تحقیق در مورد موتورهای خطی

موتورهای خطی
یک موتور خطی در واقع یک موتور الکتریکی است که استاتورش غیر استوانه شده است تا به جای اینکه یک گشتاور چرخشی تولید کند، یک نیروی خطی در راستای طول استاتور ایجاد کند.

طرح های بسیاری برای موتورهای خطی ارائه شده است که می توان آنها را به دو دسته تقسیم کرد: موتورهای خطی شتاب بالا و شتاب پایین. موتورهای شتاب پایین برای قطارهای مگلیو و دیگر کاربردهای حمل و نقلی روی زمین مناسب هستند. موتورهای شتاب بالا معمولاً خیلی کوتاه هستند و برای شتاب دادن به جسمی تا سرعت بسیار زیاد و سپس رها کردن آن به کار می روند. این موتورها معمولاً برای مطالعات برخورد سرعت بالا به عنوان تسلیحات نظامی یا به عنوان راه اندازنده جرمی برای پیشرانه فضاپیما به کار می رود.

موتور خطی ای که برای شتاب دادن به یون ها یا ذره های زیر اتمی به کار می رود، یک شتاب دهنده ذره نامیده می شود. با نزدیک شدن ذره ها به سرعت نور، طراحی موتورها معمولاً متفاوت می شود و این ذره ها نیز عموماً داری بار الکتریکی هستند.
شتاب پایین
تصویر
ترن هوایی در JKF. به نوار القایی آلومینیومی بین ریل ها توجه کنید.
ایده موتور خطی اولین بار توسط پرفسور اریک لیتویت از کالج امپریال در لندن مطرح شد. در طرح وی و در اکثر طرح های شتاب پایین، نیرو توسط یک میدان مغناطیسی خطی سیار که بر روی هادی ها موجود در میدان عمل می کند، ایجاد خواهد شد. در هر هادی چه یک حلقه، چه یک سیم پیچ یا یک تکه از فلز تخت که در این میدان قرار گیرد جریان های گردابی القا شده وجود خواهد داشت و بنابراین یک میدان مغناطیسی مخالف را ایجاد خواهد کرد. دو میدان مغناطیسی همدیگر را دفع خواهند کرد و بنابراین جسم هادی را از استاتور دور خواهند کرد و آن را در طول جهت میدان مغناطیسی سیار حمل خواهند کرد.
به علت این ویژگی ها، موتور خطی اغلب در پیشرانه قطار مگلیو به کار می رود هر چند که می توان صرف نظر از پرواز مغناطیسی از آنها استفاده کرد، مانند استفاده در فن آوری انتقال پیشرفته و سریع نور که در سیستم ترن آسمانی ونکوور ، Scarborough RT تورنتو، ترن هوایی فرودگاه JGK نیویورک و Putra RTL کووالالامپور به کار می رود. از این فن آوری با تغییراتی در برخی از قطار های بازی نیز استفاده می شود.
موتورهای خطی عمودی نیز برای مکانیسم های بالابر در معدن های عمیق پیشنهاد شده است.
شتاب بالا
موتورهای خطی شتاب بالا برای کاربرهای متعددی پیشنهاد شده اند. به علت اینکه مهمات ضد زرهی کنونی بایستی گلوله های کوچکی با انرژی جنبشی بسیار بالا باشند یعنی دقیقاً آنچه که این موتورها فراهم می کنند، از آنها به عنوان تسلیحات استفاده شده است. این موتورها همچنین برای استفاده در پیشرانه فضا پیماها به کار گرفته می شود. در چنین شرایطی به این موتورها راه اندازهای جرمی گفته می شود. ساده ترین روش استفاده از راه انداز جرمی برای پیشرانه فضا پیما، ساخت یک راه انداز جرمی بزرگ است که بتواند محموله را تا سرعت گریز شتاب دهد.

طراحی موتورهای شتاب بالا به دلایل متعددی مشکل است. آنها مقادیر بزرگ انرژی را در مدت زمان کوتاه نیاز دارند. (http://www.oz.net/~coilgun/theory/electroguns.htm )) که برای هر پرتاب در فضا نیاز به 300GJ در مدت زمان کمتر از یک ثانیه دارد. ژنراتورهای الکتریکی معمولی برای چنین نوع از باری طراحی نشده اند اما روش های ذخیره انرژی الکتریکی کوتاه مدت را می توان مورد استفاده قرار داد. خازن ها پر حجم و گران هستند اما می توانند به سرعت مقادیر بزرگ انرژی را فراهم کنند. ژنراتورهای هم قطب را می توان برای تبدیل سریع انرژی جنبشی یک چرخ طیار به انرژی الکتریکی به کار برد. موتورهای خطی شتاب بالا نیازمند میدان های مغناطیسی بسیار قوی ای نیز هستند، در واقع میدان های مغناطیسی اغلب آنقدر قوی اند که اجازه استفاده از ابر رساناها را نمی دهند. اما با طراحی دقیق می توان این مشکل را حل کرد.
دو طرح متفاوت پایه ای از موتور های خطی شتاب بالا ابداع شده است: تفنگ های ریلی و تفنگ های کویلی.

