ما هو المحرك الكهربائي؟
أنواع المحركات الكهربائية
محركات DC
تم بناء أحد المحركات الدوارة الأولى، إن لم يكن الأول، على يد مايكل فاراداي في عام 1821، ويتكون من سلك معلق بحرية مغمور في وعاء من الزئبق. تم وضع مغناطيس دائم في منتصف الحاوية. عند مرور تيار عبر السلك، يدور السلك حول المغناطيس، مما يدل على أن التيار يسبب زيادة في المجال المغناطيسي الدائري حول السلك. وغالبا ما يظهر هذا المحرك في دروس الفيزياء المدرسية، ولكن في بعض الأحيان يتم استخدام المياه المالحة بدلا من مادة الزئبق السامة.
يحتوي محرك التيار المستمر الكلاسيكي على مجموعة من المغناطيسات الكهربائية. يقوم المفتاح الدوار المسمى بالمبدل بعكس اتجاه التيار الكهربائي مرتين في كل دورة بحيث يتدفق عبر عضو الإنتاج وتجذب المغناطيسات الكهربائية وتطرد المغناطيس الدائم خارج المحرك. تعتمد سرعة محرك التيار المستمر على مزيج من الجهد والتيار الذي يمر عبر ملفات المحرك وحمل المحرك أو عزم دوران الكبح.
تعتمد سرعة محرك التيار المستمر على الجهد، ويعتمد عزم الدوران على التيار. عادة، يتم التحكم في السرعة عن طريق الجهد المتغير أو تدفق التيار وباستخدام الصنابير (نوع من المفاتيح لتغيير حالة الملف) في ملف المحرك أو عن طريق وجود مصدر جهد متغير. ونظرًا لأن هذا النوع من المحركات يمكنه توليد عزم دوران عالٍ عند السرعات المنخفضة، فإنه يُستخدم عادةً في تطبيقات الجر مثل القاطرات.
ومع ذلك، هناك العديد من القيود في التصميم الكلاسيكي، وكثير منها يرجع إلى الحاجة إلى فرش للاتصال بالمقوم. يؤدي تآكل الفرش وعاكس التيار إلى حدوث احتكاك، وكلما زادت سرعة المحرك، زادت صعوبة الضغط على الفرش لإجراء اتصال جيد. لا يؤدي هذا الاحتكاك إلى ضوضاء المحرك فحسب، بل يضع أيضًا حدًا أعلى للسرعة ويعني أن المساحات سوف تتآكل في النهاية وتحتاج إلى الاستبدال. يؤدي التوصيل الكهربائي غير الكامل أيضًا إلى حدوث ضوضاء كهربائية في الدائرة المتصلة. يتم التخلص من هذه المشكلات عن طريق تحريك الجزء الداخلي للمحرك إلى الخارج، ووضع المغناطيس الدائم بالداخل والملفات بالخارج للحصول على تصميم بدون فرش.
Coil Motors
يمكن استبدال المغناطيس الدائم الموجود في الجزء الخارجي (الجزء الثابت) من محرك التيار المستمر بمغناطيس كهربائي. عن طريق تغيير تيار المجال (الملف الموجود على المغناطيس الكهربائي) يمكننا تغيير نسبة السرعة إلى عزم الدوران للمحرك. إذا تم وضع ملف المجال في سلسلة مع ملف عضو الإنتاج، فسيكون لدينا محرك منخفض السرعة وعزم دوران عالي، وإذا تم وضعه بالتوازي، سيكون لدينا محرك عالي السرعة ومنخفض عزم الدوران. يمكننا أيضًا تقليل تيار المجال للحصول على سرعة أكبر ولكن بنفس عزم الدوران الأقل. تعتبر هذه التقنية مثالية للجر الكهربائي والعديد من التطبيقات المشابهة، ويمكن أن يؤدي تطبيق هذه التقنية إلى التخلص من معدات علبة التروس الميكانيكية المتغيرة.
