محرك كهربائي

الدوار هو الجزء المتحرك الذي ينقل الطاقة الميكانيكية. ويحتوي الدوار عادةً على موصلات تحمل تيارات كهربائية، حيث يمارس المجال المغناطيسي للجزء الثابت قوةً عليها لتدوير العمود. ^{[ 2 ]}

يحيط الجزء الثابت بالجزء الدوار، ويحتوي عادةً على مغناطيسات المجال، وهي إما مغناطيسات كهربائية (ملفات سلكية حول قلب حديدي مغناطيسي) أو مغناطيسات دائمة . تُولّد هذه المغناطيسات مجالًا مغناطيسيًا يمر عبر الجزء الدوار، مُؤثرًا بقوة على ملفاته. يتكون قلب الجزء الثابت من العديد من الصفائح المعدنية الرقيقة المعزولة عن بعضها، وتُسمى هذه الصفائح بالرقائق. تُصنع هذه الرقائق من الفولاذ الكهربائي ، الذي يتميز بنفاذية مغناطيسية وتخلف مغناطيسي وتشبع مُحددة. تُقلل الرقائق من الفاقد الناتج عن التيارات الدوامية المُستحثة التي قد تتدفق في حال استخدام قلب صلب. في محركات التيار المتردد التي تعمل بالتيار الكهربائي، تُثبّت الأسلاك داخل الملفات عادةً عن طريق تشريبها بالورنيش في فراغ. يمنع هذا اهتزاز الأسلاك داخل الملفات واحتكاكها ببعضها، مما قد يؤدي إلى تآكل عازل الأسلاك وتلفها قبل الأوان. تستخدم المحركات المعبأة بالراتنج، المستخدمة في المضخات الغاطسة للآبار العميقة، والغسالات، ومكيفات الهواء، راتنجًا بلاستيكيًا لتغليف الجزء الثابت لمنع التآكل و/أو تقليل الضوضاء المنقولة. ^{[ 3 ]}

تسمح فجوة هوائية بين الجزء الثابت والجزء الدوار بالدوران. ويؤثر عرض هذه الفجوة بشكل كبير على الخصائص الكهربائية للمحرك. وعادةً ما تُصنع هذه الفجوة بأصغر حجم ممكن، لأن الفجوة الكبيرة تُضعف الأداء. في المقابل، قد تُسبب الفجوات الصغيرة جدًا احتكاكًا بالإضافة إلى الضوضاء.

يتكون المحرك من أسلاك ملفوفة حول قلب مغناطيسي حديدي . يؤدي مرور التيار الكهربائي عبر السلك إلى توليد مجال مغناطيسي يؤثر عليه بقوة ( قوة لورنتز )، مما يؤدي إلى دوران الدوار. الأسلاك عبارة عن أسلاك ملفوفة حول قلب مغناطيسي حديدي رقائقي، بحيث تشكل أقطابًا مغناطيسية عند مرور التيار الكهربائي فيه.

تأتي المحركات الكهربائية بنوعين: محركات ذات أقطاب بارزة ومحركات ذات أقطاب غير بارزة. في المحرك ذي الأقطاب البارزة، يحتوي كل من الجزء الدوار والجزء الثابت المصنوعين من مواد مغناطيسية حديدية على نتوءات تُسمى الأقطاب، وتكون هذه النتوءات متقابلة. يُلف سلك حول كل قطب أسفل سطحه، ليصبح قطبًا شماليًا أو جنوبيًا عند مرور التيار الكهربائي فيه. أما في المحرك ذي الأقطاب غير البارزة (محرك المجال الموزع أو المحرك ذو الدوار الدائري)، فيكون القلب المغناطيسي الحديدي عبارة عن أسطوانة ملساء، مع توزيع اللفائف بالتساوي في فتحات حول محيطها. يؤدي تزويد اللفائف بتيار متردد إلى تكوين أقطاب في القلب تدور باستمرار. ^{[ 4 ]} أما المحرك ذو الأقطاب المظللة، فيحتوي على لفافة حول جزء من القطب تؤخر طور المجال المغناطيسي لهذا القطب.

المبدل هو مفتاح كهربائي دوار يزود الدوار بالتيار. يقوم المبدل بعكس اتجاه التيار في ملفات الدوار بشكل دوري أثناء دوران العمود. يتكون من أسطوانة تضم عدة أجزاء معدنية موصلة على العضو الدوار. يضغط اثنان أو أكثر من الموصلات الكهربائية، تُسمى الفرش، والمصنوعة من مادة موصلة لينة مثل الكربون، على المبدل. تُحدث الفرش احتكاكًا انزلاقيًا مع أجزاء المبدل المتتالية أثناء دوران الدوار، مما يزود الدوار بالتيار . تتصل ملفات الدوار بأجزاء المبدل . يعكس المبدل اتجاه التيار في ملفات الدوار مع كل نصف دورة (180 درجة)، بحيث يكون عزم الدوران المطبق على الدوار دائمًا في نفس الاتجاه. ^{[ 5 ]} بدون هذا الانعكاس، سينعكس اتجاه عزم الدوران على كل ملف من ملفات الدوار مع كل نصف دورة، مما يؤدي إلى توقف الدوار. وقد حلت المحركات عديمة الفرش ، ومحركات المغناطيس الدائم ، والمحركات الحثية محل المحركات ذات المبدل في الغالب .

يمتد عمود المحرك خارج المحرك، حيث يتحمل الحمل. ولأن قوى الحمل تُبذل خارج المحمل الخارجي، يُقال إن الحمل معلق. ^{[ 6 ]}

يتم دعم الدوار بواسطة محامل ، مما يسمح للدوار بالدوران حول محوره عن طريق نقل قوة الأحمال المحورية والشعاعية من العمود إلى غلاف المحرك. ^{[ 6 ]}

قبل ظهور المحركات الكهرومغناطيسية الحديثة، خضعت محركات تجريبية تعمل بقوة كهروستاتيكية للدراسة والبحث. كانت أولى المحركات الكهربائية عبارة عن أجهزة كهروستاتيكية بسيطة ، وُصفت في تجارب أجراها الراهب الاسكتلندي أندرو جوردون والعالم الأمريكي بنجامين فرانكلين في أربعينيات وخمسينيات القرن الثامن عشر ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} . اكتُشف المبدأ النظري الذي تقوم عليه هذه المحركات، وهو قانون كولوم ، على يد هنري كافنديش عام 1771، لكنه لم ينشره. ثم اكتشف هذا القانون بشكل مستقل شارل أوغسطين دي كولوم عام 1785، ونشره، ولذلك يُعرف الآن باسمه ^{[ 11 ]} . ونظرًا لصعوبة توليد الفولتيات العالية التي تتطلبها هذه المحركات، لم تُستخدم المحركات الكهروستاتيكية في التطبيقات العملية.

