مقدمة:
يعد المحرك الكهربائي أحد أشهر الآلات الكهربائية؛ وذلك لكثرة أنواعه وتطبيقاته المتنوعة والمستخدمة في عدة مجالات كالصناعة والزراعة وغيرهما، كما يعد أحد أشهر أنواع المحركات الكهربائية والذي أحدث نقلة نوعية في عالم المحركات، والأكثر استخداما في المصانع؛ وذلك لكفاءته العالية وبساطة مكوناته إنه المحرك الحثي (Induction Motor)، دعونا نتعرف عليه وعلى طريقة عمله باختصار في هذا المقال.
نظرة عامة عن المحركات الحثية:
هو محرك غير متزامن (حثي) يعمل على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكة بنظام التيار المتردد AC، وسبب كونه غير متزامن هو أن سرعة دوران المجال المغناطيسي للعضو الثابت (Synchronous Speed) لا تساوي سرعة دوران العضو الدوار (Rotational Speed) كما سنرى ذلك لاحقا، ويتشارك المحرك المتزامن والغير متزامن في العضو الثابت ويختلفان في العضو الدوار.
المكونات:
1- العضو الثابت (Stator):
العضو الثابت عبارة عن حديد مغناطيسي يتم تصنيعه على شكل شرائح متراصة (laminations) والمبينة بالصورة أدناه، وذلك لتقليل مفاقيد التيارات الدوامية (eddy current).
ويتكون أيضا بالطبع من الملفات التي تتغذى بتيار AC لتوليد مجال مغناطيسي متغير (دوار)، ويتم تكوين زوج واحد من الأقطاب إذا كان يعمل بنظام الأحادي الطور (single phase)، وإذا كان يعمل بنظام الثلاثي الطور (there phase) فإنه سيكون لدينا ٣ أزواج من الأقطاب يتم إنتاجها من ملفات يفصل بينهم ١٢٠ درجة.
2- العضو الدوار (Rotor):
وبالنسبة للعضو الدوار في المحرك الغير متزامن، فيوجد نوعين منها كما هو مبين بالصورة أدناه وهما :
١- قفص السنجاب (Squirrel Cage).
٢- أسلاك ملفوفة (Wound) ويسمى أيضا بذو الحلقات الانزِلاقية (Slip Rings).
وفي هذا المقال سنتعمق في النوع الأول والأشهر.
سرعة الانزلاق (Slip):
قبل أن نتحدث ونتعمق في المحرك الحثي ذو القفص السنجابي هناك معلومة تخص المحرك الحثي، وهي أن سرعة دوران المجال المغناطيسي للعضو الثابت (Synchronous Speed) لا تساوي سرعة دوران العضو الدوار (Rotational Speed) ولن تصل إلى سرعتها أبدا والفرق بينهما يسمى سرعة الانزلاق (Slip)، ويتم حساب معامل الانزلاق كما هو مبين هنا بالصورة أدناه:
نبذة عن المحرك الحثي ذو القفص السنجابي:
Squirrel Cage Induction Motor (SCIM) هي عبارة عن محرك حثي يتكون العضو الدوار منه من مجموعة من قضبان النحاس أو الألومنيوم متصلة معا بواسطة حلقتين لكل طرف من أطراف القضبان كما هو موجود بالصور أدناه، و سمي بقفص السنجاب لأنه يشبه فعليا القفص الذي يلعب فيه السنجاب، ويوجد منه نوعين: أحدهم يعمل على نظام الثلاثي الطور (three phase)، والآخر يعمل على نظام الأحادي الطور (single phase) ، وسنتحدث ونتعرف على آلية عمل المحرك الحثي ذو القفص السنجابي ذو نظام ثلاثي الطور ( Three Phase Squirrel Cage Induction Motor).
آلية العمل:
لكي تتولد حركة في المحرك نمر بمرحلتين رئيسيتين هما :
المرحلة الأولى:توليد تيار يمر في أطراف القضبان.
ويتم ذلك بالآتي:
١-مرور تيار AC في العضو الثابت والذي ينتج مجال مغناطيسي متغير.
٢-بما أنه لدينا مجال مغناطيسي متغير وقضبان ثابتة إذاً سيتولد جهد داخل القضبان ومن ثم تيار حسب قاعدة اليد اليمنى.
