أضف شركتك إلى هذه الصفحة الرائدة

مقدمة

تستعرض هذه المقالة المحركات الكهربائية المباشرة بعمق.

ستتعلم المزيد عن مواضيع مثل:

• ما هي المحرك ذو التيار المباشر؟
• أنواع المحركات الكهربائية المباشرة
• كيفية عمل المحركات الكهربائية المباشرة
• استخدامات المحركات الكهربائية المباشرة
• والمزيد

الفصل الأول: ما هو المحرك ذو التيار المباشر؟

المحرك ذو التيار المباشر (DC motor) هو آلة كهربائية تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية من خلال إنشاء حقل مغناطيسي يعمل بواسطة التيار المباشر. عند تنشيط المحرك، فإن ذلك ينتج حقلًا مغناطيسيًا في الوشيعة، والذي يتفاعل مع المغناطيسات على الدوار مما يتسبب في دورانه. لضمان دوران مستمر للدوار، يقوم المفتاح الموصل (comutator)، المتصل بالفراشي المرتبطة بمصدر الطاقة، بتزويد التيار لملفات أسلاك المحرك.

غالبًا ما يفضل استخدام المحركات الكهربائية المباشرة على أنواع المحركات الأخرى نظرًا لسيطرتها الدقيقة على السرعة، وهو أمر حيوي لماكينات الصناعة. يمكنها البدء، والتوقف، والرجوع إلى الوراء على الفور، مما يوفر تحكمًا أساسيًا في تشغيل معدات الإنتاج.

الفصل الثاني: ما هي الأنواع المختلفة للمحركات الكهربائية المباشرة؟

لكي نقدر فوائد المحركات الكهربائية المباشرة، من المهم أن نفهم الأنواع المختلفة. كل نوع من أنواع المحركات الكهربائية المباشرة له خصائص مفيدة يجب دراستها قبل الشراء والاستخدام. يعد سهولة التركيب وصيانة منخفضة، أحد أبرز مزايا المحركات الكهربائية المباشرة مقارنة بمحركات التيار المتردد (AC).

تصنف المحركات الكهربائية المباشرة بناءً على الاتصال بين لف الحقل والدوار. قد يكون لف الحقل متصلًا بالتوازي مع الدوار، أو في سلسلة معه، أو في بعض الحالات، تكون مزيج من التوصيلات المتوازية والسلسلة.

يميز آخر للمحركات الكهربائية المباشرة هو كيفية تزويد الطاقة للدوار؛ يمكن أن يكون ذو فُرش أو بلا فرش. في المحركات الكهربائية المباشرة المزودة بالفُرش، يتم تطبيق التيار على الدوار بواسطة فراشي. في المحرك الكهربائي المباشر بلا فرش، يحتوي الدوار على مغناطيس دائم.

تستخدم المحركات الكهربائية المباشرة على نطاق واسع عبر تطبيقات مختلفة، مع توفر أنواع مختلفة لتلبية الاحتياجات المحددة. فهم كل نوع أمر بالغ الأهمية، حيث تلعب المحركات الكهربائية المباشرة دوراً في العديد من جوانب الحياة اليومية.

المحرك الكهربائي المباشر بالفُرش

في المحرك الكهربائي المباشر بالفُرش، يتم إنشاء الحقل المغناطيسي بواسطة التيار المتدفق عبر مفتاح موصل وفراشي متصلة بالدوار. يمكن أن تكون الفراشي، التي غالباً ما تصنع من الكربون، مثارة بشكل منفصل أو ذاتية الإثارة. يحتوي العاكس على مكونات المحرك ويولد الحقل المغناطيسي. يمكن تكوين لف الدوار في سلسلة أو توازي، مما يؤدي إلى محرك كهربائي مباشر مفصول أو متصل.

