في العائلة الكبيرة من المحركات، لكل من المحركات غير المتزامنة ومحركات عزم الدوران مجموعة واسعة من التطبيقات. إنهم يلعبون أدوارًا مهمة في مجالات مختلفة، لكن الكثير من الناس ليسوا واضحين جدًا بشأن الاختلافات بينهما. في هذه المقالة، سنناقش في هذه المقالة الاختلافات بين المحركات غير المتزامنة ومحركات عزم الدوران لمساعدة القراء على فهم خصائص وسيناريوهات التطبيق لهذين النوعين من المحركات بشكل أفضل.

A. مبدأ التشغيل

a. المحرك غير المتزامن

المحرك غير المتزامن، والمعروف أيضًا باسم المحرك الحثي، مبدأ تشغيله هو استخدام لف الجزء الثابت في التيار المتردد ثلاثي الأطوار لتوليد مجال مغناطيسي دوار، في المجال المغناطيسي الدوار للموصل الدوار يقطع خطوط القوة المغناطيسية لإنتاج قوة دافعة كهربائية مستحثة وتيار مستحث. عندما يتفاعل تيار الدوار مع المجال المغناطيسي الدوّار، يتولد عزم دوران كهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى دوران الدوار.

دائماً ما تكون سرعة المحرك غير المتزامن أقل من السرعة المتزامنة لأن سرعة الدوار تحتاج إلى التأخر عن سرعة المجال المغناطيسي الدوار لتوليد التيار المستحث وعزم الدوران الكهرومغناطيسي. ترتبط السرعة المتزامنة للمحرك غير المتزامن بتردد مصدر الطاقة وعدد أقطاب المحرك، والتي يتم حسابها بالمعادلة: n = 60f/p، حيث n هي السرعة المتزامنة، و f هي تردد مصدر الطاقة، و p هي عدد أقطاب المحرك.

b. محرك عزم الدوران

محرك عزم الدوران هو محرك خاص ذو خصائص ميكانيكية ناعمة ونطاق سرعة واسع. مبدأ عملها هو ضبط عزم الدوران الناتج للمحرك عن طريق تغيير جهد الدخل أو تيار المحرك. تستخدم محركات عزم الدوران عادةً مغناطيسات دائمة أو لفات إثارة لتوليد مجال مغناطيسي. عندما يتم تنشيط المحرك، يتفاعل المجال المغناطيسي مع التيار في لفات حديد التسليح لتوليد عزم دوران كهرومغناطيسي.

يتناسب عزم الدوران الناتج لمحرك عزم الدوران مع تيار الإدخال، أي أنه يمكن التحكم في عزم الدوران الناتج للمحرك بدقة من خلال التحكم في مقدار تيار الإدخال. في الوقت نفسه ، تنخفض سرعة دوران محرك عزم الدوران تلقائيًا مع زيادة الحمل ، وله خاصية حجب جيدة ، والتي يمكن أن تنتج عزم دوران كبير في ظل حالة الحجب دون حرق المحرك.

B. الخصائص الهيكلية

a. محرك غير متزامن

يتكون المحرك غير المتزامن بشكل أساسي من جزأين: الجزء الثابت والدوار. يتكون الجزء الثابت من قلب الجزء الثابت ولف الجزء الثابت وقاعدة الماكينة. يتكون قلب الجزء الثابت من صفائح فولاذية من السيليكون مغلفة معًا لتشكيل الدائرة المغناطيسية للمحرك. ملف الجزء الثابت مصنوع من سلك مطلي بالمينا، والذي يولد مجالاً مغناطيسيًا دوارًا بعد تنشيطه بواسطة تيار متناوب ثلاثي الأطوار. تُستخدم القاعدة لتثبيت قلب الجزء الثابت ودعم المحرك ككل.

