مبدأ التشغيل وجهاز المحرك الكهربائي

أي محرك كهربائي مصمم لأداء عمل ميكانيكي بسبب استهلاك الكهرباء المطبقة عليه ، والتي عادة ما تتحول إلى حركة دورانية. على الرغم من وجود نماذج في التكنولوجيا تخلق على الفور حركة انتقالية للجسم العامل. هذه تسمى المحركات الخطية.

في التركيبات الصناعية ، تقوم المحركات الكهربائية بتشغيل العديد من آلات قطع المعادن والأجهزة الميكانيكية المشاركة في عملية الإنتاج التكنولوجي.

داخل الأجهزة المنزلية ، تعمل المحركات الكهربائية على تشغيل الغسالات والمكانس الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر ومجففات الشعر ولعب الأطفال والساعات والعديد من الأجهزة الأخرى.

العمليات الفيزيائية الأساسية ومبدأ العمل

عند التحرك في الداخل حقل مغناطيسي تتمتع الشحنات الكهربائية ، التي تسمى التيارات الكهربائية ، دائمًا بقوة ميكانيكية تميل إلى تحويل اتجاهها في مستوى عمودي على اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.عندما يمر تيار كهربائي عبر سلك معدني أو ملف مصنوع منه ، فإن هذه القوة تميل إلى تحريك / تدوير كل سلك يحمل التيار والملف بأكمله.

تُظهر الصورة أدناه إطارًا معدنيًا يتدفق التيار خلاله. يخلق المجال المغناطيسي المطبق عليه قوة F لكل فرع من فروع الإطار ، مما يخلق حركة دورانية.

هذه الخاصية للتفاعل بين الطاقة الكهربائية والمغناطيسية ، القائمة على إنشاء قوة دافعة كهربائية في حلقة موصلة مغلقة ، يتم تشغيلها على كل محرك كهربائي. يشمل تصميمه:

• ملف يتدفق من خلاله تيار كهربائي. يتم وضعه على قلب مرساة خاص ومثبت في محامل دوارة لتقليل مقاومة قوى الاحتكاك. هذا التصميم يسمى الدوار.

• الجزء الثابت ، الذي يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، والذي يخترق بخطوط قوته الشحنات الكهربائية التي تمر على طول لفات الملف الدوار ؛

• السكن لوضع الجزء الثابت. داخل الجسم ، يتم صنع مقاعد خاصة ، يتم فيها تثبيت الأقفاص الخارجية لمحامل الدوار.

يمكن تمثيل التصميم المبسط لأبسط محرك كهربائي من خلال صورة بالشكل التالي.

عندما يدور الدوار ، يتم إنشاء عزم دوران ، وتعتمد قوته على التصميم العام للجهاز وكمية الطاقة الكهربائية المطبقة وخسائرها أثناء عمليات التحويل.

دائمًا ما يكون حجم أقصى قوة عزم ممكنة للمحرك أقل من الطاقة الكهربائية المطبقة عليه. يتميز بقيمة الكفاءة.

أنواع المحركات الكهربائية

وفقًا لنوع التيار المتدفق عبر الملفات ، يتم تقسيمها إلى محركات DC أو AC.كل من هاتين المجموعتين لديها عدد كبير من التعديلات باستخدام عمليات تكنولوجية مختلفة.

محركات التيار المستمر

لديهم مجال مغناطيسي ثابت تم إنشاؤه بواسطة ثابت ثابت مغناطيس دائم أو المغناطيسات الكهربائية الخاصة مع ملفات الإثارة. يتم تثبيت ملف المحرك بإحكام في العمود ، والذي يتم تثبيته في المحامل ويمكن أن يدور بحرية حول محوره.

يظهر الهيكل الأساسي لهذا المحرك في الشكل.

يوجد في قلب المحرك ، المصنوع من مواد مغناطيسية حديدية ، ملف يتكون من جزأين متصلين بسلسلة ، متصلان بألواح التجميع الموصلة في أحد طرفيه ومتصلة ببعضهما البعض في الطرف الآخر. توجد فرشتان من الجرافيت على طرفي نقيض تمامًا من المحرك ويتم ضغطهما على وسادات التلامس لألواح التجميع.

يتم تطبيق إمكانية مصدر تيار مستمر موجب على فرشاة النمط السفلي وإمكانية سلبية على المستوى العلوي. يظهر اتجاه التيار المتدفق عبر الملف بواسطة سهم أحمر متقطع.

يتسبب التيار في أن يكون للمجال المغناطيسي قطب شمالي في أسفل يسار المحرك ، وقطب جنوبي في أعلى يمين المحرك (قاعدة gimbal). ينتج عن هذا تنافر أقطاب الجزء المتحرك من الأقطاب الثابتة التي تحمل الاسم نفسه والجاذبية للأقطاب المقابلة للجزء الثابت. نتيجة للقوة المطبقة ، تحدث حركة دورانية ، يُشار إلى اتجاهها بواسطة سهم بني.