أتاح اختراع البطارية الكهروكيميائية على يد أليساندرو فولتا عام 1799 ^{[ 12 ]} إمكانية إنتاج تيارات كهربائية مستمرة. واكتشف هانز كريستيان أورستد عام 1820 أن التيار الكهربائي يُولّد مجالًا مغناطيسيًا، قادرًا على التأثير بقوة على المغناطيس. ولم يمضِ سوى بضعة أسابيع حتى وضع أندريه ماري أمبير الصيغة الأولى للتفاعل الكهرومغناطيسي، وقدّم قانون أمبير للقوة ، الذي يصف توليد القوة الميكانيكية من خلال تفاعل التيار الكهربائي مع المجال المغناطيسي. ^{[ 13 ]}

قدّم مايكل فاراداي أول برهان عملي على هذه الظاهرة باستخدام حركة دورانية في 3 سبتمبر 1821 في قبو المؤسسة الملكية . ^{[ 14 ]} غُمس سلك معلق في حوض من الزئبق، ووُضع عليه مغناطيس دائم . عند تمرير تيار كهربائي في السلك، دار السلك حول المغناطيس، مما يدل على أن التيار يُولّد مجالًا مغناطيسيًا دائريًا مغلقًا حول السلك. ^{[ 15 ]} نشر فاراداي نتائج اكتشافه في مجلة العلوم الفصلية ، وأرسل نسخًا من بحثه مع نماذج مصغرة لجهازه إلى زملائه حول العالم ليتمكنوا هم أيضًا من مشاهدة ظاهرة الدوران الكهرومغناطيسي. ^{[ 14 ]} يُستخدم هذا المحرك غالبًا في التجارب الفيزيائية، حيث يُستبدل الزئبق (السام) بمحلول ملحي. كانت عجلة بارلو تطويرًا مبكرًا لبرهان فاراداي هذا، على الرغم من أن هذه المحركات أحادية القطب، وما شابهها، ظلت غير مناسبة للتطبيق العملي حتى أواخر القرن.

في عام 1827، بدأ الفيزيائي المجري أنيوس جيدليك تجاربه على الملفات الكهرومغناطيسية . وبعد أن حلّ جيدليك المشكلات التقنية للدوران المستمر باختراعه للمبدل ، أطلق على أجهزته الأولى اسم "المحركات الكهرومغناطيسية ذاتية الدوران". ورغم أنها استُخدمت لأغراض تعليمية فقط، فقد عرض جيدليك في عام 1828 أول جهاز يحتوي على المكونات الرئيسية الثلاثة لمحركات التيار المستمر العملية : الجزء الثابت ، والجزء الدوار، والمبدل. ولم يستخدم الجهاز أي مغناطيس دائم، إذ أن المجالات المغناطيسية لكل من المكونات الثابتة والدوارة كانت تُنتج فقط بواسطة التيارات المتدفقة عبر ملفاتها. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}

المبدل الأولاخترع العالم الإنجليزي ويليام ستورجون محركًا كهربائيًا يعمل بالتيار المستمر قادرًا على تشغيل الآلات عام 1832. ^{[ 24 ]} وبعد عمل ستورجون، قام المخترعان الأمريكيان توماس دافنبورت وإميلي دافنبورت ببناء محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر من نوع المبدل ، ^{[ 25 ]} وحصل ستورجون على براءة اختراعه عام 1837. كانت هذه المحركات تعمل بسرعة تصل إلى 600 دورة في الدقيقة، وتُشغل أدوات الآلات وآلة طباعة. ^{[ 26 ]} ونظرًا للتكلفة الباهظة لبطاريات الطاقة الأولية ، لم تحقق هذه المحركات نجاحًا تجاريًا، مما أدى إلى إفلاس عائلة دافنبورت. وقد سار العديد من المخترعين على خطى ستورجون في تطوير محركات التيار المستمر، لكنهم جميعًا واجهوا نفس مشكلة تكلفة البطاريات. ولعدم وجود نظام لتوزيع الكهرباء في ذلك الوقت، لم يظهر سوق تجاري عملي لهذه المحركات. ^{[ 27 ]}

بعد العديد من المحاولات الناجحة بدرجات متفاوتة باستخدام أجهزة دوارة وترددية ضعيفة نسبيًا، ابتكر الألماني الروسي موريتز فون جاكوبي أول محرك كهربائي دوار عملي في مايو 1834. وقد حقق هذا المحرك قدرة ميكانيكية هائلة. وسجل محركه رقمًا قياسيًا عالميًا، حسّنه جاكوبي بعد أربع سنوات في سبتمبر 1838. ^{[ 28 ]} وكان محركه الثاني قويًا بما يكفي لتسيير قارب كهربائي يحمل 14 شخصًا عبر نهر واسع. وفي الفترة ما بين 1839 و1840، تمكن مطورون آخرون من بناء محركات ذات أداء مماثل، ثم أعلى.

في عامي 1827-1828، بنى جيدليك جهازًا يستخدم مبادئ مشابهة لتلك المستخدمة في دواراته الكهرومغناطيسية ذاتية الدوران، وكان قادرًا على أداء عمل مفيد. ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 17 ] [ 23 ]} وفي العام نفسه، بنى نموذجًا لمركبة كهربائية . ^{[ 35 ]}

شهد عام 1864 نقطة تحول رئيسية، عندما وصف أنطونيو باتشينوتي لأول مرة المحرك الحلقي (على الرغم من أنه صُمم في البداية لمولد تيار مستمر، أي دينامو). ^{[ 13 ]} تميز هذا المحرك بملفات متناظرة مجمعة ومغلقة على نفسها ومتصلة بقضبان مبدل التيار، الذي كانت فرشاته تُنتج تيارًا شبه ثابت. ^{[ 36 ] [ 37 ]} وجاءت أولى محركات التيار المستمر الناجحة تجاريًا بعد تطويرات زينوب غرام ، الذي أعاد ابتكار تصميم باتشينوتي عام 1871، واعتمد بعض حلول فيرنر سيمنز .

من فوائد آلات التيار المستمر اكتشاف خاصية انعكاسية عمل الآلة الكهربائية، والتي أعلن عنها سيمنز عام 1867 ولاحظها باتشينوتي عام 1869. ^{[ 13 ]} وقد برهن غرام على ذلك بالصدفة في معرض فيينا العالمي عام 1873 ، عندما ربط جهازين من هذا النوع يعملان بالتيار المستمر بمسافة تصل إلى  كيلومترين عن بعضهما البعض، مستخدماً أحدهما كمولد والآخر كمحرك. ^{[ 38 ]}

قدّم فريدريك فون هيفنر-ألتينك من شركة سيمنز وهالسكه الدوّار الأسطواني ليحل محلّ الدوّار الحلقي لباتشينوتي عام 1872، مما حسّن كفاءة الآلة. ^{[ 13 ]} وفي العام التالي، قدّمت سيمنز وهالسكه الدوّار الرقائقي، محققةً بذلك انخفاضًا في فقد الحديد وزيادة في الجهد المستحث. وفي عام 1880، زوّد جوناس وينستروم الدوّار بفتحات لتثبيت الملفات، مما زاد من كفاءته.

