 |
| المحركات الحثية وأنواعها |
ما هو المحرك الحثي؟
يعرف المحرك الحثي باسم المحرك غير المتزامن لأنها تعمل بسرعة أقل من سرعتها المتزامنة (سرعة دوران المجال المغناطيسي في الآلة الدوارة)، وهو محرك كهربائي يعمل بالتيار المتردد.
يتم الحصول على التيار الكهربائي في الجزء المتحرك اللازم لإنتاج عزم الدوران عن طريق الحث الكهرومغناطيسي من المجال المغناطيسي الدوار لملف الجزء الثابت. يمكن أن يكون الجزء الدوار للمحرك الحثي عبارة عن دوار على شكل قفص سنجابي أو دوار على شكل عضو ملفوف .
سوف يخلق المجال المغناطيسي الدوار الناتج في الجزء الثابت تدفقًا في الجزء المتحرك، وبالتالي يتسبب في دوران الجزء المتحرك. بسبب الفارق الزمني بين تيار التدفق في الجزء المتحرك وتيار التدفق في الجزء الثابت، لن يصل الجزء المتحرك أبدًا إلى سرعة المجال المغناطيسي الدوار (أي السرعة المتزامنة).
مكونات المحركات الحثية
يتكون المحرك الحثي من طرفين أحدهما ساكن ويسمى (stator) والآخر دوار ويسمى (rotor) وترتبط سرعة الدوران بقيمة تردد التيار في الدائرة. ويتكون الدوار من شرائح من الحديد بدلا من قلب من الحديد مصمتة وذلك لتقليل تيار الفقد (eddy current loss) وزيادة الكفاءة.
وما بين الدوار والساكن مسافة من الهواء تسمى الثغرة الهوائية (air gap) وكلما قلت المسافة بين الدوار والساكن قلت قيمة مقاومة الهواء.
مبدأ عمل المحرك الحثي
مبدأ عمل المحرك الحثي هو أن التيار المتردد الموجود في الجزء المتحرك للمحرك مطلوب لتوليد عزم الدوران الذي يتم اكتسابه من خلال الحث الكهرومغناطيسي الذي ينتج عن المجال المغناطيسي الدوار لملف الجزء الثابت.
أنواع المحركات الحثية
تعتمد أنواع المحركات الحثية على مصدر الإدخال وهناك أساسا نوعان من المحركات الحثية هما:
- محركات حثية أحادية الطور
- محركات حثية ثلاثية الطور
المحركات الحثية أحادية الطور ليست محركا ذاتي التشغيل، والمحرك الحثي ثلاثي الطور هو محرك ذاتي التشغيل.
المحرك الحثي أحادي الطور
المحرك الحثي أحادي الطور لا يبدأ ذاتيًا، عندما يتم توصيل المحرك بمصدر طاقة أحادي الطور فإن الملف الرئيسي يحمل تيارًا متناوبًا.
أنواع المحركات الحثية أحادية الطور
يتم تصنيف المحرك الحثي أحادي الطور إلى أربعة أنواع من المحركات الحثية مثل:
- المحرك ذو الطور المنفصل
- محرك ذو مكثف بدء التشغيل.
- محرك ذو مكثف بدء التشغيل ومكثف التشغيل.
- محرك ذو القطب المظلل.
المحرك الحثي ذو الطور المنفصل
الاسم البديل للمحرك الحثي ثنائي الطور هو محرك المقاومة. يتضمن هذا النوع من المحركات عضوًا ساكنًا وعضوًا دوارًا بقفص واحد، حيث يشتمل الجزء الثابت على ملفين يُطلق عليهما ملف البداية بالإضافة إلى الملف الرئيسي. يتم تحريك هذين الملفين بمقدار 90 درجة . يتضمن ملف البداية مفاعلة تحريضية أقل ومقاومة عالية، في حين يتضمن الملف الرئيسي مقاومة أقل للغاية بالإضافة إلى مفاعلة تحريضية عالية.
هذا النوع من المحركات أقل تكلفة ومناسب للأحمال التي تبدأ بسهولة شديدة حيث يمكن تقييد تردد البدء. لا ينطبق هذا المحرك على المحركات التي تحتاج إلى أكثر من 1 كيلو واط بسبب انخفاض عزم الدوران.
