أسباب تسرب المياه من الثلاجة

أنواع محركات التيار المستمر واستخداماتها 

المحركات الكهربائية "Electric motors"هي حجر الأساس في كثير من التطبيقات الصناعية ، ولا داعي لتوضيح ما لها من أهمية فاستخدامات المحركات الكهربائية موجوده حولنا في كل مكان تقريباً .

وتعد محركات التيار المباشر (المستمر) من اهم انواع المحركات وذلك لكثرة استخدامها في الكثير من التطبيقات في مجال الهندسة والتكنولوجيا اليوم ، من ماكينات الحلاقة الكهربائية إلى السيارات والروبوتات. فمحركات التيار المستمر "direct current motor" لها العديد من المميزات مثل سهولة التحكم في سرعتها وإعطائها عزما مرتفعا خاصة عند بدء الحركة .

ولما لمحركات التيار المستمر من انتشار في التطبيقات المختلفة تواجدت انواع مختلفة من محركات التيار المستمر لتناسب التطبيق المستخدمة فيه . وفي هذا المقال سنتعرف علي آلة التيار المستمر ومكونات محرك التيار المستمر وأنواعه واستخداماته .

محركات التيار المستمر

 التيار المباشر هو تيار ثابت القيمة والاتجاه. وتعد آلة التيار المباشر من الآلات التي يمكن أن تعمل في نمطين؛ نظام مولّد للطاقة الكهربائية، ومحرك كهربائي بمعني آلة التيار المستمر"Dc Machines" هي آلة عاكسة أي أنها يمكن أن تعمل كمولد أو كمحرك وبالتالي نجد أن تركيب مولد التيار المستمر أو محرك التيار المستمر واحد (متشابه جداً).

 
لاحظ أن:

• عند استخدام آلة التيار المستمر كمولد فإنها في هذه الحالة تقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية
• عند استخدام آلة التيار المستمر كمحرك وفي هذه الحالة تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

مبدأ عمل محركات التيار المستمر 

عندما يسري تيار كهربائي خلال ملف ضمن مجال مغناطيسي، تؤثر في الملف قوة ميكانيكية نتيجة تولد مجال مغناطيسي في الملف من جهة، ووجود المجال المغناطيسي الأصلي من جهة أخرى، فإذا كان الملف في وضع سهل الحركة فإنه يدور بسرعة معينة.

مبدأ عمل محركات التيار المستمر 

محركات التيار المستمر هي التطبيق العملي لنظرية فاراداى بحيث أنه إذا تم تغذية موصل كهربي بتيار موضوع في مجال مغناطيسي، فيتولد قوة محركة لهذا الموصل ويتم تغذية ملفات المجال بالتيار المستمر فينشأ مجال مغناطيسي.


في نفس الوقت يتم تغذية ملفات الاستنتاج بالتيار المستمر عن طريق الفرش فينشأ مجال مغناطيسي آخر .ينشأ من وجود مجالين مغناطيسيين عزم دوران يؤدى إلى دوران العضو الدوار وتحتاج محركات التيار المستمر إلى مبادل كهربائي يقوم بعكس اتجاه التيار.

مكونات محرك التيار المستمر

يتكون محرك التيار المستمر من المكونات التالية :

العضو الساكن (Stator)

العضو الساكن 

هو العضو الذي يمثل الدارة المغناطيسية و لا يتحرك؛ حيث إنه يوفر مجالاً مغناطيسياً يدور داخله العضو الدوار. ويحتوي العضو الساكن على أقطاب مغناطيسية دائمة تركب على هيكل (Yoke)، للآلات ذات القدرات الصغيرة أو أقطاب كهرومغناطيسية للآلات ذات القدرات العالية، تتضمن هذه الأقطاب ملفات نحاسية معزولة، توضع في مجاري القلب المعدني المصنوع من رقائق فولاذية مرصوصة ومعزولة عن بعضها؛ للعمل على تقليل المفاقيد الحرارية بسبب التيارات الدوامية (Eddy Current)، ويتم تثبيت هذه الأقطاب بالهيكل الرئيس (Frame) للآلة.


ومن الجدير ذكره أن الهيكل الرئيس للمحرك جزء من الدائرة المغناطيسية للمحرك.

العضو الدوار(Armature)

العضو الدوار 

هو عنصر الحركة في محركات التيار المباشر، ويصنع من الصلب على شكل رقائق (Laminations) معزولة، وذلك لتقليل المفاقيد
المؤدية لفقد جزء من قدرة الآلة على شكل حرارة، التي يمكن أن تتسبب في تلف المادة العازلة لملفات المنتج، ومن ثم تلف ملفات المنتج.
يركب المنتج على عمود الإدارة، كما هو مبين في الشكل السابق، ويوجد على طول القلب المعدني مجاري (شقوق) توزع فيها ملفات نحاسية معزولة لتولد فيها القوة الدافعة الكهربائية.

المبدل (Commutator)

 

المبدلCommutator

المبدل مجموعة من القطع النحاسية المعزولة عن بعضها بطبقة من المايكا، يركب كما هو موضح في الشكل السابق مع عمود الإدارة، وتربط نهايات ملفات المنتج وتلحم بالقطع النحاسية للمبدل.