في عام 1886، اخترع فرانك جوليان سبراغ أول محرك تيار مستمر عملي، وهو جهاز لا يُصدر شرارات كهربائية ويحافظ على سرعة ثابتة نسبيًا تحت أحمال متغيرة. وقد ساهمت اختراعات سبراغ الكهربائية الأخرى في ذلك الوقت في تحسين توزيع الكهرباء في الشبكة بشكل كبير (وهو عمل سابق أنجزه أثناء عمله لدى توماس إديسون )، وسمحت بإعادة الطاقة من المحركات الكهربائية إلى الشبكة، ووفرت توزيعًا كهربائيًا لعربات الترام عبر الأسلاك العلوية وعمود الترام، ووفرت أنظمة تحكم للعمليات الكهربائية. وقد مكّن هذا سبراغ من استخدام المحركات الكهربائية لاختراع أول نظام ترام كهربائي في ريتشموند، فيرجينيا ، في الفترة 1887-1888 ، والمصعد الكهربائي ونظام التحكم فيه عام 1892، ومترو الأنفاق الكهربائي بعربات تعمل بالطاقة بشكل مستقل وتُتحكم بها مركزيًا. وقد تم تركيب الأخير لأول مرة عام 1892 في شيكاغو بواسطة سكة حديد ساوث سايد المرتفعة ، حيث أصبح يُعرف باسم " L ". وأدى محرك سبراغ والاختراعات ذات الصلة إلى طفرة في الاهتمام باستخدام المحركات الكهربائية في الصناعة. تأخر تطوير المحركات الكهربائية ذات الكفاءة المقبولة لعقود عديدة بسبب عدم إدراك الأهمية القصوى للفجوة الهوائية بين الدوار والجزء الثابت. تتميز التصاميم الفعالة بفجوة هوائية صغيرة نسبيًا. ^{[ 39 ] [ أ ]} محرك سانت لويس، الذي استُخدم طويلًا في الفصول الدراسية لتوضيح مبادئ المحركات، غير فعال للسبب نفسه، فضلًا عن أنه لا يشبه المحركات الحديثة على الإطلاق. ^{[ 41 ]}

أحدثت المحركات الكهربائية ثورة في الصناعة. لم تعد العمليات الصناعية مقيدة بنقل الطاقة باستخدام الأعمدة أو الأحزمة أو الهواء المضغوط أو الضغط الهيدروليكي. بل أصبح بالإمكان تزويد كل آلة بمصدر طاقة خاص بها، مما يوفر تحكمًا سهلًا عند نقطة الاستخدام، ويحسن كفاءة نقل الطاقة. كما ساهمت المحركات الكهربائية في الزراعة في الاستغناء عن الجهد العضلي البشري والحيواني في مهام مثل مناولة الحبوب وضخ المياه. أما في المنازل (مثل الغسالات وغسالات الأطباق والمراوح ومكيفات الهواء والثلاجات)، فقد قللت المحركات الكهربائية من العمل الشاق في المنزل، ورفعت من مستوى الراحة والأمان. واليوم، تستهلك المحركات الكهربائية أكثر من نصف الطاقة الكهربائية المنتجة في الولايات المتحدة. ^{[ 42 ]}

في عام 1824، صاغ الفيزيائي الفرنسي فرانسوا أراغو نظرية وجود المجالات المغناطيسية الدوارة ، والتي أطلق عليها اسم دورانات أراغو ، والتي برهن عليها والتر بيلي في عام 1879، من خلال تشغيل وإيقاف المفاتيح يدويًا، باعتبارها في الواقع أول محرك حثي بدائي . ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]} في ثمانينيات القرن التاسع عشر، سعى العديد من المخترعين إلى تطوير محركات تيار متردد عملية ^{[ 47 ]} لأن مزايا التيار المتردد في نقل الجهد العالي لمسافات طويلة كانت تُقابل بعدم القدرة على تشغيل المحركات بالتيار المتردد.

اخترع غاليليو فيراريس أول محرك حثي يعمل بالتيار المتردد بدون مبدل في عام 1885. وتمكن فيراريس من تحسين تصميمه الأول بإنتاج نماذج أكثر تطوراً في عام 1886. ^{[ 48 ]} وفي عام 1888، نشرت الأكاديمية الملكية للعلوم في تورينو بحث فيراريس الذي يشرح بالتفصيل أسس تشغيل المحرك، وخلصت في ذلك الوقت إلى أن "الجهاز القائم على هذا المبدأ لا يمكن أن يكون ذا أهمية تجارية كمحرك". ^{[ 46 ] [ 49 ] [ 50 ]}

تصوّر نيكولا تيسلا إمكانية التطوير الصناعي ، حيث اخترع محركه الحثي بشكل مستقل عام 1887 وحصل على براءة اختراع في مايو 1888. وفي العام نفسه، قدّم تيسلا بحثه "نظام جديد لمحركات التيار المتردد والمحولات" إلى معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (AIEE) ، والذي وصف فيه ثلاثة أنواع من المحركات ثنائية الطور ذات أربعة أقطاب ثابتة، حاصلة على براءات اختراع: الأول ذو دوار بأربعة أقطاب يُشكّل محركًا مغناطيسيًا غير ذاتي التشغيل ، والثاني ذو دوار ملفوف يُشكّل محركًا حثيًا ذاتي التشغيل ، والثالث محرك متزامن حقيقي مزود بمصدر تيار مستمر منفصل لتغذية ملفات الدوار. مع ذلك، وصفت إحدى براءات الاختراع التي سجّلها تيسلا عام 1887 محركًا حثيًا ذو دوار بملفات قصيرة. قام جورج وستنجهاوس ، الذي كان قد حصل بالفعل على حقوق من فيراريس (1000 دولار أمريكي)، بشراء براءات اختراع تسلا على الفور (60000 دولار أمريكي بالإضافة إلى 2.50 دولار أمريكي لكل حصان مباع، مدفوع حتى عام 1897)، ^{[ 48 ]} ووظف تسلا لتطوير محركاته، وكلف سي إف سكوت بمساعدة تسلا؛ مع ذلك، انصرف تسلا إلى مساعٍ أخرى عام ١٨٨٩. ^{[ ٥١ ] [ ٥٢ ] [ ٥٣ ] [ ٥٤ ]} وتبين أن محرك الحث التيار المتردد ذو السرعة الثابتة غير مناسب لعربات الترام، ^{[ ٤٧ ]} لكن مهندسي وستنجهاوس نجحوا في تكييفه لتشغيل منجم في تيلورايد، كولورادو عام ١٨٩١. ^{[ ٥٥ ] [ ٥٦ ] [ ٥٧ ]} وحققت وستنجهاوس أول محرك حث عملي لها عام ١٨٩٢، وطورت سلسلة من محركات الحث متعددة الأطوار بتردد ٦٠ هرتز عام ١٨٩٣، إلا أن هذه المحركات المبكرة من وستنجهاوس كانت ثنائية الطور ذات دوارات ملفوفة. وفي وقت لاحق، طور بي جي لام دوارًا ملفوفًا بقضيب دوار. ^{[ ٥١ ]}

