محركات كهربائية

محركات كهربائية

المحركات الكهربائية موجودة في العديد من مجالات حياتنا اليومية۔ دعونا نتعرف على الأنواع المختلفة۔

الفيزياء

ملصقات

elektromotor, الحث الكهرومغناطيسي, تحريض, محرك نفاث, المحرك الكهربائي, محرك تيار متردد, قاعدة اليد اليمنى, مغناطيس كهربائي, خطوط الحقل المغناطيسي, تيار محفز, التيار المباشر, ملف, تيار كهربائي, حقل مغناطيسي, قوة مغناطيسبة, نواة حديدية, آلة, طاقة, التيار المتردد, كهرباء, الفيزياء, كهربائي, كهربائية

الإضافات المتعلقة

مشاهد

التفاعل بين التيار الكهربائي و المجال المغناطيسي

تستخدم جميع المحركات الكهربائية التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي۔
عندما يتدفق التيار في سلك، يتم إنتاج مجال مغناطيسي حول هذا السلك۔ المجال المغناطيسي له نفس التأثير على المغناطيس الدائم مثل المغناطيس الدائم الآخر، لكن هذا الحقل قابل للتعديل۔
تعتمد قوة المجال المغناطيسي الناتج على شدة التيار المتدفق في السلك و المسافة من السلك، بينما يعتمد اتجاهه على اتجاه التيار۔

سلك محني

الملف كالمغناطيس الكهربائي

يمكن تقوية المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الكهربائي من خلال تشكيل حلقة في السلك، و بهذه الطريقة تصبح خطوط المجال المغناطيسي أكثر تركيزاً داخل الحلقة۔ يمكن تقوية المجال المغناطيسي من خلال تشكيل عدد أكبر من حلقات السلك، أي من خلال تشكيل لفائف، و لفها حول قضيب مصنوع من مادة قابلة للتمغنط، على سبيل المثال، نواة حديدية۔ الملف المصنوع على هذا النحو هو مغناطيس كهربائي، يوجد في جميع المحركات الكهربائية۔

حث

يمكن للتيار الكهربائي أن يحفز المجال المغناطيسي، لكن يمكن أن يؤدي المجال المغناطيسي أيضاً إلى تحفيز التيار الكهربائي۔ و تسمى هذه الظاهرة الحث الكهرومغناطيسي۔

لا يمكن أن يحدث التيار الكهربائي إلا عن طريق تغيير المجال المغناطيسي۔ إذا تغير الحقل المغناطيسي في بيئة الملف، فسيحدث جهد في الملف و يتم توليد تيار كهربائي۔ ينتج هذا التيار أيضاً مجالاً مغناطيسياً، و يمكن أن يتفاعل المجالان المغناطيسيان مع بعضهما البعض۔

محركات التيار المستمر

هناك نوعان رئيسيان من المحركات الكهربائية: محركات التيار المباشر (DC) و محركات التيار المتناوب (AC)۔

كما يوحي اسمها، يتم تشغيل محركات التيار المستمر بالتيار المباشر، و التي يتم توفيرها إما بواسطة بطارية أو مصدر طاقة خارجي۔ في أبسط محركات التيار المستمر، يكون الجزء الثابت مغناطيساً دائماً و يكون الجزء الدوار مغناطيساً كهربائياً أي ملف۔

يتم تطبيق التيار على اللفائف الدورية عبر فراشي الكربون و العاكس۔ نتيجة للتيار الكهربائي الذي تم تزويد الملف به، يصبح الملف مغناطيساً۔ يدور من أجل محاذاة نفسه مع قطبية المغناطيس الدائم۔ و مع ذلك قبل محاذاة نفسه في الإتجاه الصحيح، يتم عكس قطبية التيار الكهربائي في العاكس۔ وفقاً لذلك يستمر الملف في الدوران باتجاه القطب المعاكس، و هكذا يواصل الدوران۔

من الشائع استخدام العديد من الملفات في الجزء الدوار، لذلك يحتوي العاكس أيضاً على عدة أقطاب، مما يضمن عملية أكثر سلاسة۔

