مبدأ عمل المحرك التعريفي

المحرك التعريفي عبارة عن آلة كهربائية تعمل بالتيار المتردد تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. يستخدم المحرك التعريفي على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة من الأجهزة المنزلية الأساسية إلى الصناعات الثقيلة. تحتوي الآلة على العديد من التطبيقات التي يصعب عدها ويمكنك تخيل المقياس من خلال معرفة أن ما يقرب من 30٪ من الطاقة الكهربائية المولدة عالميًا يتم استهلاكها بواسطة المحركات الحثية نفسها. اخترع العالم العظيم نيكولا تيسلا هذه الآلة المدهشة وقد أدى هذا الاختراع إلى تغيير مسار الحضارة الإنسانية بشكل دائم.

فيما يلي بعض التطبيقات لمحركات الحث أحادية الطور وثلاثية الطور التي يمكن أن نجدها في الحياة اليومية.

تطبيقات المحركات الحثية أحادية الطور:

• مراوح كهربائية في المنزل
• آلات الحفر
• مضخات
• المطاحن
• ألعاب الأطفال
• مكنسة كهربائية
• مراوح العادم
• الضواغط وماكينات الحلاقة الكهربائية

تطبيقات المحركات الحثية ثلاثية الطور:

• الصناعات الصغيرة والمتوسطة والكبيرة الحجم.
• مصاعد
• رافعات
• قيادة ماكينات المخرطة
• مصانع استخراج الزيت
• أذرع آلية
• نظام الحزام الناقل
• كسارات ثقيلة

في المحركات الحثية تأتي في كثير من الاحجام والأشكال وجود ميزات النسبية ودرجات التقييم الكهربائية. وهي تتراوح من بضعة سنتيمترات إلى بضعة أمتار في الحجم ولها تصنيف للطاقة من 0.5 حصان إلى 10000 حصان. يمكن للمستخدم اختيار الأنسب من محيط العارضين لتلبية طلبهم.

لقد ناقشنا بالفعل أساسيات المحركات وعملها في المقالة السابقة. هنا سنناقش بناء محرك التعريفي والعمل بالتفصيل.

مبدأ العمل للمحرك التعريفي

لفهم مبدأ عمل المحرك التعريفي ، دعونا نفكر في إعداد بسيط أولاً كما هو موضح في الشكل.

هنا،

• يتم أخذ قلبين من الحديد أو الفريت بأحجام متساوية ويتم تعليقهما في الهواء على مسافة.
• يُجرح سلك نحاسي مطلي بالمينا في القلب العلوي متبوعًا بالجزء السفلي ويتم أخذ نهايتين إلى جانب واحد كما هو موضح في الشكل.
• يعمل اللب هنا كوسيط لحمل وتركيز التدفق المغناطيسي الناتج عن الملف أثناء التشغيل.

الآن ، إذا قمنا بتوصيل مصدر جهد متناوب عند طرفي النحاس ، فسنحصل على شيء مثل أدناه.

خلال الدورة الإيجابية للتيار المتردد:

هنا خلال النصف الأول من الدورة ، سينتقل الجهد الموجب عند النقطة "أ" تدريجيًا من الصفر إلى الحد الأقصى ثم يعود إلى الصفر. خلال هذه الفترة ، يمكن تمثيل التدفق الحالي في الملف على أنه.

هنا،

• خلال الدورة الإيجابية لمصدر طاقة التيار المتردد ، يزداد التيار في كلا الملفين تدريجياً من الصفر إلى الحد الأقصى ثم يعود تدريجياً من الحد الأقصى إلى الصفر. هذا لأنه وفقًا لقانون أومز ، فإن التيار في الموصل يتناسب طرديًا مع الجهد الطرفي ، وقد ناقشناه عدة مرات في المقالات السابقة.
• يتم لف اللفات بطريقة يتدفق فيها التيار في كلا الملفين في نفس الاتجاه ، ويمكننا أن نرى نفس التمثيل في الرسم التخطيطي.

