استاتور و روتور چیست؟

روتور و استاتور دو بخش اصلی در ساختمان تمام الکتروموتورها هستند و بدون آن‌ها نمی‌توان وجودی را برای موتور تصور کرد. روتور و استاتور در انواع الکتروموتورها مانند موتورهای آسنکرون (القایی)، سنکرون تک فاز و سه فاز و موتورهای DC استفاده می‌شوند. 

در این مقاله قصد داریم با کاربرد، عملکرد و انواع روتور و استاتور آشنا شویم و در نتیجه درک عمیق‌تری از نحوه کار الکتروموتورها به دست آوریم. برای بیشتر با بخش‌های مختلف الکتروموتور، می‌توانید مقاله اجزای الکتروموتور را مطالعه کنید.

استاتور چیست؟

استاتور قسمت ثابت یا ساکن الکتروموتور است که وظیفه هدایت میدان مغناطیسی درون موتور را بر عهده دارد. استاتور از چندین صفحه فلزی تشکیل شده و در بدنه آن شیارهایی برای قرار گرفتن سیم‌پیچ‌ها ایجاد شده است. سیم‌پیچ‌ها درون شیارها جای می‌گیرند و با عبور جریان از آن‌ها یک میدان مغناطیسی در استاتور ایجاد می‌شود. ساختار استاتور به جای اینکه یکپارچه باشد از چند ورق فولادی تشکیل شده تا تلفات جریان‌های گردابی در استاتور کاهش یابد.

وظیفه و کاربرد استاتور چیست؟

همان طور که گفته شد استاتور یک قطعه استوانه‌ای شکل و ساکن الکتروموتور است که سیم‌پیچ‌های آن با اتصال به منبع تغذیه برق، یک میدان مغناطیسی در استاتور ایجاد می‌کنند. 
این میدان مغناطیسی در برهم‌کنش با جریان‌های القایی در روتور، گشتاوری تولید می‌کند که باعث چرخش روتور می‌شود. بنابراین می‌توان گفت وظیفه اصلی استاتور ایجاد بستری برای چرخیدن روتور است.

اجزای استاتور

استاتور از بخش‌های اصلی زیر تشکیل شده است:

1) هسته استاتور

هسته بخش اصلی استاتور است که از لایه‌های فلزی از جنس فولاد سیلیکونی ساخته می‌شود. این ساختار لایه‌ای، جریان‌های گردابی درون هسته و تلفات را کاهش می‌دهد. 

در هسته استاتور شیارهایی برای جایگذاری سیم‌پیچ‌ها ایجاد می‌شود.

2) سیم‌پیچ‌های استاتور

تعداد و جایگذاری سیم‌پیچ‌ها به نوع و کاربرد الکتروموتورها بستگی دارد. در موتورهای القایی سه فاز سیم‌پیچ‌ها به گونه‌ای چیده می‌شوند که یک میدان مغناطیسی دوار در استاتور ایجاد می‌شود. سیم‌پیچ‌ها از جنس مس یا آلومینیوم هستند و هر دسته سیم‌پیچ از هسته و بقیه سیم‌پیچ‌ها عایق شده است.

در موتورهای تک فاز علاوه بر سیم‌پیچ اصلی، یک سیم‌پیچ کمکی یا راه‌انداز نیز برای ایجاد میدان مغناطیسی دوار جایگذاری می‌شود، زیرا سیم پیچ اصلی به تنهایی نمی‌تواند میدان دوار را ایجاد کند.

3) قاب استاتور

هسته استاتور همراه با سیم‌پیچی آن درون یک قاب فلزی محافظ قرار می‌گیرد.

انواع استاتور

تغذیه الکتروموتورهای جریان متناوب (AC) ممکن است تک فاز یا سه فاز باشد. الکتروموتورهای تک فاز یک سیم پیچ اصلی و الکتروموتور سه فاز سه سیم پیچ اصلی دارند؛ برای همین استاتور آن‌ها نیز با هم متفاوت است.

استاتور سه فاز

هنگامی که سه فاز جریان متناوب به سیم‌پیچ‌های استاتور اعمال می‌شود، سه میدان مغناطیسی متغیر در داخل هسته استاتور ایجاد می‌شود. به دلیل اختلاف زاویه الکتریکی 120 درجه بین سیم‌پیچ‌ها، این سه میدان مغناطیسی با هم جمع شده و یک میدان مغناطیسی گردان را ایجاد می‌کنند. میدان مغناطیسی چرخان با برهمکنش با روتور، نیرویی را به روتور وارد می‌کند و باعث چرخش آن می‌شود.

استاتور تک فاز

در الکتروموتور تک فاز بر خلاف الکتروموتورهای سه فاز به خودی خود امکان تولید میدان گردان وجود ندارد و برای این منظور بایستی از سیم پیچ کمکی یا راه انداز استفاده کرد؛ بنابراین در استاتور تک فاز دو دسته سیم پیچ قرار می‌گیرد. 

