المحركات الكهربائية اصبحت شيئ لا يتجزا عن الحياة العصرية فهي سبب لنقل السرعة فتستخدم لعملية النقل والصعود وتستخدم للتكييف والتبريد وفتح البوابات وفي جميع مرافق الحياة بشكل لا يستغنى عنها اطلاقا.

تعريف المحرك الكهربائي

المُحَرِّك الكهربائي آلة تحوِّلالطاقة الكهربائية إلى قدرة ميكانيكية حيث يتم تغذية ملفات المجال بالتيار اللازملتوليد مجال مغناطيسى وفى نفس الوقت يتم تغذية عضو الاستنتاج او المنتج بالتيارالمناسب وذلك من خلال الفرش الكربونية ويقوم هذا التيار بتوليد مجال مغناطيسى اخرونتيجة لمحصلة المجالين ينشا عزم دوران يعمل على دوران العضو الدائر .

نظريةعمل المحرك
وتعتمد نظرية عمل المحرك على قانون فارادى ( فاذا وضع موصل يحمل تياركهربى فى مجال مغناطيسى فانة تتولد بة قوة دافعة كهربية تعمل على حركة الموصل ) والشكل يوضح اذا كان لدينا موصل طوله L على شكل مربع موجود فى مجال مغناطيسى منتظمكثافة الفيض له B يمر بة تيار I فيتولد قوة F تؤثر فى اتجاة يتحدد بقاعدة فلمنجلليد اليسرى F=BIL .

تـركيب المحرك الكهربـــى

1- الهيكل الخارجي (Yoke).
2- ملفات المجال (Field Coils).وتسمى ايضا ملفات القطب
3- حذاء القطب (POLE-Core) .ويصنع من الحديد الصلبالمسبوك ويصنع فى صورة شرائح
4- عضو الاستنتاج (Armature).
5- ملفات عضو الاستنتاج (Armature Windings). وهو يحتضن ملفات عضو الاستناج التى يجب ان يكونمسارها لة اقا ممانعة مغناطيسية للفيض.
6- عضو التوحيد (Commutator).
7- الفرش الكربونية وكراسى التحميل (Brushers& Bearings).

ومما يهم في الموضوع هو السيطرة على سرعة المحركات الكهربائية.

التي تعمل على التيار المتذبذب او المتناوب او المتغير (AC):

يتم تغيير التردد فى جهاز تغيير التردد عن طريق مقاومة متغيرة متصله به كما يوجد طرق أخرى لتغيير التردد.

يمكن مراجعة هذا البحث

طرق السیطرة على سرعة

وانواع مغيرات التردد

1- مغير تردد ذى مدخل وجه( فير واحد) ومخرج فاز واحد
2- مغير تردد ذى مدخل (فيز  واحد) ومخرج 3 فاز
3- مغير تردد ذى مدخل( 3 فيز)  ومخرج 3 فاز
4- مغير تردد ذى مدخل( 3 فيز)  وخرج فاز واحد

ولتغير سرعه المحركات الاحاديه
1_تغير التردد
2_تغير عددالاقطاب مثلامحرك 4قطب يعطى عددلفات 1500 لفه
ومحرك2قطب يعطى 3000لفه,

وهناك مغيرات للسرعه معروفه ب speed driveحيث اتها من طرق التحكم في السرعه عن طريق التحكم في التردد وايضا هناك طريقه اخري وهي soft start

اما ما يتعلق بالتردد

فاننا يمكن اعتماد المعادلة الاتية التي تبين التناسب الطردي بين السرعة والتردد من جهة والتناسب العكسي بين السرعة وعدد الاقطاب وفق المعادلة الآتية :