الآن دعونا نتذكر قانونًا يسمى قانون لينز درسناه سابقًا قبل المضي قدمًا. وفقًا لقانون لينز ، فإن " الموصل الذي يحمل تيارًا سيولد مغناطيسًا مملوءًا حول سطحه" ،

وإذا طبقنا هذا القانون في المثال أعلاه ، فسيتم إنشاء مجال مغناطيسي بواسطة كل حلقة في كلا الملفين. إذا أضفنا تدفقًا مغناطيسيًا ناتجًا عن الملف بأكمله ، فسيحصل على قيمة كبيرة. سيظهر هذا التدفق بالكامل على اللب الحديدي حيث تم جرح الملف على الجسم الأساسي.

للراحة ، إذا رسمنا خطوط التدفق المغناطيسي مركزة على اللب الحديدي على كلا الطرفين ، فسنحصل على شيء مثل أدناه.

هنا يمكنك رؤية الخطوط المغناطيسية تتركز على نوى الحديد وحركتها عبر فجوة الهواء.

كثافة التدفق هذه تتناسب طرديًا مع التيار المتدفق في ملفات ملفوفة على كلا الجسمين الحديديين. لذلك خلال نصف الدورة الموجبة ، ينتقل التدفق من الصفر إلى الحد الأقصى ثم ينخفض ​​من الحد الأقصى إلى الصفر. بمجرد اكتمال الدورة الموجبة ، تصل شدة المجال عند الفجوة الهوائية أيضًا إلى الصفر وبعد ذلك ، سيكون لدينا دورة سالبة.

خلال الدورة السلبية للتيار المتردد:

خلال هذه الدورة السلبية للجهد الجيبي ، ينتقل الجهد الموجب عند النقطة "ب" تدريجيًا من الصفر إلى الحد الأقصى ثم يعود إلى الصفر. كالعادة ، بسبب هذا الجهد ، سيكون هناك تدفق للتيار ويمكننا أن نرى اتجاه تدفق هذا التيار في اللفات في الشكل أدناه.

نظرًا لأن التيار يتناسب خطيًا مع الجهد ، فإن حجمه في كلا الملفين يزداد تدريجياً من الصفر إلى الحد الأقصى ثم ينخفض ​​من الحد الأقصى إلى الصفر.

إذا أخذنا في الاعتبار قانون لينز ، فسيظهر مجال مغناطيسي حول الملفات بسبب تدفق التيار المماثل للحالة التي تمت دراستها في الدورة الإيجابية. سيتركز هذا الحقل في مركز قلب الفريت كما هو موضح في الشكل. نظرًا لأن شدة التدفق تتناسب طرديًا مع التيار المتدفق في ملفات ملفوفة على كل من الأجسام الحديدية ، فإن هذا التدفق سينتقل أيضًا من الصفر إلى الحد الأقصى ثم ينخفض ​​من الحد الأقصى إلى الصفر بعد حجم التيار. على الرغم من أن هذا يشبه الدورة الموجبة ، إلا أن هناك فرقًا وهو اتجاه خطوط المجال المغناطيسي. يمكنك ملاحظة هذا الاختلاف في اتجاه التدفق على الرسوم البيانية.

بعد دورته السلبية تأتي دورة موجبة تليها دورة سلبية أخرى وتستمر على هذا النحو حتى يتم إزالة الجهد الجيبي المتردد. و بسبب هذه الدورة الجهد تتبادل، والمجال المغناطيسي في مركز على النوى الحديد يتغير باستمرار في كل من حجم واتجاه.

في الختام باستخدام هذا الإعداد ،

• لقد قمنا بتطوير مجال مغناطيسي يتركز في مركز النوى الحديدية.
• تتغير شدة المجال المغناطيسي في فجوة الهواء في كل من الحجم والاتجاه.
• يتبع الحقل شكل موجة الجهد الجيبي المتردد.

