مبدأ عمل المحركات الاحادية الطور:

قد يهمك أيضا

مبدا المحركات الاحادية الطور وانواعها:

مقدمة :

       يعتمد مبدأ عمل المحركات الكهربائية بشكل عام على القاعدة الآتية: " إذا سرى تيار في موصل وكان الموصل داخل مجال مغناطيسي متغير القيمة فإن الموصل سيتأثر بقوة ميكانيكية محركة، وتتحدد حركة الموصل حسب قاعدة اليد اليمنى. ولمعرفة مبدأ عمل محرك التيار المتناوب لابد من دراسة نشوء المجال المغناطيسي الدوّار. فعندما يسري تيار متناوب في محرك التيار المتناوب المحتوي على مجموعتين من الملفات وهما ملفات التشغيل وملفات بدء التشغيل وبينهما إزاحة في الطور مقدارها (90 درجة) فان هذا سيؤدي لسريان تيارين كهربائيين لهما نفس زاوية الطور وسيؤدي ذلك الى وجود مجالين مغناطيسيين لهما نفس الإزاحة.

ويظهر الشكل التالي نشوء المجال المغناطيسي الدوار بتغير التيارين الذين يسريان في الملفات مع الزمن. 

تلاحظ من الشكل انه عند النقطة To يسري التيار الأول (تيار ملفات بدء التشغيل) بقيمته العظمى في اللحظة التي يكون فيها التيار الثاني (تيار ملفات التشغيل) صفراً وهذا يؤدي لتولد مجال مغناطيسي من التيار الأول فقط. 

 وتلاحظ عند النقطة T1 أي بعد زاوية مقدارها (45 درجة) من اللحظة الأولى تولد مجالين مغناطيسيين متساويي القيمة بينهما زاوية طور (90 درجة) وبالتالي ستنتج محصلة للمجالين المغناطيسيين كما يوضح الشكل.

وعند النقطة T2 تصبح قيمة التيار الأول صفراً أما التيار الثاني فله قيمة عظمى مؤدياً ذلك لتوليد مجال مغناطيسي من التيار الثاني فقط ويكون اتجاهه كما يوضح الشكل.

وبتتبع بقية النقاط تلاحظ محصلة المجال المغناطيسي خلال دورة كاملة للتيار(من 0 - 360 درجة)، أي أن المجال المغناطيسي دار دورة كاملة لمحرك ذي قطبين بسرعة (3000 د/د) والتيار الذي يسري له تردد يساوي 50 هيرتز. 

هذا المجال المغناطيسي الدوار سيولد قوة دافعة كهربية في أي موصل كهربائي يقع ضمن نطاق تأثيره وذلك طبقا لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. وحيث أن العضو الدوار يقع تحت تأثير هذا المجال المغناطيسي الدوار لذا سينشأ في موصلاته قوة دافعة كهربية، وبما أن موصلات العضو الدوار مقصورة من الجهتين فإنه سيسري فيها تيارات كهربائية ومن ثم سيتولد مجال مغناطيسي دوار أخر في الثغرة الهوائية (Air Gap) الموجودة بين العضو الساكن والعضو الدوار نتيجة سريان تيار في موصلات العضو الدوار . في هذه الحالة أصبح لدينا مجالين مغناطيسيين دوارين الأول ناتج من العضو الساكن والثاني  ناتج من العضو الدوار، وحيث أن المجالين المغناطيسيين يدوران بنفس السرعة والاتجاه فإنه سيتولد عزم فعال على العضو الدوار يؤدى إلى دورانه بنفس اتجاه دوران المجالين.

الانزلاق   (Slipping)
يدور العضو الدوار في المحركات الحثية بسرعة أقل من سرعة المجال المغناطيسي الذي يدور في العضو الساكن، لأنه لو دار بنفس السرعة، لانعدمت (ق د ك) المتولدة في ملفاته بسبب عدم وجود سرعة نسبية بين هذه الملفات والمجال المغناطيسي الدوار. والفرق بين هاتين السرعتين يسمى سرعــة الانزلاق  (Slip Velocity)، أي أن : 

سرعة الانزلاق = السرعة التزامنية (سرعة المجال المغناطيسي في العضو الساكن)  - سرعة المحرك (العضو الدوار).


تعتمد  قيمة الانزلاق على حمل المحرك، فكلما زاد الحمل زاد العزم اللازم للدوران وبالتالي انخفضت سرعة المحرك وارتفع الانزلاق. ويمكن التعبير عن الانزلاق (S) بالمعادلة التالية :

حيث :

 n : السرعة التزامنية (rpm)

Sm: سرعة العضو الدوار (rpm)

والمحركات الاحادية الطور تتنوع بحسب طبيعة الاستخدام وحسب مكوناتها وعزم البدء لها وكيفية عكس اتجاه دورانها وفيما يلي عرض لانواع المحركات الاحادية الطور: 

1- محرك الطور المشطور:

وهو محرك يحتوي على مجموعتين من الملفات وسببب تسميته بالطور المشطور لان المحرك لا يستطيع بدء حركته بنوع واحد من الملفات (الملفات الرئيسية)، لذلك يتم شطر (اضافة) ملفات اخرى، تسمى بملفات التقويم او البدء او بدء التشغيل، ويصمم بحيث يكون له مقاومة اومية كبيرة بالنسبة للملفات الرئيسية (ملفات التشغيل)، وبسبب هذه المقاومة يصبح لدينا زاوية في الطور (الوجه) بين ملفات التشغل وملفات بدء التشغيل، حيث يكون لدينا افضل حالة عمل عندما تكون الزاوية 90 درجة بين ملفات التشغيل وملفات بدء التشغيل. والشكل التالي يوضح شكل الزاوية بين ملفات التشغيل وبدء التشغيل حيث تكون الزاوية بين تيار التشغيل وتيار بدء التشغيل هي 30 درجة.

