أنواع المحركات الكهربائية
يستمد كثير من التطبيقات الصناعية القوة الحركية من المحركات، فيحول المحرك الكهربائي الطاقة الكهربائية إلى طاقه حركية، وتتنوع تصميمات المحركات وقدراتها من محركات التيار المباشر، والتيار المتناوب ذي الطور الواحد أو ثلاثي الأطوار، أو المحركات التوافقية التي تعتمد على تردد الإشارات الكهربائية.
ويمكن تصنيف المحركات الكهربائية حسب اعتبارات محددة مثل نوع مصدر الطاقة والبناء والتطبيق ونوع خرج الحركة. وهنالك أنواع كثيرة للمحركات الكهربائية، ومن هذه المحركات:
- محرك التيار المستمر DC motors
- محرك التيار المتناوب AC motors
- محرك الخطوة Stepper motors
محرك التيار المستمر DC motors
تعد محركات التيار الكهربائي المستمر من أهم أنواع المحركات، حيث تستخدم في الروافع وصناعة الغزل والنسيج وصناعات الورق والأسمنت. تتميز بسهولة التحكم في سرعتها وعزمها المرتفع، خصوصا عند بدء الحركة.
 |
| مبدأ عمل محرك التيار المباشر |
مبدأ عمل محرك التيار المباشر (المستمر) كما هو موضح في الشكل السابق، وبحسب قانون فارادي، فإنه عند مرور تيار في موصل يقطع خطوط مجال مغناطيسي، تتولد قوة تتسبب في حركة الموصل. يوضح الشكل وجود مغناطيس دائم (مجال مغناطيسي) وموصل في صورة ملف متصل بمصدر قدرة كهربائي مباشر (بطارية) عن طريق حلقة مشطورة وفرش، والهدف من الحلقة المشطورة والفرش عكس اتجاه التيار عند اكتمال كل نصف دورة.
فعند مرور التيار داخل الملف الذي يقطع خطوط المجال المغناطيسي، تتولد قوة تتسبب بدوران الملف حول محوره 180 درجة. تكون الفرشتان (a ,b) ثابتتين، وفي القسم الأول من الحركة يكون الشطر (1) سالباً والشطر (2) موجباً، ثم تتولد قوة تتسبب بدوران الملف نصف دورة، وبحسب اتجاه الحركة المرسوم، فإن الشطر (1) سيلامس الفرشة (b) ويلامس الشطر (2) الفرشة (a) وبذلك تنعكس قطبية الملف وينعكس اتجاه التيار، وتدوم الحركة الدورانية للملف.
 |
| التحكم في سرعة محرك التيار المستمر باستخدام مقاومة متغيرة |
ويمكن التحكم في سرعة محرك التيار المباشر عن طريق تغيير فولتية التغذية للمحرك، باستخدام المقاومات المتغيرة.
محرك التيار المتناوب AC motors
محرك التيار المتناوب (المتردد) من المحركات الكهربائية واسعة الانتشار لكفاءته العالية وقدرته على توليد عزم دوراني ثابت باستمرار عند السرعات المقررة له.
المكونات الأساسية لمحرك التيار المتناوب هي العضو الساكن (Stator)، والعضو الدوار (Rotor) الذي يتصل بعمود الدوران، والمبدأ الأساسي لحركة المحرك هو المجال الكهرومغناطيسي الدوار المتولد في ملفات العضو الدوار والثابت.
وعموما، يتولد مجال مغناطيسي متغير في العضو الثابت من التيار المتناوب المغذى في الملفات، والمجال المغناطيسي يتولد في الجزء الدوار عن طريق مغناطيس دائم أو ملفات خاصه به. وينتج بدوره مجالاً مغناطيسياً دواراً.
ولمحرك التيار المتناوب نوعان، هما:
- المحرك الحثي (induction motor).
- المحرك المتزامن (synchronous motor ).
