الآلة التي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية تُسمى محركًا كهربائيًا. تتميز هذه المحركات ببساطة تصميمها وسهولة استخدامها وانخفاض تكلفتها وكفاءتها العالية وقلة صيانتها وموثوقيتها. تُعد محركات الحث ثلاثية الأطوار أحد أنواع المحركات الكهربائية، وهي تختلف عن الأنواع الأخرى. يكمن الاختلاف الرئيسي في عدم وجود اتصال كهربائي مباشر بين ملفات الدوار وأي مصدر طاقة. يتم توفير التيار والجهد المطلوبين في دائرة الدوار عن طريق الحث من ملفات الجزء الثابت. لهذا السبب يُطلق عليها اسم محرك حث. تتناول هذه المقالة محرك الحث ذو القفص السنجابي، وهو أحد أنواع محركات الحث ثلاثية الأطوار.
ما هو محرك الحث ذو القفص السنجابي؟
التعريف: محرك القفص السنجابي هو أحد أنواع المحركات الحثية. لتوليد الحركة، يعتمد على توليد المجال الكهرومغناطيسي. يتصل عمود الخرج بالجزء الداخلي الدوار الذي يشبه القفص، ومن هنا جاءت تسميته. يتصل غطاءا الطرفين الدائريان بقضبان الدوار، التي تعمل بناءً على القوة الدافعة الكهربائية المتولدة من الجزء الثابت. تُولّد هذه القوة الدافعة الكهربائية أيضًا بواسطة الغلاف الخارجي المصنوع من صفائح معدنية مصفحة ولفائف سلكية. يتكون أي محرك حثي من جزأين رئيسيين: الجزء الثابت والجزء الدوار. يُعدّ القفص السنجابي طريقة بسيطة لتوليد المجال الكهرومغناطيسي. يوضح الشكل أدناه محرك حثي رباعي الأقطاب من نوع القفص السنجابي.
مبدأ عمل محرك الحث ذو القفص السنجابي
يعتمد عمل محرك الحث السنجابي على مبدأ الكهرومغناطيسية. فعندما يُغذى ملف الجزء الثابت بتيار متردد ثلاثي الأطوار، فإنه يُنتج مجالًا مغناطيسيًا دوارًا (RMF) بسرعة تُسمى السرعة التزامنية. يُسبب هذا المجال المغناطيسي الدوار جهدًا كهربائيًا مُستحثًا في قضبان الجزء الدوار، مما يؤدي إلى مرور تيار كهربائي فيها. وبسبب تيارات الجزء الدوار، يتولد مجال مغناطيسي ذاتي يتفاعل مع مجال الجزء الثابت. وبحسب المبدأ، يبدأ مجال الجزء الدوار في مُعاكسة تأثير المجال المغناطيسي الدوار. وعندما يستحوذ المجال المغناطيسي الدوار على عزم الجزء الدوار، ينخفض تيار الجزء الدوار إلى الصفر، وبالتالي ينعدم العزم النسبي بين الجزء الدوار والمجال المغناطيسي الدوار.
وبالتالي، يتعرض الدوار لقوة مماسية معدومة، فتنخفض هذه القوة مؤقتًا. بعد هذا الانخفاض في عزم الدوار، يُستحث تيار الدوار مجددًا نتيجةً لاستعادة الحركة النسبية بين المجال المغناطيسي الدوار والدوار. ومن ثم، تُستعاد القوة المماسية اللازمة لدوران الدوار، ويبدأ الدوار بالدوران متتبعًا المجال المغناطيسي الدوار. في هذه الحالة، يحافظ الدوار على سرعة ثابتة، أقل من سرعة المجال المغناطيسي الدوار والسرعة التزامنية. هنا، يُقاس الفرق بين سرعة المجال المغناطيسي الدوار وسرعة الدوار على شكل انزلاق. ويمكن الحصول على التردد النهائي للدوار بضرب الانزلاق في تردد المصدر.
بناء محرك الحث ذو القفص السنجابي
تتكون أجزاء محرك الحث ذي القفص السنجابي من: الجزء الثابت، والجزء الدوار، والمروحة، والمحامل. يتألف الجزء الثابت من ملفات ثلاثية الأطوار، متباعدة ميكانيكيًا وكهربائيًا بزاوية 120 درجة، مع غلاف وقلب معدنيين. ولتوفير مسار ذي مقاومة منخفضة للتدفق المغناطيسي الناتج عن التيار المتردد، تُركّب الملفات على قلب حديدي مُرقّق.
يحوّل الدوّار الطاقة الكهربائية المُعطاة إلى طاقة ميكانيكية. يتكون الدوّار من عمود، وقلب، وقضبان نحاسية قصيرة الدائرة. ولتجنب التخلف المغناطيسي والتيارات الدوامية التي تؤدي إلى فقد الطاقة، يُصنع الدوّار من رقائق معدنية. ولمنع التذبذب، تُصنع الموصلات بزاوية مائلة، مما يُسهم أيضًا في الحصول على نسبة تحويل جيدة.
تساعد مروحة مثبتة في الجزء الخلفي من الدوار على تبادل الحرارة، مما يساهم في الحفاظ على درجة حرارة المحرك ضمن حدود معينة. ولضمان دوران سلس، زُوّد المحرك بمحامل.
الفرق بين محرك الحث ذي القفص السنجابي ومحركات الحث ذات الحلقة الانزلاقية.
المزايا
تشمل مزايا محرك الحث ذي القفص السنجابي ما يلي:
تصميم بسيط ومتين.
انخفاض التكلفة الأولية وكذلك تكلفة الصيانة.
يحافظ على سرعة ثابتة.
قدرة التحميل الزائد عالية.
ترتيب بدء بسيط.
معامل قدرة عالٍ.
فقدان منخفض للنحاس في الدوار.
كفاءة عالية.
العيوب
تشمل عيوب محرك الحث ذي القفص السنجابي ما يلي.
محرك
تيار بدء تشغيل عالي
حساس للغاية لتقلبات جهد الإمداد
معامل قدرة منخفض عند الأحمال الخفيفة.
التحكم في السرعة أمر صعب للغاية
عزم بدء تشغيل ضعيف للغاية بسبب مقاومة الدوار المنخفضة.
تاريخ النشر: 26 يونيو 2024