في الصناعة الحديثة والحياة اليومية، تلعب المحركات الكهربائية دورًا حاسمًا كمعدات رئيسية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. تعد المحركات الحثية والمحركات المتزامنة نوعين شائعين ومهمين من المحركات، مع وجود اختلافات كبيرة في مبادئ التشغيل والخصائص والتطبيقات. ستناقش هذه المقالة الاختلافات بين المحركات الحثية والمحركات المتزامنة لمساعدة القراء على فهم وتطبيق هذين النوعين من المحركات بشكل أفضل.

A. الاختلاف في مبدأ العمل

(أ) مبدأ عمل المحرك الحثي

تعمل المحركات الحثية، والمعروفة أيضًا باسم المحركات غير المتزامنة، على أساس ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. تتكون المحركات الحثية بشكل أساسي من جزأين: الجزء الثابت والدوار. توجد لفات ثلاثية الأطوار على الجزء الثابت، وعندما يتم تمرير تيار متناوب ثلاثي الأطوار إلى لفات الجزء الثابت، يتم توليد مجال مغناطيسي دوار. وتسمى سرعة هذا المجال المغناطيسي الدوار بالسرعة المتزامنة، والتي ترتبط بتردد مصدر الطاقة وعدد أزواج أقطاب المحرك.

عادة ما يكون الدوار عبارة عن قفص سنجابي أو ملفوف سلكي. عندما يقطع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت الدوار الموصل الدوار، يتولد تيار مستحث في الموصل الدوار. يتفاعل التيار المستحث مع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت لإنتاج عزم دوران كهرومغناطيسي يقوم بتدوير الدوار. نظرًا لأن سرعة الدوار دائمًا ما تكون أقل قليلاً من السرعة المتزامنة للمجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، فإن المحركات الحثية تسمى المحركات غير المتزامنة. يمكن القول أن المحرك الحثي يشبه التابع، يحاول اللحاق بسرعة المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، ولكنه يفوته دائمًا بقليل.

(ب) مبدأ تشغيل المحرك المتزامن

يختلف مبدأ تشغيل المحرك المتزامن اختلافًا كبيرًا عن مبدأ تشغيل المحرك الحثي. لف الإثارة الدوار للمحرك المتزامن للمحرك الدوار DC أو المغناطيس الدائم، عندما يتدفق تيار التيار المستمر إلى لف الإثارة أو المغناطيس الدائم لإنتاج مجال مغناطيسي، يتفاعل المجال المغناطيسي الدوار والمجال المغناطيسي الدوار والمجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، بحيث يكون الدوار مع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت الدوار بنفس سرعة الدوران المتزامن.

يشبه هيكل الجزء الثابت للمحرك المتزامن هيكل المحرك المتزامن هيكل المحرك الحثي، والذي يحتوي أيضًا على لفات ثلاثية الطور. عندما يتم تطبيق تيار متناوب ثلاثي الأطوار على لفات الجزء الثابت، يتولد مجال مغناطيسي دوار. يتفاعل هذا المجال المغناطيسي الدوار مع المجال المغناطيسي الدوار لإنتاج عزم دوران كهرومغناطيسي يدير المحرك. نظرًا لأن سرعة الدوار تساوي تمامًا المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، فإن المحرك المتزامن يسمى محركًا متزامنًا. يمكن القول أن المحرك المتزامن يشبه الراقص الدقيق، والمجال المغناطيسي للجزء الثابت متطابق تمامًا، والرقص المتزامن.

B. الاختلافات في الخصائص الهيكلية

(أ) الخصائص الهيكلية للمحرك الحثي

1. الجزء الثابت

الجزء الثابت للمحرك الحثي مصنوع من صفائح فولاذية من السيليكون مكدسة بملفات ثلاثية الطور. هناك نوعان من وصلات لفات الجزء الثابت، النجمية والمثلثية، والتي يتم اختيارها وفقًا لجهود إمداد الطاقة المختلفة وقدرات المحرك.