يحتوي محرك الطور المشطور على مجموعتين من الملفات هما الملفات الرئيسية (التشغيل) وملفات التقويم (بدء التشغيل) . كما يحتوي على مفتاح طرد مركزي يوصل مفتاح طرد مركزي على التوالي مع ملفات بدء التشغيل. ووظيفة مفتاح الطرد المركزي هي فصل ملفات التقويم عن المصدر عند وصول سرعة دوران المحرك إلى حوالي 75% من السرعة الاسمية للمحرك، وبعدها يبقى المحرك يعمل بوساطة ملف التشغيل فقط طيلة فترة التشغيل.  والشكل التالي يوضح عمل مفتاح الطرد المركزي.

توصل أحياناً مقاومة على التوالي مع ملف بدء التشغيل في محرك الطور المشطور : يتم توصيل مقاومة على التوالي مع ملف بدء التشغيل لزيادة الزاوية ما بين تياري بدء التشغيل والتشغيل كما تعمل هذه المقاومة على تحديد تيار البدء للمحرك الذي يصل إلى (4- 6) أضعاف تيار المحرك عندما يكون الحمل كاملاً يتراوح عزم البدء في هذا المحرك من حوالي 125% - 150% من عزم المحرك عندما يكون الحمل كاملا. 

2- المحرك ذو مواسع بدء التشغيل: 

يشبه تركيب النوع الأول من المحركات مع إضافة مواسع بدء التشغيل (مكثف) على التوالي مع ملفات بدء التشغيل، بحيث يعمل مفتاح الطرد المركزي على فصل ملفات بدء التشغيل والمواسع عن الدارة الكهربائية عند وصول السرعة إلى 75% من السرعة الاسمية للمحرك، يستخدم المواسع لجعل تيار ملفات بدء التشغيل متقدما على فولطية المصدر بزاوية

. والشكل التالي يوضح متجهات تيار التشغيل وتيار بدء التشغيل.

 

يتراوح عزم البدء للمحرك ذو مواسع بدء التشغيل من (300 -400%) من عزم المحرك عندما يكون الحمل كاملاً. 

3- المحرك ذو المواسع الدائم (Permanent- capacitor Motor) 

يشبه تركيبه تركيب محرك الطور المشطور ولكن بدون وجود مفتاح طرد مركزي، يتضمن مواسع بدء بشكل دائم على التوالي مع ملف بدء التشغيل طيلة فترة عمل المحرك ولا يفصل عن ملفات بدء التشغيل.  

للمحرك عزم بدء منخفض يصل لغاية 95% من عزم المحرك عندما يكون الحمل كاملاً، لكنه يمتاز بفاعليته العالية التي تبلغ حوالي 80 % وعامل قدرة (0.9 – 0.95). والمحرك مستخدم بكثرة في مضخات نقل المياه صغيرة القدرة.

4- المحرك ذو مواسع بدء التشغيل ومواسع التشغيل:

حيث يشبة تركيبه هذا المحرك تركيب محرك الطور المشطور ويوجد في المحرك مواسعين (مكثفين) أحدهما مواسع بدء دائم بينما المواسع الثاني مواسع بدء التشغيل موصول على التوالي مع مفتاح الطرد المركزي، الذي يعمل على فصل مواسع بدء التشغيل فقط عند وصول السرعة إلى 75% من السرعة الأسمية. حيث انه عند بدء التشغيل للمحرك يكون المواسعين موصلين على التوازي، وبالتالي تكون السعة المكافئة مساوية حاصل جمعهما مما يؤدي الى زيادة تيار بدء التشغيل،  وينتج عزم بدء عالٍ. يمتاز هذه النوع من المحركات بأن عزم البدء له عالٍ يصل لغاية 195% من عزم الحمل الكامل.

والجدول التالي يوضح الرسم الكهربائي للمحركات ومقارنة بينها من حيث عزم البدء .

5- المحرك ذو القطب المظلل (Shaded Pole Motor): 

يوضح الشكل التالي تركيب هذا المحرك  الذي يمتاز ببساطة تركيبه حيث يتكون من عضو دوار ذي قفص سنجابي بينما يحتوي العضو الساكن على مجموعة ملفات رئيسة (ملف تشغيل)، مع وجود حلقتين نحاسيتين على الأقطاب البارزة من العضو الساكن، وتكون الحلقة النحاسية بمقطع كبير.

يعتمد مبدأ عمل المحرك ذي القطب المظلل على توليد تيار حثي في الحلقة النحاسية يكون معاكسا للمجال المغناطيسي الرئيس حسب قانون لنز، بحيث يكون التدفق المغناطيسي خلال الحلقة النحاسية أكبر ما يمكن عند انخفاض التيار المتناوب الذي يسري في الملفات الرئيسة. وهذا يؤدي لإنتاج مجال مغناطيسي يشبه المجال المغناطيسي الدوار لمروره في مركز الحلقة أو في مركز القطب الرئيس. ويبين الشكل التالي محركاً ذو قطب مظلل بأربعة أقطاب.