يعمل المفتاح الموصل كمفتاح كهربائي، عاكسًا التيار بين الدوار ومصدر الطاقة الخارجي. ينقل هذا الآلية التيار الكهربائي إلى الملفات، مما ينتج عزم الدوران المتناسق من خلال تغيير اتجاه التيار. يتم ربط مقاطع المفتاح الموصل إلى ملفات الدوار عبر قضبان الاتصال المثبتة في عمود المحرك.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من المحركات الكهربائية المباشرة: مثارة بشكل منفصل، مثارة ذاتيًا، أو مغناطيس دائم. في الأنواع المثارة بشكل منفصل والذاتية، يتم استخدام مغناطيس كهربائي في هيكل الهيكل. مع النوع المغناطيسى الدائم، يتم توليد الحقل المغناطيسي بواسطة مغناطيس قوي.

تصنف محركات الذاتية الإثارة إلى ثلاثة أنواع رئيسية: فُرش، سلسلة، ومركبة. يتم تقسيم المحركات المركبة إلى مركبة تراكمية ومركبة تفاضلية، مع كلاً منهما تمتلك توصيلات قصيرة وطويلة.

المحرك الكهربائي المباشر المنفصل

في المحرك الكهربائي المباشر المنفصل، يكون لف الدوار ولف المجال لهما مصادر كهربائية منفصلة، مما يجعلها مستقلة كهربائيًا. لا تتأثر عمليات التيار في الدوار وتيار المجال ببعضها البعض، ولكن إجمالي الطاقة المدخلة هو مجموع كلا التيارين.

المحرك الكهربائي المباشر بمغناطيس دائم

تتميز المحركات الكهربائية المباشرة بمغناطيس دائم بوجود لف للدوار ولكن بدون لف المجال. بدلاً من ذلك، يستخدم مغناطيس دائم مثبت على السطح الداخلي لكتلة القلب لتوليد الحقل المغناطيسي. يتضمن هذا النوع من المحركات ذراعتي قياس عادية مع مفتاح موصل وفراشي.

تكون المحركات الكهربائية المباشرة بمغناطيس دائم غالبًا أصغر وأكثر فعالية من حيث التكلفة. تستخدم مغناطيسات الأرض النادرة، مثل ساماريوم كوبالت أو نيديميوم حديد بورون، لتحسين الأداء.

المحرك الكهربائي المباشر ذاتي الإثارة

في المحركات الكهربائية المباشرة ذاتية الإثارة، يتشارك لف المجال ولف الدوار مصدر طاقة واحد. يمكن أن تكون الاتصالات إما متوازية أو تسلسلية: تُعرف الاتصالات المتوازية بأنها لف مُركب، بينما تُعرف الاتصالات التسلسلية بأنها لف تسلسلي.

المركب

في المحرك الكهربائي المباشر المركب، يتم توصيل لف الدوار في سلسلة، بينما يتم توصيل لف المجال في توازي (شنت).

تُصنف المحركات الكهربائية المباشرة المركبة إلى نوعين رئيسيين هما المركبة التراكمية والمركبة التفاضلية. في المحركات الكهربائية المباشرة المركبة التراكمية، تعزز التدفقات من حقل الشنت التدفقات من الحقل السلسلي، حيث تعمل كلا الحقلين في نفس الاتجاه. في المقابل، تقوم المحركات الكهربائية المباشرة المركبة التفاضلية، بتعارض التدفق من حقل الشنت مع التدفق من الحقل السلسلي. يمكن أن تكون المحركات الكهربائية المباشرة المركبة التراكمية والتفاضلية تحت إشراف توصيلات قصيرة وطويلة، وذلك حسب تكوين لف حقل الشنت.

المحرك الكهربائي المباشر بلا فُرش (BLDC)

تُعتبر المحركات الكهربائية المباشرة بلا فُرش (BLDC) نوعًا من المحركات المغناطيسية المتزامنة التي تعمل على التيار المباشر مع نظام commutation يتم التحكم به إلكترونيًا. ينتج هذا النظام عزم الدوران من خلال تغيير التيارات المرحلة بالتسلسل. تُعرف أحيانًا المحركات الكهربائية المباشرة بلا فُرش باسم المحركات المغناطيسية الدائمة ذات الشكل trapezoidal.