تشمل تطبيقات المحرك الحثي ثنائي الطور بشكل أساسي في الغسالة، وأجهزة تلميع الأرضيات، ومراوح التيار المتردد، والخلاط، والمنافيخ، ومضخات الطرد المركزي، وآلة الحفر والمخرطة.
محرك ذو مكثف بدء التشغيل.
المحرك الحثي لبدء التشغيل المكثف هو محرك أحادي الطور يتضمن عضوًا ثابتًا بالإضافة إلى دوار بقفص واحد. يتضمن الجزء الثابت لهذا المحرك بشكل أساسي ملفين وهما الملف الرئيسي بالإضافة إلى الملف المساعد. اسم بديل للملف المساعد هو بدء اللف. في بناء المحرك، يمكن ترتيب هذين الملفين بشكل منفصل بزاوية 90 درجة.
يتم استخدام المحرك الحثي لبدء التشغيل المكثف عندما تكون هناك حاجة إلى عمليات تشغيل متكررة مثل أحمال القصور الذاتي العالية.
يستخدم هذا النوع من المحركات لتشغيل الضواغط والمضخات والأدوات الآلية والناقلات، ويتم استخدامه في ضواغط التيار المتردد والثلاجات.
محرك ذو مكثف بدء التشغيل ومكثف التشغيل.
مبدأ عمل المحرك الحثي للمكثف هو نفس مبدأ تشغيل المحرك الحثي للمكثف. نحن نعلم أن المحرك الحثي أحادي الطور لا يبدأ تشغيله ذاتيًا لأن المجال المغناطيسي المتولد ليس من النوع الدوار. لذلك، لتوليد مجال مغناطيسي دوار، تتطلب المحركات الحثية اختلاف الطور. في المحرك الحقي ثنائي الطور، يجب أن تكون المقاومة موجودة لخلق فرق الطور ولكن في هذه المحركات؛ سوف يحدث المكثف فرق الطور.
هناك حقيقة مفادها أن التيار المتدفق عبر المكثف يوجه الجهد في تشغيل المكثف وبدء تشغيل المكثف، هناك نوعان من اللفات مثل الملف الرئيسي والبدء.
عند بدء الملف، يوجد رابط داخل المكثف، وبالتالي فإن التيار المتدفق داخل المكثف يوجه الجهد المطبق خلال زاوية معينة. يتضمن هذان المحركان عزم دوران عاليًا لذلك يتم استخدامهما بشكل أساسي في المطاحن والناقلات والضواغط ومكيفات الهواء وما إلى ذلك.
المحرك ذو القطب المظلل
هذا محرك حثي ذاتي التشغيل أحادي الطور حيث يمكن تظليل أحد أقطابه من خلال الحلقة النحاسية والتي تسمى أيضًا الحلقة المظللة. الوظيفة الرئيسية لهذه الحلقة في المحرك هي بمثابة ملف ثانوي.
يدور هذا النوع من المحركات ببساطة بطريقة واحدة محددة ولا يمكن أن تكون الحركة العكسية للمحرك ممكنة. في هذا المحرك، يكون فقدان الطاقة مرتفعًا للغاية، وعامل الطاقة أقل، ويمكن أيضًا أن يكون عزم الدوران المستحث منخفضًا للغاية. كفاءة هذا المحرك ضعيفة بسبب تصميمه الصغير وتصنيفات الطاقة المنخفضة. تشمل تطبيقات المحرك الحثي ذو القطب المظلل الأجهزة الصغيرة مثل المراوح والمرحلات بسبب سهولة تشغيله وتكلفته المنخفضة.
يستخدم هذا المحرك في مجففات الشعر، مراوح العادم، مراوح الطاولة، تكييف الهواء، مراوح التبريد، جهاز التبريد، مشغلات الأسطوانات، أجهزة العرض، مسجلات الأشرطة، آلات التصوير. تُستخدم هذه المحركات أيضًا لبدء تشغيل الساعات الإلكترونية بالإضافة إلى محركات التوقيت المتزامنة أحادية الطور.