عيب محركات التيار المستمر هو أن فراشي الكربون تبلى، لذلك يجب استبدالها في بعض الأحيان، و جزيئات غبار الكربون التي تتشكل يمكن أن تسبب قصر في الدارة۔ بالإضافة إلى ذلك، محركات التيار المباشر صاخبة للغاية۔

محرك متزامن

النوع الرئيسي الآخر للمحركات الكهربائية هو محركات التيار المتردد و الذي يتضمن محركات متزامنة و غير متزامنة۔

في المحركات المتزامنة، يتم تطبيق التيار المتردد، و الذي يغير الإتجاه بشكل دوري على الدوار۔ يمكن الحصول على مثل هذا التيار إما من الكهرباء الرئيسية أو إلكترونياً۔ إذا كان التيار في ملفات الجزء الثابت لا يتناوب في نفس المرحلة، يتم إنشاء مجال مغناطيسي دوار۔ يمكن إنشاء فرق الطور إما باستخدام المكثفات أو الإلكترونيات المعقدة۔ في معظم الحالات، يوجد مغناطيس دائم في الدوار و لكن قد يكون هناك أيضاً ملفات )يتم تزويد الأخير بتيار مباشر من مصدر خارجي(۔ يحاول مغناطيس الجزء الدوار اتباع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، لذلك فهو يدور معه۔
لا يمكن أن تعمل المحركات المتزامنة إلا بسرعة تتوافق مع تردد التيار الكهربائي الذي يدفعها۔ عندما يتم تشغيل محرك متزامن تحت الحمل، يعود الدوار في الطور بزاوية معينة بالنسبة إلى عمود الجزء الثابت، لكنهما يعملان بنفس السرعة المتزامنة۔ إذا تم زيادة الحمل، تزداد الزاوية أيضاً۔ إذا تم وضع الكثير من الحمل بشكل مفاجئ على المحرك، فإن أعمدة الدوار و الجزء الثابت ستقع خارج التزامن و يتوقف المحرك۔

هذه المحركات ليست ذاتية التشغيل، فهي تتطلب آلية انطلاق۔ يتم تشغيل معظم المحركات المتزامنة بواسطة آلية تحريض و يتم التبديل فقط إلى الوضع المتزامن عندما تصل إلى سرعة المزامنة۔
عند قيادة المركبات، يتم التحكم في تردد التيار المتردد الذي يوفر المحرك المتزامن إلكترونياً وفقاً للسرعة المطلوبة للمركبة۔ نظراً لأن التيار المتناوب في المركبات الكهربائية الحديثة يتم إنشاؤه من تيار مباشر بواسطة دارة إلكترونية، يمكن اعتبار هذه المحركات بمثابة محركات تيار مستمر۔ و تسمى أيضاً محركات التيار المستمر من دون فرش أو محركات BLDC۔

تتمثل مزايا المحركات المتزامنة على محركات التيار المستمر المصقولة في أنه لا يوجد عنصر فيها يمكن أن يتآكل و ينتج الغبار، عملها فعال و لا ينتج عنها أي ضوضاء على الإطلاق۔

محرك غير متزامن

يعتمد مبدأ تشغيل المحركات غير المتزامنة على ظاهرة الحث، لذلك يطلق عليها أيضاً اسم محركات الحث۔

تتكون المحركات غير المتزامنة أيضاً من الجزء الثابت و الدوار۔ يشتمل الجزء الثابت على العديد من الملفات التي يطبق عليها التيار المتردد۔ يمكن أن يكون الدوار أسطوانة معدنية، أو ملفاً ذو دائرة قصيرة، أي لا يستقبل التيار من مصدر خارجي۔

مبدأ التشغيل للمحركات غير المتزامنة هو كما يلي:

1۔ لا يتدفق التيار المتردد في نفس المرحلة في لفائف الجزء الثابت، مما يحفز المجال المغناطيسي الدوار حول الملف۔

2۔ هذا الحقل المغناطيسي الدوار يستحث تيار كهربائي في الجزء الدوار۔

التيار الكهربائي المستحث يولد مجال مغناطيسي آخر حول الدوار۔

يتفاعل الحقلان المغناطيسيان مع بعضهما البعض، لذلك يحاول الجزء الدوار أن يتماشى مع المجال المغناطيسي الخارجي۔ و مع ذلك، نظراً لأن الحقل المغناطيسي يدور، لا يستطيع الجزء الدوار اللحاق به مطلقاً، لذلك يدور باستمرار۔