2. الدوار

يحتوي دوّار المحرك الحثي على هيكلين: قفص السنجاب ولفائف الأسلاك. يتكون دوار قفص السنجاب من قضبان نحاسية أو ألومنيوم وحلقة دائرة قصيرة، وهيكل بسيط ومتانة وتكلفة منخفضة. يشبه لف الدوار ذو الجرح السلكي لف الجزء الثابت ويمكن تنظيم سرعته بواسطة مقاومة خارجية، ولكن الهيكل معقد والتكلفة مرتفعة.

(ب) الخصائص الهيكلية للمحرك المتزامن

1. الجزء الثابت

هيكل الجزء الثابت للمحرك المتزامن هو في الأساس نفس هيكل المحرك الحثي، وهو مصنوع من صفائح فولاذية من السيليكون مكدسة بملفات ثلاثية الطور.

2. الدوار

يحتوي دوار المحرك المتزامن على نوعين من الهيكل: نوع القطب المحدب ونوع القطب المخفي. من الواضح أن القطب الدوار محدب القطب الدوار يبرز بوضوح، وعادة ما يستخدم للمحرك المتزامن منخفض السرعة وذو السعة الكبيرة. تتدفق الأقطاب المغناطيسية للقطب الدوار ذو القطب المخفي مع سطح الدوار وعادة ما تستخدم للمحركات المتزامنة ذات السرعة العالية والسعة الصغيرة.

تحتوي المحركات المتزامنة على لفات إثارة تيار مستمر أو مغناطيس دائم على الدوار وتتطلب نظام إثارة خاص لتوفير تيار مستمر. يمكن أن يكون نظام الإثارة عبارة عن إثارة تيار مستمر أو إثارة مقوم ثابت أو إثارة مقوم دوار. ج. الاختلافات في خصائص الأداء

(أ) خصائص السرعة

1. المحرك الحثي

تختلف سرعة دوران المحرك الحثي قليلاً مع الحمل، ويحدد معدل الدوران حجم الفرق بين سرعة الدوران الفعلية وسرعة الدوران المتزامنة. عندما يزداد الحمل، تنخفض سرعة الدوار قليلاً؛ وعندما ينخفض الحمل، تزداد سرعة الدوار قليلاً. وذلك لأن سرعة الدوار للمحرك الحثي تكون دائمًا أقل قليلاً من السرعة المتزامنة للمجال الدوار للجزء الثابت، ويوجد معدل انزلاق. يرتبط حجم معدل الانزلاق بحجم الحمل، فكلما زاد الحمل، زاد معدل الانزلاق وانخفضت سرعة الدوار.

2. المحرك المتزامن

إن سرعة دوران المحرك المتزامن تساوي تمامًا سرعة الدوران المتزامنة للمجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، بغض النظر عن حجم الحمل. طالما أن تردد مصدر الطاقة ثابت، تظل سرعة المحرك المتزامن ثابتة. هذه ميزة مهمة للمحركات المتزامنة التي تمنحها ميزة كبيرة عند الحاجة إلى تشغيل سرعة ثابتة.

(ب) خصائص عزم الدوران

1. المحرك الحثي

يكون عزم دوران بدء تشغيل المحرك الحثي صغيراً، ولكن مع زيادة السرعة يزداد عزم الدوران تدريجياً حتى يصل إلى قيمته القصوى ثم ينخفض تدريجياً. يتناسب عزم الدوران الأقصى للمحرك الحثي مع مربع جهد الإمداد ويرتبط بمفاعلة التسرب ومقاومة الدوار للمحرك.

2. المحرك المتزامن

يرتبط عزم الدوران للمحرك المتزامن بالزاوية بين تيار الجزء الثابت والمجال المغناطيسي الدوار، ويكون عزم الدوران الأقصى عندما تكون الزاوية 90 درجة. يمكن التحكم في عزم دوران بدء تشغيل المحرك المتزامن عن طريق ضبط تيار الإثارة، ولكنه عادة ما يتطلب مساعدة معدات بدء التشغيل الأخرى لبدء التشغيل.