مع مزيد من دوران المحرك عن طريق القصور الذاتي ، يتم نقل الأعمدة إلى ألواح تجميع أخرى. يتم عكس اتجاه التيار فيها. يستمر الدوار في الدوران أكثر.

يؤدي التصميم البسيط لجهاز التجميع هذا إلى خسائر كبيرة في الطاقة الكهربائية.تعمل هذه المحركات في أجهزة ذات تصميم بسيط أو ألعاب للأطفال.

تتميز المحركات الكهربائية ذات التيار المباشر المشاركة في عملية الإنتاج بتصميم أكثر تعقيدًا:

• لا يتم تقسيم الملف إلى قسمين ، ولكن إلى عدة أجزاء ؛

• يتم تثبيت كل قسم من أجزاء الملف على عمودها الخاص ؛

• يتكون جهاز التجميع من عدد معين من وسادات التلامس وفقًا لعدد اللفات.

نتيجة لذلك ، يتم إنشاء اتصال سلس لكل عمود من خلال لوحات التلامس الخاصة به مع الفرشاة والمصدر الحالي وتقليل فقد الطاقة.

يظهر جهاز هذا المرساة في الصورة.

في محركات التيار المستمر ، يمكن عكس اتجاه دوران الدوار. للقيام بذلك ، يكفي تغيير حركة التيار في الملف إلى الاتجاه المعاكس عن طريق تغيير القطبية عند المصدر.

محركات التيار المتردد

إنها تختلف عن التصميمات السابقة في أن التيار الكهربائي المتدفق في ملفها موصوف بواسطة القانون التوافقي الجيبيدوريا تغيير اتجاهه (علامة). لتشغيلها ، يتم توفير الجهد من المولدات ذات العلامات المتناوبة.

يتم تنفيذ الجزء الثابت لهذه المحركات بواسطة دائرة مغناطيسية. إنه مصنوع من ألواح مغناطيسية حديدية ذات أخاديد توضع فيها لفات الملف بتكوين إطار (ملف).

محركات كهربائية متزامنة

توضح الصورة أدناه مبدأ تشغيل محرك تيار متردد أحادي الطور مع دوران متزامن للحقول الكهرومغناطيسية للدوار والجزء الثابت.

في أخاديد الدائرة المغناطيسية للجزء الثابت عند الأطراف المتقابلة تمامًا ، يتم وضع أسلاك متعرجة ، موضحة بشكل تخطيطي في شكل إطار يتدفق من خلاله تيار متناوب.

دعونا ننظر في حالة اللحظة المقابلة لمرور الجزء الموجب من نصف الموجة.

في الخلايا الحاملة ، يدور عضو دوار بمغناطيس دائم مدمج بحرية ، حيث يتم تحديد «فم N» الشمالي و «فم S» الجنوبي بوضوح. عندما يتدفق تيار نصف موجب خلال لف الجزء الثابت ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي بقطبين «S st» و «N st» فيه.

تنشأ قوى التفاعل بين المجالات المغناطيسية للعضو الدوار والجزء الثابت (مع تنافر القطبين وعلى عكس جذب القطبين) والتي تميل إلى تحويل المحرك الحركي من أي موضع إلى أقصى الحدود عندما يكون القطبان المتعاكسان قريبين قدر الإمكان من بعضهما البعض آخر.

إذا أخذنا في الاعتبار نفس الحالة ، ولكن في الوقت الحالي عندما يمر العكس - نصف موجة سالبة من التيار تمر عبر سلك الإطار ، فسيحدث دوران المحرك في الاتجاه المعاكس.

لضمان استمرار حركة الجزء المتحرك في الجزء الثابت ، لا يتم عمل إطار متعرج واحد ، ولكن عددًا معينًا منها ، نظرًا لأن كل منها يتم تشغيله بواسطة مصدر تيار منفصل.

مبدأ العمل لمحرك تيار متردد ثلاثي الأطوار مع دوران متزامن ، تظهر المجالات الكهرومغناطيسية للدوار والجزء الثابت في الصورة التالية.

في هذا التصميم ، يتم تثبيت ثلاث ملفات A و B و C داخل الدائرة المغناطيسية للجزء الثابت ، يقابلها زوايا 120 درجة لبعضها البعض. تم وضع علامة على الملف A باللون الأصفر ، و B باللون الأخضر ، و C باللون الأحمر. كل ملف مصنوع من نفس الإطارات كما في الحالة السابقة.

في الصورة ، على أي حال ، يتدفق التيار عبر ملف واحد فقط في الاتجاه الأمامي أو العكسي ، والذي يشار إليه بعلامتي «+» و «-«.

عندما تمر الموجة النصف الموجبة خلال المرحلة A في الاتجاه الأمامي ، يتخذ محور المجال الدوار وضعًا أفقيًا ، لأن الأقطاب المغناطيسية للجزء الثابت تتشكل في هذا المستوى وتجذب المحرك المتحرك. تميل الأقطاب المقابلة للدوار إلى الاقتراب من أقطاب الجزء الثابت.