يستخدم عادة نابض داخل حامل الفرش الكربونية ليضغط على الفرش ،وليعطي تلامسًا جيدا بينها وبين قطع المبدل.

مكونات إضافية

هناك بعض القطع الميكانيكية التي لا تقل أهمية عن الأجزاء السابقة، وهي من غير وضعها في مكانها لا تدور الآلة على نحو سلس ، مثل كراسي المحور (Bearings)، التي تكون مثبتة على قاعدة الهيكل الرئيس، كذلك هناك مروحة (Fan) التبريد التي تعمل على دفع الهواء إلى داخل الآلة، وتركب عادة على محور عمود الإدارة.

ملفات المنتج (Armature Winding)

تتولد قوة دافعة كهر بائية (ق.د.ك) بملفات المنتج، من خلال الفرش الكربونية والمبدل الذي يحوّل التيار المتناوب إلى تيار مباشر. ومن الجدير بالذكر أنه يمكن لف ملفات المنتج بطرائق عدّة.

• اللف الانطباقي (Lap Winding): توصل نهايتا الملف مع قطعتي نحاس متجاورتين في المبدل.
• اللف التموجي (Wave Winding): توصل نهايتا الملف مع قطعتي نحاس متباعدين في المبدل.

انواع محركات التيار المستمر

سيساعدك فهم الأنواع المختلفة لمحركات التيار المستمر على فهم كيفية استخدامها في التطبيقات المختلفة وأي نوع قد يناسب تطبيقك.
وفيما يلي الأنواع الرئيسة لمحركات التيار المستمر DC motors:

محرك التوالي DC Series Motor

توصل ملفات أقطاب المحرك على التوالي مع ملفات المنتج؛ وبهذا فإن التيار الساري في المنتج هو نفسه التيار الذي يسري في ملفات الأقطاب.

 

محرك التوالي DC Series Motor

تعتمد قيمة الفيض المغناطيسي (Φ) على قيمة تيار المنتج، فكلما زاد التيار زاد الفيض المغناطيسي، ومن ثَمّ انخفضت السرعة حتى تصل إلى نقطة التشبع المغناطيسي، ويقصد بها تلك النقطة التي إذا زاد فيها التيار يصاحبه زيادة قليلة جدا الفيض المغناطيسي، أي تصبح الزيادة في (Φ) أقل من الزيادة في التيار.

هذا النوع من المحركات له بنية بسيطة. كما أنها سهلة التصميم والصيانة.

استخدامات محرك التوالي

يتميز محرك التواليDC Series Motor بأن عزم الدوران يتناسب طرديا مع مربع تيار المنبع (وهو تيار المنتج ) بينما تتناسب السرعة عكسيا مع تيار المنتج (الحمل) بحيث تظل القدرة متناسبة مع تيار المنبع ،باعتبار أن جهد المنبع ثابت.

 
معنى ذلك أن هذا النوع من المحركات قادر على مواجهة أحمال كبيرة دون الحاجة إلى تعدي الحدود المقبولة في أخذ القدرة من المنبع، نظرا لأن هبوط سرعة الدوران مع الأحمال الثقيلة يعمل على الحد من القدرة المأخوذة من المنبع.

 وهذا يجعل محرك التوالي أكثر ملائمة في حالات الجر الكهربائي، حيث عزم البدء كبير، وعلاوة على ذلك فإن استخدام محرك التوالي في أغراض الجر الكهربائي ينفي احتمال الزيادة الكبيرة في السرعة نظرا لوجود حمل دائم على المحرك يتمثل في وزن القاطرة والعربات التي تجرها عندما تكون خالية. أيضا يستخدم محرك التوالي مع الأوناش والروافع والمصاعد الكهربائية وما يلي :

• الروافع
• ضاغط الهواء Air compressor
• مصاعد Lifts
• مصاعد Elevators
• نظام الرفع Winching system
• الجر الكهربائي Electric traction
• مجفف الشعر
• المكنسة كهربائية
• أدوات كهربائية
• ماكينة الخياطة

محركات التوازي D.C Shunt Motor

تكون ملفات الأقطاب في هذا المحرك موصولة على التوازي مع ملفات المنتج. حيث يبقى الفيض المغناطيسي ثابتا مهما تغير تيار المنتج. وبما أن فولطية المصدر ثابتة، فإن التغير في السرعة يكون قليلا .

محركات التوازي D.C Shunt Motor

استخدامات محركات التوازي 

محركات التوازي D.C Shunt Motor توفر سرعة ثابتة. يستخدم هذا النوع من المحركات في الغالب في تطبيق السرعة الثابتة من عدم التحميل إلى التحميل الكامل. يمكن استخدام هذا النوع من محركات التيار المستمر في مضخات الطرد المركزي ، والمصاعد ، وآلة النسيج ، وآلات المخرطة ، والمراوح ، والناقلات ، وآلات الغزل ، إلخ.