على عكس المحركات الكهربائية المباشرة بالفُرش، التي تعتمد على الاتصال الميكانيكي مع الدوار، يستخدم المحرك BLDC commutation إلكتروني. في المحرك BLDC، يكون الدوار مصنوعًا من مغناطيسات دائمة، بينما تحتوي العاكس على سلسلة من الملفات. يدور الدوار مع بقاء الموصلات الموصلة للتيار في العاكس ثابتة في وضعها.

تتبدل الملفات في المحرك BLDC إلكترونيًا بواسطة ترانزستورات بناءً على موقع الدوار، الذي يتم اكتشافه من خلال حساسات Hall المثبتة على العاكس. تضمن هذه الآلية الاستجابة الصحيحة للتبديل، مما يسهل دوران الدوار.

تعزز غياب الفُرش في المحركات BLDC موثوقيتها وتقلل من الضوضاء، مع تصنيفات كفاءة تتراوح بين 85 و90 في المئة. يصمم المحرك بطريقة تقضي على تآكل الفرشاة وتقلل من توليد الحرارة، حيث ينتج المغناطيس المتداول حرارة ضئيلة جدًا.

بناء المحرك الكهربائي المباشر بلا فُرش

تأتي المحركات BLDC في تكوينات متنوعة، تُفرق أساسًا من خلال لفائف العاكس، التي يمكن أن تكون أحادية الطور، ثنائية الطور، أو ثلاثية الطور. معظم المحركات BLDC تتميز بتصميم ثلاثي الطور مع دائر كبير من المغناطيس الدائم. بصرف النظر عن النوع، تمتلك جميع المحركات BLDC العاكس بنفس عدد اللفائف.

تُصنف المحركات BLDC أيضًا إلى نوعين، داخلية وخارجية. في المحرك الكهربائي المباشر الداخلي، تكون المغناطيسات الدائمة داخل المغناطيسات الكهربائية، بينما في المحرك الخارجي، تكون المغناطيسات الدائمة موجودة خارج المغناطيسات الكهربائية. على الرغم من هذه التكوينات المختلفة، تعمل كل من التصاميم وفقًا لنفس المبدأ الأساسي.

العضو الثابت (Stator)

ينتج العضو الثابت القوة المغناطيسية التي تدفع دوران الدوار في المحرك الكهربائي المباشر بلا فرش. يمكن وضعه إما داخل الدوار أو خارجه. يتكون العضو الثابت من صفائح الصلب الملصقة المكدسة لإنشاء نواة مغناطيسية. يتم لف مجموعة من الأسلاك حول هذه النواة وتوصيلها بوحدة التحكم في المحرك.

يمكن أن تكون مكونات الصلب في العضو الثابت إما ذات شقوق أو بلا شقوق. تُصمم النوى بدون شقوق لتنتج محركات ذات سرعة عالية بسبب انخفاض ملفها الكهربائي، ولكنها أغلى لأنها تتطلب المزيد من اللفات.

الدوار (Rotor)

يتكون الدوار من مغناطيس دائم مع زوجين إلى ثمانية أقطاب بمستويات معاكسة من القطبين الجنوبي والشمالي. يتم اختيار المادة المغناطيسية للدوار بعناية من أجل إنتاج الكثافة المطلوبة للحقل المغناطيسي. يمكن أن تكون أنواع المغناطيس للدوار من الفريت أو النيديميوم.

يمكن أن تكون تكوينات النوى للدوار دائرية مع مغناطيسات دائمة مرتبة على المحيط أو دائرية مع مغناطيسات مستطيلة.