انطلاقًا من ثباته في دعم تطوير الطاقة ثلاثية الأطوار، اخترع ميخائيل دوليفو-دوبروفولسكي المحرك الحثي ثلاثي الأطوار عام 1889، بنوعيه: المحرك ذو القفص الدوار والمحرك ذو الدوار الملفوف المزود بمقاومة بدء التشغيل، كما اخترع المحول ثلاثي الأطراف عام 1890. وبعد اتفاقية بين شركتي AEG و Maschinenfabrik Oerlikon ، طور دوليفو-دوبروفولسكي وتشارلز يوجين لانسلوت براون نماذج أكبر، وهي محرك ذو قفص دوار بقدرة 20 حصانًا ومحرك ذو دوار ملفوف بقدرة 100 حصان مزود بمقاومة بدء التشغيل. وكانت هذه أول محركات غير متزامنة ثلاثية الأطوار مناسبة للتشغيل العملي. ^{[ 48 ]} ومنذ عام 1889، بدأ وينستروم بتطويرات مماثلة للآلات ثلاثية الأطوار. وفي معرض فرانكفورت الدولي للكهرباء عام 1891، عُرض بنجاح أول نظام ثلاثي الأطوار لمسافات طويلة. كانت قدرة المحطة 15 كيلوفولت، وامتدت لمسافة 175  كيلومترًا من شلال لاوفن على نهر نيكار. تضمنت محطة لاوفن مولدًا كهربائيًا بقدرة 240  كيلوواط، وجهد 86 فولت، وتردد 40  هرتز، ومحولًا رافعًا للجهد. أما في المعرض، فقد غذّى محول خافض للجهد محركًا حثيًا ثلاثي الأطوار بقدرة 100 حصان، والذي بدوره زوّد شلالًا اصطناعيًا بالطاقة، ما يمثل نقل مصدر الطاقة الأصلي. ^{[ 48 ]} يُستخدم الحث ثلاثي الأطوار الآن في الغالبية العظمى من التطبيقات التجارية. ^{[ 58 ] [ 59 ]} زعم ميخائيل دوليفو-دوبروفولسكي أن محرك تسلا لم يكن عمليًا بسبب نبضات الطورين، الأمر الذي دفعه إلى المثابرة على عمله في مجال الحث ثلاثي الأطوار. ^{[ 60 ]}

بدأت شركة جنرال إلكتريك بتطوير محركات الحث ثلاثية الأطوار عام 1891. ^{[ 51 ]} وبحلول عام 1896، وقّعت جنرال إلكتريك وويستنجهاوس اتفاقية ترخيص متبادل لتصميم الدوار ذي اللفائف الشريطية، والذي سُمّي لاحقًا بدوار القفص السنجابي . ^{[ 51 ]} وقد أدت التحسينات التي طرأت على محركات الحث نتيجةً لهذه الاختراعات والابتكارات إلى أن محرك حث بقدرة 100 حصان حاليًا له نفس أبعاد التركيب لمحرك بقدرة 7.5 حصان في عام 1897. ^{[ 51 ]}

في عام 2022، قُدِّرت مبيعات المحركات الكهربائية بنحو 800 مليون وحدة، بزيادة سنوية قدرها 10%. وتستهلك المحركات الكهربائية ما يقارب 50% من الكهرباء في العالم. ^{[ 61 ]} ومنذ ثمانينيات القرن الماضي، انخفضت حصة محركات التيار المستمر في السوق لصالح محركات التيار المتردد. ^{[ 62 ] : 89}

يتم تزويد محرك التيار المستمر عادةً من خلال مبدل حلقي مقسم كما هو موضح أعلاه.

يمكن تحقيق تبديل التيار في محركات التيار المتردد باستخدام مُبدِّل حلقي انزلاقي أو تبديل خارجي. ويمكن أن يكون هذا النوع من المحركات ثابت السرعة أو متغير السرعة، كما يمكن أن يكون متزامنًا أو غير متزامن. ويمكن للمحركات العامة أن تعمل على التيار المتردد أو التيار المستمر.

يمكن تشغيل محركات التيار المستمر بسرعات متغيرة عن طريق ضبط الجهد المطبق على الأطراف أو باستخدام تعديل عرض النبضة (PWM).

يتم تزويد محركات التيار المتردد التي تعمل بسرعة ثابتة بالطاقة بشكل عام مباشرة من الشبكة أو من خلال بادئات تشغيل ناعمة للمحرك .

يتم تشغيل محركات التيار المتردد التي تعمل بسرعات متغيرة باستخدام تقنيات مختلفة مثل محولات الطاقة ، ومحركات التردد المتغير ، أو المبدلات الإلكترونية.

يرتبط مصطلح المبدل الإلكتروني عادةً بتطبيقات محركات التيار المستمر عديمة الفرش ذاتية التبديل ومحركات التردد المتغير .

معظم محركات التيار المستمر هي من النوع الصغير ذي المغناطيس الدائم. تحتوي هذه المحركات على مفتاح تبديل ميكانيكي داخلي مزود بفرش لعكس اتجاه تيار ملفات المحرك بالتزامن مع الدوران. ^{[ 75 ]}

محرك تيار مستمر ذو إثارة كهربائية

يحتوي محرك التيار المستمر ذو التبديل على مجموعة من الملفات الدوارة الملفوفة على عضو دوار مثبت على عمود دوار. يحمل العمود أيضًا المبدل. وبالتالي، يمر تيار متردد عبر ملفات كل محرك تيار مستمر ذي فرش. يمر التيار عبر زوج واحد أو أكثر من الفرش التي تلامس المبدل؛ وتوصل هذه الفرش مصدرًا خارجيًا للطاقة الكهربائية بالعضو الدوار.

يتكون العضو الدوار من ملف سلكي واحد أو أكثر ملفوف حول قلب مغناطيسي حديدي "لين" ذي طبقات . يمر التيار من الفرش عبر المبدل وأحد ملفات العضو الدوار، مما يجعله مغناطيسًا مؤقتًا ( مغناطيسًا كهربائيًا ). يتفاعل المجال المغناطيسي الناتج مع مجال مغناطيسي ثابت ينتج إما عن مغناطيس دائم أو ملف آخر (ملف المجال)، كجزء من هيكل المحرك. تؤدي القوة بين المجالين المغناطيسيين إلى دوران العمود. يقوم المبدل بتبديل الطاقة إلى الملفات أثناء دوران الدوار، مانعًا أقطاب الملف من الاصطفاف الكامل مع الأقطاب المغناطيسية لمجال الجزء الثابت، بحيث يستمر الدوار في الدوران طالما أن الطاقة موصولة.