يتم إنشاء مجال مغناطيسي دوار فقط عندما يكون التيار الكهربائي في ملفات الجزء الثابت في مراحل مختلفة۔ إذا تم استخدام القوة متعددة الأطوار لدفع المحرك، يجب أن تكون ملفات الجزء الثابت سلكية في مراحل مختلفة۔ إذا تم تشغيل المحرك بواسطة طاقة أحادية الطور، فإن التحكم في الطور للملفات الخارجية يتم بواسطة المكثفات أو بواسطة إلكترونيات أكثر تعقيداً۔

تكون عملية تشغيل المحركات غير المتزامنة أقل تعقيداً من تشغيل المحركات المتزامنة لأنها لا تتوقف عند زيادة الحمل۔

محركات خطية

كلا النوعين من محركات التيار المتردد يحتويان على إصدارات خطية تعرف باسم LIM (محرك خطي تعريفي) و LSM (محرك خطي متزامن)۔ لا يؤدي تشغيل هذه المحركات إلى حركة دورانية، و لكن إلى حركة في خط مستقيم۔

مبدأ التشغيل هو نفس مبدأ المحركات الدوارة، باستثناء أن كل من الدوار و الجزء الثابت محاذيان لبعضهما البعض على طول خط مستقيم۔ الفرق الآخر هو أن الجزء المتحرك هو عادة الجزء الذي يحتوي على الملفات و ليس الجزء المغناطيسي أو القابل للتمغنط۔

في محركات LIM، يتم تطبيق تيار متناوب متعدد الأطوار على الصف المتحرك للملفات، مما يخلق مجالاً مغناطيسياً متحركاً يحفز تياراً في السكة المعدنية الثابتة، حيث يقوم المجال المغناطيسي بقيادة الجزء المتحرك من المحرك الذي يحتوي على الملفات۔

في حالة محركات LSM ، يجب أن تحتوي السكة على مغناطيسات متتالية و يجب تغيير التيار المتناوب المتدفق في ملفات الجزء المتحرك وفقاً لاتجاه الحركة بحيث تصل دائماً إلى المغناطيس التالي في المرحلة الصحيحة۔ هذا غير ممكن بدون أجهزة استشعار و إلكترونيات تحكم۔

محركات خطوية

تُعد المحركات الخطوية مفيدة جداً في الأجهزة حيث يكون من الضروري معرفة الزاوية (أو الخطوة) الدقيقة التي يدور بها المحرك نتيجةً لمقدار معين من التيار الكهربائي۔

تحرك هذه المحركات أذرع الروبوتات أو القطع المكونة لآلات التصوير و الطابعات۔ يتكون دوار المحركات الخطوية من مغناطيس دائم، بينما يتكون الجزء الثابت من مغناطيس كهربائي۔ يتم تزويد التيار الكهربائي للتيار الكهربائي بشكل منفصل بواسطة إلكترونيات التحكم وفقاً للزاوية المطلوبة۔

يتم تثبيت عدد أكبر من المغناطيس الدائم في الدوار و الكهرومغناطيسات في الجزء الثابت، أصغر زاوية يمكن للمحرك أن تدور خطوة بخطوة، بحيث يمكن أن تدور بشكل أكثر دقة في الإتجاه المطلوب۔

يمكن أيضاً زيادة دقة المحرك في حالة أسنان مغناطيس الدوار و النوى الحديدية للمغناطيس الكهربائي للجزء الثابت۔ يمكن زيادة الدقة عن طريق تغيير التحكم في تغذية التيار للملف بدقة۔

الرواية

المحركات الكهربائية موجودة في العديد من مجالات حياتنا اليومية۔ على الرغم من وجود أنواع مختلفة، فإنها تستخدم التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي۔

عندما يتدفق التيار في سلك، يتم حث المجال المغناطيسي حول هذا السلك۔ تعتمد قوة المجال المغناطيسي الناتج على شدة التيار المتدفق في السلك و المسافة من السلك۔