حساس هول (Hall Sensor)

تلعب حساسات هول دورًا حيويًا في توقيت مثارة العضو الثابت عن طريق كشف موضع الدوار. تمكن من تنبيه الإلكتروني للمحركات BLDC من خلال تسلسل تشغيل لفائف العاكس لتحريك الدوار. قبل تشغيل أي ملف، تحدد حساسة هول موضع الدوار. تم تجهيز معظم محركات BLDC بثلاث حساسات لهول توجد في العضو الثابت. ينتج كل حساس إشارة منخفضة وعالية عند مرور أقطاب الدوار بالقرب منها.

فوائد المحرك الكهربائي المباشر بلا فرش

• غياب المفتاح الميكانيكي لتجنب التآكل
• كفاءة عالية
• سرعة عالية في الظروف المحملة وغير المحملة
• حجم محرك أصغر ووزن أخف
• عمر طويل
• استجابة ديناميكية أعلى بسبب العواقب المنخفضة ولفائف الحمل في العضو الثابت
• تداخل كهرومغناطيسي أقل
• ضجيج منخفض وعمليات هادئة

المحرك الكهربائي المباشر الخدمي

يتكون المحرك الكهربائي المباشر الخدمي من أربعة مكونات رئيسية: محرك كهربائي مباشر، علبة تروس، دائرة تحكم، ووحدة استشعار الموضع. تحول علبة التروس الطاقة العالية المدخلة إلى سرعة إخراج أبطأ ويمكن التحكم بها بشكل أفضل. تعمل دائرة التحكم، التي تعمل كمضخم للكشف عن الأخطاء، على تلقي تعليقات عن موقع العمود. توفر هذه التعليقات نظام حلقة مغلقة. إذا كانت هناك أي اختلافات بين موضع العمود الحالي وموضعه المرجعي، يقوم مضخم الكشف عن الأخطاء بتوليد إشارة خطأ لتصحيح الانحراف.

الفصل الثالث: كيف تعمل المحركات الكهربائية المباشرة؟

يعمل المحرك ذو التيار المباشر على مبدأ أنه عند وضع موصل يحمل تياراً داخل حقل مغناطيسي، فإنه ينتج قوة ميكانيكية. يتم تحديد اتجاه هذه القوة باستخدام قاعدة اليد اليسرى. تتمتع المحركات الكهربائية المباشرة والمولدات الكهربائية المباشرة بتصاميم مماثلة ويمكن استخدامها بشكل متبادل.

في التطبيقات الكهربائية الكبيرة، مثل مصانع الصلب والقطارات الكهربائية، غالبًا ما يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر لأن المحركات الكهربائية المباشرة تقدم خصائص سرعة وعزم أفضل مقارنة بمحركات التيار المتردد. بالنسبة للاستخدام الصناعي، تُستخدم المحركات الكهربائية المباشرة بانتظام مثل المحركات الثلاثية الطور.

العضو الثابت

يعتبر العضو الثابت هو المكون الرئيسي الثابت للمحرك، حيث يوفر الدعم والحماية. يولد حقلًا مغناطيسيًا دوارًا يدفع الدوار أو العضو المحرك. كجزء ثابت من المحرك، يحتوي على لفائف الحقل ويتلقى الطاقة الكهربائية من خلال طرفيه.

العمود

يعمل اللفات والمفتاح الموصل معًا لعقد دوران العمود، الذي يقع في مركز المحرك وعادة ما يكون مصنوعًا من الفولاذ المعالج لتحمل الأحمال التطبيقة. ترتبط قضبان المفتاح الموصل بصفائح ثابتة على العمود من خلال تشكيل بلاستيكي. يتم نقل عزم الدوران الناتج عن اللفات إلى العمود، والذي يدعمه العضو الثابت. يمتد العمود عبر العضو الثابت، ربط المحرك بالتطبيق.

الأطراف

يحتوي المحرك الكهربائي المباشر على طرفين: موجب وسالب. عند توصيل السلك الموجب بالجهة الموجبة والسلك السالب بالجهة السالبة، يدور المحرك في اتجاه عقارب الساعة. إذا تم عكس الاتصالات، فإن ذلك سيسبب دوران المحرك في الاتجاه المعاكس. توفر هذه الأطراف الطاقة للمحرك وترتبط بالفراشي وأذرع الفراشي داخل الغلاف الخلفي للمحرك.

