در مهندسی برق، ماشین الکتریکی یک اصطلاح کلی برای ماشین هایی است که از نیروهای الکترومغناطیسی استفاده می کنند، مانند موتورهای الکتریکی، ژنراتورهای الکتریکی و غیره. آنها مبدل های انرژی الکترومکانیکی هستند: یک موتور الکتریکی الکتریسیته را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند در حالی که یک ژنراتور الکتریکی، نیروی مکانیکی را به برق تبدیل می کند. قطعات متحرک در یک ماشین می توانند دوار (ماشین های دوار) یا خطی (ماشین های خطی) باشند. علاوه بر موتورها و ژنراتورها، دسته سومی که اغلب شامل ترانسفورماتورها می‌شود، که اگرچه هیچ بخش متحرکی ندارند، مبدل‌های انرژی نیز هستند که سطح ولتاژ جریان متناوب را تغییر می‌دهند.[1]

ماشین‌های الکتریکی به شکل ژنراتور، تقریباً تمام نیروی الکتریکی روی زمین را تولید می‌کنند و در قالب موتورهای الکتریکی تقریباً 60٪ از کل نیروی الکتریکی تولید شده را مصرف می‌کنند. ماشین‌های الکتریکی در اواسط قرن نوزدهم توسعه یافتند و از آن زمان تا کنون جزء زیرساخت‌های موجود در همه جا بوده‌اند. توسعه فناوری ماشین های الکتریکی کارآمدتر برای هر گونه حفاظت جهانی، انرژی سبز یا استراتژی انرژی جایگزین بسیار مهم است. ژنراتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. یک ژنراتور الکترون ها را مجبور می کند از طریق یک مدار الکتریکی خارجی جریان پیدا کنند. تا حدودی مشابه پمپ آب است که جریان آب ایجاد می کند اما آب داخل آن ایجاد نمی شود. منبع انرژی مکانیکی، محرک اصلی، ممکن است یک موتور بخار رفت و برگشتی یا توربین، آب در حال سقوط از طریق توربین یا چرخ آبی، یک موتور احتراق داخلی، یک توربین بادی، یک میل لنگ دستی، هوای فشرده یا هر منبع انرژی مکانیکی دیگری باشد.

دو بخش اصلی یک ماشین الکتریکی را می توان به دو صورت مکانیکی یا الکتریکی توصیف کرد. از نظر مکانیکی، روتور قسمت دوار و استاتور قسمت ثابت یک ماشین الکتریکی است. در اصطلاح الکتریکی، آرمیچر جزء تولید کننده نیرو و میدان جزء میدان مغناطیسی یک ماشین الکتریکی است. آرمیچر می تواند روی روتور یا استاتور باشد. میدان مغناطیسی می تواند توسط آهنرباهای الکتریکی یا آهنرباهای دائمی نصب شده بر روی روتور یا استاتور تامین شود. ژنراتورها به دو نوع ژنراتور AC و ژنراتور DC طبقه بندی می شوند.

ژنراتور AC
یک ژنراتور AC انرژی مکانیکی را به برق جریان متناوب تبدیل می کند. از آنجایی که توان انتقال یافته به مدار میدان بسیار کمتر از توان انتقال یافته به مدار آرمیچر است، ژنراتورهای AC تقریباً همیشه سیم پیچ میدان را روی روتور و سیم پیچ آرمیچر روی استاتور دارند.

ژنراتورهای AC به چند نوع طبقه بندی می شوند.

در یک ژنراتور القایی، شار مغناطیسی استاتور باعث القای جریان در روتور می شود. سپس محرک اصلی، روتور را بالاتر از سرعت سنکرون هدایت می‌کند و باعث می‌شود که شار روتور مخالف سیم‌پیچ‌های استاتر را قطع کند و جریان فعال را در سیم‌پیچ‌های استاتر تولید کند، سروو موتور در نتیجه نیرو را به شبکه الکتریکی بازگرداند. یک ژنراتور القایی توان راکتیو را از سیستم متصل می‌گیرد و بنابراین نمی‌تواند منبع انرژی مجزا باشد.
در یک ژنراتور سنکرون (آلترناتور)، جریان برای میدان مغناطیسی توسط یک منبع جریان DC جداگانه تامین می شود.
ژنراتور DC
ژنراتور DC ماشینی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی جریان مستقیم تبدیل می کند. یک ژنراتور DC به طور کلی دارای یک کموتاتور با حلقه تقسیم برای تولید جریان مستقیم به جای جریان متناوب است.