يتكون الدوار من قلب الدوار وملف الدوار وعمود الدوار. يتكون قلب الدوار أيضًا من صفائح فولاذية من السيليكون مغلفة معًا لتشكيل الدائرة المغناطيسية للمحرك. تنقسم لفات الدوار إلى نوعين: القفص السنجابي واللف السلكي. ملف دوّار القفص السنجابي الدوار مصنوع من قضبان نحاسية أو من الألومنيوم، على شكل قفص سنجابي، مع هيكل بسيط ومتين. أما الملف الدوار ذو الجرح السلكي فهو مصنوع من سلك مطلي بالمينا ويتم توصيله بالدائرة الخارجية من خلال حلقات التجميع والفرش، والتي يمكن أن تحقق تنظيم سرعة المحرك.

b. محرك عزم الدوران

يختلف هيكل محرك عزم الدوران عن هيكل المحرك العادي. عادة ما يكون له هيكل مسطح مع الجزء الثابت والدوار بقطر أكبر وطول محوري أقصر. يزيد هذا الهيكل من قدرة خرج عزم الدوران للمحرك ويقلل من حجم ووزن المحرك.

يتكون الجزء الثابت لمحرك عزم الدوران عادةً من قلب الجزء الثابت، ولفائف الإثارة، ومقعد. تستخدم لفات الإثارة لتوليد المجال المغناطيسي، وتستخدم القاعدة لتثبيت قلب الجزء الثابت ودعم المحرك ككل. يتكون دوّار محرك عزم الدوران عادةً من قلب دوّار ولفائف حديد التسليح وعمود الدوران. إن لفات حديد التسليح هي المكون الرئيسي لمحرك عزم الدوران، والتي تولد عزم دوران كهرومغناطيسي من خلال التفاعل مع المجال المغناطيسي للجزء الثابت.

C. تختلف المحركات غير المتزامنة ومحركات عزم الدوران في تنظيم السرعة بالطرق التالية:

a. محرك غير متزامن:

-تنظيم سرعة تحويل التردد: قم بتغيير السرعة المتزامنة للمحرك غير المتزامن AC، وفقًا لطريقة تحويل التردد، هناك نوعان أساسيان من تحويل التردد المباشر وتحويل التردد غير المباشر. لديها مزايا نطاق السرعة الكبيرة، والخصائص الصلبة، والدقة العالية، والخسارة الإضافية الصغيرة، وكفاءة السرعة العالية، ومجموعة واسعة من التطبيقات، إلخ. إنها مناسبة للمحرك غير المتزامن من نوع قفص التيار المتردد، وهي الطريقة الرئيسية للتحكم في السرعة للمحرك غير المتزامن في الوقت الحاضر. العيوب هي جهاز تحكم معقد وتكلفة عالية وصعوبة الصيانة.

-التحكم في سرعة القطب المتغير: إنه قابل للتطبيق فقط على المحركات غير المتزامنة من نوع القفص، ويغير عدد الأقطاب المغناطيسية للمحرك عن طريق تغيير أسلاك اللفات الثابتة، وذلك لتغيير سرعة الدوران المتزامن. يتميز هذا النوع من التحكم في السرعة بخصائص ميكانيكية صلبة، واستقرار جيد ؛ لا خسارة دورانية وكفاءة عالية ؛ الأسلاك بسيطة، تحكم مريح، سعر منخفض. لكن العيب هو أن هناك مستويات لتنظيم السرعة، وفرق المستوى كبير، ولا يمكن الحصول على تنظيم سلس للسرعة. يمكن استخدامها مع منظم الجهد، القابض التفاضلي الكهرومغناطيسي للحصول على كفاءة عالية وخصائص سرعة سلسة. قابل للتطبيق على آلات الإنتاج التي لا تتطلب تنظيم السرعة بدون خطوات، مثل أدوات ماكينات قطع المعادن والمصاعد ومعدات الرفع والمراوح والمضخات وما إلى ذلك.

