کموتاتور چیست و استفاده از کموتاتورها چه مزایایی دارد؟

کموتاتور چیست و چه کاربردی دارد؟ این سوالی است که شاید بارها برای کسانی که قصد خرید تجهیزات صنعتی و وسایل الکترونیکی را دارند، وجود داشته باشد. وقتی فروشنده در حال توصیف کالاهای خود است از این اصطلاح استفاده می‌کند. شاید هم در دفترچه راهنمای مربوط به دستگاه الکتریکی، چشمتان به این قطعه بخورد. کموتاتور به‌عنوان یکی از قطعات بسیار مهم در ساخت موتور و ژنراتورهای الکتریکی است که در تولید بسیاری از دستگاه‌ها (از لوازم‌خانگی گرفته تا تجهیزات بزرگ صنعتی و خودرو) استفاده می‌شود. به همین دلیل است که معرفی کموتاتور و آشنایی با آن اهمیت پیدا می‌کند. در این مطلب قصد داریم شما را با این قطعه، کاربرد، مزایا و معایب آن آشنا کنیم.

رونکیس را بخوانید!

کموتاتور چیست؟

کموتاتور (commutator) قطعه‌ای است که در موتورها و ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شود و می‌تواند جریان بین قسمت ثابت و متحرک موتور را انتقال دهد. کاربرد کموتاتور چیست؟ این قطعه در موتورهای DC (جریان مستقیم) کاربرد دارد و قادر است با تغییر جهت جریان در سیم‌پیچ روتور، حرکت چرخشی را در یک‌جهت ایجاد کند. در واقع کموتاتور با ایجاد این تغییر، جریان برق را در موتور جمع می‌کند.

اگر قرار باشد این قطعه را به طور کامل برای شما توصیف کنیم باید بگوییم:

«کموتاتور به شکل استوانه‌ای لغزان است و از دو نیم‌کره تشکیل شده است که در وسط آن یک شکاف قرار دارد. این قطعه به‌صورت چرخشی عمل می‌کند و هر یک از این نیم‌کره‌ها از همدیگر جدا هستند. این قطعه برای اینکه بتواند تغییر جریان برق بین بخش‌های مختلف موتور را انجام دهد، کاربرد دارد.»

کموتاتور را از آلیاژهایی باقدرت رسانایی بالا تهیه می‌کنند که از جمله باید به مس اشاره کنیم و در مواردی هم فلز آلومینیوم در آن به کار می‌رود. این حلقه به شکل استوانه‌ای است که هر یک از بخش‌های حلقه به انتهای یکی از سیم‌پیچ‌های آرمیچر متصل می‌شود. حالا اگر آرمیچر موتور چندین سیم‌پیچی داشته باشد، کموتاتور هم به همان اندازه از چند بخش تشکیل می‌شود. به‌طوری‌که هر بخش باید به یکی از سیم‌پیچ‌ها متصل شود.

در دو سمت این قطعه، دو جاروبک (Brush) یا زغال قرار دارد که بر روی پایه‌های فنری نصب می‌شوند. زمانی که کموتاتور می‌چرخد، با این جاروبک‌ها تماس پیدا می‌کند. در نتیجه این تماس هم جریان برق بین آن‌ها سوئیچ می‌شود. 

نحوه عملکرد کموتاتور در موتور و ژنراتور

کموتاتور به‌منظور تغییر جهت میدان کموتاسیون در سیم‌پیچی آرمیچر می‌شود تا نیروی گشتاور ثابت در یک‌جهت تولید شود. در واقع کموتاتور می‌تواند جهت جریان بین روتور و مدار خارجی در موتور یا ژنراتور الکتریکی را تغییر دهد. به‌طوری‌که در موتور، توان الکتریکی را به روتور منتقل کند. اما در ژنراتورها برای جمع‌آوری توان الکتریکی همین فرایند را طی می‌کند.

به همین دلیل از این قطعه برای ساخت بسیاری از دستگاه‌ها و ماشین‌هایی که به تولید نیروی گشتاور نیاز دارند، استفاده می‌شود. به‌طوری‌که با تغییر جهت جریان برق در سیم‌پیچ آرمیچر موتور، می‌تواند نیروی چرخشی (نیروی گشتاور) را ایجاد کند.