المحرك المركب D.C Compound Motor

يمتلك هذا المحرك مزايا محرك التوالي والتوازي؛ حيث توصل ملفات أقطاب التوالي والتوازي معا بطريقة معينة. و يمكن تصنيفه حسب طريقة توصيل ملفات التوالي والتوازي مع ملفات المنتج وتعتمد خواص المحرك المركب على شدة المجال المغناطيسي المحصل والناتج من ملفات التوالي وملفات التوازي وملفات المنتج معا.


وتلعب ملفات التوالي في هذه الحالة دورا مهما في تحديد خواص المحرك على حسب طريقة توصيلها (اتجاه التيار فيها) ومقدار تأثيرها على المجال المحصل عند الأحمال المختلفة وبناء على ذلك يمكن للمحرك أن يكون أحد الأنواع الثلاثة التالية:

المحرك المركب التراكمي ( Cumulative Motor)

المحرك المركب D.C Compound Motor

في هذا النوع، يكون اتجاه التيار في ملفات التوالى بنفس اتجاهه في ملفات التوازي، وفى هذه الحالة يساعد المجال الناتج من ملفات التوالي المجال الناتج من ملفات التوازي ويضاف إليه.

المحرك المركب المستوي ( Level compound motor)

في هذه الحالة يكون المجال المغناطيسي الناتج من ملفات التوالي مضادا للمجال الناتج من ملفات التوازي، ولكن المجال الناتج من ملفات التوالي يضبط بحيث يحافظ على قيمة المجال المحصل ثابتة على الرغم من تغير الحمل، فتظل سرعة المحرك تقريبا ثابتة عند الأحمال المختلفة.

المحرك المركب الفرقي (Differential Motor)

في هذا النوع من المحركات، يكون اتجاه التيار في ملفات التوالي عكس اتجاهه في ملفات التوازي؛ وبهذا فإن المجال الناتج من ملفات التوالي يعاكس المجال الناتج من ملفات التوازي. ويمكن أن يكون المحرك المركب:

• مركباً طويلاً: وفيه توصل ملفات التوالي مباشرة مع فرش المنتج .
• مركباً قصيراً: وفيه توصل ملفات التوازي مباشرة مع فرش المنتج.

 وتبعا لهذا التصنيف، يمكن تقسيم المحركات المركبة إلى أربعة أنواع:

• محرك تراكمي قصير
• محرك تراكمي طويل
• محرك فرقي قصير
• محرك فرقي طويل

استخدامات المحرك المركب

يمكن استخدام المحرك المركب المستوي كبديل عن محرك التوازي، وذلك للأحمال التي تحتاج إلى سرعة ثابتة على الرغم من تغير الحمل.
أما المحرك المركب الفرقي فيستخدم في درفلة الحديد ( Rolling mills)، فعند دخول لوح الحديد بين الدرفيلين يزداد الحمل على المحرك وبالتالي تميل السرعة إلى الانخفاض، فيتم تعويضها بفعل عمل المحرك، وبالتالي تظل السرعة ثابتة على الرغم من الزيادة المفاجئة في الحمل.

محرك تيار مستمر ذو مغناطيس دائم"permanent Magnet DC Motor"

تستخدم في هذا المحرك مغناطيسات دائمة لتوليد المجال المغناطيسي للمحرك بدل ملفات الأقطاب في المحركات ذات الأقطاب الملفوفة . ويعطي هذا ميزة توفير المساحة والقدرة التي تستهلكها ملفات الأقطاب، بالإضافة إلى ضمان عدم زيادة سرعة المحرك إلى درجة خطرة عند انقطاع تيار الأقطاب.

محرك تيار مستمر ذو مغناطيس دائم

يكون العزم في هذا المحرك متناسبا خطياً مع الحمل (تيار المنتج ) . وإذا تم تصميم المنتج لتحمل تيارات عالية ، فمن الممكن الحصول على عزم بدء وعزم تشغيل عاليين . وتكون سرعة المحرك ثابتة تقريبا مع الحمل . وتشبه خصائص هذا المحرك خصائص محرك التوازي .

محرك تيار مستمر ذو تغذية منفصلة"Seperately Excited DC Motor"

يتم تغذية كل من المنتج وملفات الأقطاب في هذا المحرك من مصدري تغذية منفصلين بجهدين قد يكونان متساويين أو مختلفين . وتشبه خصائص السرعة والعزم لهذا المحرك خصائص محرك التوازي .

استخدامات محرك التيار المستمر ذو تغذية منفصلة

يستخدم محرك التغذية المنفصلة في الحالات التي تحتاج إلى سرعة ثابتة تقريبا والتي يمكن أن تهبط فيها السرعة هبوطا طفيفا مع ازدياد الحمل، مثل آلات الورش كالمخارط والمقاشط، كما أنه يمكن أن يناسب آلات الغزل والنسيج حيث يستفاد بمنظم السرعة لضبط سرعة دوران المحرك عند قيم مختلفة عند اللاحمل، ثم تهبط هذه السرعات هبوطا طفيفا مع الحمل. أيضا يستخدم المحرك في ماكينات صناعة الورق والأخشاب والمضخات و الدرفلة.