n=120*f/P(1-s)……1 

يتضح من المعادلة 1 أنه يمكن التحكم في سرعة المحركات الحثية عن طريق تغيير أحد العوامل على الأقل الموجودة بالمعادلة حيث أن:
n: سرعة المحرك
f: تردد التيار بالهرتز (تردد ملفات الجزء الثابت وهو نفسه تردد مصدر الجهد)
P: عدد الاقطاب المغناطيسية
s: الإنزلاق
أ) تغيير الإنزلاق:
يتحقق ذلك بربط مقاومة متغيرة على التوالي مع ملفات الجزء الدوار ولايمكن هذا إلا مع المحرك الحثي ذو الحلقات الانزلاقية حيث يمكننا ربط أي عنصر خارجي مع جزؤه الدوار ، ولايمكن ذلك مع المحرك ذو القفص السنجابي لأنه عبارة عن دائرة مغلقة.
عند ربط هذه المقاومة فإن المفاقيد النحاسية بالجزء الدوار سوف ترتفع نتيجة لإرتفاع قيمة مقاومة ملفات العضو الدوار، مما يزيد من قيمة الإنزلاق حسب العلاقة التالية:

S=Pcu2/Pg

حيث:
Pcu2: الفقد النحاسي بالجز الدوار
Pg: قدرة الفجوة الهوائية
وبما أن المفاقيد النحاسية سترتفع ، سيرفع ذلك من قيم الإنزلاق مما يجعل من سرعة المحرك تنخفض وذلك حسب المعادلة(1).
من مميزات هذه المقاومة أيضاً هو الخفض من قيمة تيار الإقلاع(تيار البدء) وكذلك الرفع من قيمة عزم البدء وهو مهم جداً لأي محرك ولكن مشكلة هذه الطريقة هو نفس ماذكرته سابقا عنها في محركات التيار المستمر ، حيث أنها تزيد من المفاقيد النحاسية مما يؤدي إلى خفض قيمة الكفاءة وبالتالي فإنها تستخدم في أضيق الحدود وذلك عندما يراد تخفيض السرعة بنسبة لاتتجاوز ال 15% من السرعة المقننة.
) التحكم في السرعة عن طريق عدد الأقطاب:
ما يميز المحركات الحثية عن محركات التيار المستمر أنه يمكن تغيير عدد الأقطاب المغناطيسية لنحصل على سرعة متناسبة مع الحمل………….(منقول)

أنواع المحركات

منها ما يعمل علي التيار المستمر مثل محركات التوالى – التوازى – المركب
ومنها مايعمل علي التيار المتردد ثلاثى الاوجه مثل لمحرك التاثيرى (induction motor ) ولمحرك التزامنى (synchronous motor )
ومنها ما يعمل على التيار المتردد ذى الوجه الواحد مثل لمحرك العام وكذلك المحرك التاثيرى ذو الوجه الواحد بانواعه
السبب الرئيسى لتعدد انواع المحركات انه لا يوجد محرك يمكن ان نعتبره محركا مثاليا يناسب جميع الاحمال ويعمل في كل الظروف ويفى بكل الاحتياجات بسعر مناسب وتكاليف تشغيل قليلة وحاجته للصيانة قليل وبناءا علي ذلك فان كل محرك يتم تصنيعه يكون له خواص محددة ومزايا وعيوب تختلف من نوع الى اخر
ولكى نحدد نوع و خواص المحرك المطلوب فاننا اولا نحدد خواص الاداء وظروف التشغيل للحمل الميكانيكى الذى سوف يديره هذا المحرك مثل
– درجة حرارة الوسط
-معدلات الفصل والتوصيل للمحرك
– معدلات زيادة وخفض الحمل على المحرك
– درجة الحماية للمحرك
– منحنيات الاداء للمحرك
– منحنيات الاداء للحمل الميكانيكى
وسوف نتحدث بالتفصيل عن كل جزء ان شاء الله.

أولا : –

درجة حرارة الوسط الذى يعمل فيه المحرك.

