يعد المحرك جهازًا مهمًا لتحويل الطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية إلى بعضها البعض، ويحتل موقعًا مهمًا في الصناعة والنقل والأجهزة المنزلية والروبوتات وغيرها من المجالات. وفقًا لوضع إمداد الطاقة والهيكل الداخلي ومبدأ العمل، يمكن تقسيم المحركات إلى محركات التيار المستمر ومحركات التيار المتردد والمحركات المتدرجة والمحركات المتدرجة والمحركات بدون فرش وأنواع أخرى. فيما يلي وصف تفصيلي لكل نوع من المحركات وتطبيقاته النموذجية:

أ. محرك التيار المباشر (محرك التيار المستمر)

محرك التيار المستمر هو محرك دوار يحول الطاقة الكهربائية للتيار المستمر إلى طاقة ميكانيكية أو يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية للتيار المستمر. ويشمل بشكل أساسي.

أ) الخصائص الأساسية: يستخدم محرك التيار المستمر التيار المستمر كمصدر للطاقة ويعمل باستخدام مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. ميزته الرئيسية هي الأداء الممتاز في تنظيم السرعة، وسهولة التحكم في السرعة وعزم الدوران، لذلك يتم استخدامه بشكل شائع في المناسبات التي تحتاج إلى تحكم دقيق في السرعة والموضع.

ب) المكونات الهيكلية الرئيسية: يتكون هيكل محرك التيار المستمر من ثلاثة أجزاء رئيسية: الجزء الثابت والدوار والأجزاء المساعدة ، يلعب كل منها دورًا مهمًا في تشغيل المحرك.

 الجزء الثابت: الجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك ووظيفته الرئيسية هي توفير المجال المغناطيسي. وهو يتألف من أقطاب مغناطيسية (تُستخدم لتوليد مجال مغناطيسي ثابت، وعادةً ما تتكون من مغناطيس دائم أو مغناطيس كهربائي)، وهيكل (الجزء المبيت المستخدم لتثبيت الأقطاب المغناطيسية وتوفير الدعم الميكانيكي)، ولفائف الإثارة (تُستخدم لتوليد مجال كهرومغناطيسي يتم تحفيزه بواسطة تيار تيار مستمر).

 الدوار: الدوار هو الجزء الدوار من المحرك وهو المسؤول عن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. وهو يتألف من قلب المحرك (مصنوع من صفائح فولاذية من السيليكون مصفحة معًا لتوفير دائرة مغناطيسية وتقليل خسائر التيار الدوامي)، ولفائف المحرك (مثبتة في فتحات القلب لتوليد التيار وعزم الدوران من خلال مجال مغناطيسي)، وعمود المحرك (يستخدم لدعم الدوار بالكامل وتوصيله بمعدات ميكانيكية خارجية).

 المبدل: يعد المبدل مكونًا رئيسيًا في محرك التيار المستمر، وهو مسؤول عن تصحيح اتجاه التيار. ويتكون من صفائح نحاسية (عدة صفائح نحاسية تشكل حلقة تتصل عليها لفات المحرك)، ومواد عازلة (تستخدم لعزل التيار بين الصفائح النحاسية، وعادة ما تستخدم الميكا أو البلاستيك عالي الأداء).

 الفرش: تُستخدم الفرش لإدخال تيار تيار مستمر خارجي في المبدل ونقل التيار من المبدل إلى لفات المحرك. عادة ما تكون مصنوعة من مادة الكربون، وهي موصلة للكهرباء ومقاومة للتآكل. يتم ضغطها على سطح المبدل بواسطة نوابض لضمان التلامس الجيد.

 المكونات الداعمة: تشمل المحامل (لدعم الدوار وتقليل الاحتكاك)، والأغطية الطرفية (لحماية الأجزاء الداخلية للمحرك وتثبيت المحامل في مكانها) والمراوح (لتبريد المحرك ومنع ارتفاع درجة الحرارة).

ج) مبدأ التشغيل: يتدفق تيار التيار المستمر عبر الفرش ومبدل التيار إلى لف الدوار الذي يتعرض لقوة لورنتز في المجال المغناطيسي للجزء الثابت وينتج حركة دورانية.