تُعزى العديد من قيود محرك التيار المستمر التقليدي ذي المبدل إلى الحاجة إلى فرش للحفاظ على التلامس مع المبدل، مما يُولّد احتكاكًا. تُنتج هذه الفرش شرارات عند عبورها الفجوات العازلة بين أقسام المبدل. وبحسب تصميم المبدل، قد تُسبب الفرش دوائر قصر بين الأقسام المتجاورة، وبالتالي بين نهايات الملفات. علاوة على ذلك، يتسبب حث ملفات الدوار في ارتفاع الجهد عبر كل ملف عند فتح دائرته، مما يزيد من الشرارات. تُحدّ هذه الشرارات من السرعة القصوى للمحرك، إذ أن الشرارات السريعة جدًا تُؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المبدل أو تآكله أو حتى انصهاره. كما تُحدّ كثافة التيار لكل وحدة مساحة من الفرش، بالإضافة إلى مقاومتها ، من خرج المحرك. يُولّد عبور الفجوات أيضًا ضوضاء كهربائية ؛ وتُولّد الشرارات تداخلًا لاسلكيًا . تتآكل الفرش في النهاية وتحتاج إلى استبدال، كما أن المبدل نفسه عُرضة للتآكل والصيانة أو الاستبدال. يُعدّ تجميع المبدل في المحركات الكبيرة عنصرًا مكلفًا، ويتطلب تجميعًا دقيقًا للعديد من الأجزاء. في المحركات الصغيرة، يكون المبدل عادةً مدمجًا بشكل دائم في الدوار، لذا فإن استبداله يتطلب عادةً استبدال الدوار.

بينما تكون معظم المبدلات أسطوانية الشكل، فإن بعضها عبارة عن أقراص مسطحة مجزأة مثبتة على عازل.

تُوفر الفُرَش الكبيرة مساحة تلامس واسعة، مما يُعظّم قدرة المحرك، بينما تتميز الفُرَش الصغيرة بكتلة منخفضة لزيادة سرعة دوران المحرك دون حدوث شرارات زائدة. (تُفضّل الفُرَش الصغيرة لانخفاض تكلفتها). يُمكن استخدام نوابض فُرَش أكثر صلابة لجعل الفُرَش ذات الكتلة المُحددة تعمل بسرعة أعلى، على الرغم من زيادة فقد الاحتكاك (انخفاض الكفاءة) وتسارع تآكل الفُرَش والمُبدِّل. لذلك، ينطوي تصميم فُرَش محركات التيار المُستمر على مُوازنة بين قدرة الخرج والسرعة والكفاءة/التآكل.

تُعرَّف آلات التيار المستمر على النحو التالي: ^{[ 76 ]}

• دائرة المحرك – ملف يحمل الحمل، سواء كان ثابتًا أو دوارًا.
• دائرة المجال – مجموعة من الملفات التي تنتج مجالًا مغناطيسيًا.
• التبديل: تقنية ميكانيكية يمكن من خلالها تحقيق التقويم، أو يمكن من خلالها اشتقاق التيار المستمر.

الأنواع الخمسة لمحركات التيار المستمر ذات الفرش هي:

• ملف تحويلة
• ملفوف على التوالي
• مركب (تكوينان):
  • المركب التراكمي
  • مركب تفاضلي
• مغناطيس دائم (غير موضح)
• مُثار بشكل منفصل (غير موضح).

يُطلق على المحرك ذي الملفات المتصلة على التوالي أو التوازي، والمُثار كهربائيًا، اسم المحرك العالمي، لأنه يُمكن تصميمه للعمل على التيار المتردد أو التيار المستمر. يعمل المحرك العالمي بكفاءة عالية على التيار المتردد لأن التيار في كلٍ من ملفات المجال وملفات العضو الدوار (وبالتالي المجالات المغناطيسية الناتجة) ينعكس قطبيته بشكل متزامن، وبالتالي تتولد القوة الميكانيكية الناتجة في اتجاه دوران ثابت.

تعمل المحركات العالمية بترددات خطوط الطاقة العادية ، وغالبًا ما تُستخدم في تطبيقات أقل من كيلوواط. شكلت هذه المحركات أساس محركات جر السكك الحديدية التقليدية في السكك الحديدية الكهربائية . في هذا التطبيق، يؤدي استخدام التيار المتردد على محرك مصمم للعمل بالتيار المستمر إلى خسائر في الكفاءة نتيجة لتسخين مكوناته المغناطيسية بفعل التيارات الدوامية ، وخاصة أقطاب مجال المحرك التي كانت تُصنع من الحديد الصلب (غير الرقائقي) في حالة التيار المستمر. ولذلك، نادرًا ما تُستخدم هذه المحركات حاليًا.

تتمثل إحدى المزايا في إمكانية استخدام التيار المتردد في المحركات التي تتميز بعزم دوران بدء عالٍ وتصميم صغير الحجم، خاصةً عند استخدام سرعات تشغيل عالية. في المقابل، تتطلب هذه المحركات صيانة أكثر وعمرًا أقصر. تُستخدم هذه المحركات في الأجهزة قليلة الاستخدام والتي تتطلب عزم دوران بدء عالٍ. توفر نقاط التوصيل المتعددة على ملف المجال تحكمًا متدرجًا (غير دقيق) في السرعة. عادةً ما تجمع الخلاطات المنزلية التي تُعلن عن سرعات متعددة بين ملف مجال مزود بعدة نقاط توصيل وثنائي يمكن توصيله على التوالي مع المحرك (مما يؤدي إلى تشغيل المحرك بتيار متردد مُقوّم بنصف موجة). كما تُناسب المحركات العامة التحكم الإلكتروني في السرعة ، ولذلك فهي خيار مناسب لأجهزة مثل الغسالات المنزلية. يستطيع المحرك تحريك حوض الغسالة (للأمام والخلف) عن طريق تبديل ملف المجال بالنسبة إلى ملف العضو الدوار.

بينما لا تستطيع محركات الحث ذات الحث المحدود (SCIMs) تدوير عمود الدوران بسرعة تتجاوز تردد التيار الكهربائي، فإن المحركات العامة قادرة على العمل بسرعات أعلى بكثير. وهذا ما يجعلها مفيدة للأجهزة المنزلية مثل الخلاطات والمكانس الكهربائية ومجففات الشعر، حيث تُعدّ السرعة العالية والوزن الخفيف من المتطلبات الأساسية. كما تُستخدم هذه المحركات بكثرة في الأدوات الكهربائية المحمولة، مثل المثاقب وآلات الصنفرة والمناشير الدائرية والترددية، حيث تتناسب خصائصها تمامًا مع احتياجات المستخدم. تتجاوز سرعة دوران العديد من محركات المكانس الكهربائية وآلات تشذيب الحشائش 10000 دورة في الدقيقة ، بينما قد تتجاوز سرعة دوران المطاحن الصغيرة 30000 دورة في الدقيقة .