موتور

موتور الکتریکی.
مقاله اصلی: موتور الکتریکی
یک موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. در فرآیند معکوس ژنراتورهای الکتریکی، اکثر موتورهای الکتریکی از طریق میدان های مغناطیسی برهم کنش و هادی های حامل جریان برای تولید نیروی چرخشی عمل می کنند. موتورها و ژنراتورها شباهت های زیادی دارند و انواع بسیاری از موتورهای الکتریکی را می توان به عنوان ژنراتور کار کرد و بالعکس. موتورهای الکتریکی در کاربردهای مختلفی مانند فن های صنعتی، دمنده ها و پمپ ها، ماشین ابزار، لوازم خانگی، ابزارهای برقی و دیسک درایوها یافت می شوند. آنها ممکن است با جریان مستقیم یا جریان متناوب تغذیه شوند که منجر به دو طبقه بندی اصلی می شود: موتورهای AC و موتورهای DC.

موتور AC
مقاله اصلی: موتور AC
یک موتور AC جریان متناوب را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. معمولاً از دو بخش اصلی تشکیل شده است، یک استاتور ثابت بیرونی که دارای سیم پیچ هایی با جریان متناوب برای تولید میدان مغناطیسی دوار است و یک روتور داخلی متصل به شفت خروجی که توسط میدان دوار به آن گشتاور داده می شود. دو نوع اصلی موتورهای AC بر اساس نوع روتور مورد استفاده متمایز می شوند.

موتور القایی (ناهمزمان)، میدان مغناطیسی روتور توسط یک جریان القایی ایجاد می شود. روتور باید کمی کندتر (یا سریعتر) از میدان مغناطیسی استاتور بچرخد تا جریان القایی را فراهم کند. سه نوع روتور موتور القایی وجود دارد که عبارتند از: روتور قفس سنجابی، روتور زخمی و روتور هسته جامد.
موتور سنکرون، به القایی متکی نیست و بنابراین می تواند دقیقاً در فرکانس عرضه یا زیر چندگانه بچرخد. میدان مغناطیسی روتور است

یا توسط جریان مستقیم ارسال شده از طریق حلقه های لغزنده (تحریک کننده) یا توسط یک آهنربای دائمی تولید می شود.
موتور DC
مقاله اصلی: موتور DC
موتور الکتریکی DC برس خورده با استفاده از کموتاسیون داخلی، آهنرباهای دائمی ثابت و آهنرباهای الکتریکی دوار، گشتاور مستقیماً از برق DC عرضه شده به موتور تولید می کند. برس‌ها و فنرها جریان الکتریکی را از کموتاتور به سیم‌پیچ‌های سیم چرخان روتور داخل موتور منتقل می‌کنند. موتورهای DC بدون جاروبک از آهنربای دائمی دوار در روتور و آهنرباهای الکتریکی ثابت روی محفظه موتور استفاده می کنند. یک کنترلر موتور DC را به AC تبدیل می کند. این طراحی ساده تر از موتورهای برس خورده است زیرا عارضه انتقال نیرو از خارج موتور به روتور چرخان را از بین می برد. نمونه ای از موتورهای DC بدون جاروبک و سنکرون یک موتور پله ای است که می تواند یک چرخش کامل را به تعداد زیادی پله تقسیم کند.

سایر ماشین های الکترومغناطیسی
سایر ماشین های الکترومغناطیسی عبارتند از Amplidyne، Synchro، Metadyne، کلاچ جریان گردابی، ترمز جریان گردابی، دینامومتر جریان گردابی، دینامومتر Hysteresis، مبدل چرخشی و مجموعه Ward Leonard. مبدل چرخشی ترکیبی از ماشین هایی است که به عنوان یکسو کننده مکانیکی، اینورتر یا مبدل فرکانس عمل می کنند. مجموعه Ward Leonard ترکیبی از ماشین هایی است که برای کنترل سرعت استفاده می شود. از دیگر ترکیبات ماشینی می توان به سیستم های Kraemer و Scherbius اشاره کرد.