يمكن تقوية المجال المغناطيسي الناتج عن التيار عن طريق لف السلك في ملف۔ الملف الذي تم تصنيعه هو المغناطيس الكهربائي الموجود في جميع المحركات الكهربائية۔ يمكن ضبط قوة المغناطيس الكهربائي و موضع أقطابها عن طريق تدفق التيار عبره۔

يمكن للتيار الكهربائي أن ينشئ مجالاً مغناطيسياً، لكن يمكن أن ينتج الحقل المغناطيسي أيضاً تياراً كهربائياً۔ و تسمى هذه الظاهرة الحث الكهرومغناطيسي۔ لا يمكن أن يحدث التيار الكهربائي إلا عن طريق تغيير المجال المغناطيسي۔ إذا تغير الحقل المغناطيسي بالقرب من الملف، فسيحدث جهد في الملف و سيتم توليد تيار كهربائي۔ سيكون لهذا التيار مجال مغناطيسي، لذلك يمكن أن يتفاعل الحقلان المغناطيسيان مع بعضهما البعض۔ تستخدم بعض المحركات الكهربائية هذه الظاهرة۔

هناك نوعان رئيسيان من المحركات الكهربائية: محرك التيار المباشر (DC) و محرك التيار المتردد (AC)۔ كما يوحي اسمها، يتم تشغيل محركات التيار المستمر بالتيار المباشر، و يكون الجزء الثابت مغناطيساً دائماً و يكون الدوار مغناطيساً كهربائياً۔ يتم تطبيق التيار على الفائف الدورية من خلال اتصال انزلاق و فرش الكربون۔ نتيجة للتيار الكهربائي المطبق عليه، يصبح الملف مغناطيساً۔ يتحول من أجل محاذاة نفسه مع قطبي المغناطيس الدائم۔ و مع ذلك، قبل محاذاة نفسه في الإتجاه الصحيح، يتم عكس قطبي التيار الكهربائي في العاكس۔ وفقًاً لذلك، يستمر الملف في الدوران باتجاه القطب المعاكس، و هكذا يحافظ على دوران المحرك۔

النوع الرئيسي الآخر للمحركات الكهربائية هو محرك التيار المتردد، و الذي يتضمن محركات متزامنة و غير متزامنة۔ في المحركات المتزامنة، يتم تطبيق التيار المتردد، و الذي يغير الإتجاه بشكل دوري على الدوار۔ يمكن الحصول على مثل هذا التيار إما من الكهرباء الرئيسية أو إلكترونياً۔ تضمن الدائرة الإلكترونية البسيطة عدم تناوب التيار الكهربائي في نفس المرحلة في ملفات الجزء الثابت، مما يولد مجالاً مغناطيسياً دواراً۔ في هذه المحركات، يحاول المغناطيس الدوار اتباع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، بحيث يدور به۔ لا يمكن أن تعمل المحركات المتزامنة إلا بسرعة تتوافق مع تردد التيار الكهربائي الذي يدفعها۔ إذا تم وضع الكثير من الحمل بشكل مفاجئ على المحرك، فإن أعمدة الدوار و الجزء الثابت ستقع خارج التزامن و يتوقف المحرك۔ هذه المحركات ليست ذاتية التشغيل، فهي تتطلب آلية انطلاق۔ يتم تشغيل معظم المحركات المتزامنة من خلال آلية الحث و يتم التبديل فقط إلى الوضع المتزامن عندما تصل إلى سرعة المزامنة۔ نظراً لأن التيار المتناوب في المركبات الكهربائية الحديثة يتم إنشاؤه من تيار مباشر بواسطة دارة إلكترونية، يمكن اعتبار هذه المحركات بمثابة محركات تيار مستمر۔ و تسمى أيضا بالمحركات الكهربائية عديمة المسفرات أو محركات BLDC۔