المغناطيسات

تُعرف المغناطيسات المستخدمة في المحركات الكهربائية المباشرة بالمغناطيسات الدائمة، مما يعني أن حقلها المغناطيسي دائمًا نشط. تجذب أقطاب المغناطيس المتعاكسة بعضها البعض، بينما تدفع الأقطاب المتشابهة بعيدًا. يمتد الحقل المغناطيسي للمغناطيس من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي، مع تركيز الجزء الأقوى من الحقل عند نهايات المغناطيس.

في المحرك الكهربائي المباشر، يتم استخدام مغناطيسين لإنشاء حقل مغناطيسي قوي. يتم وضع هذه المغناطيسات حول الدوار لضمان تمرير الحقل المغناطيسي القوي منه، مما يحسن من أداء المحرك.

الدوار

يتكون الدوار، أو الذراع الحر، من عدة أقراص معزولة عن بعضها البعض بواسطة صفائح مصفحة. يساعد هذا العزل في منع تشكيل تيارات دوامية كبيرة، والتي يمكن أن تؤثر على أداء المحرك. على الرغم من أن التيارات الدوامية لا تزال موجودة، يتم تقليل تأثيرها، مما يسمح للمحرك بالعمل بكفاءة. لتعزيز كفاءة المحرك، يتم جعل الأقراص صغيرة قدر الإمكان. يُعتبر الدوار هو المكون الديناميكي للمحرك المسؤول عن توليد الثورات الميكانيكية.

ملفات اللف (Coil Windings)

تلتف ملفات اللف حول الدوار. يُخلق اللف للأسلاك حقلًا مغناطيسيًا قويًا وقويًا. ينتج كل نوع من أنواع الأسلاك حقلًا مغناطيسيًا ضعيفًا عندما يتدفق التيار عبره. وبفضل لف السلك، فإن كل قسم تم لفه له نفس الحقل المغناطيسي الضعيف. عند دمج كل الأسلاك المختلفة الملتفة، يتم إنشاء حقل مغناطيسي قوي. كل محرك كهربائي مباشر به ما لا يقل عن ثلاثة لفات لضمان دوران سلس لأن لفتي المحرك توضح ما يمكن أن يؤثر على عملية الدوران. كل لفة تبعد 120 درجة عن اللفة السابقة.

الفراشي

توفر الفراشي في المحرك الكهربائي المباشر الطاقة للملفات، ويتم صنعها من المعدن الذي يتمتع بخصائص نابضية. جانب واحد من الفراشي مصنوع من مادة موصلة، عادة ما تكون الكربون، بينما يحتوي الجانب الآخر على دبوس لتوصيل الطاقة. تُبقي النابض في الفراشي ضغطها على المفتاح الموصل، وهي مؤمنة في مكانها بواسطة أذرع الفراشي. ترتبط الفراشي مباشرة بأطراف المحرك أو مصدر الطاقة الكهربائية.

المفتاح الموصل (Commutator)

يتكون المفتاح الموصل من صفائح صغيرة من النحاس مثبتة على العمود وتدور معه. أثناء دوران العمود، يقوم المفتاح الموصل بتحويل مصدر الطاقة إلى الملفات، مما يغير قطبية التيار. يرتبط كل ملف بصفيحتين من المفتاح الموصل، والتي تكون معزولة كهربائيًا عن بعضها البعض ولكنها متصلة عبر الملفات. عندما ترتبط الأطراف السالبة والموجبة بهذه الصفائح من المفتاح الموصل، يتدفق التيار بسهولة، مما ينتج حقلًا كهرومغناطيسيًا.