المحرك الحثي هو محرك تيار متردد غير متزامن، حيث تُنقل الطاقة إلى الدوار عن طريق الحث الكهرومغناطيسي، تمامًا كما في المحولات الكهربائية. يشبه المحرك الحثي محولًا دوارًا، لأن الجزء الثابت (الجزء الساكن) هو في الأساس الجانب الابتدائي للمحول، بينما الجزء الدوار (الجزء المتحرك) هو الجانب الثانوي. تُستخدم المحركات الحثية متعددة الأطوار على نطاق واسع في الصناعة.

المحرك الكهربائي التزامني هو محرك تيار متردد. يتكون من دوار يدور مع ملفات تمر عبرها مغناطيسات بنفس تردد التيار المتردد، مما يُنتج مجالًا مغناطيسيًا لتحريكه. يتميز هذا المحرك بانعدام الانزلاق في ظروف التشغيل العادية. على النقيض من ذلك، يجب أن تنزلق محركات الحث لإنتاج عزم الدوران. أحد أنواع المحركات التزامنية يشبه محرك الحث باستثناء أن الدوار فيه يُثار بواسطة مجال تيار مستمر. تقوم حلقات الانزلاق والفرش بتوصيل التيار إلى الدوار. تتصل أقطاب الدوار ببعضها البعض وتتحرك بنفس السرعة. نوع آخر، مُصمم لعزم دوران منخفض الحمل، يحتوي على أسطح مستوية مصقولة على دوار قفص السنجاب التقليدي لتكوين أقطاب منفصلة. نوع آخر، كما صنعته شركة هاموند لساعاتها قبل الحرب العالمية الثانية، وفي أجهزة أورغن هاموند القديمة ، لا يحتوي على ملفات دوارة ولا يحتوي على أقطاب منفصلة. هذا النوع ليس ذاتي التشغيل. تتطلب الساعة تشغيلًا يدويًا بواسطة مقبض صغير في الخلف، بينما كانت أجهزة أورغن هاموند القديمة مزودة بمحرك بدء تشغيل مساعد متصل بمفتاح يدوي يعمل بنابض.

تُعدّ المحركات التزامنية ذات التخلف المغناطيسي عادةً محركات ثنائية الطور (بشكل أساسي) مزودة بمكثف لتغيير الطور لأحد الأطوار. تبدأ هذه المحركات عملها كمحركات الحث، ولكن عندما ينخفض ​​معدل الانزلاق بشكل كافٍ، يصبح الدوّار (أسطوانة ملساء) ممغنطًا مؤقتًا. وتجعله أقطابه الموزعة يعمل كمحرك تزامني ذي مغناطيس دائم. تبقى مادة الدوّار ممغنطة، كما هو الحال في المسمار العادي، ولكن يمكن إزالة مغنطتها بسهولة. وبمجرد بدء التشغيل، تبقى أقطاب الدوّار ثابتة في مكانها ولا تنزاح.

قد تحتوي محركات التوقيت المتزامنة منخفضة الطاقة (مثل تلك المستخدمة في الساعات الكهربائية التقليدية) على دوارات خارجية متعددة الأقطاب ذات مغناطيس دائم، وتستخدم ملفات تظليل لتوفير عزم بدء التشغيل. أما محركات ساعات Telechron، فتتميز بأقطاب مظللة لعزم بدء التشغيل، ودوار حلقي ثنائي الأضلاع يعمل كدوار ثنائي الأقطاب منفصل.

تحتوي المحركات الكهربائية ذات التغذية المزدوجة على مجموعتين مستقلتين من اللفائف متعددة الأطوار، تُساهمان في توليد الطاقة الفعالة (أي الطاقة العاملة) في عملية تحويل الطاقة، مع تحكم إلكتروني في إحدى المجموعتين على الأقل لتشغيلها بسرعة متغيرة. وتُعدّ مجموعتان مستقلتان من اللفائف متعددة الأطوار (أي محرك مزدوج) الحد الأقصى المُتاح في وحدة واحدة دون تكرار في البنية. تتميز المحركات الكهربائية ذات التغذية المزدوجة بنطاق سرعة عزم دوران ثابت فعال يُعادل ضعف السرعة التزامنية عند تردد إثارة مُحدد. وهذا يُعادل ضعف نطاق سرعة عزم الدوران الثابت في المحركات الكهربائية ذات التغذية الأحادية ، والتي تحتوي على مجموعة واحدة فقط من اللفائف الفعالة.

يسمح المحرك ذو التغذية المزدوجة باستخدام محول إلكتروني أصغر، لكن تكلفة ملفات الدوار وحلقات الانزلاق قد تفوق التوفير في مكونات إلكترونيات الطاقة. وتؤثر الصعوبات على التحكم في السرعة بالقرب من حدود السرعة التزامنية. ^{[ 80 ]}

المحرك الخطي هو في الأساس أي محرك كهربائي تم "فرده" بحيث أنه بدلاً من إنتاج عزم الدوران (الدوران)، فإنه ينتج قوة خطية على طوله.

تُعدّ المحركات الخطية في أغلب الأحيان محركات حثية أو محركات متدرجة. وتُستخدم هذه المحركات بكثرة في قطارات الملاهي، حيث تُتحكم الحركة السريعة للعربة التي لا تحتوي على محرك بواسطة السكة الحديدية. كما تُستخدم أيضًا في قطارات الرفع المغناطيسي ، حيث "يطير" القطار فوق الأرض. وعلى نطاق أصغر، استخدم جهاز رسم القلم HP 7225A، الذي يعود تاريخه إلى عام 1978، محركين خطيين متدرجين لتحريك القلم على المحورين X وY. ^{[ 86 ]}

يحوّل المحرك الكهربائي الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية من خلال القوة بين مجالين مغناطيسيين متعاكسين. ويجب أن يتولد أحد هذين المجالين المغناطيسيين على الأقل بواسطة مغناطيس كهربائي، وذلك من خلال المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الكهربائي.

القوة بين التيار${\displaystyle I}$في موصل طوله${\displaystyle \ell }$عمودي على المجال المغناطيسي${\displaystyle \mathbf {B} }$يمكن حسابها باستخدام قانون قوة لورنتز :

${\displaystyle \mathbf {F} =I\ell \times \mathbf {B} }$

ملاحظة: يرمز X إلى الضرب الاتجاهي للمتجهات .

تستخدم أكثر الطرق عمومية لحساب القوى في المحركات تدوين الموتر. ^{[ 100 ]}

تُعطى قدرة خرج المحرك الكهربائي على النحو التالي:$${\displaystyle P_{\text{em}}=T\omega =Fv}$$أين:

• ${\displaystyle \omega }$السرعة الزاوية للعمود ، [راديان في الثانية]
• ${\displaystyle T}$عزم الدوران، [نيوتن متر]
• ${\displaystyle F}$القوة، [نيوتن]
• ${\displaystyle v}$السرعة، [متر في الثانية].