تبدیل کننده

تبدیل کننده.
مقاله اصلی: ترانسفورماتور
ترانسفورماتور وسیله ای استاتیک است که جریان متناوب را از یک سطح ولتاژ به سطح دیگر (بالاتر یا پایین تر) یا به همان سطح بدون تغییر فرکانس تبدیل می کند. یک ترانسفورماتور انرژی الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر از طریق هادی های جفت شده القایی - سیم پیچ های ترانسفورماتور - منتقل می کند. جریان الکتریکی متغیر در سیم پیچ اول یا اولیه، شار مغناطیسی متغیری را در هسته ترانسفورماتور ایجاد می کند و در نتیجه یک میدان مغناطیسی متغیر از طریق سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی متغیر یک نیروی الکتروموتور (emf) یا "ولتاژ" متغیر در سیم پیچ ثانویه القا می کند. این اثر القای متقابل نامیده می شود.

سه نوع ترانسفورماتور وجود دارد

ترانسفورماتور استپ آپ
ترانسفورماتور کاهنده
ترانسفورماتور ایزولاسیون
بر اساس ساختار چهار نوع ترانسفورماتور وجود دارد

نوع هسته
نوع پوسته
نوع قدرت
نوع ساز
ماشین های روتور الکترومغناطیسی
ماشین‌های روتور الکترومغناطیسی ماشین‌هایی هستند که دارای نوعی جریان الکتریکی در روتور هستند که میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با سیم‌پیچ‌های استاتور در تعامل است. جریان روتور می تواند جریان داخلی در یک آهنربای دائمی (ماشین PM)، جریانی که از طریق برس ها به روتور می رسد (ماشین برس) یا جریانی که در سیم پیچ های روتور بسته توسط یک میدان مغناطیسی متغیر (ماشین القایی) تنظیم می شود.

ماشین های آهنربای دائمی
ماشین های PM دارای آهنرباهای دائمی در روتور هستند که یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. نیروی حرکتی مغناطیسی در یک PM (ناشی از چرخش الکترون‌ها با اسپین هم‌تراز) عموماً بسیار بیشتر از آنچه در یک سیم‌پیچ مسی ممکن است، است. با این حال، سیم پیچ مسی را می توان با یک ماده فرومغناطیسی پر کرد، که به سیم پیچ مقاومت مغناطیسی بسیار کمتری می دهد. هنوز میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط PM های مدرن (مگنت های نئودیمیوم) قوی تر است، به این معنی که ماشین های PM گشتاور/حجم و نسبت گشتاور/وزن بهتری نسبت به ماشین هایی با سیم پیچ روتور تحت کار مداوم دارند. این ممکن است با معرفی ابررساناها در روتور تغییر کند.

از آنجایی که آهنرباهای دائمی در یک ماشین PM در حال حاضر عدم تمایل مغناطیسی قابل توجهی را ایجاد می کنند، بنابراین عدم تمایل در شکاف هوا و سیم پیچ ها اهمیت کمتری دارند. این آزادی قابل توجهی را هنگام طراحی ماشین های PM می دهد.

معمولاً می‌توان ماشین‌های الکتریکی را برای مدت کوتاهی بارگذاری کرد تا زمانی که جریان موجود در کویل‌ها، قسمت‌هایی از ماشین را تا دمایی گرم کند که باعث آسیب شود. ماشین‌های PM می‌توانند به میزان کمتری در معرض چنین اضافه‌باری قرار بگیرند، زیرا جریان بیش از حد زیاد در سیم‌پیچ‌ها می‌تواند میدان مغناطیسی آنقدر قوی ایجاد کند که آهن‌رباها را از بین ببرد.