يعتمد مبدأ تشغيل المحركات غير المتزامنة على ظاهرة الحث۔ تحتوي أيضاً على جزأين أساسيين: الجزء الثابت و الدوار۔ يتكون الجزء الثابت من عدة ملفات يتم تطبيقها على التيار المتردد۔ يمكن أن يكون الدوار أسطوانة معدنية بسيطة، و لكنه عادة ما يكون ملفًا لا يستقبل التيار من الخارج، سيتم إحداثه في ذلك۔ لا يتدفق التيار المتناوب في ملفات الجزء الثابت في نفس المرحلة، لذلك يتم إنشاء مجال مغناطيسي دوار حول هذه الملفات۔ هذا الحقل المغناطيسي الدوار يستحث تيار كهربائي في الدوار۔ التيار الكهربائي المستحث يولد مجالاً مغناطيسياً آخر حول الدوار۔ يتفاعل الحقلان المغنطيسيان مع بعضهما البعض، لذلك يحاول الدوار أن يتماشى مع المجال المغناطيسي الخارجي۔ و مع ذلك، نظراً لدوران الحقل المغناطيسي، لا يستطيع الدوار اللحاق به مطلقاً، لذلك يدور باستمرار۔ تكون عملية تشغيل المحركات غير المتزامنة أقل تعقيداً من تشغيل المحركات المتزامنة لأنها لا تتوقف عند زيادة الحمل۔

يحتوي كلا النوعين من محركات التيار المتردد على إصدارات خطية أيضًا: LIM (محرك خطي تعريفي) و LSM (محرك خطي متزامن)۔ في هذه المحركات، تشغيل المحرك لا يؤدي إلى حركة دوران، و لكن إلى متعدية۔ مبدأ التشغيل هو نفس مبدأ المحركات الدوارة، باستثناء أن كل من الدوار و الجزء الثابت محاذيان لبعضهما البعض على طول خط مستقيم۔

المحركات الخطوية مفيدة في الأجهزة التي من الضروري معرفة الزاوية الدقيقة (الخطوة) التي يدور بها المحرك نتيجةً لكمية معينة من التيار الكهربائي۔ تحرك هذه المحركات أذرع الروبوتات أو مكونات آلات التصوير و الطابعات۔ يتكون دوار المحركات الخطوية من مغناطيس دائم، بينما يتكون الجزء الثابت من مغناطيس كهربائي۔ يتم تزويد المغناطيس الكهربائي للتيار الثابت بالتيار بشكل منفصل عن طريق التحكم الإلكتروني۔

الإضافات المتعلقة

مولدات و محركات كهربائية

المولدات تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية بينما المحركات الكهربائية تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية۔

المحرك الكهربائي

يوجد بين المغانط الدائمة للمحرك الكهربائي سلك –ملف– يمر عبره التيار الكهربائي۔

توليد التيار الكهربائي المتناوب

يمكن توليد تيار كهربائي بمساعدة وسط موصل للتيار يجري تدويره في حقل مغناطيسي۔

المكثف

المكثفات تخزن الطاقة الكهربائية على شكل شحنة كهربائية۔

الجرس الكهربائي

هو عبارة عن أداة تعمل بمساعدة مغناطيس كهربائي۔

مختبر نيكولا تسلا، شورهام، الولايات المتحدة الأمريكية

كان المهندس المخترع الذي تعامل أساساً مع التكنولوجيا الإلكترونية واحداً من أكثر الشخصيات البارزة خلال الثورة الصناعية الثانية۔

المغناطرون

يعد المغناطرون أحد أهم مكونات فرن المايكروويف الذي ينتج الموجات الدقيقة۔

المولد الكهربائي، درجة متوسطة

ينتج المولد الكهربائي تيارا كهربائيا من الطاقة الميكانيكية۔

محول

المحول هو عبارة عن جهاز يستخدم من أجل تغيير توتر التيار الكهربائي۔

كيف تعمل الطابعة الليزرية؟

يمكننا التعرف من خلال الرسوم المتحركة على بنية و آلية عمل الطابعة الليزرية۔

سيارات صديقة للبيئة

يمكن من خلال الجمع بين محرك الإحتراق الداخلي و المحرك الكهربائي تقليل انبعاثات العوادم۔

كيف يعمل مجفف الشعر؟

توضح الرسوم المتحركة بنية و آلية عمل مجفف الشعر۔

القطار المغناطيسي المعلق

يعد القطار المغناطيسي المعلق من أحدث وسائل المواصلات في العالم۔ يستطيع أن يصل إلى سرعات تتجاوز الـ 400 كم/سا۔

السيارة الكهربائية

الطراز - إس من سيارات تيسلا الكهربائية هو من أوائل النماذج التي يمكن استخدامها في الحياة اليومية۔

Added to your cart.