المحرك الحثي
يعمل المحرك الحثي على فولتية أحادية الطور أو ثلاثية الأطوار ويعتبر المحرك الحثي أحادي الطور، واسع الانتشار في المنازل والمكاتب، حيث يوجد في الأجهزة مثل: الثلاجات، والغسالات، والمثقاب، ومضخات المياه. أما المحرك الحثي ثلاثي الأطوار فيستخدم في التطبيقات الصناعية مثل آلات الحفر والمصاعد. |
| مكونات المحرك الحثي |
تتعدد أنواع المحركات الحثية أحادية الطور بحسب طرائق بدء الحركة. من أهمها:
محرك حثي ذو الطور المشطور (Single Phase Induction Motor):
 |
| مخطط لتوصيل المحرك الحثي ذي الطور المشطور |
يبين الشكل السابق مخططاً كهربائياً لتوصيل المحرك الحثي ذي الطور المشطور، حيث تتفرع ملفات الجزء الثابت إلى ملفات رئيسة وملفات بدء بينها ( °90)، وتُغذّى من المصدر الكهربائي المتناوب.
يتسبب فرق الدرجات بين ملفات البدء والملفات الرئيسة بتأخير التيار وتأخير بين المجال المغناطيسي الناشئ في كل منها، ما يشكل مجالاً مغناطيسياً دواراً. ويفصل مفتاح الطرد المركزي ملفات البدء عند وصول سرعة الدوران إلي حد معين. وبعد تشكل المجال المغناطيسي الدوار ،يبدأ الجزء الدوار بالدوران، ويستخدم هذا المحرك في الغسالات والمراوح.
محرك حثي ذو مواسع بدء الحركة
 |
| محرك حثي ذي مواسع البدء |
يبين الشكل السابق المخطط الكهربائي لمحرك حثي ذي مواسع البدء. في هذا المحرك يقوم المواسع بإحداث التأخير المطلوب في التيار بين الملفات الرئيسة والخارجية، ثم ينشأ المجال المغناطيسي الدوار، ويعمل المفتاح عمل المفتاح المشروح سابقا، ويستخدم في المضخات وضاغطات الهواء .
محرك الخطوة (stepper motor)
يستخدم محرك الخطوة استخداماً كبيراً في الأجهزة الإلكترونية وخاصه المكتبية، ويتميز بالقدرة على التحكم في دورانه حتى درجات صغيرة (خطوات).يتكون محرك الخطوة من ملفات عدة وقلب مصنوع من مغناطيس دائم، ويُشَّغل المحرك ويتم التحكم في دورانه عن طريق نبضات رقمية.
 |
| المكونات الداخلية لمحرك الخطوة |
يبين الشكل السابق المكونات الداخلية لمحرك الخطوة، يكون الجزء الدوار فيه مغناطيساً دائماً وتتوزع الملفات حول أقطاب موجودة في الجزء الثابت (ملفات1 و 2و 3و 4)، عند شحن الملف (2) مثلاً، يتكون داخل قلب الملف مغناطيس كهربائي (مؤقت) له قطبان شمالي وجنوبي، فيحدث تجاذب بين القطب الجنوبي والقطب الشمالي للمغناطيس الدائم، ويسبب حركة دائرية. إذا شحن الملف (1) يحدث التجاذب مرة أخرى ويستمر دوران المغناطيس الدائم. وهكذا يتواصل شحن الملفات بالتناوب وتستمر الحركة الدورانية.
هناك نوعان لمحرك الخطوة: أحادي القطب وثنائي القطب، يجب معرفة نوع المحرك وتوصيله حتى تتمكن دائرة التحكم من تشغيله بصورة صحيحة.
محرك الخطوة أحادي القطب
فيه يكون واحد من الأقطاب سالباً وهو مشترك للأقطاب كلها (Common)، ويؤدي الآخر دور القطب الموجب، ويمكن الحصول على المتحكم أحادي القطب باستخدام دارة ترانزستور بسيطة.ومن عيوب المتحكمات أحادية القطب ضعف عزم الدوران؛ لأنه في كل مرة ينشط نصف الملفات فقط.
محرك الخطوة ثنائي القطب
 |
| محرك الخطوة ثنائي القطب |
يبين الشكل السابق محرك خطوة ثنائي القطب، حيث ينشط الملف كاملاً في كل مرة. ويحتاج هذا المحرك إلى دائرة إلكترونية قادرة على عكس اتجاه التيار.
استخدامات محرك الخطوة في الأجهزة:
- تحريك رؤوس الطباعة وعجلات تغذية الورق في الطابعات.
- التكبير والتصغير في آلات تصوير الوثائق.
- تحريك الأجهزة الداخلية في أجهزة الصراف الآلي.
المصدر : مقررات العلوم الصناعية (المناهج الأردنية).