الفصل الرابع: ما هي استخدامات المحركات الكهربائية المباشرة؟

تستخدم المحركات الكهربائية المباشرة في مجموعة واسعة من التطبيقات بسبب عزم بدء التشغيل العالي مقارنة بمحركات التحريض. توفر المحركات الكهربائية المباشرة بالفُرش مميزات خاصة، حيث تكون مدمجة وتوفر تحكمًا دقيقًا في الدوران وكفاءة عالية. في المقابل، تعتبر المحركات الكهربائية المباشرة بلا فُرش أكثر قوة مع عمر أطول بسبب غياب تآكل الفراشي، حيث تتطلب الحد الأدنى من الصيانة وتعمل بهدوء.

تتواجد المحركات الكهربائية المباشرة في تطبيقات وعمليات متنوعة، بعد أن استخدمت كمصادر طاقة ميكانيكية لأكثر من 130 عامًا. يتم استخدامها في إعدادات متنوعة، بدءًا من تشغيل مراوح السقف إلى دفع آلات الطباعة الكبيرة.

أدناه قائمة توضح بعض التطبيقات العديدة للمحركات الكهربائية المباشرة.

Locomotivas Diesel Electric

في محرك الديزل الكهربائي، يتم تحويل الاحتراق من محرك الديزل إلى طاقة دورانية، والتي يتم ربطها بعد ذلك بمولد لإنتاج الطاقة الكهربائية. يتم تزويد هذه الطاقة الكهربائية لمحركات التيار المباشر المتصلة بعجلات المحرك.

المركبات الكهربائية

تستخدم المحركات الكهربائية المباشرة بالفُرش في المركبات الكهربائية لسحب وتوجيه النوافذ الكهربائية. نظرًا لأن المحركات المزودة بالفُرش تميل إلى التآكل بشكل سريع، فإن العديد من تطبيقات المركبات الكهربائية تستخدم في الوقت الحالي المحركات بدون فرش بسبب عمرها الطويل وغياب الضوضاء. تستخدم المحركات الكهربائية المباشرة بلا فرش في مساحات الزجاج الأمامي وأجهزة تشغيل الأسطوانات. تعتمد جميع المركبات الكهربائية الهجينة الجديدة على المحركات الكهربائية المباشرة بلا فرش.

الرافعات

للتطبيقات التي تتطلب رفع الأحمال حيث يجب أن يحتفظ المحرك بالحمل الكامل عند سرعة صفر دون وجود فرامل ميكانيكية، تُعتبر المحركات الكهربائية المباشرة خيارًا فعالاً من حيث التكلفة وآمنًا. تقدم مزايا كبيرة من حيث الحجم والوزن، مما يجعلها مثالية لهذا الاستخدام.

أنظمة النقل (Conveyor Systems)

تتطلب أنظمة النقل سرعة مستمرة وعزم دوران عالٍ، وهو ما يجعل المحركات الكهربائية المباشرة مناسبة بشكل ممتاز. توفر المحركات الكهربائية المباشرة عزم هام عند البدء وتحافظ على سرعة ثابتة طوال التشغيل. تحظى المحركات الكهربائية المباشرة بلا فرش بتفضيل خاص في تطبيقات النقل نظراً لعملياتها الهادئة وتحكمها الدقيق، وهو ما يعتبر أساسيًا لأنظمة النقل الفعالة.

مراوح السقف

حظيت مراوح السقف المجهزة بمحركات بغرض توفير الكهرباء بشعبية كبيرة بسبب معدل استهلاك الطاقة المنخفض وعزم بدء التشغيل السريع. يتم تحويل تيار التيار المتردد في المنازل والمكاتب إلى طاقة مباشرة بواسطة محول، مما يقلل من الطاقة المطلوبة من المروحة. تُستخدم المحركات الكهربائية المباشرة بلا فرش في الغالب في مراوح السقف لما تتمتع به من كفاءة وأداء هادئ.