ماشین های برس خورده
ماشین‌های برس‌دار ماشین‌هایی هستند که سیم‌پیچ روتور از طریق برس‌ها به همان روشی که جریان الکتریکی در مسیر ماشین اسلات برقی به ماشین می‌رسد، جریان دارد. برس های بادوام تر را می توان از گرافیت یا فلز مایع ساخت. حتی می توان با استفاده از قسمتی از روتور و استاتور به عنوان ترانسفورماتور که جریان را بدون ایجاد گشتاور انتقال می دهد، برس ها را در «ماشین برس شده» از بین برد. برس ها را نباید با یک کموتاتور اشتباه گرفت. تفاوت این است که برس ها فقط جریان الکتریکی را به روتور متحرک منتقل می کنند در حالی که یک کموتاتور نیز جهت جریان را سوئیچ می کند.

آهن (معمولاً هسته های فولادی چند لایه ساخته شده از ورق فلز) بین سیم پیچ های روتور و دندانه های آهنی بین سیم پیچ های استاتور علاوه بر آهن سیاه در پشت سیم پیچ های استاتور وجود دارد. شکاف بین روتور و استاتور نیز تا حد امکان کوچک است. همه اینها برای به حداقل رساندن عدم تمایل مغناطیسی مدار مغناطیسی انجام می شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ های روتور از آن عبور می کند، چیزی که

h برای بهینه سازی این ماشین ها مهم است.

ماشین‌های برس‌کاری شده بزرگ که با DC به سیم‌پیچ‌های استاتور با سرعت سنکرون کار می‌کنند، رایج‌ترین ژنراتور در نیروگاه‌ها هستند، زیرا توان راکتیو را نیز به شبکه می‌رسانند، زیرا می‌توانند توسط توربین راه‌اندازی شوند و ماشین در این سیستم می‌تواند تولید برق با سرعت ثابت بدون کنترلر این نوع ماشین اغلب در ادبیات به عنوان ماشین سنکرون شناخته می شود.

این دستگاه همچنین می تواند با اتصال سیم پیچ های استاتور به شبکه و تامین AC کویل های روتور از یک اینورتر کار کند. مزیت این است که می توان سرعت چرخش دستگاه را با یک اینورتر با رتبه کسری کنترل کرد. هنگامی که به این ترتیب کار می شود، دستگاه به عنوان دستگاه "القایی" تغذیه دوبل برس خورده شناخته می شود. "القایی" گمراه کننده است زیرا هیچ جریان مفیدی در دستگاهی که توسط القایی راه اندازی می شود وجود ندارد.

ماشین های القایی
ماشین‌های القایی دارای سیم‌پیچ‌های روتور اتصال کوتاه هستند که در آن جریان توسط القایی تنظیم و حفظ می‌شود. این مستلزم آن است که روتور با سرعتی غیر از سرعت سنکرون بچرخد، به طوری که سیم پیچ های روتور در معرض یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد شده توسط سیم پیچ های استاتور قرار می گیرند. ماشین القایی یک ماشین ناهمزمان است.

القایی نیاز به برس ها را که معمولاً بخش ضعیفی در ماشین الکتریکی است، از بین می برد. همچنین امکان طراحی هایی را فراهم می کند که ساخت روتور را بسیار آسان می کند. یک سیلندر فلزی به عنوان روتور کار می کند، اما برای بهبود کارایی معمولاً از روتور "قفس سنجابی" یا روتور با سیم پیچ بسته استفاده می شود. سرعت ماشین‌های القایی ناهمزمان با افزایش بار کاهش می‌یابد زیرا برای تنظیم جریان کافی روتور و میدان مغناطیسی روتور، اختلاف سرعت بیشتر بین استاتور و روتور ضروری است. ماشین‌های القایی ناهمزمان می‌توانند ساخته شوند تا در صورت اتصال به شبکه AC بدون هیچ وسیله کنترلی راه‌اندازی و کار کنند، اما گشتاور راه‌اندازی کم است.

یک مورد خاص می تواند یک ماشین القایی با ابررساناها در روتور باشد. جریان در ابررساناها توسط القایی تنظیم می شود، اما روتور با سرعت سنکرون کار می کند زیرا برای حفظ جریان روتور نیازی به اختلاف سرعت بین میدان مغناطیسی در استاتور و سرعت روتور نخواهد بود.