(ج) خصائص معامل القدرة

1. المحرك التعريفي

تتميز المحركات الحثية بعامل قدرة منخفض، خاصة عند الحمل الخفيف وعدم وجود حمل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المحركات الحثية تتطلب تيارات تفاعلية متخلفة من الشبكة لإنشاء المجال المغناطيسي، مما يقلل من عامل القدرة للشبكة.

2. المحركات المتزامنة

يمكن للمحركات المتزامنة التحكم في عامل القدرة عن طريق ضبط تيار الإثارة. عندما يكون تيار الإثارة هو الإثارة العادية، يكون عامل القدرة للمحرك المتزامن هو 1. عندما يكون تيار الإثارة أقل من الإثارة العادية، يكون عامل القدرة للمحرك المتزامن متخلفًا، وعندما يكون تيار الإثارة أكبر من الإثارة العادية، يكون عامل القدرة للمحرك المتزامن متخلفًا. لذلك، يمكن أن يلعب المحرك المتزامن دورًا مهمًا في تحسين عامل القدرة للشبكة.

D. سيناريوهات التطبيق المختلفة

(أ) مشاهد تطبيق المحرك الحثي

1. المجال الصناعي

تستخدم المحركات الحثية على نطاق واسع في المعدات الصناعية المختلفة، مثل المراوح والمضخات والضواغط والناقلات وما إلى ذلك. لا تتطلب هذه المعدات عادةً دقة عالية في السرعة، ولكنها تحتاج إلى عزم دوران كبير وموثوقية كبيرة في البداية.

2. الأجهزة المنزلية

تُستخدم المحركات الحثية أيضًا على نطاق واسع في الأجهزة المنزلية، مثل الغسالات والمراوح الكهربائية ومكيفات الهواء وما إلى ذلك. تتطلب هذه الأجهزة عادةً محركات منخفضة التكلفة ومنخفضة الضوضاء وعالية الكفاءة.

(ب) سيناريوهات تطبيق المحركات المتزامنة

1. نظام الطاقة الكبيرة

تلعب المحركات المتزامنة دورًا مهمًا في أنظمة الطاقة الكبيرة، مثل المولدات والمنظمين. يمكن للمولدات المتزامنة توفير خرج طاقة مستقر، ويمكن للمنظمين تحسين معامل القدرة للشبكة.

2. مجال التحكم عالي الدقة

تُستخدم المحركات المتزامنة أيضًا على نطاق واسع في مجال التحكم عالي الدقة، مثل أدوات ماكينات CNC والروبوتات وما إلى ذلك. تتطلب هذه الأجهزة تشغيل سرعة ثابتة، وتحديد المواقع بدقة عالية واستجابة سريعة.

E. الملخص

المحركات الحثية والمحركات المتزامنة، كنوعين مهمين من المحركات، لها اختلافات كبيرة في مبدأ العمل والخصائص الهيكلية وخصائص الأداء وسيناريوهات التطبيق. يتميز المحرك التعريفي بهيكل بسيط وتكلفة منخفضة وموثوقية عالية، وهو مناسب للمناسبات التي لا تتطلب دقة عالية في السرعة وعزم دوران كبير في البداية ؛ المحرك المتزامن له سرعة ثابتة وعامل طاقة قابل للتعديل، وهو مناسب للمناسبات التي تتطلب تشغيلًا ثابتًا للسرعة والتحكم عالي الدقة وتحسين عامل الطاقة لشبكة الطاقة.

في التطبيق الفعلي، يجب اختيار نوع المحرك المناسب وفقًا للاحتياجات المحددة. في الوقت نفسه، مع التقدم المستمر للعلم والتكنولوجيا، فإن المحرك التعريفي وتكنولوجيا المحركات المتزامنة هي أيضًا في تطور وابتكار مستمرين، وسوف يلعبان في المستقبل دورًا أكثر أهمية في المزيد من المجالات.