في الوحدات الإمبراطورية، يتم إعطاء القدرة الميكانيكية الناتجة عن المحرك بواسطة ^{[ 101 ]}

${\displaystyle P_{\text{em}}={\frac {\omega _{\text{rpm}}T}{5252}}}$(قوة حصانية)

أين:

• ${\displaystyle \omega _{\text{rpm}}}$، السرعة الزاوية للعمود [[دورة في الدقيقة ]
• ${\displaystyle T}$عزم الدوران، [قدم-رطل].

في المحركات غير المتزامنة أو الحثية، تُعطى العلاقة بين سرعة المحرك وقدرة الفجوة الهوائية بالمعادلة التالية:

${\displaystyle P_{\text{airgap}}={\frac {R_{r}}{s}}I_{r}^{2}}$، أين

R _r – مقاومة الدوار

I _r ² – مربع التيار المستحث في الدوار

s – انزلاق المحرك ؛ أي الفرق بين السرعة التزامنية وسرعة الانزلاق، مما يوفر الحركة النسبية اللازمة لحث التيار في الدوار.

يؤدي تحرك ملفات المحرك ذي التيار المستمر أو المحرك العالمي عبر مجال مغناطيسي إلى توليد جهد كهربائي فيها. يميل هذا الجهد إلى معاكسة جهد تغذية المحرك، ولذلك يُسمى " القوة الدافعة الكهربائية العكسية ". يتناسب هذا الجهد طرديًا مع سرعة دوران المحرك. يجب أن تساوي القوة الدافعة الكهربائية العكسية للمحرك، بالإضافة إلى انخفاض الجهد عبر المقاومة الداخلية للملفات والفرش، الجهد عند الفرش. هذه هي الآلية الأساسية لتنظيم سرعة محرك التيار المستمر. عند زيادة الحمل الميكانيكي، يتباطأ المحرك، مما يؤدي إلى انخفاض القوة الدافعة الكهربائية العكسية، وبالتالي زيادة سحب التيار من مصدر التغذية. يوفر هذا التيار المتزايد عزم الدوران الإضافي اللازم لموازنة الحمل. ^{[ 102 ]}

في آلات التيار المتردد، من المفيد أحيانًا مراعاة وجود مصدر قوة دافعة كهربائية عكسية داخل الآلة؛ وهذا الأمر يثير قلقًا خاصًا فيما يتعلق بتنظيم سرعة المحركات الحثية بدقة على محولات التردد المتغيرة. ^{[ 102 ]}

وتعزى خسائر المحرك بشكل رئيسي إلى الخسائر المقاومة في الملفات، والخسائر الأساسية والخسائر الميكانيكية في المحامل، كما تحدث الخسائر الديناميكية الهوائية، خاصة في حالة وجود مراوح التبريد.

تحدث الخسائر أيضًا في عملية التبديل، حيث تُحدث المبدلات الميكانيكية شرارة؛ كما تُبدد المبدلات الإلكترونية الحرارة.

لحساب كفاءة المحرك، يتم قسمة القدرة الميكانيكية الناتجة على القدرة الكهربائية المدخلة:

${\displaystyle \eta ={\frac {P_{\text{m}}}{P_{\text{e}}}}}$،

أين${\displaystyle \eta }$كفاءة تحويل الطاقة ،${\displaystyle P_{\text{e}}}$هي طاقة الإدخال الكهربائية، و${\displaystyle P_{\text{m}}}$هي القدرة الميكانيكية الناتجة:

${\displaystyle P_{\text{e}}=IV}$

${\displaystyle P_{\text{m}}=T\omega }$

أين${\displaystyle V}$هو جهد الإدخال،${\displaystyle I}$تيار الإدخال،${\displaystyle T}$عزم الدوران الناتج، و${\displaystyle \omega }$تمثل السرعة الزاوية الناتجة. من الممكن اشتقاق نقطة الكفاءة القصوى تحليليًا. وعادةً ما تكون هذه النقطة عند أقل من نصف عزم الدوران عند التوقف .

سنّت العديد من الهيئات التنظيمية الوطنية تشريعات لتشجيع تصنيع واستخدام المحركات ذات الكفاءة العالية. تتراوح كفاءة المحركات الكهربائية بين 15% و20% تقريبًا لمحركات الأقطاب المظللة، وتصل إلى 98% لمحركات المغناطيس الدائم، ^{[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]} وتعتمد الكفاءة أيضًا على الحمل. تبلغ الكفاءة ذروتها عادةً عند 75% من الحمل المقنن. فعلى سبيل المثال، يكون محرك بقدرة 10 أحصنة في أعلى كفاءة له عند تشغيل حمل يتطلب 7.5 أحصنة. ^{[ 106 ]} كما تعتمد الكفاءة على حجم المحرك؛ فالمحركات الأكبر حجمًا تميل إلى أن تكون أكثر كفاءة. ^{[ 107 ]} لا يمكن لبعض المحركات العمل بشكل متواصل لأكثر من فترة زمنية محددة (مثلًا لأكثر من ساعة لكل دورة). ^{[ 108 ]}

اقترح إريك لايثويت ^{[ 109 ]} مقياسًا لتحديد "جودة" المحرك الكهربائي: ^{[ 110 ]}

${\displaystyle G={\frac {\omega }{{\text{resistance}}\times {\text{reluctance}}}}={\frac {\omega \mu \sigma A_{\text{m}}A_{\text{e}}}{l_{\text{m}}l_{\text{e}}}}}$

أين:

${\displaystyle G}$هو عامل الجودة (العوامل التي تزيد عن 1 من المرجح أن تكون فعالة)

${\displaystyle A_{\text{m}},A_{\text{e}}}$هي مساحات المقطع العرضي للدائرة المغناطيسية والكهربائية

${\displaystyle l_{\text{m}},l_{\text{e}}}$أطوال الدوائر المغناطيسية والكهربائية

${\displaystyle \mu }$نفاذية اللب

${\displaystyle \omega }$التردد الزاوي الذي يتم تشغيل المحرك عنده

ومن هذا، بيّن أن المحركات الأكثر كفاءة غالباً ما تمتلك أقطاباً مغناطيسية كبيرة نسبياً. مع ذلك، فإن هذه المعادلة تنطبق بشكل مباشر فقط على المحركات غير المغناطيسية الدائمة.

تستمد المحركات الكهرومغناطيسية عزم الدوران من حاصل الضرب الاتجاهي للمجالات المتفاعلة. ويتطلب حساب عزم الدوران معرفة المجالات في الفجوة الهوائية. وبمجرد تحديد هذه المجالات، يكون عزم الدوران هو تكامل جميع متجهات القوة مضروبًا في نصف قطر المتجه. وينتج التيار المتدفق في الملف هذه المجالات. أما بالنسبة للمحرك الذي يستخدم مادة مغناطيسية، فإن المجال لا يتناسب طرديًا مع التيار.