المحركات الكهربية تصمم لتتحمل العمل فى وسط درجة حرارته 40 درجة مئوية
فاذا كانت درجة حرارة الوسط اقل من 40 درجة مئوية فيمكن تحميل المحرك باكثر من الحمل الكامل له
حسب درجة الحرارة والعكس اذا كانت درجة الحرارة اكبر من 40
عندما يعمل المحرك بالحمل الكامل فان درجة حرارته تصل الى درجة تتوقف على نوع مادة العزل المستخدم داخل المحرك
العزل من النوع b يتحمل حتى 130 درجة مئوية
العزل من النوع f يتحمل حتى 155 درجة مئوية
العزل من النوع h يتحمل حتى 180 درجة مئوية
وهناك خطا شائع فى تفضيل المحرك من نوع h على محرك من النوع f او النوع b
وذلك بسبب الاعتقاد الخاطىء بان لمحرك من النوع h يتحمل العمل فى درجات حرارة اعلى عن النوعين الاخرين او ان المحرك من النوع h يتحمل زيادة الحمل عليه اكثر من الاخرين
والحقيقة ان اي من المحركات b اوf او h تصل فيه الحرارة الي اقصى قيمة (130 – 155 – 180 ) بالترتيب عندما يعمل بالحمل الكامل فى درجة حرارة 40 درجة مئوية اما اذا ذاد الحمل عن الحمل الكامل فان الانواع الثلاثة سوف تصبح درجة حرارتها اعلى من التى يتحملها اى منهم وتكون الخطورة متساوية
اما ميزة العزل من النوع h فانها ميزة للمصنع الذى ينتج المحرك حيث تكون كمية الاسلاك والصلب السيليكونى وبالتالي تكاليف المحرك اقل مقارنة بالاخرين
وبالنالي فان الميزة الوحيدة لهذا النوع عن البقية ان حجمه اصغر وبالتالي وزن اصغر وعزم قصور ذاتى اصغر.

ثانيا : –

معدلات الفصل والتوصيل للمحرك.

ان تيار البدء للمحركات بجميع انواعها قيمته عالية جدا مقارنة بتيار التشغيل العادى وقد يصل فى بعض الانواع الى 20 ضعف تيار الحمل الكامل للمحرك ( محرك التيار المستمر)
وبالتالى فانه اذا كان المحرك يتم توصيله وفصله من المنبع باستمرار( multy starting ) كما فى حالة المصاعد الكهربية
فان تكرار عملية البدء يؤدى الى ارتفاع درجة حرارة المحرك
وتعتبر عملية تكرار تشغيل وفصل المحرك من اشد المخاطر عليه ولذلك يجب تفاديها بقدر الامكان اوالتقليل من اثارها
ففى حالة المصاعد مثلا لا نستطيع الغاء او تقليل مرات التشغيل والفصل لذلك وجب التقليل من اثارها وذلك عن طريق تركيب محرك اخر يدير مروحة كبيرة لتبريد المحرك الاصلى وتتوقف قدرة هذا المحرك علي عدد مرات الفصل والتوصيل للمحرك الاصلى
كما انه فى حالة المخرطة مثل والتى يتم فيها فصل وتوصيل المحرك باستمرار ولكن بدرجة اقل من المصعد فانه يتم استخدام محرك قدرته اكبرمن قدرة الحمل بكثير حتى يستطيع تحمل درجة الحرارة العالية
هذا بالاضافة الي استخدام احد طرق البدء المعروفة بالطبع مثل مفتاح نجمة – دلتا او تقليل الجهد او استخدام اجهزة البدء الناعم او استخدام انفرتر 00000000000000 الخ
الخلاصة ان عملية تكرار فصل وتوصيل المحرك من اشد العوامل خطورة عليه لذلك يجب تفاديها قدر الامكان او التقليل من اثارها عن طريق زيادة التبريد او زيادة القدرة للمحرك او استخدام وسيلة بدء او عمل كل ما سبق وذلك يتوقف على ظروف وطبيعة كل حالة