محركات المضخات

تستخدم المحركات الكهربائية المباشرة منذ زمن بعيد في محركات المضخات بسبب قدرتها على التحكم بسرعة المتغيرة، ونظم التحكم البسيطة، وعزم الدوران العالي، واستجابة جيدة. بينما كانت المحركات الكهربائية المباشرة بالفُرش مستعملة تقليديًا، أدت التطورات في محركات التيار المباشر المغناطيسية الدائمة ومحركات التيار المباشر بلا فرش إلى توفير خيارات أكثر كفاءة لأنظمة المضخات.

المصاعد

تواجه المصاعد عالية السرعة تحديات مع محركات التيار المتردد، مثل الصعوبات في التباطؤ بسلاسة وتحديد مستوى دقيق مع الطوابق. تقدم المحركات الكهربائية المباشرة حلًا من خلال السماح بالتحكم الدقيق في السرعة من خلال تغيرات التيار المورَّد إلى العضو المحرك. مثل مراوح السقف، تحول المحركات الكهربائية المباشرة في المصاعد الطاقة المترددة الواردة إلى طاقة مباشرة باستخدام محول لضمان الأداء الأمثل.

الفصل الخامس: ما هي مزايا استخدام المحركات الكهربائية المباشرة؟

هناك طلب متزايد على المحركات الكهربائية المباشرة، خاصةً الأنواع بـ 12 فولت و24 فولت. يعتمد السوق المتوسّع في الأعمال التي تتطلب طاقات شمسية، وبحرية، ومركبات مثبتة على الشاحنات على تكنولوجيا المحركات العامة كحل فعّال من حيث التكلفة بشكل استثنائي. على الرغم من أن تقنية المحرك الكهربائي المباشر أقدم من تقنية المحرك الكهربائي المتردد، إلا أن الشركات المصنعة للمحركات تتطور باستمرار وتبتكر طرقاً لتقليل تكاليف صيانة المحرك وزيادة عمره.

تتوفر المحركات الكهربائية المباشرة بأنواع مختلفة، كل منها قابلة للتكيف مع مجموعة من التطبيقات. لضمان الأداء الأمثل، من الضروري إجراء بحث دقيق واختيار المحرك الكهربائي المباشر المناسب للتعامل مع العبء المحدد.

عزم البداية

تشتهر المحركات الكهربائية المباشرة بعزم البداية العالي. إنها مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب سرعة مستمرة ومتسقة مع عزم متغير.

عزم الدوران الخطّي

يكشف العلاقة بين عزم الدوران والسرعة، المعروفة بمنحنى السرعة-عزم الدوران، عن مدى سرعة دوران المحرك وكمية العزم الذي يمكن أن ينتجه. تُظهر المحركات الكهربائية المباشرة منحنًى استثنائيًا أكثر خطية لعزم السرعة مقارنةً بأنواع المحركات الأخرى.

عدم وجود آثار توافقيّة (No Harmonic Effects)

يمكن أن تؤدي التأثيرات التوافقية إلى تقليل أداء النظام الكهربائي، مما يمثل مخاطر السلامة وقد يتسبب في أضرار للمعدات. تعمل المحركات الكهربائية المباشرة بدون هذه المشاكل، مما يضمن أداءً موثوقًا دون صعوبات التشويه التوافقي.

التحكم في السرعة

تُعتبر المحركات الكهربائية المباشرة قيمة بسبب التحكم الدقيق في السرعة. تعتبر هذه القدرة أمرًا حيويًا لنظم الحمل الثقيلة، ولهذا السبب تُستخدم المحركات الكهربائية المباشرة بشكل شائع في التطبيقات مثل مصانع الورق والمطاحن الدوّارة، حيث تعتبر السرعة الثابتة أساسية.

التركيب

من السهل تركيب المحركات الكهربائية المباشرة، حيث تتطلب تعديلات إلكترونية وتصحيحات أقل في النظام الكهربائي. يمكن وضعها بسرعة في الخدمة من خلال توصيلها مباشرة بمصدر الطاقة.