مورد خاص دیگر دستگاه القایی دو تغذیه بدون جاروبک است که دارای مجموعه دو سیم پیچ در استاتور است. از آنجایی که دو میدان مغناطیسی متحرک در استاتور دارد، صحبت در مورد سرعت سنکرون یا ناهمزمان معنایی ندارد.

ماشین های بی میلی
دستگاه های رلوکتانس هیچ سیم پیچی روی روتور ندارند، فقط یک ماده فرومغناطیسی به شکلی است که "الکترومغناطیس" در استاتور می تواند دندان های روتور را "گرفته" و کمی آن را جلو ببرد. سپس الکترومغناطیس ها خاموش می شوند، در حالی که مجموعه دیگری از آهنرباهای الکتریکی برای حرکت روتور بیشتر روشن می شوند. نام دیگر استپ موتور است و برای سرعت کم و کنترل موقعیت دقیق مناسب است. ماشین‌های رلوکتانس می‌توانند با آهنرباهای دائمی در استاتور برای بهبود عملکرد عرضه شوند. سپس "الکترومغناطیس" با ارسال یک جریان منفی در سیم پیچ "خاموش" می شود. هنگامی که جریان مثبت باشد آهنربا و جریان با یکدیگر همکاری می کنند تا میدان مغناطیسی قوی تری ایجاد کنند که حداکثر گشتاور دستگاه رلوکتانس را بدون افزایش حداکثر مقدار مطلق جریان، بهبود می بخشد.

ماشین های الکترواستاتیک
در ماشین های الکترواستاتیک، گشتاور با جاذبه یا دفع بار الکتریکی در روتور و استاتور ایجاد می شود.

ژنراتورهای الکترواستاتیک با ایجاد بار الکتریکی الکتریسیته تولید می کنند. انواع اولیه ماشین های اصطکاکی بودند، انواع بعدی ماشین های تاثیرگذاری بودند که با القای الکترواستاتیک کار می کردند. ژنراتور Van de Graaff یک ژنراتور الکترواستاتیک است که امروزه هنوز در تحقیقات مورد استفاده قرار می گیرد.

ماشین های هموپولار
ماشین‌های هموپولار ماشین‌های DC واقعی هستند که در آن‌ها جریان از طریق برس‌ها به یک چرخ در حال چرخش می‌رسد. چرخ در میدان مغناطیسی قرار می گیرد و با عبور جریان از لبه به مرکز چرخ از طریق میدان مغناطیسی، گشتاور ایجاد می شود.

سیستم های ماشین های الکتریکی
برای عملکرد بهینه یا عملی ماشین های الکتریکی، سیستم های ماشین های الکتریکی امروزی با کنترل الکترونیکی تکمیل می شوند.

مزایای دنیای واقعی 5G
رابرت فرانک از West Midlands 5G به صحنه آمد تا امکانات 5G را در سراسر بریتانیا و فراتر از آن باز کند. سازمان او در حال همکاری نزدیک با تولیدکنندگان، شرکت‌های کوچک و متوسط، دانشگاه‌ها و بیمارستان‌ها در سراسر منطقه است و برنامه‌های دیجیتال جدیدی را توسعه می‌دهد که به رشد اقتصادی کمک می‌کند و تفاوت واقعی و مثبتی را برای مردم و مشاغل وست میدلندز ایجاد می‌کند.

رابرت فرانک، مدیر عامل WM5G
Wi-Fi 6 و خانه آینده
Airties EVP & CMO Nicholas Fortineau به ما نشان دادند که چه چیزی ممکن است زیرا فناوری‌های Wi-Fi و 5G عملکرد بی‌سابقه‌ای در اتصال را باز می‌کنند. 5G فناوری دسترسی قانع‌کننده‌ای را برای دسترسی به بسیاری از خانه‌ها فراهم می‌کند، اما برای اتصال کلی دستگاه، Wi-Fi فناوری بی‌سیم غالب در خانه است و خواهد ماند.

Fortineau توضیح می‌دهد که چگونه این دو فناوری با هم وجود دارند و یکدیگر را تکمیل می‌کنند، چگونه می‌توان از Wi-Fi 6 برای تخلیه ترافیک داده سلولی 5G استفاده کرد و تجربه Airties در راه‌اندازی اولین آزمایش‌های OpenRoaming مسکونی در جهان.