المحرك (الكهربائي)

في الهندسة الكهربائية ، يُعرف العضو الدوار بأنه ملف (أو مجموعة ملفات) آلة كهربائية تحمل تيارًا مترددًا . ^{[ 1 ]} وتوصل ملفات العضو الدوار التيار المتردد حتى في آلات التيار المستمر ، وذلك بفضل عمل المبدل (الذي يعكس اتجاه التيار دوريًا) أو بفضل التبديل الإلكتروني، كما هو الحال في محركات التيار المستمر عديمة الفرش . ويمكن أن يكون العضو الدوار إما على الدوار (الجزء الدوار) أو على الجزء الثابت ( ملف المجال ، الجزء الثابت)، وذلك حسب نوع الآلة الكهربائية.

تشمل أشكال المحركات المستخدمة في المحركات المحركات ذات الشكل المزدوج على شكل حرف T والمحركات ذات الشكل الثلاثي على شكل حرف T. ^{[ 2 ]}

تتفاعل لفائف المحرك مع المجال المغناطيسي ( التدفق المغناطيسي ) في الفجوة الهوائية؛ ويتم توليد المجال المغناطيسي إما بواسطة مغناطيس دائم، أو مغناطيس كهربائي يتكون من ملف موصل.

يجب أن يحمل المحرك تيارًا كهربائيًا ، لذا فهو دائمًا موصل أو ملف موصل، موجه عموديًا على كل من المجال الكهربائي واتجاه الحركة، سواء كان عزم دوران (في الآلات الدوارة) أو قوة (في الآلات الخطية). للمحرك دور مزدوج: أولًا، نقل التيار عبر المجال الكهربائي، مما يُولّد عزم دوران في عمود الدوران في الآلات الدوارة أو قوة في الآلات الخطية. ثانيًا، توليد قوة دافعة كهربائية.

في المحرك، تتولد قوة دافعة كهربائية نتيجة الحركة النسبية بين المحرك والمجال المغناطيسي. عند استخدام الآلة أو المحرك كمحرك، تعاكس هذه القوة الدافعة الكهربائية تيار المحرك، فيقوم المحرك بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية على شكل عزم دوران ، وينقلها عبر العمود. أما عند استخدام الآلة كمولد، فإن القوة الدافعة الكهربائية للمحرك هي التي تحرك تيار المحرك، فتتحول حركة العمود إلى طاقة كهربائية. في المولد الحثي ، تُستمد الطاقة المولدة من الجزء الثابت .

يُستخدم جهاز فحص المحرك للتأكد من عدم وجود دوائر قصيرة أو مفتوحة أو تسريبات إلى الأرض .

استُخدمت كلمة armature لأول مرة بمعناها الكهربائي، أي حامل المغناطيس ، في منتصف القرن التاسع عشر. ^{[ 3 ]}

يمكن التعبير عن أجزاء المولد الكهربائي أو المعدات ذات الصلة إما بمصطلحات ميكانيكية أو كهربائية. ورغم اختلاف هذين المصطلحين، إلا أنهما يُستخدمان غالبًا بشكل متبادل أو في تركيبات تتضمن مصطلحًا ميكانيكيًا وآخر كهربائيًا. قد يُسبب هذا التباسًا عند التعامل مع الآلات المركبة، مثل المولدات الكهربائية عديمة الفرش، أو في المحادثات بين الأشخاص الذين اعتادوا العمل مع آلات ذات تكوينات مختلفة.

في معظم المولدات، يدور المغناطيس الميداني ويُشكّل جزءًا من الدوّار ، بينما يكون العضو الدوّار ثابتًا ويُشكّل جزءًا من الجزء الثابت . ^{[ 4 ]} يمكن تصميم كل من المحركات والمولدات إما بعضو دوّار ثابت ومجال دوّار، أو بعضو دوّار دوّار ومجال دوّار ثابت. يُشار أيضًا إلى قطب المغناطيس الدائم أو المغناطيس الكهربائي، والجزء الحديدي المتحرك من الملف اللولبي ، خاصةً إذا كان الأخير يعمل كمفتاح أو مرحل ، باسم العضو الدوّار.

في آلة التيار المستمر، يوجد مصدران للتدفق المغناطيسي: تدفق المحرك وتدفق المجال الرئيسي. يُطلق على تأثير تدفق المحرك على تدفق المجال الرئيسي اسم "رد فعل المحرك". يُغير رد فعل المحرك توزيع المجال المغناطيسي، مما يؤثر على تشغيل الآلة. يمكن معادلة تأثيرات تدفق المحرك بإضافة ملف تعويض إلى الأقطاب الرئيسية، أو في بعض الآلات بإضافة أقطاب مغناطيسية وسيطة، موصولة بدائرة المحرك.

يُعد تفاعل المحرك أمرًا أساسيًا في مكبرات الصوت الدوارة من نوع أمبليدين .