تطبيقات المحركات الحثية أحادية الطور
يتم استخدامها في التطبيقات منخفضة الطاقة وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات المحلية وكذلك الصناعية مثل:
- المضخات
- الضواغط
- العجانات
- ألعاب الأطفال
- مكانس كهربائية عالية السرعة
- ماكينات الحلاقة الكهربائية
- آلات الحفر
المحركات الحثية ثلاثية الطور
هي محركات ذاتية التشغيل ولا تستخدم أي مكثف أو ملف بدء أو مفتاح طرد مركزي أو أي جهاز بدء آخر. تستخدم المحركات الحثية ذات التيار المتردد ثلاثية الطور على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والتجارية لأنها متينة في البناء ولا تتطلب أي صيانة تقريبًا، كما أنها رخيصة الثمن نسبيًا، وتتطلب إمدادًا للجزء الثابت فقط.
مكونات المحركات الحثية ثلاثية الطور
يشتمل المحرك الحثي ثلاثي الطور على مكونين أساسيين هما الجزء الثابت والدوار. في هذا المحرك، الجزء الثابت هو الجزء الثابت بينما الجزء الدوار هو الدوار. في هذا المحرك، يتم توصيل الحمل إلى العمود. يمكن لف لف عضو الإنتاج ثلاثي الطور فوق الجزء الثابت. بمجرد موازنة تيار ثلاثي الطور خلال هذا الملف، يمكن تشكيل مجال مغناطيسي دوار ذو سعة ثابتة داخل فجوة الهواء.
أنواع المحركات الحثية ثلاثية الطور
يتم تصنيف هذا النوع من المحركات إلى نوعين بناءً على بنيتها إلى:
- المحرك الحثي ذو القفص السنجابي Squirrel Cage Rotor
- المحرك الحثي ذو العضو الملفوف Wound - Rotor Motor
تُستخدم محركات القفص السنجابي على نطاق واسع نظرًا لبنيتها القوية وتصميمها البسيط. تتطلب المحركات الحلقية المنزلقة أن يكون لمقاومات خارجية عزم دوران مرتفع.
المحرك الحثي ذي القفص السنجابي Squirrel Cage Rotor
إن بناء المحرك الحثي على شكل قفص السنجاب بسيط للغاية. يشتمل الدوار في هذا المحرك على قلب أسطواني يمكن تصفيحه ويتضمن بعض الفتحات على المحيط الخارجي. هذه الفتحات غير قابلة للمقارنة وهي ملتوية ببعض الزوايا.
تساعد هذه الفتحات على إيقاف القفل المغناطيسي بين أسنان الجزء الثابت والدوار بحيث يمكن تحقيق التشغيل السلس وتقليل ضوضاء الطنين. تشتمل هذه المحركات على دوارات من القضبان بدلاً من لف الدوار حيث يتم تصنيع هذه القضبان من النحاس أو الألومنيوم أو النحاس.
في هذا النوع من المحركات، يشتمل ملف الدوار على قضيب من الألومنيوم غير معزول ومثبت في فتحات الدوار شبه المغلقة. عند طرفي هذا المحرك، يتم قصر دائرة هذه الموصلات من خلال الحلقة النهائية للمادة المماثلة. ونتيجة لذلك، فإن هذا النوع من الدوار يشبه القفص السنجابي، لذلك يُعرف بالمحرك الحثي ذو القفص السنجابي.
المحرك الحثي ذو العضو الملفوف Wound - Rotor Motor
يُطلق على المحرك الحثي ذو العضو الملفوف اسم المحرك الحثي ذو الحلقة الانزلاقية، وهذا المحرك يشتمل الدوار على قلب أسطواني مصفح. على غرار قفص السنجاب، هناك بعض الفتحات على المحيط الخارجي. يتم وضع لف الدوار داخل الفتحات.
في الجزء المتحرك الملفوف، يتم لف اللفات المعزولة أعلى الجزء المتحرك بشكل مماثل كما هو الحال في الجزء الثابت. يمكن توزيع لف هذا الدوار بشكل موحد وعادة ما يكون متصلاً في نموذج STAR. يمكن إخراج الأطراف الثلاثة لوصلة STAR هذه من خلال حلقة الانزلاق. لذلك هذا هو سبب تسمية هذا المحرك بالمحرك الحثي ذو الحلقة الانزلاقية.