-تنظيم السرعة على مستوى السلسلة: ينطبق فقط على محرك التيار المتردد غير المتزامن الجرح، هو أحد طرق تغيير معدل تنظيم السرعة، في دائرة دوار المحرك الجرح في إمكانات إضافية قابلة للتعديل في السلسلة لتغيير فرق دوران المحرك، لتحقيق الغرض من تنظيم السرعة. يتم امتصاص معظم الطاقة التفاضلية بواسطة الإمكانات الإضافية، ثم يتم استخدام الجهاز الذي يولد الإمكانات الإضافية لإعادة الطاقة التفاضلية الممتصة إلى الشبكة أو تحويل الطاقة للاستفادة منها. ويتميز بفعالية عالية من حيث التكلفة، ويمكنه إعادة استخدام فقدان الدوران وكفاءة عالية؛ تتناسب سعة الجهاز ونطاق السرعة مع الاستثمار في المقاطعة، وينطبق على نطاق السرعة في السرعة المقدرة بنسبة 70% -90% من آلات الإنتاج؛ يمكن تحويل فشل جهاز التحكم في السرعة إلى التشغيل بكامل السرعة، لتجنب توقف الإنتاج. العيب هو أن عامل الطاقة للتحكم في سرعة سلسلة الثايرستور منخفض، والتأثير التوافقي كبير. مناسبة للمراوح والمضخات ومطحنة الدرفلة ورافعة المناجم والطارد.

-التحكم في سرعة مقاومة سلسلة مقاومة سلسلة المحرك الدوار ذات الجرح السلكي: فقط للمحرك غير المتزامن للتيار المتردد ذي الجرح السلكي، عن طريق تغيير سلسلة دوار المحرك غير المتزامن ذي الجرح السلكي إلى قيمة المقاومة الإضافية، لتغيير معدل دوران المحرك، ثم تغيير سرعة المحرك. هذه الطريقة بسيطة وسهلة التحكم، ولكن يتم استهلاك الطاقة الدورانية في شكل حرارة في المقاومة، وهي عبارة عن تنظيم متدرج للسرعة، والخصائص الميكانيكية أكثر ليونة. في الحمل المحتمل يستخدم أكثر، مثل الرافعات الجسرية، يتم استخدام التحكم في العربة والرافعة والرافعة بهذه الطريقة.

-تنظيم جهد الجزء الثابت: عند تغيير جهد الجزء الثابت للمحرك، يمكن الحصول على مجموعة من المنحنيات المميزة الميكانيكية المختلفة، وذلك للحصول على سرعات مختلفة. نظرًا لأن عزم دوران المحرك يتناسب مع مربع الجهد، فإن تغيير جهد الجزء الثابت سيؤثر بشكل خطير على الحد الأقصى لعزم الدوران، ونطاق السرعة صغير، وتطبيق محرك القفص ليس جيدًا. من أجل توسيع نطاق السرعة، يجب استخدام تنظيم الجهد لتنظيم سرعة المحركات القفصية ذات المقاومة الدوارة الكبيرة، مثل التحكم في سرعة محرك عزم الدوران، أو سلسلة من المقاومات الحساسة للتردد على محرك الجرح السلكي. عندما يتجاوز تنظيم السرعة 2: 1، يجب استخدام التحكم في التغذية المرتدة لتحقيق الغرض من التنظيم التلقائي. خط منظم الجهد بسيط وسهل تحقيق التحكم التلقائي، ولكن يتم استهلاك الطاقة الدورانية في عملية تنظيم الجهد على شكل حرارة في مقاومة الدوار، وهو أقل كفاءة. ينطبق بشكل عام على آلات الإنتاج التي تقل عن 100 كيلو واط، وينطبق بشكل أساسي على المراوح والمضخات الحمل أو الحمل المحتمل.

b. محرك عزم الدوران:

- طريقة تنظيم رقم زوج القطب المتغير: تغيير رقم زوج القطب للمحرك القفص عن طريق تغيير طريقة لف الجزء الثابت لتحقيق الغرض من التنظيم.