سرو موتورهای خطی linmot سوئیس
موتورهای خطی linmot موتورهای الکترو مغناطیسی مستقیمی هستند که بدون استفاده از چرخ دنده ، اهرم و تسمه ، حرکت خطی بدون استهلاک ایجاد می کنند .
موتور تنها از دو قطعه تشکیل شده است : شفت داخلی (اسلایدر) و استاتور که شفت داخلی از مواد مغناطیسی نئودینیوم تشکیل شده است و داخل لوله استنسل استیل با دقت نصب شده است . استاتور از سیم پیچ ، یاتاقان داخلی ، سنسور های تعیین موقعیت و دما و مدارات الکترونیکی مجتمع تشکیل شده است .
مشخصات :
-سیستمهای حرکتی کاملا الکتریکی
-قابلیت تنظیم موقعیت در تمام طول حرکت
-انعطاف پذیر و قابل اعتماد
-جایگزین مناسب برای پنوماتیک
-دارای کلاس حفاظتی IP67
-دارای گواهینامه استفاده در اتاق پاک (clean room)
-سرعت زیاد (4m/s) و شتاب بالا(200m/s2)
کاربردها :
-ماشینهای بسته بندی
-سیستمهای مونتاژ و جابجایی با دقت بسیار بالا
-تجهیزات تولید قطعات نیمه هادی ، الکترونیک CD/DVD
-اتوماسیون آزمایشگاهی
-چاپ و برچسب زدن
-و بسیاری موارد دیگر

موتورهای خطی
یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله ای هستند. می توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می کند.

سرو موتور

در کاربردهای مـدرن ، واژه سرو یا مکانیــسم سرو به یک سیستم کنـترلی فیدبک که متغیر کنترل شونده ، موقعیت یا مشتق موقعیت مکانیکی به عنوان سرعت و شتاب است، محدود می شود.
یک سیستم کنترلی فیدبک ، سیـستم کنـترلی است که به نگهـداشتن یک رابطه مفروض بین یک کمیت کنـترل شده و یک کمیـت مرجع ، با مقایسه توابع آنها و اسـتفاده از اختلاف به عنوان وسیله کنترل منجر می شود.

سیستم کنـترلی فیدبک الکتریکی ، عموما برای کار به انرژی الکتـریکی تکیه می کند . مشخصـات مهمی که معمولا برای چنین کنترلی مورد نیاز است ، عبارتند از :

1- پاسخ سریع ،
2- دقت بالا ،
3- کنترل بدون مراقبت و
4- کارکرد از راه دور .

نیاز های چنین کنترلی عبارتست از :

1- وسیله آشکار سازی خطا ،
2- تقویت کننده و
3- وسیله تصحیح خطا ،
که در شکل 1 نشان داده شده است .

1
هر عنـصر هدف ویژه ای در هماهنگ کردن کمیت مرجع با کمیت کنترل شده ایفا می کند . وسیله آشکـــارسازی خـطا هنــگامی که کمیـت تنظیم شده متفاوت از کمیت مرجع است ، خطا را آشکار می کند . سپـس یک سیگنـال خطا به تقویت کنـنده ای که قــدرت وسیله تصـحیح خطا را فراهم می کند می فرسـتد . با این تـوان وسیـله تصـحیح خطا ، کمـیت کـنترل شـده را آنـچنـــان تغییر می دهد که با ورودی مرجع هماهنگ گردد .

به موتورهـایی که به سرعـت به سیگنال خطا پاسخ می دهنـد و سریعا به بار شتاب می دهنـد سرو موتور گفته می شود . نسبت گشتاور به اینرسی (T/J) یک جنبه بسیار مهم یک سرو مـوتور است ، زیرا موتور با این فاکتور شتاب می گیرد .
مشخصات اصلی که در هر سرو موتور دیده می شود عبارتست از :

1- گشتاور خروجی موتور باید متناسب با ولتاژ بکار گرفته شده آن باشد .
2- جهت گشتاور سرو موتور باید به پلاریته لحظه ای ولتاژ کنترل بستگی داشته باشد .