مميزات وعيوب المحركات الحثية
للمحركات الحثية العديد من المزايا كما انها لا تخلو من العيوب كما يلي:
مميزات المحركات الحثية
- منخفضة التكلفة
- لا تحتاج إلى صيانة
- سهولة التشغيل
- تباين السرعة
- عزم بدء التشغيل العالي
- المتانة
عيوب المحركات الحثية
تشمل عيوب المحرك الحثي ما يلي.
- خلال حالة الحمل الخفيف، يكون عامل الطاقة أقل للغاية ويسحب تيارًا كبيرًا لذلك يمكن أن يكون فقدان النحاس مرتفعًا مما يقلل من الكفاءة طوال حالة الحمل الخفيف.
- عزم الدوران الأولي للمحرك الحثي ذو القفص السنجابي ليس منخفضًا.
- هذا محرك ذو سرعة ثابتة وهذا المحرك غير قابل للتطبيق عند الحاجة إلى سرعة غير متساوية
- التحكم في سرعة المحرك ليس بالأمر السهل
- يتضمن هذا المحرك تيار تدفق عالي البداية والذي سيؤدي إلى انخفاض الجهد في بداية الوقت.
ما هي استخدامات المحرك الحثي؟
تشمل تطبيقات المحركات الحثية ما يلي.
- المصاعد
- الرافعات
- الرافعات
- مراوح عادم ذات سعة كبيرة
- قيادة آلات المخرطة
- الكسارات
- مصانع استخلاص الزيوت
- النسيج وغيرها.
الأسئلة الشائعة حول المحركات الحثية وأنواعها
من اخترع المحرك الحثي؟
مخترع المحرك الحثي هو نيكولا تيسلا في 1886 في الولايات المتحدة الأمريكية.
ما هي السرعة المتزامنة؟
هي سرعة دوران المجال المغناطيسي في الآلة الدوارة، وتعتمد على تردد الآلة وعدد أقطابها.
لماذا يبدأ المحرك الحثي ثلاثي الطور ذاتيًا؟
في محرك ثلاثي الطور، هناك 3 خطوط أحادية الطور من خلال فرق طور قدره 120 درجة. لذا فإن المجال المغناطيسي الدوار يشتمل على فرق طور مماثل، وبالتالي فإن فرق الطور هذا سوف يدور الجزء المتحرك.
على سبيل المثال، إذا اعتبرنا a وb وc كثلاث مراحل بمجرد مغنطة الطور "a"، فإن الجزء المتحرك سوف ينزاح نحو الطور "a". في المرحلة الثانية التالية، سيتم ممغنطة 'b'، وبالتالي سوف تتمغنط الدوار وبعد تلك المرحلة 'c'. بهذه الطريقة، سوف يدور الدوار بشكل مستمر.
لماذا لا يبدأ المحرك الحثي أحادي الطور ذاتيًا؟
بمجرد أن يكون الإمداد المقدم للمحرك الحثي 1-1 الطور أحادي الطور، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا نابضًا، وليس دوارًا. يولد التيار الحالي في جميع أنحاء الموصل تدفقًا يمكن تحديده إلى مكونين، حيث يدور كل مكون في الاتجاه المعاكس بسرعة مماثلة.
وبالتالي فإن التدفق الصافي سيصبح صفراً؛ سوف يصبح تدفق التيار المستحث في الموصلات الدوارة صفراً وسيكون عزم الدوران صفراً. ونتيجة لذلك، فإن المحرك التحريضي أحادي الطور لا يبدأ تشغيله ذاتيًا.
للتغلب على هذه المشكلة ولجعل هذا المحرك يبدأ ذاتيًا، يمكن تحويل هذا المحرك مؤقتًا إلى محرك ثنائي الطور طوال فترة التشغيل. لهذا السبب، يتم تقديم الجزء الثابت للمحرك أحادي الطور من خلال لف إضافي للملف الرئيسي مثل بدء اللف. لذا، تقع هذه اللفات عبر مصدر الطور الواحد.
يمكن ترتيب اللف بحيث يكون فرق الطور بين التيارات داخل الملفين الثابتين كبيرًا للغاية. وبالتالي فإن هذا المحرك يعمل مثل محرك ثنائي الطور. يولد التياران تدفقًا دوارًا يجعل المحرك أحادي الطور يبدأ ذاتيًا.
المصدر
محرك حثي
What is an Induction Motor : Types Their Working
Induction Motor:Working Principle, Types, Definition