نحوه عملکرد کموتاتور در موتور

در موتور قطب شمال آرمیچر به قطب جنوب استاتور متصل می‌شود. استاتور از جنس فولاد است و روی آن یک قطعه آهنربا نصب می‌شود. به‌محض اینکه جریان برق به آن می‌رسد، میدان مغناطیسی ایجاد کرده و این نیرو باعث چرخش روتور می‌شود. 

با چرخش روتور، میدان آن با میدان استاتور همسو می‌شود. در همین زمان جهت کموتاتور تغییر می‌کند. در واقع باید گفت ولتاژ سیم‌پیچ‌های موتور ماهیت متناوب دارد، اما وقتی کموتاتور روی موتور نصب شود، آن را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند. 

مقاله “الکترو موتور ضدآب چیست؟” از مجله رونیکس را مطالعه کنید

نحوه عملکرد کموتاتور در ژنراتور

در ژنراتورها نیز جریان تولید شده در سیم‌پیچ‌ها توسط کموتاتور انتخاب می‌شود تا جهت جریان برق در هر نیم دور تغییر کند. در ژنراتورها گشتاور مکانیکی به شفت انتقال پیدا می‌کند و سپس حرکت سیم‌پیچی را در میدان مغناطیسی ثابت نگه می‌دارد تا در آن جریان تولید کند. این پروسه باعث همسوسازی مکانیکی می‌شود و به دنبال آن، جریان متغیر سیم‌پیچ‌ها به جریان مستقیم در مدار بار خروجی تبدیل می‌شود.

دلیل استفاده از کموتاتور چیست؟

در ژنراتورها و موتورهای الکتریکی یک بازوی میله‌ای وجود دارد که به دلیل نیروی گشتاور تولید شده (توسط آرمیچر)، با زاویه سیم‌پیچ تغییر می‌کند. به‌طوری‌که آرمیچر نسبت به میدان مغناطیسی استاتور حالت عمود (قائم) پیدا می‌کند و دیگر نیروی گشتاور تولید نمی‌شود. اما وقتی کموتاتور بر روی ژنراتور یا موتور نصب می‌شود، می‌تواند آرمیچر را در جهت درست قرار دهد تا دوباره گشتاور موردنیاز موتور ایجاد شود.

کموتاتور باعث انتقال امن و مداوم جریان به روتور می‌شود و به همین دلیل است که از آن در نیروگاه‌های حرارتی، هسته‌ای و برق استفاده می‌شود. در واقع انتقال دائم و بی‌وقفه برق مهم‌ترین دلیلی است که استفاده از کموتاتور در این نیروگاه‌ها را ضروری می‌کند. از سوی دیگر هزینه‌های نگهداری و تعمیرات را نیز کاهش می‌دهد و از سوی دیگر باعث بالارفتن راندمان تولید برق می‌شود.

با توجه ‌به این کاربرد، به‌طورکلی از این قطعه برای موتورها و ژنراتورهای زیر استفاده می‌شود

• استفاده برای موتورهای DC: از جمله دستگاه‌هایی که به موتورهای DC با کموتاتور نیاز دارند باید به پنکه، جاروبرقی، ماشین لباسشویی، پمپ، دریل برقی رونیکس، اره برقی رونیکس، فرز برقی، جرثقیل و استارت خودرو و بالابر اشاره کنیم.
• استفاده برای ژنراتورهای DC: دستگاه‌هایی که به این ژنراتورها نیاز دارند شامل خودرو، ژنراتورهای بادی و خورشیدی و ژنراتورهای دیزلی است.

