مقدمة
المحركات الكهربائية مسؤولة عن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. إنه جهاز مهم في الصناعة الإلكترونية والميكانيكية لأنه يلعب دورًا حيويًا في بناء العديد من الأجهزة والأدوات والآلات الإلكترونية. ستكون هذه المقالة دليلًا للمبتدئين لعالم المحركات الكهربائية حيث ستبحث في أنواع مختلفة من المحركات الكهربائية والتطبيقات وغير ذلك الكثير.
ما هي المحركات الكهربائية؟
المحركات الكهربائية هي أجهزة تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، وعادة ما تستخدم المبدأ الكهرومغناطيسي. تعمل معظم المحركات الكهربائية من خلال تفاعل المجال المغناطيسي للمحرك والتيارات الكهربائية حول سلك لتوليد القوة في شكل عزم الدوران الموردين على عمود المحرك.
يمكن أن تكون المحركات الكهربائية مدفوعة بواسطة إمدادات التيار المباشر (DC) مثل المقومات أو البطاريات أو عن طريق التناوب في الإمدادات الحالية (AC) مثل المولدات الكهربائية أو شبكات الطاقة أو المحولات. يمكن تصنيف المحركات الكهربائية بناءً على نوع إمدادات الطاقة ، والبناء ، والتطبيق ، ونوع ناتج الحركة.
المكونات الرئيسية للمحركات الكهربائية
يحتوي المحرك الكهربائي على أجزاء مختلفة ، لكن المكونات الرئيسية هي:
- محامل المحركات الكهربائية: يدور الدوار على محوره بفضل دعم المحامل من السكن المحرك. يدور الدوار على محوره بفضل دعم المحامل من السكن المحرك.
- دوار المحرك الكهربائي: الدوار هو مكون من المحرك الذي يتحرك ويولد الطاقة الميكانيكية. إنه يحمل بشكل أساسي موصلات تحمل التيار ، ويطبق المجال المغناطيسي الثابت قوة لتدوير العمود.
ومع ذلك ، فإن الدوارات الأخرى لها مغناطيس دائم ، ويحمل الجزء الثابت الموصلات. توفر المغناطيس الدائم كفاءة عالية على نطاق طاقة أكبر وسرعة العمل.
تتيح الفجوة الهوائية بين الدوار والثابت أن تدور. أنفاس الفجوة لها تأثير مهم على الخواص الكهربائية للمحرك. عادة ما يكون ذلك صغيرًا قدر الإمكان ، حيث يمكن أن تؤدي الفجوة الكبيرة إلى ضعف الأداء. تعمل المحركات الكهربائية مع عامل الطاقة المنخفض في المقام الأول بسبب تصميمها.
- الجزء الثابت المحرك الكهربائي:يربط الجزء الثابت الدوار ويضم مغناطيس الميدان. يمكن أن تكون هذه المغناطيس إما مغناطيسات كهربائية ، والتي تتكون من أسلاك الجرح على قلب مغنطيسي حديدي أو مغناطيس دائم. إنها تولد مجالًا مغناطيسيًا يسافر عبر اللف الدوار ، ويمارس القوة عليه. يشتمل جوهر الحديد على الجزء الثابت على صفائح معدنية رقيقة متعددة مع عزل ، يشار إليها باسم التصفيح. التصفيح يقلل من فقدان الطاقة ، والذي يحدث إذا تم استخدام نواة صلبة.
- حركية المحرك الكهربائي: يتكون التسليح من سلك الجرح على قلب المغنطيس المغناطيسي. عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر سلك ، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا يمارس قوة لورنتز على السلك ، مما يؤدي إلى تدوير الدوار وتزويد الناتج الميكانيكي. يتم لف ملفات الأسلاك حول قلب حديدي مغلفة لإنشاء أعمدة مغناطيسية عند تزويدها بالتيار.
- ركاب المحرك الكهربائي: المتسابق هو مفتاح دوار يعكس بشكل دوري التدفق الحالي في لف الدوار حيث يدور العمود ، ويوفر تيارًا بالتناوب أو المباشر إلى الدوار. وهو يتألف من أسطوانة مصنوعة من أقسام الاتصال المعدنية المتعددة على التسليح. يتم استخدام الاتصالات الكهربائية المعروفة باسم الفرش لنقل التيار الكهربائي إلى الدوار. هذه الفرش مصنوعة من مادة موصل ناعمة ، مثل الكربون ، والتي يتم ضغطها على متن الطائرة. مع تدور الدوار ، تنشئ الفرش جهات اتصال انزلاقية مع كل قسم متتالي من المتسابق ، وتزويد التيار بالدوار. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توصيل اللفات الأسلاك الدوار بأقسام متنقل.