المرحلة الثانية: توليد حركة دورانية.
ويتم ذلك بالآتي:
١- بعد أن أصبح لدينا تيار ومجال مغناطيسي متغير سينتج عن ذلك قوة وبالتالي يصبح لدينا حركة حسب قاعدة اليد اليسرى.
٢- في الوسط سيكون هناك عامود(Shaft) مصنوع من مادة قابلة للمغنطة (ferromagnetic)، وذلك لإكمال الدائرة المغناطيسية لكي تدور .
قاعدة عامة: إذا كان المحرك يعمل لتوليد الجهد والتيار استخدم قاعدة اليد اليمنى، أما إذا كان يعمل لتوليد حركة استخدم قاعدة اليد اليسرى، وكلتا القاعدتين موجودة بالصور أدناه.
الدائرة الكهربائية المكافئة:
عند النظر إلى الدائرة المكافئة سنجده يشبه جداً الدائرة المكافئة للمحول؛ وذلك لأنهما يتشابهان في أن كلاهما يعملان بمبدأ الحث الكهرومغناطيسي، وهي كما مبينة بالصورة أدناه:
ملاحظة :هذه الدائرة فقط لطور واحد من الأطوار الثلاثة، لذا عند حساب المفاقيد يتم ضرب الرقم في ٣.
المفاقيد الكهربائية للمحرك الحثي ذو القفص السنجابي:
بطبيعة أي آلة أو جهاز كهربائي فإنه يوجد مفاقيد تقلل من كفاءتها، وعند النظر إلى الدائرة المكافئة فإننا نستطيع تلخيص هذه المفاقيد كالتالي :
١- مفاقيد أسلاك العضو الثابت Stator Copper Losses (Pscu).
٢- مفاقيد القلب الحديدي Core Losses (Pc).
٣- مفاقيد قضبان العضو الدوار Rotor Copper Losses (Prcu).
٤- مفاقيد التحويل من الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الميكانيكية وتشمل مفاقيد الاحتكاك ومقاومة الهواء.
٥- مفاقيد أخرى تشكل تقريبا ١% من المفاقيد، كتلك المفاقيد التي تنشأ نتيجة التوافقيات(harmonics) Stray Losses (Pstray).
ونستطيع تلخيص جميع المفاقيد التي ذكرناها في الشكل المبين أدناه:
أنواع العزم في المحرك الحثي ذو القفص السنجابي:
عند النظر إلى الصورة أدناه، سنجد أنه يمكننا تقسيم عزم المحرك إلى :
1- Starting Torque: وهو العزم الذي يتطلبه المحرك لبداية تشغيله وقيمتها عالية، وبالتالي سيتطلب تيار كبير لبدء تشغيله، وهذا أحد عيوب المحرك الحثي.
2- Pullout Torque: و يسمى أيضا بعزم الانهيار (Breakdown Torque) وهو العزم الذي إذا تم تجاوزه سيتوقف المحرك عن العمل.
3- Full load Torque :ويسمى أيضا بالعزم المقنن (Rated Torque)، وهو العزم الذي يعمل فيه المحرك عند توصيله بالحمل والذي يصل فيه المحرك إلى نوع من الاستقرار .
قائمة بالمراجع:
1- Introduction to Induction Motor, URL :
2- Comparison of Fleming Left Hand rule and Fleming Right Hand rule , URL:
3- AC Induction Motor Slip Calculator
4- Induction Motor, URL:
5- Construction of Three Phase Induction Motor, URL:
6-Modelling and Analysis of Induction Motor using LabVIEW https://www.researchgate.net/publication/282187466_Modelling_and_Analysis_of_Induction_Motor_using_LabVIEW/figures?lo=1&utm_source=google&utm_medium=organic
7- INDUCTION MOTORS:INDUCTION MOTOR TORQUE-SPEED CHARACTERISTICS, URL:
8- Equivalent Circuit of Three Phase Induction Motor,URL:
9- Induction Motor Working Principle- Single Phase and Three Phase Induction Motor
10- Squirrel Cage Induction Motor: Working Principle, Construction and Application , URL:
انتهى