محركات عالمية
أحد أنواع محركات التيار المستمر هو المحرك العالمي لحقل الجرح. اسم هذه المحركات مشتق من حقيقة أنه يمكن تشغيل هذه المحركات باستخدام التيار المستمر والتيار المتردد، على الرغم من أن هذه المحركات غالبًا ما تعمل بطاقة التيار المتردد. يعتمد مبدأ تشغيل هذه المحركات على حقيقة أنه عندما يتم توصيل محرك DC ذو ملف المجال بتيار متناوب، يتغير التيار في كل من ملف المجال ولف المحرك (والمجالات المغناطيسية الناتجة) في وقت واحد، وبالتالي إنشاء القوة الميكانيكية سوف تبقى دائما دون تغيير. من الناحية العملية، يجب أن يكون المحرك مصممًا خصيصًا ليكون متوافقًا مع التيار المتردد (يجب أخذ المعاوقة/المفاعلة في الاعتبار)، وسيكون المحرك النهائي عمومًا أقل كفاءة من محرك DC نقي مكافئ. ميزة هذه المحركات هي أنه يمكن تطبيق طاقة التيار المتردد على المحركات التي لها خصائص محرك التيار المستمر، خاصة وأن هذه المحركات تتمتع بعزم دوران مرتفع للغاية وتصميم مضغوط للغاية عند السرعات العالية. الجانب السلبي لهذه المحركات هو مشكلة الصيانة والموثوقية التي يسببها المبدل، ونتيجة لذلك نادرًا ما يتم رؤية هذه المحركات في الصناعات، ولكن محركات التيار المتردد الأكثر شيوعًا موجودة في الأجهزة مثل الخلاطات والأدوات الكهربائية التي تستخدم أحيانًا >>
محركات AC المرحلة المفردة:
المحرك أحادي الطور الأكثر شيوعًا هو المحرك المتزامن ذو القطب المشقوق، والذي يستخدم غالبًا في الأجهزة التي تتطلب عزم دوران منخفض، مثل المراوح الكهربائية وأفران الميكروويف وغيرها من الأجهزة المنزلية الصغيرة. نوع آخر من محركات التيار المتردد أحادية الطور هو المحرك التعريفي، والذي يستخدم غالبًا في الأجهزة الكبيرة مثل الغسالات ومجففات الملابس. بشكل عام، يمكن لهذه المحركات إنتاج عزم دوران أكبر عند بدء التشغيل باستخدام ملف بدء مع مكثف بدء التشغيل ومفتاح طرد مركزي.
أثناء بدء التشغيل، يتم توصيل المكثف وملف بدء التشغيل بمصدر الطاقة من خلال مجموعة من نقاط الاتصال المحملة بنابض على مفتاح الطرد المركزي الدوار. يساعد المكثف على زيادة عزم دوران المحرك. عندما يصل المحرك إلى السرعة المقدرة، يتم تنشيط مفتاح الطرد المركزي، ويتم تنشيط مجموعة الاتصال، وفصل المكثف وملف بدء السلسلة من مصدر الطاقة، وفي هذا الوقت يعمل المحرك فقط مع الملف الرئيسي.
AC Motors ثلاث مراحل:
بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب طاقة أعلى، يتم استخدام المحركات الحثية ثلاثية الطور AC (أو متعددة الطور). تستخدم هذه المحركات فرق الطور الموجود بين مراحل الإمداد الكهربائي متعدد الأطوار لإنشاء مجال كهرومغناطيسي دوار بداخلها. في كثير من الأحيان، يتكون الدوار من عدد من الموصلات النحاسية المدمجة في الفولاذ. من خلال الحث الكهرومغناطيسي، يقوم المجال المغناطيسي الدوار بتحفيز التيار في هذه الموصلات، مما يؤدي إلى إنشاء مجال مغناطيسي متوازن ويجعل المحرك يتحرك في اتجاه دوران المجال.
يُعرف هذا النوع من المحركات باسم المحرك التعريفي. لكي يتحرك هذا المحرك، يجب أن يدور المحرك دائمًا بسرعة أقل من تردد مصدر الطاقة المطبق على المحرك، وإلا فلن يتم إنشاء مجال التوازن في الدوار. ويتزايد استخدام هذا النوع من المحركات في تطبيقات الجر مثل القاطرات، حيث يعرف بمحرك الجر غير المتزامن، يومًا بعد يوم. يتم تطبيق تيار مجال منفصل على اللفات الدوارة لإنشاء مجال مغناطيسي مستمر، والذي في المحرك المتزامن، يدور المحرك بشكل متزامن مع المجال المغناطيسي الدوار الناتج عن طاقة التيار المتردد ثلاثية الطور. يمكننا أيضًا استخدام المحركات المتزامنة كمولدات تيار.
تعتمد سرعة محرك التيار المتردد بشكل أساسي على تردد الإمداد، كما أن مقدار الانزلاق، أو الفرق في سرعة الدوران بين الجزء الدوار ومجال الجزء الثابت، يحدد عزم الدوران الناتج عن المحرك. يمكن تغيير السرعة في هذا النوع من المحركات من خلال وجود مجموعة من الملفات أو الأعمدة في المحرك والتي تغير سرعة المجال المغناطيسي الدوار عن طريق تشغيلها وإيقافها. ومع ذلك، مع تقدم إلكترونيات الطاقة، يمكننا الحصول على تحكم أكثر اتساقًا في سرعة المحركات عن طريق تغيير تردد مصدر الطاقة.
Stair Motors
نوع آخر من المحركات الكهربائية هو المحرك السائر، حيث يتم التحكم في الدوار الداخلي، المكون من مغناطيس دائم، بواسطة مجموعة من المغناطيسات الخارجية التي يتم تشغيلها وإيقافها إلكترونيًا. محرك السائر هو مزيج من محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر وملف لولبي. يتم الاحتفاظ بمحركات السائر البسيطة في مواضع معينة بواسطة جزء من نظام التروس، ولكن يمكن لمحركات السائر التي يتم التحكم فيها نسبيًا أن تدور بسلاسة شديدة. تعد محركات السائر التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر أحد أشكال أنظمة تحديد المواقع، خاصة عندما تكون جزءًا من نظام رقمي مزود بتحكم إضافي في التوجيه.
المحركات الخطية