مزیت‌های کموتاتور چیست؟

همان‌طور که به دلایل استفاده از این قطعه اشاره کردیم، باید در مورد مزیت‌های آن نیز صحبت کنیم که عبارتند از:

• کنترل آسان سرعت موتور: وقتی ولتاژ ورودی به موتور تغییر می‌کند، جهت جریان در سیم‌پیچ‌ها نیز تغییر می‌کند و در نتیجه به‌راحتی می‌توان سرعت چرخش موتور را کنترل کرد.
• بالابودن گشتاور: کموتاتور در موتورها و ژنراتورهای DC می‌تواند در سرعت پایین، گشتاور بالایی ایجاد کند. در نتیجه این قطعه برای جرثقیل و بالابر کاربردی است.
• قابلیت ترمزگرفتن: ازآنجاکه کموتاتور با تغییر جهت جریان در سیم‌پیچ‌ها وارد عمل می‌شود، می‌توان با معکوس‌کردن جریان به راحتی ترمزگیری کرد.
• سادگی تعمیر: کموتاتور از نظر ساختار بسیار ساده است و به همین دلیل به‌راحتی تعمیر می‌شود.
• هزینه نگهداری: این قطعه نسبت به کلکتور هزینه نگهداری کمتری دارد.
• بالابودن راندمان: با وجود اصطکاک بین کموتاتور و براش‌ها، باز هم راندمان موتورها و ژنراتورهای DC با کمک این قطعه بالاست.
• بالابودن طول عمر قطعه: کموتاتور اگر به‌درستی نگهداری شوند، طول عمر بالایی دارند و می‌توان آن‌ها را روی انواع موتور و ژنراتور نصب کرد.

مقاله ” موتور الکتریکی یا الکتروموتور چیست؟” از مجله رونیکس را مطالعه کنید 

معایب کموتاتور

از نظر برخی از کسانی که با دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی سروکار دارند، کموتاتور به طور مدام با جاروبک‌ها اصطکاک دارد که باعث نویز و جرقه‌زنی می‌شود. به همین دلیل به‌مرورزمان این اصطکاک به کموتاتور و حتی جاروبک‌ها آسیب وارد می‌کند. از سوی دیگر این اصطکاک باعث ازبین‌رفتن بخشی از انرژی موتور می‌شود و سرعت و قدرت آن را کاهش می‌دهد. نویز و جرقه در حین عملکرد مورد از دیگر مشکلاتی است که در حین روشن‌شدن دستگاه ایجاد می‌شود.

همچنین یکی دیگر از ایراداتی که به کموتاتور گرفته می‌شود، نیاز به تعمیر مداوم است. زیرا در اثر تماس مداومی که با براش‌ها پیدا می‌کند، ساییده می‌شود که باید بعد از مدتی آن را تعویض کنید.

سخن آخر

کموتاتور از جمله قطعات بسیار مهم برای تغییر جریان در موتورها و ژنراتورهای الکتریکی است که با سوئیچ جهت جریان در سیم‌پیچ روتور، می‌تواند حرکت چرخشی را در یک‌جهت ایجاد کند. استفاده از این قطعه مزیت‌های زیادی دارد که از جمله باید به کنترل آسان موتور و افزایش راندمان اشاره کنیم. البته کموتاتور معایبی نیز دارد که در پایان این مطلب رونیکس به آن‌ها اشاره کردیم. امیدواریم آنچه گفته شد برایتان مفید بوده باشد.

سوالات متداول

1- نقش کموتاتور در موتورهای الکتریکی چیست؟
کموتاتور به‌عنوان وسیله‌ای برای انتقال و تغییر جهت جریان در موتورهای الکتریکی به کار می‌رود. درواقع با این تبدیل جهت جریان نیروی گشتاور موردنیاز برای آرمیچر وسایل برقی چرخشی مانند لوازم‌خانگی (همزن برقی، لباسشویی، پنکه و …) و دیگر ماشین‌آلاتی که با موتور مستقیم کار می‌کنند و نیاز به نیروی گشتاور دارند، تولید می‌شود.
2- عملکرد کموتاتور در موتورهای الکتریکی با ژنراتورها چه تفاوتی دارد؟
در موتورهای الکتریکی کموتاتور موجب تغییر جهت جریان میان روتور و مدار خارجی می‌شود، اما در ژنراتورها این وسیله وظیفه جمع‌آوری توان به روشی مشابه را بر عهده دارد.
3-ابزارآلات رونیکس را چطور خریداری کنیم؟
برای خرید ابزارآلات رونیکس و دیگر تولیدات این برند می‌توانید به ابزارفروشان سراسر کشور مراجعه کنید.