- تنظيم التردد: تغيير تردد مصدر طاقة الجزء الثابت للمحرك، وبالتالي تغيير سرعته المتزامنة. نظام تنظيم التردد هو المعدات الرئيسية لتوفير إمدادات الطاقة العاكس التردد، ويمكن تقسيمها إلى فئتين من محول تردد التيار المتردد - التيار المتردد - التيار المتردد ومحول تردد التيار المتردد - التيار المتردد فئتين، في الوقت الحاضر الأكثر استخدامًا في الصين هو محول تردد التيار المتردد - التيار المستمر - التيار المتردد.

- طريقة التنظيم التسلسلي: يتم توصيل الإمكانات القابلة للتعديل بحلقة دوار محرك خط اللف لتغيير المعدل التفاضلي للمحرك لتحقيق الغرض من تنظيم السرعة. يتم امتصاص معظم الطاقة التفاضلية بواسطة الإمكانات الإضافية التي يتم تغذيتها والتي تستخدم بعد ذلك لتوليد معدات إضافية تعيد الطاقة التفاضلية الممتصة إلى الشبكة أو تحولها إلى طاقة للاستخدام. واعتمادًا على كيفية امتصاص الطاقة واستخدامها، يمكن تقسيم تنظيم السلسلة إلى تنظيم سلسلة المحركات، وتنظيم السلسلة الميكانيكية وتنظيم سلسلة الثايرستور.

- تنظيم مقاومة السلسلة الدوّارة: لف مقاومة سلسلة المحرك غير المتزامن الدوّار للمقاومة المتسلسلة، بحيث يزداد معدل دوران المحرك، بحيث يعمل المحرك بسرعة أقل. كلما زادت مقاومة السلسلة المتسلسلة، انخفضت سرعة المحرك. طريقة المعدات بسيطة، وسهلة التحكم، ولكن الطاقة التفاضلية في شكل التدفئة المستهلكة في المقاومة، هي تنظيم متدرج للسرعة، والخصائص الميكانيكية للناعمة.

- طريقة تنظيم جهد الجزء الثابت: عند تغيير جهد الجزء الثابت للمحرك، يمكن الحصول على مجموعة من المنحنيات ذات الخصائص الميكانيكية المختلفة، ومن ثم يمكن الحصول على سرعات مختلفة. نظرًا لأن عزم دوران المحرك والجهد يتناسب مع المربع، يتم تقليل عزم الدوران الكبير كثيرًا، ويكون نطاق التنظيم صغيرًا، مما يجعل من الصعب تطبيق محرك القفص العام. من أجل توسيع نطاق التنظيم ، يجب استخدامه مع قيمة مقاومة أكبر للدوار لمحرك القفص ، مثل التحكم في سرعة محرك عزم الدوران ، أو في سلسلة مع مقاوم حساس للتردد على محرك الجرح السلكي. عندما يتجاوز تنظيم السرعة 2:1، يجب استخدام التحكم في التغذية الراجعة لتحقيق الغرض من التنظيم التلقائي. تشمل طرق التنظيم الشائعة الاستخدام تنظيم مفاعل التشبع المتسلسل، وتنظيم المحول التلقائي وتنظيم الثايرستور.

- طريقة تنظيم السرعة الكهرومغناطيسية: وهي تتألف من محرك قفص وقابض عزم الدوران الكهرومغناطيسي ومزود طاقة الإثارة بالتيار المستمر (جهاز التحكم). من خلال تغيير زاوية توصيل الثايرستور، يمكن تغيير حجم تيار الإثارة، وبالتالي تغيير عزم الدوران الناتج وسرعة القابض. تعد طريقة التحكم في السرعة هذه مناسبة للطاقة المتوسطة والصغيرة، ومتطلبات الانزلاق المسطح، والتشغيل قصير الوقت منخفض السرعة لآلة الإنتاج.