قانون فارادايس للحث الكهرومغناطيسي

هذا الإعداد الذي ناقشناه حتى الآن هو الأنسب لتحقيق قانون فارادي للحث الكهرومغناطيسي. هذا لأن المجال المغناطيسي المتغير باستمرار هو أهم متطلبات الحث الكهرومغناطيسي وأهمها

ندرس هذا القانون هنا لأن المحرك التعريفي يعمل على مبدأ قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

الآن لدراسة ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، دعونا ننظر في الإعداد أدناه.

• يتم أخذ موصل وتشكيله في مربع مع قصر دائرة طرفيه.
• يتم تثبيت قضيب معدني في وسط مربع الموصل الذي يعمل كمحور الإعداد.
• الآن يمكن أن يدور مربع الموصل بحرية على طول المحور ويسمى الدوار.
• يتم وضع الجزء المتحرك في وسط فجوة الهواء بحيث يمكن أن تختبر حلقة الموصل أقصى مجال تولده ملفات الدوار.

نحن نعلم وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، " عندما يقطع مجال مغناطيسي متغير موصلًا معدنيًا ، ثم يتم تحفيز EMF أو الجهد في الموصل" .

الآن ، دعونا نطبق هذا القانون لفهم عمل المحرك التعريفي:

• وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي هذا ، يجب أن يتم تحريض EMF في موصل الدوار الموجود في المركز بسبب المجال المغناطيسي المتغير الذي يعاني منه.
• بسبب قصر الدائرة الكهرومغناطيسية المستحث والموصل ، يتدفق التيار في الحلقة بأكملها كما هو موضح في الشكل.
• هنا يأتي مفتاح تشغيل المحرك التعريفي ، فنحن نعلم وفقًا لقانون لينز أن الموصل الحامل للتيار يولد مجالًا مغناطيسيًا حوله تتناسب شدته مع حجم التيار.
• نظرًا لأن القانون عالمي ، يجب أن تولد حلقة الموصل في الجزء المتحرك أيضًا مجالًا مغناطيسيًا لأن التيار يتدفق خلاله بسبب الحث الكهرومغناطيسي.
• إذا قمنا باستدعاء المجال المغناطيسي الناتج عن لفات الجزء الثابت وإعداد قلب الحديد على أنه تدفق رئيسي أو تدفق الجزء الثابت. ثم يمكننا تسمية المجال المغناطيسي الناتج عن حلقة الموصل للعضو الدوار بتدفق الجزء المتحرك.
• بسبب التفاعل بين التدفق الرئيسي والتدفق الدوار ، يتعرض الدوار لقوة. تحاول هذه القوة معارضة تحريض EMF في الجزء المتحرك عن طريق ضبط موضع الدوار. ومن ثم سوف نشهد حركة في موضع العمود في هذا الوقت.
• الآن يتغير المجال المغناطيسي باستمرار بسبب الجهد المتناوب ، كما تحافظ القوة أيضًا على ضبط موضع الدوار باستمرار دون توقف.
• لذلك يستمر الدوار في الدوران بسبب الجهد المتناوب ، وبالتالي لدينا خرج ميكانيكي في العمود أو محور الدوار.

مع ذلك ، رأينا كيف أنه بسبب الحث الكهرومغناطيسي في الدوار لدينا خرج ميكانيكي في العمود. لذا فإن الاسم المعطى لهذا الإعداد يسمى Induction Motor.

حتى الآن ما ناقشناه هو مبدأ العمل للمحرك التعريفي ولكننا نتذكر أن كلا من النظرية والعملية مختلفان. ولعمل المحرك التعريفي ، هناك حاجة إلى إعداد إضافي سنناقشه أدناه.

محرك تحريضي أحادي الطور

المحرك الحثي الذي يعمل على طاقة التيار المتردد أحادية الطور يسمى المحرك الحثي أحادي الطور.

إن خط الطاقة المتاح لنا في المنازل هو خط طاقة أحادي الطور 240 فولت / 50 هرتز تيار متردد ومحركات الحث التي نستخدمها في حياتنا اليومية في منازلنا تسمى المحركات الحثية أحادية الطور.