4 - مجالات التطبيق

- معدات الرفع في الإنتاج الصناعي

- المركبات الكهربائية (مثل الدراجات الكهربائية وعربات السكك الحديدية)

- معدات التحكم الدقيق (مثل أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي، وأذرع الروبوت)

ب. محركات التيار المتردد

أ) الميزات الأساسية: تستخدم محركات التيار المتردد التيار المتردد كمصدر للطاقة وتنقسم إلى فئتين: المحركات المتزامنة والمحركات غير المتزامنة. وتتمثل مزاياها في الهيكل البسيط وسهولة الصيانة وكفاءة التشغيل العالية.

ب) التصنيف والهيكل

1. المحركات غير المتزامنة (المحركات الحثية): يتكون هيكل المحركات غير المتزامنة (المحركات الحثية) من جزأين رئيسيين: الجزء الثابت والدوار، بالإضافة إلى بعض الأجزاء المساعدة، مثل الأغطية الطرفية والمحامل والمراوح وما إلى ذلك. الجزء الثابت هو الجزء الرئيسي للمحرك والدوار هو الجزء الرئيسي للمحرك.

 الجزء الثابت: الجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك غير المتزامن، وهو المسؤول عن توليد المجال المغناطيسي الدوار، ويتكون من قلب الجزء الثابت، وملفات الجزء الثابت، والمقعد (الغلاف).

 الدوّار: الدوّار هو الجزء الدوّار من المحرك، الذي يولد تيارًا مستحثًا تحت تأثير المجال المغناطيسي الدوّار للحصول على عزم الدوران. هناك نوعان رئيسيان من الدوّارات: الدوّارات ذات القفص السنجابي والدوّارات ذات الجرح السلكي.

 الأجزاء الإضافية الأخرى: الأغطية الطرفية والمحامل والمراوح وصناديق التوصيل وما إلى ذلك.

2. المحرك المتزامن: الهيكل الأساسي للمحرك المتزامن مشابه لهيكل المحرك غير المتزامن، والذي يتكون بشكل أساسي من الجزء الثابت والدوار، وهناك أيضًا بعض الأجزاء المساعدة، مثل الغطاء الطرفي، المحمل، المروحة، إلخ. الجزء الثابت هو المكون الرئيسي للمحرك المتزامن، والدوار هو المكون الرئيسي للمحرك غير المتزامن.

 الجزء الثابت: الجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك المتزامن، وهو المسؤول بشكل أساسي عن توليد المجال المغناطيسي الدوار. هيكلها مشابه للجزء الثابت للمحرك غير المتزامن، بما في ذلك قلب الجزء الثابت، وملفات الجزء الثابت، والهيكل (الهيكل).

 الدوار: الدوار هو الجزء الدوار من المحرك المتزامن، وخصائصه الرئيسية هي العمل بسرعة متزامنة، أي أن السرعة هي نفس سرعة دوران المجال المغناطيسي للجزء الثابت. وفقًا لطريقة الإثارة للدوار، يمكن تقسيم الدوار إلى النوعين التاليين: دوار القطب المحدب، دوار القطب المخفي.

 نظام الإثارة: يتطلب دوار المحرك المتزامن عادةً مصدر طاقة تيار مستمر إضافي للإثارة لتوليد المجال المغناطيسي. تشمل الأنواع الرئيسية للإثارة: مثير التيار المستمر، والإثارة الثابتة، والإثارة المغناطيسية الدائمة.

 المكونات الإضافية الأخرى: الأغطية الطرفية والمحامل والمراوح أو أنظمة التبريد وحلقات الانزلاق والفرش (فقط للمحركات المتزامنة ذات اللفات المثيرة).

3 - مجالات التطبيق

- محركات المحطات

- محطات الطاقة (المولدات المتزامنة)

- الضواغط والمراوح والمعدات الكبيرة الأخرى

ج. المحركات المتدرجة

أ) الخصائص الأساسية: المحرك المتدرج هو محرك خاص يقوم بتحويل إشارات النبضات الكهربائية إلى إزاحة زاويّة، وهو قادر على التحكم بدقة في زاوية وسرعة الدوران، ويستخدم على نطاق واسع في مجال التحكم الرقمي.

ب) الهيكل: المحرك المتدرج هو نوع من المحركات التي تحول إشارة النبض الكهربائي إلى إزاحة زاويّة أو إزاحة خطية، وتتمثل ميزاته الرئيسية في التحكم المنفصل وتحديد المواقع بدقة وعدم وجود تغذية مرتدة. يتكون الهيكل الأساسي للمحرك المتدرج من الجزء الثابت والدوار وبعض الأجزاء المساعدة.