ثالثا : –

معدلات زيادة وخفض الحمل على المحرك
عندما يعمل المحرك بحيث يكون الحمل الميكانيكى بالكامل محمل على المحرك طوال الوقت فانه يتم اختيار المحرك بحيث تكون قدرته مساوية او اعلى قليلا من قدرة الحمل
اما اذا كان المحرك يعمل بحيث يكون بدون حمل لفترات معينة ثم يكون محمل بحمل متوسط لفترات اخرى ثم يكون محمل بالحمل الكامل لفترة ففي هذه الحالة فان درجة حرارة المحرك تكون اقل منها لو كان المحرك محمل بالحمل الكامل طول الوقت ويكون لمحرك غير مستغل بالكامل
لذلك فان محرك قدرته اقل يمكن ان يدير هذا الحمل بكفاءة
بمعنى اخر
اذا كان الحمل الميكانيكى يتم تحميله على المحرك بقيم تختلف من وقت لاخر فانه يتم اختيار المحرك بحيث تكون قدرته اقل من اكبر قدرة للحمل الميكانيكى
وتحسب قدرة المحرك كما يلى:

p= squar root (p1*p1*t1+ p2*p2*t2+ p3*p3*t3 + pn*pn*tn )

حيث:
p :هى قدرة المحرك
p1 : قدرة المحرك عندما يعمل بحمل معين و t1 هي الفترة الزمنية لهذا الحمل
وهكذا الباقى.

رابعا:

درجة الحماية للمحرك
يتم تقسيم درجة الحماية للمحركات الكهربية التى تعمل بجهد حتى 72.5 كيلو فولت بتصميم الشكل المناسب لاوجه المحرك وصندوق اطرافه وكل الاجزاء الميكانيكية لتى تضمن هذه الحماية طبقا للمواصفات القياسية وتشمل
1- حماية الاشخاص عند لمس المحرك او الاقتراب من اى جزء فيه وكذلك الحماية من ان يمس الانسان اى اجزاء دوارة بمعنى ان اى جزء من الانسان مثل اليد او الاصابع لا تستطيع ان تدخل داخل المحرك او تصل الي الاجزاء الدوارة وكذلك حماية المحرك من ان تمسه اية اجسام غريبة
2- حماية المحرك من دخول الماء
وهذا وتتكون درجة الحماية من حرفين ورقمين مثل IP54
الحرفان هما IP وهما اختصار ل International Protection
اما الرقمين فهما رقم فى خانة الاحاد وياخذ الارقام من صفر وحتى 8 وهو الذى يحدد الحماية من دخول الماء.
الرقم الثانى فى خانة العشرات وياخذ الارقام من صفر وحتى الرقم 6 وهو يحدد درجة الحماية من تماس او دخول اجسام غريبة
مواصفات رقم الاحاد
وهو لتحديد درجة الحماية من دخول الماء
صفر تعنى لا توجد حماية
1 تعنى ان المحرك يتحمل نقاط الماء التى تسقط راسيا
2 تعنى ان المحرك يتحمل نقاط الماء التى تسقط راسيا او مائلة بزوية حتى 15 درجة
3 تعنى ان المحرك يتحمل نقاط الماء التى تسقط راسيا او مائلة بزوية حتى 60درجة
4 تعنى ان المحرك يتحمل نقاط المياه التى ترش عليه من اى اتجاه
5 تعنى ان المحرك يتحمل خرطوم مياه يرش عليه من اي اتجاه
6 تعنى المحرك يتحل نافورة مياه قوية من اي اتجاه
7 تعنى المحرك يتحمل الغمر فى المياه حتى ضغط محدود
8 تعنى ان المحرك يتحمل ان يغمر فى الماء حتى ضغط معين يحدده الصانع مواصفات رقم العشرات وهو الذى يحدد الحماية من تماس او دخول اجسام غريبة

صفر تعنى انه لا توجد حماية
1 تعنى الحماية ضد دخول اجسام غريبة ذات قطر اكبر من 50 مم
2 تعنى الحماية ضد دخول اجسام غريبة ذات قطر اكبر من 12 مم
3 تعنى الحماية ضد دخول اجسام غريبة ذات قطر اكبر من 2.5 مم
4 تعنى الحماية ضد دخول اجسام غريبة ذات قطر اكبر من 1 مم
5 تعنى الحماية ضد دخول الاتربة
6 تعنى الحماية الكاملة ضد اى اتربة او اجسام غريبة
ونعطى مثال بسيط
IP45
تعنى ان المحرك محمى ضد دخول الماء علي الرقم 5
وكلك محمى من تماس او دخول الاجسام الغريبة علي الرقم 4