سرو موتور به دو دسته کلی سرو موتورهای و سرو موتورهای تقسیم می گردد .
سرو موتورهای عموما به سرو موتورهای ترجیح داده می شوند ، بجز برای استفاده در سیستمهای با قدرت خیلی بالا، سرو موتورهای به دلیل اینکه نسبت به سرو موتورهای دارای بازده بیـشتری هستنـد ترجیـح داده می شونــد . اگــر چه تلفـات تـوان نگــرانی اصـلی در سرومکانیسمها نیستند ، یک موتور پربازده از تلفات بیش از اندازه توان جلوگیری می کند .
سرو موتورهای :
در بین سرو موتورهای مختلف ، موتورهای سـری ، موتورهای سری چــاکدار ، موتور کنترل موازی ، و موتور موازی مغناطیس دائم ( تحریک ثابت ) قرار دارند . این واحدها توان خروجی بالایی نسبت به اندازه آنها تحویل می دهند و در مورد موتــور موازی با تحریک کنترل شده ، توان کنترلی کمی مورد نیاز است .

موتور سری دارای گشتــاور راه اندازی بالایی است و جریان زیادی می کشد و تنظیم سرعت کمی دارد . کارکرد معکوس می تـواند با معکـوس کــردن پلاریتـه ولتاژ میدان با سیم پیچ میدان سری ( یعنی یک سیم پیچ برای هرجهت چرخش ) به دست آید . مــــورد اخیـــر بازده موتور را کاهش می دهد .

موتور سری چاکدار می تواند به عنوان یک موتور تحریک مستقل با میدان کنترل شده به کار گرفته شود ، آنچنانکه در شکل 2 نشان داده شده است . آرمیچر باید از یک منبع جریان ثابت تغذیه شود .

2
یک منحنی گشتاور سرعت نوعی ، گشتاور ایستای بالا و کاهش سریع گشتاور با افزایش سرعت را نشان می دهد . این امر میرایی خوب و خطای سرعت بالا را نتیجه می دهد .
نوع موازی سروموتور از سایر موتورهای موازی برای کارکرد عمــومی متفاوت نیست . این موتور دو سیم پیچی مجزا – سیم پیچی میدان که روی استاتور قرار داده شده و سیم پیچی آرمیچر که روی روتور قرار داده شده – دارد .
هر دو سیم پیچی به یک منبع تغذیه متصل شده اند . در یک موتور موازی معـمولی ، دو سیم پیچی به صورت موازی به تغذیه اصلی متصل شده اند . اما در یک کارکرد سرو ، سیم پیچی ها با منابع جداگانه ای تغذیه می شوند ، همانطور که در شکلهای 3 و 4 مشاهده می شود .

3
شکل 3 دیاگرام مداری یک موتور با میدان کنترل شده را نشان می دهد . در این موتور ، میدان با سیگنال تقویت شده خطا تحریک شده و سیم پیچی آرمیچر از یک منبع جریان ثابت نیـرو می گیرد . گشتاور تحویلی تا اشباع متنـاسب با جریان میدان است .
این ترکیب که در شکل 4 نشان داده شده است ، در سروموتورهای کوچک بکار می رود ، زیرا پاسخ دینامیکی آن از موتور با آرمیچر کنترل شده آهسته تر است .

4
جهـت چرخـش موتـور اگر پلاریـته میـدان معـکوس شود عکس می شود.آرمیچر موتور با سیگنال تقویت شده خطا ومیدان از یک منبع جریان ثابت تغذیه می شوند .

میدان این موتور عموما بالاتر از زانوی مشخصه اشباع کار میکند ( جهت حفظ گشتاور با حساسیت کمتر نسبت به تغییرات جزیی در جریان میدان ) . همـچنین چگـالی شـار میـدان بالا ، حســاسیت گشتـاور موتـور را افزایـش می دهد ، زیـــرا برای تغییـرات کوچـک در جـریان آرمیچر، گشتاور با حاصلضرب جریان در شار متناسب است .

پاسخ دینامیکی درموتور نوع کنترل شده میدان سریعتر است ، زیرا مـدار آرمیچـر لزومـا یک مـدار مقاومتی است وثابـت زمانی کوتاهـتری دارد . اگر پلاریـته سیگنـال خطا معـکوس گردد ، موتور در جهت معکوس می چرخد .

موتور مغنـاطیس دائـم یک موتور تحریک ثابت موازی است که میـــدان همانطـور که در شکل 5 نشان داده شده است ، با یک مغناطیس دائم تغذیه می شود . کارکرد شبیه به موتور با مـیدان ثابت و آرمیچر کنترل شده است.