روتور چیست؟

در دینام‌ها و موتورهای الکتریکی و نیز ژنراتورها، روتور قطعه استوانه‌ای شکل متحرکی است که  از ورقه‌های نازک فلزی ساخته شده که درون آن میله‌ها (روتور قفس سنجابی) یا سیم‌پیچ‌هایی از جنس آلومینیوم یا مس (روتور سیم پیچی شده) قرار دارد. روتور در اثر واکنش میدان مغناطیسی آن با میدان مغناطیسی درون استاتور، می‌چرخد و شفت را نیز می‌چرخاند.

وظیفه و کاربرد روتور چیست؟

روتور یکی از اجزای اصلی در هر موتور الکتریکی است که وظیفه اصلی آن تولید حرکت چرخشی است. این قطعه که در مرکز موتور و با فاصله هوایی از استاتور قرار دارد، با دریافت انرژی الکتریکی از سیم‌پیچ‌ها و تبدیل آن به انرژی مکانیکی، باعث چرخش موتور می‌شود.

اجزای روتور

روتور نیز همچون استاتور از بخش مختلفی تشکیل شده است. بخش اصلی روتور هسته آن است که از لایه‌های ورق‌های فولادی تشکیل شده است. دلیل وجود لایه‌های مختلف کاهش تلفات در اثر جریان‌های گردابی هسته است.

علاوه بر هسته، بسته به نوع روتور، در داخل شیارهای هسته آن میله یا سیم پیچ‌هایی قرار می‌گیرند که وظیفه آن‌ها تولید جریان و گشتاور برای چرخش روتور است.

انواع روتور

روتورها بر اساس نوع موتور الکتریکی، در انواع مختلف وجود دارند که در ادامه با هم بررسی می‌کنیم.

روتور قفس سنجابی

ساده‌ترین و پرکاربردترین نوع روتور، قفس سنجابی است. این نوع روتور از میله‌های مسی یا آلومینیومی تشکیل شده که در شیارهای هسته روتور قرار گرفته‌اند. دو سر این میله‌ها را با حلقه‌هایی به همدیگر متصل می‌کنند و در نهایت شکلی شبیه به یک قفس سنجاب ایجاد می‌شود. هنگامی که میدان مغناطیسی دوار استاتور در روتور القا می‌شود، جریان‌های القایی در میله‌های روتور ایجاد و در نتیجه گشتاور چرخشی ایجاد می‌شود.

از مزایای این نوع روتورها می‌توان به ساختار ساده، هزینه ساخت پایین، استحکام بالا و قابلیت تحمل اضافه بار اشاره کرد. از روتورهای قفس سنجابی در موتورهای القایی تک فاز و سه فاز با کاربردهای عمومی مانند پمپ‌ها، فن‌ها و کمپرسورها استفاده می‌شود.

روتور سیم پیچی شده

در این نوع روتور، به جای استفاده از میله در روتور، آن را سیم‌پیچی می‌کنند و انتهای سیم‌پیچ را به حلقه‌های لغزشی وصل می‌کنند. این سرسیم‌های خروجی از روتور، قابل دسترسی‌اند و می‌توان با اضافه کردن مقاومت به سیم‌پیچ‌ها سرعت و گشتاور موتور را تغییر داد.

افزودن مقاومت به سیم پیچ، گشتاور راه اندازی را افزایش می‌دهد. پس از راه اندازی می‌توان مقاومت را کاهش و سرعت موتور را افزایش داد. گشتاور راه اندازی بالا، راه اندازی نرم و امکان کنترل سرعت از مزایای موتورهای با روتور سیم‌پیچی شده هستند. با این حال هزینه ساخت بالاتر و راندمان کمتری از روتورهای قفس سنجابی دارند.
از موتورهای با روتور سیم پیچی، در جرثقیل‌ها، بالابرها، ماشین‌آلات صنعتی، تجهیزات حمل و نقل و پمپ‌های بزرگ استفاده می‌شود.

روتور قطب برجسته

روتور قطب برجسته از یک آهنربای بزرگ با قطب‌هایی از جنس ورقه‌های فولادی ساخته شده است تا از ایجاد جریان‌های گردابی جلوگیری شود. قطب‌های آن از هسته روتور بیرون زده‌اند. قطب‌ها با جریان مستقیم یا آهنربای دائمی، مغناطیسی می‌شوند. این میدان مغناطیسی با میدان مغناطیسی دوار استاتور برهمکنش کرده و باعث ایجاد گشتاور می‌شود. در نتیجه، روتور با سرعت سنکرون با میدان مغناطیسی استاتور می‌چرخد.
موتورهای با قطب برجسته، گشتاور راه اندازی بالایی دارند؛ به دلیل ساختار مکانیکی قوی، پایداری خوبی در مقابل نوسانات بار دارند و در عین حال به خاطر ساختار ساده‌ای که دارند و به راحتی قابل تعمیر و نگهداری هستند. البته به دلیل ساختار سنگین، ابعاد بزرگتری دارد و سرعت عملکرد آن نسبت به سایر انواع روتور پایین‌تر است؛ همچنین به دلیل استفاده از مواد بیشتر و فرآیند ساخت پیچیده‌تر، هزینه ساخت آن بالاتر است.
از این نوع روتورها در ژنراتورهای بزرگ در نیروگاه‌های برق و نیز موتورهای سنکرون بزرگ در کاربردهایی که نیاز به گشتاور راه اندازی بالا و پایداری خوب دارند، مانند پمپ‌ها و کمپرسورهای بزرگ، استفاده می‌شود.