لفهم مبدأ العمل للمحرك الحثي أحادي الطور بشكل أفضل ، دعونا ننظر في بناء المحرك الحثي أحادي الطور.

هنا،

• سنأخذ موصلات متعددة ونركبها على عمود الدوران بحرية كما هو موضح في الشكل.
• أيضًا ، سنقوم بتقصير نهايات جميع الموصلات بحلقة معدنية وبالتالي إنشاء حلقات متعددة الموصلات التي درسناها سابقًا.
• يبدو هذا الإعداد الدوار مثل قفص السنجاب عند إلقاء نظرة فاحصة ، ومن ثم يطلق عليه محرك الحث قفص السنجاب. دعونا هنا نلقي نظرة على الهيكل ثلاثي الأبعاد لدوار قفص السنجاب.

• الجزء الثابت الذي كان يعتبر قطعة حديدية كاملة هو في الواقع مجموعة من ألواح الحديد الرقيقة المكدسة معًا. يتم الضغط عليهم معًا بشكل وثيق بحيث لا يوجد هواء بينهما حرفيًا. نستخدم كومة من صفائح الحديد بدلاً من قطعة حديدية واحدة لنفس السبب الذي نستخدم فيه ألواح الحديد الملفوفة في حالة وجود محول طاقة لتقليل خسائر الحديد. باستخدام طريقة التكديس ، سنقلل من فقد الطاقة بشكل كبير مع الحفاظ على الأداء نفسه.

يشبه عمل هذا الإعداد الإعداد المستخدم في شرح مبدأ عمل المحرك التعريفي.

• أولاً ، سنوفر جهد التيار المتردد وبسبب هذا الجهد ، يتدفق التيار عبر جرح لف الجزء الثابت على كلا الجزأين العلوي والسفلي.
• بسبب التيار ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي في كل من اللفات العلوية والسفلية.
• يعمل الجزء الأكبر من ألواح الحديد كوسيط أساسي لحمل المجال المغناطيسي المتولد عن الملفات.
• يتركز هذا المجال المغناطيسي المتناوب الذي يحمله اللب الحديدي في فجوة الهواء المركزية بسبب التصميم الهيكلي المقصود.
• الآن منذ أن تم وضع الدوار في هذه الفجوة الهوائية ، فإن الموصلات المختصرة المثبتة على الدوار تختبر أيضًا هذا المجال البديل.
• بسبب المجال ، يتم تحفيز تيار في موصلات الدوار.
• نظرًا لأن التيار يمر عبر الموصلات الدوارة ، فسيتم أيضًا إنشاء مجال مغناطيسي حول الدوار.
• عند التفاعل بين المجال المغناطيسي للدوار المتولد والمجال المغناطيسي للجزء الثابت ، تتعرض القوة للدوار.
• هذه القوة تحرك الجزء المتحرك على طول المحور ، وبالتالي سيكون لدينا حركة دورانية.
• نظرًا لأن الجهد يتغير باستمرار في الجهد الجيبي ، فإن الدوار أيضًا يستمر في الدوران باستمرار على طول محوره. وبالتالي سيكون لدينا خرج ميكانيكي مستمر لجهد إدخال أحادي الطور.

على الرغم من أننا افترضنا أن الدوار سوف يدور تلقائيًا بعد إعطاء الطاقة للمحرك أحادي الطور ، فإن هذا ليس هو الحال. نظرًا لأن المجال الناتج عن محرك تحريضي أحادي الطور هو مجال مغناطيسي متناوب وليس مجالًا مغناطيسيًا دوارًا. لذلك في بداية المحرك ، يتم قفل الجزء المتحرك في موضعه لأن القوة التي يتعرض لها بسبب الملف السفلي والملف العلوي سيكونان بنفس الحجم ومعاكسين في الاتجاه. إذن ، في البداية ، القوة الكلية التي يتعرض لها الدوار تساوي صفرًا. لتجنب ذلك ، سوف نستخدم ملفًا إضافيًا للمحرك الحثي لجعله محركًا ذاتي التشغيل. سيوفر هذا الملف الإضافي المجال اللازم لتحريك الدوار في البداية. ومثال هذه الحالة المروحة الكهربائية التي نراها في حياتنا اليومية ،وهو عبارة عن مكثف يبدأ ويدير محركًا حثيًا بملف إضافي متصل في سلسلة بالمكثف.

