كيف تعمل المحركات وكيفية اختيار المحرك المناسب

تم العثور على المحركات في كل مكان تقريبًا. سيساعدك هذا الدليل على فهم أساسيات المحركات الكهربائية والأنواع المتاحة وكيفية اختيار النوع الصحيح. السؤال الأساسي هو أي نوع وأي المواصفات يجب أن أختار، وهذه مهمة.

كيف يعمل المحرك؟

تعمل المحركات الكهربائية عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية لخلق الحركة. يتم توليد القوى داخل المحرك من خلال تفاعل المجال المغناطيسي مع التيار المتردد (AC) أو التيار المباشر (DC) في اللفات. ومع زيادة قوة التيار، تزداد قوة المجال المغناطيسي أيضًا. ضع في اعتبارك قانون أوم (V = I*R)؛ يجب أن يزيد الجهد للحفاظ على نفس التيار مع زيادة المقاومة.

المحركات الكهربائية لديها مجموعة من التطبيقات. وتشمل الاستخدامات الصناعية التقليدية المنافيخ والآلات والأدوات الكهربائية والمراوح والمضخات. عادةً ما يستخدم الهواة المحركات في التطبيقات الصغيرة التي تتطلب الحركة، مثل الروبوتات أو الوحدات ذات العجلات.

نوع المحرك:

هناك أنواع عديدة من محركات التيار المستمر، ولكن الأكثر شيوعًا هي المحركات ذات الفرشاة أو بدون فرش. هناك أيضًا محركات اهتزاز، ومحركات سائر، ومحركات مؤازرة، وما إلى ذلك.

تعد المحركات ذات التيار المستمر واحدة من أبسط المحركات وتوجد في العديد من الأجهزة والألعاب والسيارات. يستخدمون فرش الاتصال المتصلة بالعاكس لتغيير اتجاه التدفق الحالي. فهي رخيصة الإنتاج، وسهلة التحكم، ولها عزم دوران ممتاز (يقاس بالثورات في الدقيقة، أو دورة في الدقيقة) عند السرعات المنخفضة. تتمثل بعض العيوب في أنها تتطلب صيانة متكررة لاستبدال الفرش البالية، والحد من السرعة بسبب تسخين الفرشاة، وتوليد ضوضاء كهرومغناطيسية من تقوس الفرشاة.

تستخدم محركات التيار المستمر بدون فرش مغناطيسًا دائمًا في مجموعة الدوار الخاصة بها. تحظى بشعبية كبيرة في سوق الهوايات لتطبيقات الطائرات والمركبات الأرضية. إنها أكثر كفاءة، وتتطلب صيانة أقل، وتنتج ضوضاء أقل، ولها كثافة طاقة أعلى من محركات التيار المستمر المصقولة. يمكن أيضًا إنتاجها بكميات كبيرة وتشبه محركات التيار المتردد ذات دورة ثابتة في الدقيقة، باستثناء أنها تعمل بتيار مستمر. ومع ذلك، هناك عيوب، بما في ذلك صعوبة التحكم فيها بدون جهات تنظيمية متخصصة، وأنها تتطلب أحمالًا منخفضة عند بدء التشغيل وعلب تروس مخصصة في تطبيقات القيادة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة رأس المال والتعقيد والقيود البيئية.

تُستخدم محركات الاهتزاز في التطبيقات التي تتطلب الاهتزاز، مثل الهواتف المحمولة أو أجهزة التحكم في الألعاب. يتم إنتاجها بواسطة المحرك الكهربائي، ويتسبب عدم توازن الكتلة على عمود الإدارة في حدوث الاهتزازات. ويمكن استخدامها أيضًا في أجهزة الإنذار غير الإلكترونية التي تهتز لإصدار صوت أو للإنذار أو أجراس الأبواب.

المحركات السائر هي صديقك عندما يتعلق الأمر بتحديد المواقع بدقة. توجد في الطابعات والأدوات الآلية وأنظمة التحكم في العمليات، وهي مصممة لعزم الدوران العالي، مما يتيح للمستخدم الانتقال من خطوة إلى أخرى. لديهم نظام تحكم يحدد المواقع عبر نبضات الإشارة المرسلة إلى السائق، والذي يفسرها ويرسل جهدًا متناسبًا إلى المحرك. إنها سهلة الصنع والتحكم نسبيًا، ولكنها تسحب دائمًا أقصى تيار. يحد حجم الخطوة الصغير من السرعة القصوى ويمكن تخطي عدد الخطوات تحت الحمل العالي.

تعد المحركات المؤازرة محركًا شائعًا آخر في سوق الهوايات يستخدم للتحكم غير الدقيق في الموضع. وتشمل تطبيقاتها الشائعة تطبيقات التحكم عن بعد مثل سيارات الألعاب التي تعمل بالتحكم عن بعد والروبوتات. وهي تتكون من محرك، ومقياس الجهد، ودوائر التحكم، ويتم التحكم فيها بشكل أساسي من خلال تعديل عرض النبضة (PWM)، الذي يرسل نبضات كهربائية إلى خط التحكم. يمكن أن تكون الماكينات AC أو DC. يمكن لماكينات التيار المتردد التعامل مع الزيادات الحالية العالية وتستخدم في الآلات الصناعية، في حين أن أجهزة التيار المستمر مناسبة لتطبيقات الهواة الأصغر. لمعرفة المزيد حول الماكينات، راجع مقالتنا حول كيفية عمل المحركات المؤازرة.