الصيانة

تُسهّل التصميمات البسيطة للمحركات الكهربائية المباشرة عمليات الصيانة والاستبدال. مع أكثر من 130 عامًا من الاستخدام، تُعرف هذه المحركات جيدًا من قبل الفنيين والكهربائيين، مما يساعد في الحفاظ على تكلفة الإجراء منخفضة. تاريخها الطويل يعني أن تشخيص وإصلاح المشكلات هو أمر واضح.

عند صيانة المحرك الكهربائي المباشر، لا حاجة إلى الإثارة الميدانية. يمكن استبدال مكونات مثل الفراشي وضبط السرعة بسهولة. بالنسبة للمشكلات مع نظام التحكم، يمكن تعديل الجهد الطرفي باستخدام مقاومة متغيرة.

تكلفة منخفضة

تعد التكلفة عاملاً مهمًا عند اختيار المحركات الكهربائية المباشرة. تكون المحركات الكهربائية المباشرة عمومًا أقل تكلفة من المحركات الكهربائية المترددة، على الرغم من أن المحركات الكهربائية المباشرة بلا فرش والمحركات الكهربائية المباشرة المغناطيسية الدائمة لها تكاليف أعلى. ومع ذلك، غالبًا ما يبرر عمر المحركات بلا فرش الاستثمار الأولي الأعلى. من ناحية أخرى، تكون المحركات الكهربائية المباشرة بالفُرش أكثر تكلفة، ولكن لها عمر أقصر وتتطلب صيانة أكثر تواترًا. لحسن الحظ، فإن تكلفة إصلاح المحركات الكهربائية المباشرة بالفُرش منخفضة نسبيًا، مما يمكن أن يقابل عمرها التشغيلي الأقصر.

استنتاج

• المحرك الكهربائي المباشر هو آلة كهربائية تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية من خلال إنشاء حقل مغناطيسي يعمل بالتيار المباشر.
• إحدى الأسباب التي تجعل المحركات الكهربائية المباشرة مفضلة على أنواع المحركات الأخرى هي قدرتها على التحكم الدقيق في السرعة، وهو أمر ضروري لماكينات الصناعة.
• يعتبر من أبرز مزايا المحركات الكهربائية المباشرة مقارنة بمحركات التيار المتردد سهولة تركيبها واحتياجها القليل من الصيانة.
• يعتمد المحرك الكهربائي المباشر على الفكرة التالية: عندما يتم وضع موصل يحمل تيارًا في حقل مغناطيسي، فإن ذلك ينتج قوة ميكانيكية.
• توجد عدد لا نهائي من التطبيقات حيث تُستخدم المحركات الكهربائية المباشرة لأنها توفر عزم بداية عالي مقارنةً بمحركات التحريض.

المصنعون والموردون الرائدون

كيف يعمل محرك التيار المستمر فعلاً

يقع الدوار عادةً في داخل المحرك، بينما يقع الثابت في الخارج. يحتوي الدوار على لفات ملفوفة يتم تشغيلها بواسطة التيار المستمر، بينما يحتوي الثابت إما على مغناطيسات دائمة أو لفات كهرومغناطيسية. عند تشغيل المحرك بواسطة التيار المستمر، يتم إنشاء مجال مغناطيسي داخل الثابت، مما يجذب ويدفع المغناطيسات الموجودة على الدوار. وهذا يتسبب في بدء دوران الدوار. للحفاظ على دوران الدوار، يحتوي المحرك على مفتاح تبديل. عندما يتماشى الدوار مع المجال المغناطيسي، سيتوقف عن الدوران، ولكن في هذه الحالة، سيقوم مفتاح التبديل بتغيير اتجاه التيار عبر الثابت ومن ثم عكس المجال المغناطيسي. بهذه الطريقة، يمكن للدوار الاستمرار في الدوران. انظر الصورة على اليمين لعرض تخطيطي لكيفية عمل محرك التيار المستمر.