روتور استوانه‌ای

روتور استوانه‌ای شکل از یک شفت فولادی ساخته شده است که دارای شکاف‌هایی در امتداد طول آن برای نگه داشتن سیم‌پیچ‌های میدان روتور است. سیم‌پیچ‌های میدان روتور به صورت تسمه‌های مسی لایه‌ای است که در داخل شیارها قرار می‌گیرند و توسط گوه‌هایی محکم می‌شوند. سیم‌پیچ‌ها در انتهای روتور توسط حلقه‌های لغزشی نگه داشته می‌شوند.

هنگامی که جریان مستقیم به سیم‌پیچ‌های روتور اعمال می‌شود، یک میدان مغناطیسی در روتور ایجاد می‌شود. این میدان مغناطیسی با میدان مغناطیسی دوار استاتور واکنش می‌دهد و باعث ایجاد گشتاور می‌شود. در نتیجه، روتور با سرعت سنکرون با میدان مغناطیسی استاتور می‌چرخد.

موتورهای با روتور استوانه‌ای به دلیل ساختار ساده، ابعاد کوچک‌تر و سرعت عملکرد بهتری از روتور قطب برجسته دارند.

برخی از موارد کاربرد روتورهای استوانه‌ای عبارت‌اند از:

• موتورهای القایی: در صنایع مختلف مانند پمپ‌ها، فن‌ها، کمپرسورها و ...
• ژنراتورها: برای تولید برق در نیروگاه‌ها
• سرعت‌گیرها: برای کنترل سرعت موتورها
• تجهیزات کنترل صنعتی: مانند سرو موتورها

تفاوت آرمیچر و روتور چیست؟

آرمیچر و روتور دو بخش مهم در بسیاری از موتورهای الکتریکی هستند که در خیلی مواقع با هم اشتباه گرفته می‌شوند. هرچند هر دو جزء در تولید گشتاور و حرکت دورانی نقش دارند، اما تفاوت‌های مهمی بین آن‌ها وجود دارد. 

آرمیچر: به سیم‌پیچ متحرکی گفته می‌شود که در یک میدان مغناطیسی قرار گرفته و در هنگام عبور جریان الکتریکی، نیرویی به آن اعمال می‌شود که باعث چرخش آن می‌شود.
محل قرارگیری آرمیچر در انواع مختلف موتورها متفاوت است. در برخی موتورها، آرمیچر روی روتور قرار می‌گیرد و در برخی دیگر روی استاتور. وظیفه اصلی آرمیچر تولید نیروی محرکه (گشتاور) است.
روتور: روتور به بخش متحرک یک موتور الکتریکی گفته می‌شود که معمولاً حول یک محور می‌چرخد و وظیفه آن تولید نیروی مکانیکی است. روتور همیشه درون موتور و در مقابل استاتور قرار دارد.
روتور معمولاً حامل سیم‌پیچ‌ها یا هادی‌هایی است که جریان الکتریکی از آن‌ها عبور می‌کند و باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود. این میدان مغناطیسی با میدان مغناطیسی استاتور برهمکنش کرده و باعث چرخش روتور می‌شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص این قطعه، می‌توانید مقاله آرمیچر چیست را مطالعه کنید.

تفاوت روتور و استاتور چیست؟ 

از لحاظ ماهیتی و عملکردی، روتور و استاتور دو چیز کاملا متفاوت از یکدیگر هستند. با این حال اگر بخواهیم تفاوت‌های میان روتور و استاتور را نام ببریم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

جمع‌بندی

در این مقاله به طور کامل به معرفی، عملکرد، انواع و اجزای روتور و استاتور که دو بخش اصلی در هر موتور الکتریکی هستند، پرداختیم. اساس کار موتورهای الکتریکی به این شکل است که با عبور جریان از سیم پیچ‌های استاتور، یک میدان الکتریکی درون آن ایجاد می‌شود. همچنین در اثر القای این میدان در سیم پیچ روتور یا با عبور جریان DC از آن، جریان سیم پیچ روتور با میدان مغناطیسی استاتور واکنش داده و گشتاوری ایجاد می‌شود که روتور را به حرکت درمی‌آورد.