أنواع المحركات الكهربائية
هناك عدة أنواع من المحركات الكهربائية ، وكلها تختلف عن كيفية ترتيب الموصلات والحقل وأيضًا عن طريق التحكم الذي يمكن ممارسته على المخرجات الميكانيكية وعزم الدوران والسرعة والموضع. وتناقش بعض الأنواع الرئيسية من المحركات الكهربائية أدناه.
- محركات العاصمة
محرك DC هو أي آلة دوارة تحول الطاقة الكهربائية من التيار المباشر (DC) إلى طاقة ميكانيكية. تم استخدام محركات DC بشكل شائع حيث يمكن تشغيلها بواسطة أنظمة الإضاءة الحالية المباشرة. يمكن التحكم في سرعة المحرك DC على نطاق واسع إما عن طريق إمدادات الجهد المتغيرة أو تغيير القوة الحالية في تعويذة مجالها.
تُستخدم محركات DC الصغيرة في الأجهزة مثل الأدوات والألعاب ، بينما يتم استخدام تلك الكبيرة لدفع المصاعد والرافعات ، والسيارات الكهربائية ، ومحركات الطواحين المتداول للصلب.
- محركات AC
محرك AC هو محرك كهربائي يعمل على التيار بالتناوب. إنه يحتوي على الجزء الثابت الخارجي مع لفائف تخلق مجالًا مغناطيسيًا. يتم توصيل الدوار الداخلي بالعمود لإنشاء مجال مغناطيسي للغزل الثاني.
هناك نوعان أساسيان من محركات التيار المتردد: المحركات المتزامنة والتعريفية. يعتمد الحث أو المحرك غير المتزامن فقط على اختلاف بسيط في السرعة بين سرعة عمود الدوار والمجال المغناطيسي الغزل الثابت يسمى الانزلاق ، والذي ينتج عنه تيار دوار في لف دوار الدوار.
- محركات 12V
محرك 12V DC بأسعار معقولة وصغيرة ولكنه قوي بما يكفي لاستخدامه في العديد من التطبيقات. عادةً ما تكون محركات DC 12V بدون فرش ويمكن أن تعمل دون استخدام فرش لتحريك التيار الكهربائي. خاصية فريدة من محرك 12V DC هي الجهد التشغيلي.
- محركات السائر
محرك السائر ، يسمى أيضًا محرك الخطوة ، هو جهاز كهروميكانيكي يحول النبضات الكهربائية إلى حركات ميكانيكية دقيقة. يقسم محرك DC بدون فرش ثورة كاملة إلى عدة خطوات مكافئة. ويتميز بتحويل سلسلة من نبضات المدخلات المربعة إلى زيادات محددة بدقة في الموضع الدوراني للعمود.
يتكون محرك السائر المغناطيسية الكهرومغنسية المحيطة بالدوار المركزي ، وهو قطعة حديدية على شكل ترس. يتحكم متحكم أو دائرة سائق خارجية.
- المحركات الصناعية
تعمل المحركات الكهربائية الصناعية على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، وإنتاج قوة دوارة أو خطية. على الرغم من أن التيار التيار التيار الكهربائي تعمل على تشغيل بعض المحركات الصناعية ، إلا أنها غالبًا ما يتم تشغيلها من خلال الإمدادات الحالية (AC) مثل شبكات الطاقة أو المولدات.
تشمل مكونات المحرك الصناعي الدوار ، الثابت ، الملف ، فجوة الهواء ، وركوب. أنواع أخرى من المحركات التي تحتاج إلى معرفتها هي المحركات ذات الطور الواحد ، ومحركات المؤازرة ، والمحركات ثلاثية الطور ، ومحركات كهربائية 2 حصان ، ومحركات كهربائية 1 حصان ، ومحركات بدون فرش.
تطبيقات المحركات الكهربائية
تُستخدم المحركات الكهربائية بشكل أساسي في تطبيقات مختلفة مثل المعجبين وأدوات الآلات والمضخات والمولدات وأدوات الطاقة والمحركات والضواغط والتوربينات ومطاحن المتداول والسفن ومطاحن الورق.
يعد المحرك الكهربائي مهمًا في مختلف التطبيقات مثل تسخين AC عالية الجهد ، والتبريد والمعدات التهوية ، والسيارات ، والأجهزة المنزلية.
توفر المحركات الموحدة الطاقة الميكانيكية المناسبة للاستخدام الصناعي. تشمل التطبيقات أدوات الآلة وأدوات الطاقة والمراوح الصناعية والمحفلات والمضخات والأجهزة المنزلية والمركبات وسائقي القرص.
يتم استخدام المحركات الصغيرة بشكل شائع في الساعات الكهربائية ، بينما يتم استخدام الفرامل التجديدية غالبًا في محركات الجر. تُستخدم المحركات الكهربائية في الفرامل المتجددة في محركات الجر في الاتجاه المعاكس كمولدات لاستعادة الطاقة التي قد تضيع بسبب الاحتكاك والحرارة.