تنقسم محركات التيار المتردد إلى ثلاثة أنواع أساسية: المحركات الحثية، والمحركات المتزامنة، والمحركات الصناعية.

تسمى المحركات الحثية بالمحركات غير المتزامنة لأنها لا تتحرك بنفس المعدل الثابت أو تدور بشكل أقل من التردد المقدم. في المحرك التعريفي، يكون الانزلاق (الفرق بين السرعة الفعلية والسرعة المتزامنة) مطلوبًا لتوليد عزم الدوران، وهي قوة الالتواء التي تسبب الدوران. تنتج المجالات المغناطيسية حول دوارات هذه المحركات عن تيارات مستحثة.

يدور الجزء الدوار للمحرك المتزامن بمعدل ثابت عند تزويده بالتيار المتردد. يتم إنشاء مجالاتها المغناطيسية بواسطة مغناطيس دائم. تم تصميم المحركات الصناعية لتطبيقات الطاقة العالية ثلاثية الطور مثل سيور النقل أو المنافيخ. يمكن أيضًا العثور على محركات التيار المتردد في الأجهزة المنزلية والتطبيقات الأخرى مثل الساعات والمراوح ومحركات الأقراص.

الأشياء التي يجب مراعاتها عند شراء محرك:

هناك العديد من الخصائص التي يجب البحث عنها عند اختيار المحرك، ولكن الجهد والتيار وعزم الدوران والسرعة (RPM) هي الأكثر أهمية.

يعمل التيار الكهربائي على تشغيل المحرك، ويمكن أن يؤدي التيار الزائد إلى إتلاف المحرك. بالنسبة لمحركات التيار المستمر، يعد تيار التشغيل والتيار المماطلة أمرًا مهمًا. تيار التشغيل هو متوسط ​​مقدار التيار الذي من المتوقع أن يسحبه المحرك عند عزم الدوران النموذجي. يوفر تيار المماطلة عزم دوران كافيًا للمحرك ليعمل بسرعة المماطلة أو 0 دورة في الدقيقة. هذا هو الحد الأقصى لمقدار التيار الذي يجب أن يتمكن المحرك من سحبه، والحد الأقصى للطاقة مضروبًا في الجهد المقنن. يعد المشتت الحراري مهمًا لتشغيل المحرك بشكل مستمر أو بجهد أعلى من الجهد المقنن لمنع الملفات من الذوبان.

يستخدم الجهد للحفاظ على تدفق التيار الصافي في اتجاه واحد والتغلب على التيار العكسي. كلما زاد الجهد، كلما زاد عزم الدوران. يشير الجهد المقنن لمحرك DC إلى الجهد الأكثر كفاءة للتشغيل. تأكد من تطبيق الجهد الموصى به. إذا كان الجهد المطبق منخفضًا جدًا، فلن يعمل المحرك، في حين أن الجهد الزائد سيؤدي إلى قصر اللفات، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة أو تلفها بالكامل.

يجب أيضًا مراعاة قيم المناولة والمماطلة جنبًا إلى جنب مع عزم الدوران. عزم الدوران التشغيلي هو مقدار عزم الدوران الذي تم تصميم المحرك لتوفيره، وعزم الدوران المتوقف هو مقدار عزم الدوران الناتج عند تطبيق الطاقة من سرعة التوقف. يجب عليك دائمًا النظر إلى عزم الدوران التشغيلي الذي تحتاجه، ولكن بعض التطبيقات ستتطلب منك معرفة إلى أي مدى يمكنك دفع المحرك. على سبيل المثال، مع الروبوت ذي العجلات، فإن عزم الدوران الجيد يساوي تسارعًا جيدًا، ولكن عليك التأكد من أن عزم الدوران المماطلة مرتفع بما يكفي لرفع وزن الروبوت. وفي هذه الحالة، يكون عزم الدوران أكثر أهمية من السرعة.

يمكن أن تكون السرعة أو السرعة (RPM) معقدة بالنسبة للمحركات. القاعدة العامة هي أن المحركات تعمل بكفاءة أكبر عند أعلى سرعتها، ولكن إذا كان التروس مطلوبًا، فهذا ليس ممكنًا دائمًا. تؤدي إضافة التروس إلى تقليل كفاءة المحرك، لذلك يجب أيضًا أخذ انخفاض في السرعة وعزم الدوران في الاعتبار.

هذه هي العناصر الأساسية التي يجب مراعاتها عند اختيار المحرك. حدد نوع المحرك المناسب من خلال النظر في الغرض من التطبيق والتيار الذي يستخدمه. مواصفات التطبيق مثل الجهد والتيار وعزم الدوران والسرعة ستحدد المحرك الأفضل، لذلك من المهم الانتباه إلى متطلباته.