- طريقة تنظيم سرعة المقرنة الهيدروليكية: تتكون المقرنة الهيدروليكية عمومًا من عجلة المضخة والتوربينات، الموضوعة في غلاف محكم الغلق، ويمتلئ الغلاف بكمية معينة من سائل التشغيل. عندما يتم دفع عجلة المضخة بواسطة المحرك الرئيسي للدوران، يتم دفع السائل الموجود داخل عجلة المضخة بواسطة الشفرة للدوران، وتحت تأثير قوة الطرد المركزي، يدخل التوربين على طول الحلقة الخارجية لعجلة المضخة، ويدفع شفرة التوربين للدوران، ثم يدفع تشغيل آلة الإنتاج. أثناء عملية التشغيل، يمكن تغيير سرعة التوربينات الخاصة بالمقرنة عن طريق تغيير معدل تعبئة السائل لتحقيق تنظيم السرعة بدون خطوات. إنه مناسب لتنظيم سرعة المراوح والمضخات.

D. خصائص الأداء

a. محرك غير متزامن

(1) المزايا:

① هيكل بسيط ودائم ومنخفض التكلفة.

② تشغيل موثوق به وسهولة الصيانة.

③ مناسب لأنواع مختلفة من الأحمال وبيئات العمل.

(iv) يمكن تنظيم سرعته عن طريق تغيير تردد مصدر الطاقة وعدد الأقطاب.

(2) العيوب

① ضعف أداء تنظيم السرعة، نطاق السرعة الضيق.

② تيار البدء كبير، والتأثير على شبكة الطاقة كبير.

(iii) انخفاض عامل الطاقة، والحاجة إلى تعويض الطاقة التفاعلية.

(iv) كفاءة أقل في التشغيل بسرعة منخفضة.

b. محرك عزم الدوران

(1) المزايا

① تتميز بخصائص ميكانيكية ناعمة، تنخفض سرعة الدوران تلقائيًا مع زيادة الحمل، ويمكن أن تنتج عزم دوران كبير في حالة الانسداد دون حرق المحرك.

② نطاق سرعة واسع، يمكن تحقيق تنظيم السرعة بدون خطوات.

③ دقة عالية، يمكن التحكم بدقة في عزم الدوران الناتج.

④ سرعة استجابة سريعة، أداء ديناميكي جيد.

(2) العيوب:

① هيكل معقد، تكلفة عالية.

② هناك حاجة إلى وحدة تحكم متخصصة للتحكم في السرعة.

(3) مشكلة تبديد الحرارة أكثر بروزًا، وتحتاج إلى اتخاذ تدابير فعالة لتبديد الحرارة.

E. سيناريوهات التطبيق

a. المحركات غير المتزامنة

تستخدم المحركات غير المتزامنة على نطاق واسع في الصناعة والزراعة والنقل والأجهزة المنزلية وغيرها من المجالات. على سبيل المثال ، في الإنتاج الصناعي ، تقوم بتشغيل الضواغط ومضخات المياه والكسارات وما إلى ذلك, ويمكن استخدامه أيضًا لتشغيل المنافيخ، وطواحين الفحم، وطواحين الدرفلة، والرافعات وغيرها من المعدات ؛ في الإنتاج الزراعي، تُستخدم المحركات غير المتزامنة بشكل شائع لتشغيل معدات الري، ومعدات المعالجة الزراعية، وما إلى ذلك ؛ في مجال النقل، تُستخدم المحركات غير المتزامنة بشكل شائع لتشغيل السيارات الكهربائية والدراجات الكهربائية، وما إلى ذلك ؛ في مجال الأجهزة المنزلية، تُستخدم المحركات غير المتزامنة أحادية الطور بشكل شائع لتشغيل الغسالات والمراوح ومكيفات الهواء، وما إلى ذلك. في مجال الأجهزة المنزلية، تُستخدم المحركات غير المتزامنة أحادية الطور بشكل شائع في تشغيل الغسالات، والمراوح الكهربائية، ومكيفات الهواء، إلخ.

b. محرك عزم الدوران

تُستخدم محركات عزم الدوران بشكل أساسي في المناسبات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في عزم الدوران والسرعة، مثل آلات النسيج، وآلات صناعة الورق، وآلات الطباعة، وآلات التعبئة والتغليف، والمعدات الطبية، وأدوات ماكينات CNC، إلخ.

