1. نظرة عامة على المحرك الكهربائي

المحرك الكهربائي هو جهاز كهروميكانيكي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. يعمل على أساس التفاعل بين المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي، مما يولد حركة دورانية أو خطية. تعد المحركات الكهربائية من بين الآلات الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الصناعة الحديثة والحياة اليومية، فهي تعمل على تشغيل كل شيء بدءًا من الأجهزة المنزلية والمركبات الكهربائية وحتى الآلات الصناعية والروبوتات.

الفكرة الأساسية وراء المحرك الكهربائي هي استخدام الحث الكهرومغناطيسي لخلق الحركة. عندما يمر تيار كهربائي عبر موصل موضوع في مجال مغناطيسي، فإنه يتعرض لقوة وفقًا لقانون لورنتز، مما يتسبب في تحرك الموصل (والدوار المتصل به). يمكن بعد ذلك استخدام هذه الحركة الميكانيكية لقيادة المعدات مثل المضخات والمراوح والضواغط والناقلات والعديد من الأجهزة الأخرى.

2. مبدأ العمل

يعتمد مبدأ عمل المحرك الكهربائي على الحث الكهرومغناطيسي وقوة لورنتز. عندما يتدفق تيار كهربائي عبر ملف موضوع في مجال مغناطيسي، فإنه يتعرض لقوة متعامدة مع كل من اتجاه التيار والمجال المغناطيسي. تولد هذه القوة عزم الدوران الذي يجعل عمود المحرك يدور.

في محرك التيار المتردد (محرك التيار المتردد)، يتم إنتاج المجال المغناطيسي عن طريق التيار المتردد، والذي يتغير اتجاهه بشكل دوري. يخلق هذا الاختلاف مجالًا مغناطيسيًا دوارًا يدفع الدوار باستمرار.
في محرك التيار المستمر (محرك التيار المباشر)، يتدفق التيار في اتجاه واحد، ويتم التحكم في المجال المغناطيسي إما بواسطة مغناطيس دائم أو مغناطيس كهربائي. يقوم العاكس بعكس اتجاه التيار في اللفات الدوارة للحفاظ على الدوران المستمر.

3. تصنيف المحركات الكهربائية

يمكن تصنيف المحركات الكهربائية على أساس مصدر الطاقة، والهيكل، ومبدأ التشغيل.

(1) بناءً على مصدر الطاقة

• محركات التيار المستمر: تعمل بالتيار المباشر؛ توفر تحكمًا ممتازًا في السرعة والاستجابة السريعة.

• محركات التيار المتردد: تعمل بالتيار المتردد؛ تستخدم على نطاق واسع بسبب الهيكل البسيط والموثوقية.

(2) على أساس الهيكل والوظيفة

• المحرك التعريفي (محرك غير متزامن) – النوع الأكثر شيوعًا؛ يدور الدوار بشكل أبطأ قليلاً من المجال المغناطيسي.

• محرك متزامن - سرعة الدوار تساوي سرعة المجال المغناطيسي؛ تستخدم في التطبيقات التي تتطلب سرعة ثابتة.

• محرك السائر – يحول النبضات الكهربائية إلى حركات ميكانيكية منفصلة. المستخدمة في آلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطابعات.

• محرك مؤازر - يوفر تحكمًا دقيقًا في الموضع الزاوي والسرعة والتسارع؛ المستخدمة في الروبوتات والأتمتة.

• محرك DC بدون فرش (BLDC) – يستخدم التبديل الإلكتروني بدلاً من الفرش الميكانيكية، مما يوفر كفاءة ومتانة أعلى.

• المحرك العالمي - يعمل على كل من مصدر التيار المتردد والتيار المستمر؛ يشيع استخدامها في الأدوات المحمولة والأجهزة المنزلية.