خامسا : –

منحنيات الاداء للمحرك
بداية نلخص الخواص والمواصفات التى يجب ان يتمتع بها المحرك الكهربى المثالي
– الثمن اقل ما يمكن
– الكفاءة اعلي ما يمكن
– تكلفة الصيانة اقل ما يمكن
– عزم بدء الدوران عالي
– تيار البدء صغير
– العمر الافتراضى طويل
– امكانية التحكم فى سرعته بسهولة وعلى مدى كبير للسرعة
– سرعة المحرك عند القيمة المضبوطة ليها ثابتة مهما تغير عزم الحمل بالزيادة او النقص
– وسيلة التحكم بالسرعة رخيصة الثمن مقارنة بثمن المحرك
– معامل القدرة يساوى الواحد الصحيح
– قيمة العزم لكل امبير عالية
– يعمل على المصدر المتاح سواء كان ثلاثى او احادى الطوراو تيار مستمر او تيار متردد بالطبع لا يوجد محرك يحتوى على هذه الخواص مجتمعة ولكن لكل محرك مزايا هى جزء من هذه الخواص وعيوب هي عدم تحقق بقى الخواص.

---

ويمكن تقسيم المحركات الى الانواع التالية

1- محركات التيار المستمر

تستخدم عندما يكون الحمل في حاجة للعمل عند سرعات مختلفة ويحتاج الي عزم بدء عالى
تعتبر محركات التيار المستمر هي افضل انواع المحركاتالتى يمكن التحكم فى سرعتها بكفاءة ودقة وحساسية عالية ومدي كبير للتغير فى السرعة وثمن او سعر منظم السرعة اقل من اى نوع اخر من المحركات
كما تتميزمحركات التيار المستمر بانها تعطى اكبر عزم بدء مقارنة بباقى الانواع حيث قد يصل الى خمس اضعاف عزم الحمل الكامل
اما عيوب محركات التيار المستمر
ارتفاع السعر مقارنة بباقى الانواع حيث انها الاغلى
تحتاج الي صيانه متكررة
تيار البدء عالى جدا مقارنة بباقي الانواع حيث يصل الي 20 ضعف تيار الحمل الكامل

2- المحركات التزامنية

تعتبر افضل الانواع التى تعطى سرعة ثابتة مهما تغير عزم الحمل
كما انها يمكن ان تعمل بمعامل قدرة يساوى واحد ويمكن ان تعمل على معامل قدرة متقدم leading
الا ان عيبها الاساسى هو انها تعطى عزم بدء دوران قليل جدا مقارنة بباقى الانواع
والذى لا يزيد عن 20 % من عزم الحمل الكامل

3- المحركات التاثيرية ثلاثية الطور

وهى اقل المحركات ثمنا واقلها حاجة للصيانة وعزم البدء عالى نسبيا يصل الي حوالى 250 % من عزم الحمل الكامل
الا ان عيبها الاساسي انها تعتبر اعلي المحركات تكلفة من حيث التحكم فى السرعة حيث يصل سعر منظم السرعة الي اربع امثال ثمن المحرك ذاته بينما فى محركات لتيار المستمر فان سعر منظم السرعة حوالى 20 % من ثمن المحرك
والعيب الثانى لهذه المحركات انها تعمل على معامل قدرة منخفض نسبيا

4-المحركات التاثيرية احادية الوجه

تتشابه فى المزايا والعيوب مع المحركات التاثيرية ثلاثية الاوجه
الا انها اعلى فى شدة التيار واقل فى معامل القدرة والكفاءة وهى اكثر حاجة للصيانة
لذلك فهى تستخدم بدلا من المحركات التاثيرية ثلاثية الاوجه عندما يكون المصدر المتاح ذو وجه واحد
اما اذا توفر مصدر ثلاثي الاوجه فالافضل استخدام المحركات الثلاثية.

(منقول)