو برای ماشین آلات فراهم می‌کند. یک ژنراتور برعکس این کار را انجام می‌دهد و انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند.
وجه اشتراک عملکردی بین موتور الکتریکی و ژنراتور چیست؟
علیرغم این تفاوت قابل توجه در عملکرد، موتورهای الکتریکی و ژنراتورهای الکتریکی به واسطه مکانیسم‌های زیربنایی و ساختار بنیادی خود به هم متصل هستند. هر دو بر یک قانون مهم فیزیک تکیه دارند: قانون القای الکترومغناطیسی فارادی.
قانون القای الکترومغناطیسی فارادی: الکتریسیته و مغناطیس
امروزه به خوبی شناخته شده است که الکتریسیته و مغناطیس دو مظهر یک نیروی اساسی واحد به نام الکترومغناطیس هستند. این نیروی الکترومغناطیسی در مرکز کیهان، آنطور که ما می‌شناسیم، تصور میشود که از زمانی بین ۱۰۱۲ تا ۱۰۶ ثانیه پس از انفجار بزرگ به شکل فعلی خود وجود داشته است.
در سال ۱۸۳۱، فیزیکدان مایکل فارادی، القای الکترومغناطیسی را کشف کرد که رابطه نزدیک بین پدیده‌های مشاهده شده مغناطیس و الکتریسیته را آشکار کرد. جالب اینجاست که در سال ۱۸۳۲ محقق دیگری به نام جوزف هنری به طور مستقل آن را کشف کرد. فارادی اولین کسی بود که یافته‌های خود را منتشر کرد و تا به امروز، او را به این کشف نسبت می‌دهند. بعدها، جیمز کلرک ماکسول راهی برای فرمول‌بندی ریاضی یافته‌های فارادی کشف کرد که منجر به توسعه معادله ماکسول-فارادی شد.
قانون القای فارادی یک قانون فیزیک است که برای پیش بینی و اندازه گیری دقیق نحوه تعامل یک میدان مغناطیسی با مدار الکتریکی برای تولید نیروی حرکتی (EMF) طراحی شده است. EMFها دیگر اشکال انرژی مانند انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این قانون فیزیک چیزی است که به ما امکان می‌دهد هم موتورهای الکتریکی و هم بهترین ژنراتورهای کاجیلی را بسازیم. اگرچه این دو نوع ماشین عملکردهای متضادی را انجام می‌دهند، اما هر دو بر قوانین اساسی فیزیک یکسانی متکی هستند.
عملکرد ژنراتورهای الکتریکی به چه صورت است؟
تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی
طبق قانون القاء فارادی، هرگاه در یک رسانا، مانند سیم پیچ، تغییری در میدان مغناطیسی ایجاد شود، الکترون‌ها مجبور می‌شوند عمود بر آن میدان مغناطیسی حرکت کنند. این نیروی محرکه الکتریکی ایجاد می‌کند که جریان الکترون‌ها را در یک جهت ایجاد می‌کند. از این پدیده می‌توان برای تولید برق در ژنراتور الکتریکی استفاده کرد.
برای ایجاد این شار مغناطیسی، آهنرباها و هادی نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند. سیم‌ها به سیم پیچ‌های محکم پیچیده می‌شوند و تعداد سیم‌ها و نیروی الکتروموتور ناشی از آن افزایش می‌یابد. چرخش مداوم سیم پیچ یا آهنربا، در حالی که دیگری را در جای خود نگه می‌دارد، تغییرات شار مداوم را ایجاد می‌کند. جزء دوار به عنوان «روتور» نامیده میشود، در حالی که جزء ثابت «استاتور» نامیده میشود.
ژنراتورهای الکتریکی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: «دینام‌ها» که جریان مستقیم تولید می‌کنند و «آلترناتورها» که جریان متناوب تولید می‌کنند.
دینام اولین شکل ژنراتور الکتریکی بود که برای کاربردهای صنعتی مفید بود. در طول انقلاب صنعتی، به طور مستقل توسط چندین نفر اختراع شد. دینام الکتریکی از سیم پیچ‌های دوار، سیم و میدان‌های مغناطیسی برای تبدیل انرژی مکانیکی به جریان مستقیم (DC) استفاده می‌کند. از لحاظ تاریخی، دینام‌ها برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گرفتند و اغلب از بخار به عنوان منبعی برای تولید انرژی مکانیکی مورد نیاز استفاده می‌کردند.