عندما تنتقل الموجة النصف الموجبة إلى المرحلة C ، يدور المحرك 60 درجة في اتجاه عقارب الساعة. بمجرد تطبيق التيار على المرحلة B ، سيحدث دوران مماثل في المحرك. كل تدفق تيار لاحق في المرحلة التالية من اللف التالي سيؤدي إلى تدوير الدوار.

إذا تم تغيير جهد التيار الكهربائي ثلاثي الطور بزاوية 120 درجة لكل ملف ، فإن التيارات المتناوبة ستدور فيها ، والتي ستدور المحرك وتخلق دورانه المتزامن مع المجال الكهرومغناطيسي المطبق.

يتم استخدام نفس التصميم الميكانيكي بنجاح في محرك متدرج ثلاثي الأطوار ... فقط في كل ملف عن طريق التحكم تحكم خاص (سائق محرك متدرج) يتم تطبيق النبضات الثابتة وإزالتها وفقًا للخوارزمية الموضحة أعلاه.

يبدأ بدء تشغيلهم بحركة دورانية ، ويوفر إنهاءهم عند نقطة زمنية معينة دورانًا مُقاسًا للعمود وتوقفًا بزاوية مبرمجة لأداء عمليات تكنولوجية معينة.

في كلا النظامين ثلاثي الأطوار الموصوفين ، من الممكن تغيير اتجاه دوران المحرك. للقيام بذلك ، تحتاج فقط إلى تغيير تسلسل المراحل «أ» - «ب» - «ج» إلى أخرى ، على سبيل المثال «أ» - «ج» - «ب».

يتم تنظيم سرعة الدوار من خلال طول الفترة T. ويؤدي انخفاضها إلى تسريع الدوران.يعتمد حجم سعة التيار في الطور على المقاومة الداخلية للملف وقيمة الجهد المطبق عليه. يحدد مقدار عزم الدوران وقوة المحرك الكهربائي.

المحركات غير المتزامنة

تصميمات المحركات هذه لها نفس الدائرة المغناطيسية للجزء الثابت مع اللفات كما في النماذج أحادية الطور وثلاثية الطور التي تمت مناقشتها سابقًا. يحصلون على اسمهم من الدوران غير المتزامن للحقول الكهرومغناطيسية للجزء الثابت والجزء الثابت. يتم ذلك عن طريق تحسين تكوين الدوار.

قلبها مصنوع من ألواح فولاذية كهربائية مخددة. وهي مجهزة بموصلات من الألومنيوم أو النحاس ، والتي يتم إغلاقها في نهايات المحرك بحلقات موصلة.

عندما يتم تطبيق الجهد على لفات الجزء الثابت ، يتم تحفيز تيار كهربائي في ملف الجزء المتحرك بواسطة القوة الدافعة الكهربائية ويتم إنشاء حقل مغناطيسي للمُحرك. عندما تتفاعل هذه المجالات الكهرومغناطيسية ، يبدأ عمود المحرك بالدوران.

مع هذا التصميم ، تكون حركة الجزء المتحرك ممكنة فقط بعد حدوث مجال كهرومغناطيسي دوار في الجزء الثابت ، ويستمر في وضع تشغيل غير متزامن معه.

تعتبر المحركات غير المتزامنة أبسط في التصميم ، وبالتالي فهي أرخص وتستخدم على نطاق واسع في التركيبات الصناعية والأجهزة المنزلية.

ABB محرك كهربائي مقاوم للانفجار

المحركات الخطية

تقوم العديد من الهيئات العاملة في الآليات الصناعية بإجراء حركة تبادلية أو انتقالية في مستوى واحد ، وهو أمر ضروري لتشغيل آلات تشغيل المعادن والمركبات وضربات المطرقة عند قيادة الأكوام ...

إن تحريك مثل هذا الجسم العامل عن طريق علب التروس والبراغي الكروية ومحركات الحزام والأجهزة الميكانيكية المماثلة من محرك كهربائي دوار يعقد التصميم. الحل التقني الحديث لهذه المشكلة هو تشغيل محرك كهربائي خطي.

يتم استطالة الجزء الثابت والدوار في شكل شرائط ، بدلاً من لفهما في حلقات ، كما هو الحال في المحركات الكهربائية الدوارة.

مبدأ العملية هو نقل الحركة الخطية الترددية إلى الدوار العداء بسبب نقل الطاقة الكهرومغناطيسية من الجزء الثابت الثابت بدائرة مغناطيسية مفتوحة بطول معين. يتم إنشاء مجال مغناطيسي عامل بداخله عن طريق التبديل المتسلسل للتيار.

إنه يعمل على لف المحرك مع المجمع. القوى الناشئة في مثل هذا المحرك تحرك الدوار فقط في اتجاه خطي على طول عناصر التوجيه.

تم تصميم المحركات الخطية لتعمل إما على التيار المباشر أو التيار المتردد ويمكن أن تعمل في الوضع المتزامن أو غير المتزامن.

عيوب المحركات الخطية هي:

• تعقيد التكنولوجيا

• غالي السعر؛

• كفاءة منخفضة في استخدام الطاقة.