 الجزء الثابت: الجزء الثابت هو الجزء الثابت من محرك السائر، وهو المسؤول بشكل أساسي عن توليد المجال المغناطيسي، ويشمل هيكله: قلب الجزء الثابت، ولف الجزء الثابت.

 الدوار: الدوار هو الجزء الدوار من محرك السائر. الأنواع المختلفة من محركات السائر لها هياكل دوارة مختلفة، وفيما يلي الأنواع الشائعة: محرك السائر المغناطيسي الدائم (PM)، ومحرك السائر التفاعلي (VR)، ومحرك السائر الهجين (HB).

- المكونات المساعدة الأخرى: المحامل، والدعامات، وواجهة دائرة القيادة.

- واجهة دائرة القيادة: تستخدم لاستقبال إشارات التحكم وقيادة الملف المراد تنشيطه.

ج) مبدأ التشغيل: من خلال تنشيط اللفات في تسلسل معين، يجذب المجال المغناطيسي الذي يولده الجزء الثابت الدوار للدوران خطوة بخطوة، وبالتالي تحقيق تحكم دقيق في الإزاحة الزاوية.

د) مجالات التطبيق

- الطابعات والماسحات الضوئية

- أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي

- الأجهزة الدقيقة

د. محرك تيار مستمر بدون فرش (BLDC)

أ) الميزات الأساسية: يزيل محرك التيار المستمر بدون فرشاة المبدل الميكانيكي والفرشاة، ويستخدم مبدل إلكتروني لتحقيق التبديل. وتتمثل مزاياه في كفاءة التشغيل العالية والضوضاء المنخفضة والعمر الطويل.

ب) الهيكل: محرك التيار المستمر بدون فرش (BLDC للاختصار) هو نوع من المحركات التي تستخدم مبدل إلكتروني لاستبدال المبدل الميكانيكي التقليدي (الفرشاة)، والذي يتميز بالكفاءة العالية وعمر الخدمة الطويل والضوضاء المنخفضة. يشمل هيكلها الرئيسي الجزء الثابت والدوار وجهاز التحكم الإلكتروني.

- الجزء الثابت: الجزء الثابت هو الجزء الثابت من محرك التيار المستمر بدون فرش، على غرار الجزء الثابت لمحرك التيار المستمر التقليدي أو الجزء الثابت لمحرك التيار المتردد ثلاثي الطور، والذي يتكون بشكل أساسي من الأجزاء التالية: قلب الجزء الثابت، ولفات الجزء الثابت، والغلاف.

- الجزء الدوار: هو الجزء الدوار من المحرك، ويتكون بشكل أساسي من الأجزاء التالية: المغناطيس الدائم، وأجهزة استشعار هول (بعض المحركات المزودة)، ووحدة التحكم الإلكترونية (دائرة القيادة).

الأجزاء المساعدة الأخرى: المحمل أو المروحة أو المشتت الحراري.

ج) مبدأ العمل: من خلال التبديل الإلكتروني، يولد لف الجزء الثابت مجالات مغناطيسية متناوبة لجذب الدوار للدوران وتحقيق كفاءة عالية.

د) مجالات التطبيق

- الطائرات بدون طيار والمركبات الكهربائية

- الأجهزة المنزلية المتطورة (مثل مكيفات الهواء والثلاجات)

- المعدات الطبية

خامساً المحركات الخاصة

1. محرك مؤازر: يستخدم للتحكم الدقيق في الموضع والسرعة، ويشيع استخدامه في الروبوتات وأنظمة التشغيل الآلي. 2.

2. محرك مؤازر متدرج: كل من الدقة العالية للمحرك المتدرج والتحكم المؤازر للأداء الديناميكي العالي، مناسب للمتطلبات العالية لسيناريوهات الأتمتة الصناعية. 3. محرك متزامن المغناطيس الدائم (PMSM): للتحكم الدقيق في الموضع والسرعة، يشيع استخدامه في الروبوتات وأنظمة الأتمتة.

3 - المحركات المتزامنة المغناطيسية الدائمة (PMSM): ذات كفاءة عالية وكثافة طاقة عالية، وتستخدم على نطاق واسع في مركبات الطاقة الجديدة.

الخلاصة

هناك العديد من أنواع المحركات، ولكل نوع سيناريو تطبيق محدد ومبدأ عمل خاص به. إن فهم هيكل وخصائص المحركات أمر بالغ الأهمية لاختيار المحرك المناسب. نأمل أن تساعد هذه المقالة القراء على فهم أفضل لأنواع المحركات المختلفة واتخاذ قرار حكيم في التطبيقات العملية.