- آلات النسيج: في عملية النسيج، يجب التحكم في توتر الغزل أو النسيج بدقة، يمكن لمحرك عزم الدوران توفير عزم دوران ثابت بسرعات مختلفة لضمان ثبات توتر النسيج في عملية الطباعة والصباغة والنسيج واللف وما إلى ذلك، ولمنع كسر الغزل أو تشوه النسيج، على سبيل المثال، في حالة نقل النسيج من خلال عدة بكرات، يمكن لمحرك عزم الدوران أن يضمن ثبات عزم الدوران وأن يكون توتر النسيج ثابتًا تحت أي سرعة. على سبيل المثال، عندما يتم تمرير النسيج من خلال عدة بكرات، يمكن لمحرك عزم الدوران أن يضمن ثبات عزم الدوران وثبات شد النسيج تحت أي سرعة.

- تصنيع الأسلاك والكابلات: في عملية لف وفك لف الأسلاك والكابلات ، يلزم المحرك لضبط عزم الدوران الناتج تلقائيًا مع تغيير قطر البكرة للحفاظ على ثبات شد الكابل ، والخصائص الميكانيكية الناعمة ونطاق السرعة الواسع لمحرك عزم الدوران يجعله مناسبًا جدًا لسيناريو التطبيق هذا ، والذي يمكن أن يتجنب أن يكون الكابل فضفاضًا جدًا أو ضيقًا جدًا ، ويضمن جودة الإنتاج.

- ماكينات صناعة الورق: يحتاج الورق إلى الحفاظ على توتر معين وسرعة خط معين أثناء عملية الإنتاج، يمكن لمحرك عزم الدوران التحكم بدقة في توتر الورق، لضمان أن الورق في النسخ والطلاء والحز وأجزاء أخرى من التقدم السلس، ويمكن أن يتكيف مع متطلبات سمك وعرض الورق المختلفة.

- معالجة المعادن: على سبيل المثال، تتطلب عمليات لف الصفائح المعدنية وفك اللف وعمليات المعالجة الأخرى محركات لتوفير عزم دوران ثابت وتحكم دقيق في السرعة، ويمكن لمحركات عزم الدوران تلبية هذه المتطلبات وتحسين دقة المعالجة وجودة المنتج.

- آلات الطباعة: في عملية الطباعة، يحتاج كل من النقل واللف والقيادة لأسطوانة الطباعة إلى عزم دوران دقيق والتحكم في السرعة، ويمكن لمحرك عزم الدوران ضمان دقة التسجيل واستقرار جودة المنتجات المطبوعة.

باختصار، المحركات غير المتزامنة ومحركات عزم الدوران في مبدأ العمل والخصائص الهيكلية وخصائص الأداء وسيناريوهات التطبيق، هناك اختلافات واضحة. يتميز المحرك غير المتزامن بهيكل بسيط، وتكلفة منخفضة، وتشغيل موثوق، ومناسب لمجموعة متنوعة من الأحمال وبيئات العمل المختلفة ؛ يتميز محرك عزم الدوران بخصائص ميكانيكية ناعمة، ونطاق سرعة واسع، ودقة عالية، ومناسب للمناسبات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في عزم الدوران والسرعة. في التطبيق العملي، يجب اختيار المحرك المناسب وفقًا للاحتياجات المحددة من أجل إتاحة الفرصة الكاملة لمزايا أدائه وتحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج.