تعرف علي مكونات المحرك الكهربائي وكيفية عمله || 426

عمل محرك كهربائي

يتكون المحرك الكهربائي أساسًا من مغناطيس ثابت وموصل متحرك يسمى عضو دوار. وتشكل خطوط القوى بين أقطـاب المغناطيس وعندما يمر تيـار كهربائي خلال الموصل يصبح الموصل مغناطيساً آخر. ويتنافر المجالان المغناطيسيان ويؤدي هذا التنافر إلى دوران العضو الدوار.

يعتمد تشغيل المحرك الكهربائي على ثلاثة مبادئ رئيسية:

1ـ يولِّد تيار كهربائي مجالاً مغنطيسيا في العضو الثابت،

2ـ يولد تيار كهربائي آخر مجالا مغناطيسيا في ملفات العضو الدوار . يصل التيار الكهربائي الثاني إلى ملفات العضو الدوار عن طريق مبادل كهربائي ذو تقسيمات توزع التيار المستمر.

3ـ يتجاذب المجالان المغناطيسييان أو يتنافرا فتحدث حركة العضو الدوار .

وإحدى الطرق التي توضح العلاقة بين اتجاه التيار في سلك واتجاه المجال المغناطيسي الناشيء هي قاعدة اليد اليمنى .

أجزاء المحرك الكهربائي

يتكون المحرك الكهربائي البسيط من موصل كهربائي دوار (عضو دوار)، موضوع بين قطبين شمالي وجنوبي لمغناطيس ثابت في شكل حدوة الحصان . ويعرف الموصل باسم العضو الدوار (ويسمى أحيانا الحافظة: حافظة (غلاف الأرماتور) ، بينما يعرف المغناطيس الثابت باسم بِنْيَة المجال (العضو الثابت). وهناك أيضًا المبادل الكهربائي المثبت على محور العضو الدوار ويمد لفات العضو الدوار بالتيار .

العضو الثابت : بنية المجال ، تولد ملفات العضو الثابت مجالاً مغناطيسياً داخل المحرك، حيث يتكون المجال المغناطيسي من خطوط قوى توجد بين قطبي المغناطيس الثابت. وتتكون بنية المجال في محرك التيار المستمر البســيط من مغناطيس دائم يسـمى مغناطيس المجال. وفي بعض المحركات الأكبر حجماً والأكثر تعقيدا تتركب بنية المجال من أكثر من مغناطيس كهربائي واحد تتغذى بالكهرباء من مصدر خارجي. وتسمى مثل هذه المغانط الكهربائية ملفات المجال الثابت.

العضو الدوار أو الحافظة: العضو الدوار يكون ملفا أسطواني أو عدة ملفات في مجموعها اسطونية الشكل وهي تكوّن مغناطيسا كهربائيًا عندما يمر التيار فيها . ويتصل بالعضو الدوار محور مرتكز على كرسيين تحميل ، ويوصل الحمل بهذا المحور فيدور الحمل .

يدور العضو الدوار في محركات التيار المستمر البسيطة الصغيرة بين قطبي المغناطيس (سواء كان مغناطيسا ذاتيا أو مغناطيس كهربائي) حيث يتجاذب قطب الدوار المغناطيسي الشمالي مع القطب الجنوبي للعضو الثابت ، والجنوبي في هذا مع الشمالي في ذاك . ثم ينعكس عندها اتجاه التيار لتغيِّر قطب الدوار الشمالي ليجعله قطباً جنوبيا، فيتنافر القطبان الجنوبيان، مما يجعل الحافظة تقوم بنصف دورة. يتم عكس التيار عن طريق مبادل كهربائي - عبارة عن حلقة معدنية مقسومة إلى عدة أجزاء تلامس كل اثنين منهما فرشتين ناقلتين للتيار من الخارج ويقوم المبادل بتوصيل التيار إلى ملفات العضو الدورار . وبعكس التيار في العضو الدوار عن طريق المبادل يصبح قطباه مقابليْن للقطبين المختلفين لمجال العضو الثابت فتكتمل حركة الدوار ويتم دورة كاملة . وبتبديل اتجاه التيار المستمر في ملف الدوار يستمر العضو الدوار في الدوران.

وفي كل مرة ينعكس فيها اتجاه التيار (عمليا يدخل التيار في الملف من اليمين ويخرج من اليسار باستمرار ولكن أثناء ذلك يكون المبادل قد دار نصف دورة مع الملف المعني ، فيصبح اتجاه التيار الداخل معاكسا لاتجاهه الأول) ، تدور الحافظة (العضو الدوار) نصف دورة. وعندما تدور الحافظة فإنها تقطع خطوط القوى المغناطيسية التي يولِّدها مجال العضو الثابت . فينتج جهد كهربائي في الملف . وهذا الجهد الكهربائي يسمى القوة الدافعة الكهربائية المعاكسة التي تقلِّل من سرعة دوران الحافظة ، كما أنها تقلل من التيار الذي تحمله. فإذا كان المحرك يدير حملاً بسيطاً فإن الحافظة ستدور بسرعة عالية وتولِّد قوة دافعة كهربائية معاكسة أكبر. وعندما يزداد الحمل تدور الحافظة أبطأ حيث تقطع عدداً أقل من خطوط القوى المغناطيسية. وعلى ذلك، فإن المحرك الذي يحمل حملاً أكبر يعمل بكفاءة أكثر لأنه يستخدم طاقة أقل لبذل شغل.

المبادل الكهربائي: يستخدم المبادل بصفة أساسية في محركات التيار المستمر ، حيث يعكس اتجاه التيار في العضو الدوار عند دورانه فهو يقوم بتوصيل التيار بين مصدر الكهرباء إلى ملفات العضو الدوار. ويتكون المبادل في محرك التيار المستمر من حلقة مقسمة إلى جزءين على الأقل ، ومثبتة في عمود الإدارة المتصل بالعضو الدوار. وتتصل نهاية كل ملف من ملفات العضو الدوار بجزئين من تقسيمات الحلقة المعدنية (يشكلان قطبين متقابلين [أنظر الشكل أسفله]) .

يوصل التيار القادم من المصدر الخارجي بالمبادل عن طريق سلكين وقطعتين صغيرتين من الجرافيت تسمى "الفرشتين" وتلامس جزئين متقابلين من تقسيمات المبادل. ويدخل التيار من فرشاة إلى الملف ، وتوجد فرشاة أخرى في الجانب الآخر للمبادل يخرج منها التيار من اللفة ويعود التيار إلى مصدر الكهرباء . وعندما تتصل إحدى الحلقات مع الفرشاة الأولى ، تلتقط التيار الكهربائي من الفرشاة وترسله عبر الحافظة ، وعندما تقع الأقطاب المغناطيسية التي تتكون على الحافظة بعض الأقطاب المتشابهة لمغنطيس المجال، تدور الحافظة نصف دورة مارة بإحدى الفجوات التي تفصل الحلقات . ثم تتصل الحلقة الثانية من المبادل مع الفرشاة الأولى وتصبح حاملة للتيار إلى الحافظة، وبهذا ينعكس اتجاه التيار كما ينعكس موضع الأقطاب في الحافظة. وعندما تتقابل الأقطاب المتشابهة للمجالين المغناطيسيين للعضو الثابت و الحافظة تستمر الحافظة في الدوران نظرا لتنافر مجالاهما المغناطيسي.

أنواع المحركات الكهربائية

أجزاء محرك التيار المستمر المصدر الشائع لقدرة المحرك هو التيار المستمر من البطارية. ولأن التيار المستمر يسير في اتجاه واحد، فإن محركات التيار المستمر تعتمد على مبدلات ذات حلقات مشقوقة لتوصيل التيار المستمر إلى ملف الدوار. حلقات المبدل المشقوقة تكون معدنية ومثبتة على المحور ومعزولة عنه. وتلتقط التيار من البطارية وتوصلة إلى الحلقات و بالتالي إلى الملف الدوار بواسطة فرشتين .

ابتكر من المحركات الكهربائية نوعين أساسيين هما :

1- محرك تيار مستمر

2- محرك تيار متردد

المصدر