ثلاث مراحل التعريفي المحرك

المحرك الحثي الذي يعمل على طاقة كهربائية ثلاثية الطور AC يسمى المحرك الحثي ثلاثي الطور. عادة ، تُستخدم المحركات الحثية ثلاثية الطور في الصناعات وليست مناسبة للتطبيقات المنزلية.

إن خط الطاقة المتاح للصناعات هو 400 فولت / 50 هرتز طاقة التيار المتردد ثلاثية الطور وأربعة خطوط وتسمى محركات الحث التي تعمل على هذا العرض في الصناعات المحركات الحثية ثلاثية الطور.

لفهم أفضل لمبدأ العمل للمحرك الحثي ثلاثي الطور ، دعونا ننظر في بناء المحرك الحثي ثلاثي الطور.

هنا،

• يبدأ لف المرحلة أ من الجزء العلوي متبوعًا بالجزء السفلي كما هو موضح في الشكل.
• بالنسبة إلى طرفي الطور ، يتم توصيل واحد متعرج إلى خط طاقة المرحلة أ من مصدر طاقة ثلاثي الطور بينما يتم توصيل الطرف الآخر بالمحايدة من نفس المراحل الثلاث من مزود الطاقة رباعي الخطوط. هذا ممكن لأنه في مزود الطاقة ثلاثي الطور رباعي الخطوط ، لدينا ثلاثة خطوط أولية تحمل ثلاثة خطوط جهد بينما الخط الرابع محايد.
• تتبع اللفات الأخرى ثنائية الطور نفس النمط مثل المرحلة أ. في طرفي المرحلة ب ، يتم توصيل ملف واحد بخط طاقة المرحلة ب لمصدر الطاقة ثلاثي الطور بينما يتم توصيل الطرف الآخر بالمحايد من نفس المراحل الثلاث أربعة خطوط امدادات الطاقة.
• يشبه هيكل الجزء المتحرك هيكل قفص السنجاب وهو نفس النوع من الدوار المستخدم في محرك تحريضي أحادي الطور.

الآن إذا قمنا بتوفير الطاقة الكهربائية للملفات ثلاثية الطور للجزء الثابت ، فسيبدأ التيار في التدفق في جميع الملفات الثلاث. بسبب هذا التدفق الحالي ، سيتم إنشاء مجال مغناطيسي بواسطة الملفات وسيتدفق هذا المجال من خلال مسار مقاومة مغناطيسية أقل يوفره اللب الرقائقي. تم تصميم هيكل المحرك هنا بحيث يتركز المجال المغناطيسي الذي يحمله القلب على فجوة الهواء في المركز حيث يتم وضع الدوار. لذا فإن المجال المغناطيسي الذي يتركز عن طريق اللب في فجوة المركز يؤثر على الموصلات في الجزء المتحرك وبالتالي يحرض تيارًا فيها.

في وجود تيار موصل ، يولد الدوار أيضًا مجالًا مغناطيسيًا يتفاعل مع مجال الجزء الثابت في أي وقت. وبسبب هذا التفاعل ، يتعرض الدوار لقوة تؤدي إلى دوران المحرك.

هنا يكون المجال المغناطيسي الذي يولده الجزء الثابت من النوع الدوار بسبب القدرة ثلاثية الطور ، على عكس النوع البديل الذي ناقشناه في محرك أحادي الطور. وبسبب هذا المجال المغناطيسي الدوار ، يبدأ الجزء المتحرك بالدوران بنفسه حتى في حالة عدم وجود دفعة أولية. هذا يجعل المحرك ثلاثي الطور نوعًا ذاتي التشغيل ولا نحتاج إلى أي لف إضافي لهذا النوع من المحركات.