4. الهيكل والمكونات

يتكون المحرك الكهربائي النموذجي من الأجزاء الرئيسية التالية:

1. الجزء الثابت – الجزء الثابت الذي ينتج المجال المغناطيسي. أنه يحتوي على اللفات أو المغناطيس الدائم.

2. الدوار – الجزء الدوار المتصل بعمود الخرج، والذي يتحرك تحت تأثير المجال المغناطيسي.

3. عاكس التيار (لمحركات التيار المستمر) - مفتاح دوار يعكس اتجاه التيار في ملفات عضو الإنتاج.

4. المحامل – تدعم الدوار وتقلل الاحتكاك أثناء الدوران.

5. السكن أو الإطار – يحمي المكونات الداخلية ويساعد في تبديد الحرارة.

6. نظام التبريد - قد يشتمل على مراوح أو تبريد سائل للحفاظ على درجة حرارة التشغيل المثالية.

7. الفرش (للمحركات المصقولة) – تقوم بتوصيل التيار الكهربائي بين الأجزاء الثابتة والدوارة.

5. خصائص الأداء

عادة ما يتم تحديد أداء المحرك الكهربائي من خلال عدة معايير رئيسية:

• خرج الطاقة (W أو kW) - الطاقة الميكانيكية التي يوفرها عمود المحرك.

• الكفاءة (٪) - نسبة طاقة الخرج الميكانيكية إلى طاقة الإدخال الكهربائية.

• عزم الدوران (نيوتن متر) - قوة الدوران الناتجة عن المحرك.

• السرعة (دورة في الدقيقة) – سرعة دوران العمود.

• عامل الطاقة - يشير إلى مدى فعالية استخدام المحرك للطاقة الكهربائية.

• عزم الدوران المبدئي - مهم للتطبيقات التي تتطلب حملاً عاليًا عند بدء التشغيل.

• الضوضاء والاهتزاز – مؤشرات الجودة المتعلقة بدقة التصميم والتصنيع.

6. تطبيقات المحركات الكهربائية

للمحركات الكهربائية مجموعة واسعة جدًا من التطبيقات، بما في ذلك:

1. الآلات الصناعية – المضخات والضواغط والناقلات والرافعات وآلات CNC.

2. النقل – المركبات الكهربائية والقطارات والسفن وأنظمة الطائرات.

3. الأجهزة المنزلية – الثلاجات والغسالات والمراوح والمكانس الكهربائية.

4. الأتمتة والروبوتات - المحركات المؤازرة والسائر للتحكم الدقيق في الحركة.

5. أنظمة الطاقة - تستخدم توربينات الرياح والمولدات مبادئ المحرك في الاتجاه المعاكس.

6. المعدات الطبية – تستخدم في أجهزة التنفس الصناعي، والأدوات الجراحية، وآلات التشخيص.

7. الصيانة والسلامة

لضمان التشغيل الفعال على المدى الطويل، تعد الصيانة الدورية أمرًا ضروريًا:

• فحص المحامل والتشحيم بانتظام.

• حافظ على المحرك نظيفًا وخاليًا من الغبار والرطوبة.

• تحقق من التوصيلات الكهربائية بحثًا عن جهات اتصال فضفاضة أو متآكلة.

• مراقبة ارتفاع درجة الحرارة أثناء التشغيل.

• استبدل الفرش أو المحامل البالية على الفور.

• تجنب التحميل الزائد وظروف ماس كهربائى.

• استخدم التأريض المناسب لمنع حدوث صدمة كهربائية.

خاتمة

يعد المحرك الكهربائي واحدًا من أكثر الاختراعات التحويلية في تاريخ التكنولوجيا البشرية. إنها بمثابة القوة الدافعة للصناعة الحديثة والنقل والحياة اليومية. مع استمرار تطور العلوم والتكنولوجيا، سيصبح المحرك الكهربائي أكثر ذكاءً وكفاءة واستدامة بيئيًا، مما يؤدي إلى قيادة الصناعات العالمية نحو الأتمتة والحفاظ على الطاقة.