تُستخدم المحركات الحثية ذات القفص السنجابي (المعروفة أيضًا باسم المحركات غير المتزامنة القفصية) على نطاق واسع في الصناعة والحياة اليومية نظرًا لبساطة هيكلها وتشغيلها الموثوق به وتكلفتها المنخفضة ومزايا أخرى. ومع ذلك، غالبًا ما تكون ميزة المحركات الحثية ذات القفص السنجابي ذات عزم الدوران الصغير عاملًا مقيدًا في تطبيقها. فيما يلي شرح لهذه الظاهرة واستكشاف الحلول الممكنة من حيث المبدأ. 

أ. ما هو المحرك الحثي ذو القفص السنجابي؟ 

يتكون دوّار المحرك الحثي القفصي السنجابي من شرائط موصلة وحلقات قصيرة الدائرة تشبه قفص الفئران، ومن هنا جاءت تسميته. يعتمد مبدأ تشغيله على الحث الكهرومغناطيسي. عندما يتم توصيل المحرك بمصدر طاقة تيار متردد ثلاثي الأطوار، يتم توليد مجال مغناطيسي دوار في لفات الجزء الثابت. يقوم هذا المجال المغناطيسي الدوار بقطع الموصلات في الدوار (قضبان القفص الدوار)، وبالتالي توليد قوة دافعة كهربائية مستحثة في الموصلات الدوارة. وبما أن الموصلات الدوارة تكون قصيرة الدائرة بواسطة الحلقات الطرفية، فإن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة تنتج تيارات مستحثة في الموصلات الدوارة. وتتعرض هذه الموصلات الدوارة ذات التيارات لقوى في المجال المغناطيسي، ووفقاً لقانون لورنتز، فإن القوة المجمعة لهذه القوى تدفع الدوار. 

ب. أسباب انخفاض عزم الدوران عند بدء التشغيل 

1 - سرعة الدوار صفر: في لحظة بدء تشغيل المحرك، يكون الدوار في حالة سكون وتكون سرعته صفراً. وفي الوقت نفسه، يقطع المجال المغناطيسي الدوار الذي يولده الجزء الثابت موصل الدوار بأقصى سرعة، مما يؤدي إلى تردد عالٍ جداً للقوة الدافعة الكهربائية المستحثة والتيار المستحث. نظرًا لأن فرق الطور بين التيار والجهد كبير جدًا عند بدء التشغيل، فإن هذا يتسبب في تأثر عزم دوران المحرك بشدة. 

2- دور المقاومة والحث الدوار: إن الموصل الدوار هو في الواقع مزيج من المقاومة والحث. عند بدء تشغيل المحرك، وبسبب السرعة الصفرية للدوار، يكون تردد القوة الدافعة الكهربائية المستحثة مرتفعًا جدًا، مما يؤدي إلى تأثير كبير لمقاومة الحث والمقاومة على التيار. هذا التأثير يقلل من عزم بدء التشغيل. 

3 - تأثير فرق الطور: يتأخر التيار المستحث في موصل الدوار عن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة، وينتج عن فرق الطور هذا عدم قدرة المحرك على الاستفادة الكاملة من قوة المجال المغناطيسي عند بدء التشغيل، مما يقلل من عزم بدء التشغيل. 

4- معامل القدرة المنخفض: عند بدء تشغيل المحرك، يكون معامل القدرة منخفضاً جداً حيث تكون زاوية معامل القدرة الدوارة قريبة من 90 درجة. وهذا يعني أن المحرك غير قادر على استخدام مدخلات الطاقة الكهربائية بكفاءة لإنتاج عزم الدوران عند بدء التشغيل. 

ج. كيف يمكن تحسين عزم بدء التشغيل؟ 

1 - تحسين تصميم الدوار: تغيير المعلمات الكهربائية للدوار، على سبيل المثال باستخدام قفص سنجابي مزدوج أو تصميم دوار بفتحة عميقة. من خلال زيادة مقاومة الدوّار أثناء بدء التشغيل، سيؤدي ذلك إلى زيادة التيار المستحث وبالتالي تحسين عزم بدء التشغيل. 

2. زيادة معدات البدء الخارجية: استخدام بادئ التشغيل الناعم أو محول التردد، من خلال التحكم في تيار البدء والتردد، وزيادة سرعة المحرك تدريجيًا لحل مشكلة عدم كفاية عزم الدوران في بدء التشغيل. 

3. استخدام سلسلة مقاومة الدوار بدءًا من المقاومة المتسلسلة: في مرحلة البدء إلى دائرة الدوار في مقاومة السلسلة، قم بزيادة مقاومة الدوار الدوار لتحسين عزم دوران البداية، ولكن تجدر الإشارة إلى أن هذه الطريقة تنطبق فقط على المحركات الحثية ذات الجرح السلكي.

 4 - تغيير ظروف الإمداد: تؤدي زيادة جهد إمداد الجزء الثابت في المرحلة الأولية إلى زيادة قوة المجال المغناطيسي للجزء الثابت، وبالتالي زيادة عزم دوران بدء التشغيل. ومع ذلك، تحتاج هذه الطريقة إلى توخي الحذر لتجنب التأثير المفرط لتيار البدء على المحرك والشبكة.

 د. اعتبارات للتطبيقات العملية 

على الرغم من أن عزم الدوران المنخفض في بدء التشغيل هو نقطة ضعف في المحركات الحثية ذات القفص السنجابي، إلا أنه يمكن جعلها تعمل بشكل جيد في معظم سيناريوهات التطبيق من خلال تقنيات التصميم والتحكم المعقولة. عند اختيار محرك، يجب استخدام خصائص الحمل الفعلي لتحديد ما إذا كان يجب إيلاء اهتمام خاص لأداء بدء التشغيل، وإذا لزم الأمر، اختيار محرك بوظيفة بدء تشغيل خاصة أو معدات تحكم مطابقة. 

ملخص 

إن عزم الدوران المنخفض لمحركات المحركات الحثية ذات القفص السنجابي هو نتيجة لهيكلها المادي ومبدأ التشغيل. من خلال تحسين التصميم واستخدام المعدات المساعدة، يمكن تحسين هذا العيب بشكل كبير، مما يجعلها أكثر قابلية للتكيف مع السيناريوهات الصناعية والمنزلية المعقدة. إن فهم المبادئ الكامنة وراء هذه الظاهرة مهم للاختيار الرشيد للمحركات واستخدامها.