انخفاض رد فعل المحرك هو تأثير المجال المغناطيسي على توزيع التدفق تحت الأقطاب الرئيسية للمولد. ^{[ 5 ]}

بما أن المحرك الدوار يُلفّ بملفات من الأسلاك، يتولد مجال مغناطيسي فيه كلما مر تيار كهربائي في هذه الملفات. هذا المجال يكون عموديًا على مجال المولد، ويُسمى التمغنط المتقاطع للمحرك الدوار. يؤدي تأثير مجال المحرك الدوار إلى تشويه مجال المولد وإزاحة المستوى المحايد. المستوى المحايد هو الموضع الذي تتحرك فيه لفائف المحرك الدوار بالتوازي مع خطوط التدفق المغناطيسي، ولذلك يُسمى المحور الواقع في هذا المستوى بالمحور المحايد المغناطيسي (MNA). ^{[ 6 ]} يُعرف هذا التأثير برد فعل المحرك الدوار، وهو يتناسب طرديًا مع شدة التيار المار في ملفات المحرك الدوار.

المحور المحايد الهندسي (GNA) هو المحور الذي ينصف الزاوية بين الخط المركزي للأقطاب المتجاورة. أما المحور المحايد المغناطيسي (MNA) فهو المحور المرسوم عموديًا على الاتجاه المتوسط ​​للتدفق المار عبر مركز المحرك. لا تتولد قوة دافعة كهربائية في موصلات المحرك على طول هذا المحور لأنها لا تقطع أي تدفق. عندما لا يمر تيار في موصلات المحرك، يتطابق المحور المحايد المغناطيسي مع المحور المحايد الهندسي.

يجب وضع فرش المولد في المستوى المحايد؛ أي يجب أن تلامس أجزاء المبدل المتصلة بملفات المحرك التي لا يولد عليها قوة دافعة كهربائية مستحثة. إذا لامست الفرش أجزاء المبدل خارج المستوى المحايد، فإنها ستتسبب في قصر الدائرة الكهربائية في الملفات "الحية" مما يؤدي إلى حدوث شرارة كهربائية وفقدان الطاقة.

بدون رد فعل المحرك، سيتطابق المحور المحايد المغناطيسي مع المحور المحايد الهندسي. يتسبب رد فعل المحرك في انزياح المستوى المحايد في اتجاه الدوران، وإذا كانت الفرش في المستوى المحايد عند عدم وجود حمل، أي عندما لا يمر تيار في المحرك، فلن تكون في المستوى المحايد عند مرور تيار في المحرك. لهذا السبب، يُستحسن تضمين نظام تصحيحي في تصميم المولد.

هناك طريقتان رئيسيتان للتغلب على تأثير رد فعل المحرك. تتمثل الطريقة الأولى في تغيير موضع الفرش بحيث تكون في المستوى المحايد عندما يُنتج المولد تيار الحمل الطبيعي. أما الطريقة الثانية، فتعتمد على تركيب أقطاب مجال خاصة، تُسمى الأقطاب الوسيطة، في المولد لموازنة تأثير رد فعل المحرك.

تُعدّ طريقة ضبط الفرش مناسبةً في المنشآت التي يعمل فيها المولد تحت حمل ثابت نسبيًا. أما إذا تغيّر الحمل بشكل ملحوظ، فسيتحرّك مستوى التعادل تناسبياً، ولن تكون الفرش في الوضع الصحيح دائمًا. تُعتبر طريقة ضبط الفرش الوسيلة الأكثر شيوعًا لتصحيح رد فعل المحرك في المولدات الصغيرة (التي تُنتج حوالي 1000 واط أو أقل). أما المولدات الأكبر حجمًا فتتطلب استخدام أقطاب وسيطة.

تتوزع ملفات اللف على كامل سطح الفجوة الهوائية، والتي قد تكون الدوار أو الجزء الثابت للآلة. في اللف المتداخل، يكون عدد مسارات التيار بين وصلات الفرش (أو الخطوط) مساويًا لعدد أقطاب ملف المجال. أما في اللف الموجي، فيوجد مساران فقط، ويكون عدد الملفات الموصولة على التوالي مساويًا لنصف عدد الأقطاب. لذا، بالنسبة لآلة ذات قدرة محددة، يُعد اللف الموجي أكثر ملاءمة للتيارات العالية والفولتية المنخفضة. ^{[ 7 ]}

تُثبّت الملفات في فتحات في الدوّار أو العضو الدوّار، وتُغطّى هذه الفتحات بمغناطيسات الجزء الثابت. يؤثر التوزيع الدقيق للملفات واختيار عدد الفتحات لكل قطب من أقطاب المجال بشكل كبير على تصميم الآلة وأدائها، مما يؤثر على عوامل مثل عملية التبديل في آلة التيار المستمر أو شكل الموجة في آلة التيار المتردد.

تُصنع أسلاك المحرك من النحاس أو الألومنيوم . يُحسّن سلك المحرك النحاسي الكفاءة الكهربائية نظرًا لموصليته الكهربائية العالية . أما سلك المحرك المصنوع من الألومنيوم فهو أخف وزنًا وأقل تكلفة من النحاس.

• آلة موازنة
• المبدل
• ملف المجال

• رسم تخطيطي توضيحي لملف المحرك والبيانات المستخدمة لتحديد معلمات ملف المحرك
• كيفية فحص ملفات محرك دوار بحثًا عن تلف في اللفات