يمكن الاستعانة برقم يربط بين التيار وعزم الدوران لاختيار المحرك المناسب. يعتمد أقصى عزم دوران للمحرك على أقصى تيار، بغض النظر عن الاعتبارات الحرارية.

عند تصميمها الأمثل ضمن قيود تشبع القلب المغناطيسي المحددة، ولتيار فعال (أي تيار عزم الدوران)، وجهد، وعدد أزواج أقطاب، وتردد إثارة (أي السرعة التزامنية)، وكثافة تدفق مغناطيسي في الفجوة الهوائية، تُظهر جميع فئات المحركات/المولدات الكهربائية تقريبًا نفس الحد الأقصى لعزم الدوران المستمر على العمود (أي عزم الدوران التشغيلي) ضمن مساحة فجوة هوائية محددة مع فتحات اللف وعمق الحديد الخلفي، وهو ما يحدد الحجم المادي للقلب الكهرومغناطيسي. تتطلب بعض التطبيقات دفعات من عزم الدوران تتجاوز الحد الأقصى، مثل دفعات لتسريع مركبة كهربائية من وضع السكون. ونظرًا لأن قدرة دفعات عزم الدوران التي تتجاوز الحد الأقصى محدودة دائمًا بتشبع القلب المغناطيسي أو ارتفاع درجة حرارة التشغيل الآمن والجهد، فإنها تختلف اختلافًا كبيرًا بين أنواع المحركات/المولدات.

لا تستطيع الآلات الكهربائية التي لا تحتوي على دائرة محول، مثل محركات WRSM أو PMSM، توفير دفعات عزم دوران دون تشبع القلب المغناطيسي. وعندها، لا يمكن لزيادة التيار الإضافي أن تزيد العزم. علاوة على ذلك، قد يتعرض تجميع المغناطيس الدائم في محركات PMSM لتلف لا يمكن إصلاحه.

تسمح الآلات الكهربائية ذات بنية دائرة المحول، مثل آلات الحث، وآلات الحث الكهربائية ذات التغذية المزدوجة، وآلات الحث أو الآلات المتزامنة ذات الدوار الملفوف ذات التغذية المزدوجة (WRDF)، بانطلاقات عزم الدوران لأن التيار النشط الناتج عن القوة الدافعة الكهربائية على جانبي المحول يتعارض مع بعضه البعض وبالتالي لا يساهم في كثافة التدفق المغناطيسي للقلب المغناطيسي المقترن بالمحول، مما يتجنب تشبع القلب.

تُحدث الآلات الكهربائية التي تعتمد على مبادئ الحث أو عدم التزامن قصرًا في أحد منافذ دائرة المحول، ونتيجة لذلك، تصبح المعاوقة التفاعلية لدائرة المحول هي المهيمنة مع ازدياد الانزلاق، مما يحد من مقدار التيار الفعال (أي الحقيقي). ويمكن تحقيق نبضات عزم دوران أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من عزم الدوران التصميمي الأقصى.

تُعدّ آلة BWRSDF (المحرك المتزامن ذو الدوار الملفوف عديم الفرش) الآلة الكهربائية الوحيدة التي تتميز بدائرة محول ثنائية المنافذ حقيقية (أي، يتم تغذية كلا المنفذين بشكل مستقل دون وجود منفذ قصير الدائرة). ^{[ 111 ]} من المعروف أن دائرة المحول ثنائية المنافذ غير مستقرة، وتتطلب مجموعة فرش متعددة الأطوار ذات حلقات انزلاق لنقل طاقة محدودة إلى مجموعة ملفات الدوار. في حال توفر وسيلة دقيقة للتحكم الفوري في زاوية عزم الدوران والانزلاق للتشغيل المتزامن أثناء التشغيل، مع توفير الطاقة عديمة الفرش لمجموعة ملفات الدوار في الوقت نفسه، فسيكون التيار الفعال لآلة BWRSDF مستقلاً عن المعاوقة التفاعلية لدائرة المحول، وسيصبح من الممكن تحقيق دفعات من عزم الدوران أعلى بكثير من عزم الدوران التشغيلي الأقصى، وتجاوز القدرة العملية لأي نوع آخر من الآلات الكهربائية. وقد تم حساب دفعات من عزم الدوران تزيد عن ثمانية أضعاف عزم الدوران التشغيلي.

تُحدد كثافة عزم الدوران المستمر في الآلات الكهربائية التقليدية بحجم مساحة الفجوة الهوائية وعمق الحديد الخلفي، واللذان يتحددان بدورهما بقدرة ملفات العضو الدوار، وسرعة الآلة، وكثافة التدفق المغناطيسي الممكنة في الفجوة الهوائية قبل تشبع القلب الحديدي. وعلى الرغم من قوة الإكراه العالية للمغناطيس الدائم المصنوع من النيوديميوم أو الساماريوم -كوبالت، فإن كثافة عزم الدوران المستمر تكاد تكون متطابقة بين الآلات الكهربائية ذات ملفات العضو الدوار المصممة على النحو الأمثل. وترتبط كثافة عزم الدوران المستمر بطريقة التبريد وفترة التشغيل المسموح بها قبل التلف الناتج عن ارتفاع درجة حرارة الملفات أو تلف المغناطيس الدائم.

تشير مصادر أخرى إلى أن تصميمات الآلات الكهربائية المختلفة لها كثافة عزم دوران متباينة. ويُظهر أحد المصادر ما يلي: ^{[ 112 ]}

حيث يتم تطبيع كثافة عزم الدوران المحددة إلى 1.0 للمغناطيس الدائم السطحي (SPM) - التيار المتردد بدون فرش، توصيل التيار 180 درجة.

تكون كثافة عزم الدوران أكبر بأربع مرات تقريبًا بالنسبة للمحركات المبردة بالسوائل، مقارنة بتلك المبردة بالهواء.

أظهر مصدر يقارن بين التيار المستمر والمحركات الحثية (IM) والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSM) والمحركات ذات التردد المتغير (SRM) ما يلي: ^{[ 113 ]}

ويشير مصدر آخر إلى أن محركات المغناطيس الدائم المتزامنة (PMSM) التي تصل قدرتها إلى 1 ميغاواط تتمتع بكثافة عزم دوران أعلى بكثير من محركات الحث. ^{[ 114 ]}

تُحدد كثافة القدرة المستمرة بضرب كثافة عزم الدوران المستمر في نطاق سرعة عزم الدوران الثابت. يمكن للمحركات الكهربائية أن تحقق كثافات تصل إلى 20  كيلوواط/كيلوغرام، أي 20 كيلوواط من القدرة الناتجة لكل كيلوغرام. ^{[ 115 ]}