امروزه دینام الکتریکی خارج از چند کاربرد کم مصرف، کاربرد کمی دارد. آلترناتورها برای تولید برق، کاربرد بیشتری دارند. این نوع ژنراتور انرژی مکانیکی را به جریان متناوب تبدیل می‌کند. یک آهنربای دوار به عنوان روتور عمل می‌کند و در داخل مجموعه‌ای از سیم پیچ‌های رسانا روی یک هسته آهنی می‌چرخد که به عنوان استاتور عمل می‌کند. همانطور که میدان مغناطیسی می‌چرخد، یک ولتاژ ac در استاتور تولید می‌کند. میدان مغناطیسی را می‌توان یا توسط آهنرباهای دائمی یا توسط آهنرباهای سیم پیچ میدان ایجاد کرد.
دینام خودرو و همچنین نیروگاه‌های مرکزی که برق شبکه را تامین می‌کنند، ژنراتورهای الکتریکی هستند.
عملکرد موتورهای الکتریکی به چه صورت است؟
از انرژی الکتریکی تا انرژی مکانیکی
یک موتور الکتریکی برعکس ژنراتور الکتریکی عمل می‌کند. یک الکتروموتور کاجیلی به جای تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریسیته، الکتریسیته را می‌گیرد و آن را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. موتورهای الکتریکی را می‌توان در طیف وسیعی از کاربردها، از ماشین آلات صنعتی گرفته تا لوازم خانگی روزمره، یافت. روتور یک شفت را برای ایجاد نیروی مکانیکی می‌چرخاند. استاتور از سیم پیچ یا آهنرباهای دائمی با هسته‌ای از ورقه‌های نازک در کنار هم ساخته شده است. این لایه‌ها که به عنوان لایه لایه شناخته می‌شوند، نسبت به یک هسته جامد انرژی کمتری از دست می‌دهند. بین روتور و استاتور یک شکاف هوایی کوچک وجود دارد که به افزایش جریان مغناطیسی کمک می‌کند.
اگرچه موتورهای الکتریکی می‌توانند پیزوالکتریک، الکترواستاتیک یا مغناطیسی باشند، اکثریت قریب به اتفاق موتورهای مدرن از آهنربا استفاده می‌کنند. برخی برای اجرا در dc طراحی شده اند، در حالی که برخی دیگر از ac استفاده می‌کنند. شما می‌توانید موتورهای الکتریکی را در هر اندازه‌ای برای طیف گسترده‌ای از کاربردها پیدا کنید. از موتورهای کوچک در ساعت‌های باتری‌دار گرفته تا الکتروموتورهای غول پیکر که تامین نیروی ماشین‌های صنعتی بزرگ را بر عهده دارند، این تکه فناوری قوی و در عین حال ظریف در زندگی مدرن آنطور که ما می‌شناسیم، مرکزی است.
محدوده توان این الکتروموتورها از ۰.۱۸ کیلووات تا ۳۱۵ کیلووات با دور موتور ۷۵۰.۱۰۰۰، ۱۵۰۰ و 3000rpm است. از نظر برق Electric motor به دو گروه الکتروموتور تکفاز کاجیلی و الکتروموتور سه فاز کاجیلی تقسیم میشود. تمامی موتورهای این برند دارای IP54 هستند.
چگونه قانون فارادی دنیای الکترودینامیک را تغییر داد؟
اگرچه موتورهای الکتریکی و ژنراتورهای الکتریکی عملکردهای متضادی را انجام می‌دهند، اما هر دو بر یک اصل فیزیکی اساسی تکیه دارند: قانون القاء فارادی. در اوایل قرن نوزدهم، مشارکت مایکل فارادی در مطالعه الکتریسیته و مغناطیس بی‌نظیر بود. علیرغم داشتن تحصیلات رسمی اندک و علیرغم این واقعیت که مطالعه تجربی پدیده‌های فیزیکی یک حوزه دانش نسبتاً جدید بود، بدون شک فارادی یکی از تأثیرگذارترین دانشمندان در تمام تاریخ بشریت است.
کشف عظیم فارادی با این عنوان که «میدان‌های مغناطیسی با جریان‌های الکتریکی برهم‌کنش می‌کنند تا نیروی محرکه الکتریکی ایجاد کنند»، در را به روی فناوری الکتریکی مدرن باز کرد. قانون القایی فارادی اصل پشت ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی، ژنراتورهای الکتریکی، سلف‌ها و سلونوئیدها است.
موتورهای الکتریکی و ژنراتورهای الکتریکی در عملکردهای خود کاملاً از یکدیگر متمایز هستند. با این حال، از نظر فیزیک، آن‌ها دو روی یک سکه را مثال می‌زنند. هر دو بر اصول فیزیکی زیربنایی یکسانی تکیه می‌کنند و درک آن اصول در توسعه حتی رایج‌ترین فن‌آوری مدرن مؤثر بوده است. می‌توانید در نمایندگی کاجیلی انواع موتور الکتریکی و لوازم جانبی‌شان، ژنراتور تک و لوازم یدکی‌شان مشاهده نمایید.
