ما الذي يحرك عجلات الصناعة الحديثة التي لا هوادة فيها؟ من المحتمل أن تكمن الإجابة في تلك المحركات الكهربائية التي تبدو متواضعة. من بين أنواع المحركات المختلفة، يبرز المحرك الحثي ذو القفص السنجابي ثلاثي الطور باعتباره العمود الفقري للصناعة بلا منازع، حيث يتميز بموثوقيته الاستثنائية وفعاليته من حيث التكلفة وتعدد الاستخدامات. تتعمق هذه المقالة في التصميم ومبادئ العمل والمزايا والعيوب والتطبيقات لهذه الأعجوبة التكنولوجية.
المحركات الحثية: "الملك غير المتوج" للتطبيقات الصناعية
تمثل المحركات الحثية، والمعروفة أيضًا باسم المحركات غير المتزامنة، أكثر أنواع المحركات استخدامًا اليوم. إن بنائها البسيط وتكلفتها المنخفضة وموثوقيتها العالية جعلها لا غنى عنها في الصناعات الهندسية. تأتي المحركات الحثية في المقام الأول في نوعين مختلفين: أحادية الطور وثلاثية الطور.
تشمل المحركات الحثية أحادية الطور ما يلي:
-
المحركات الحثية ثنائية الطور:مناسب للمعدات ذات تردد البدء المحدود وقوة المحرك أقل من 1 كيلو واط.
-
المحركات الحثية ذات بدء التشغيل المكثف:مثالي للأجهزة التي تحتوي على أحمال قصورية عالية أو عمليات تشغيل متكررة، مثل سيور النقل.
-
المحركات التي تعمل بمكثفات التشغيل:تطبيقات مماثلة لمحركات التشغيل المكثفة ولكن مع مكثفات تشغيل إضافية لتحسين الكفاءة التشغيلية.
-
المحركات ذات القطب المظلل:من بين أقدم المحركات الحثية ذات التيار المتردد، والتي لا تزال تستخدم في الأجهزة الصغيرة التي تتطلب عزم دوران منخفض لبدء التشغيل مثل مشغلات التسجيل، ومراوح جهاز العرض، ومراوح آلات النسخ، ومجففات الشعر.
تشمل المحركات الحثية ثلاثية الطور ما يلي:
-
المحركات الحثية على شكل قفص السنجاب:تتميز هذه المحركات بأنها مفضلة لطول عمرها وقلة صيانتها، وهي تمثل المحركات الحثية ثلاثية الطور الأكثر شيوعًا.
-
المحركات الحثية الدوارة الجرح:توفر عزم دوران عالي مع تيار تشغيل منخفض، مما يجعلها مناسبة للمصاعد، والرافعات، والرافعات.
تركز هذه المقالة على المحركات الحثية ذات القفص السنجابي ثلاثية الطور نظرًا لاستخدامها الصناعي السائد.
سر "التحريض": أصل التيار الدوار
يشير مصطلح "الحث" إلى التيار المتولد في ملفات الدوار أثناء التشغيل - وهو اختلاف أساسي عن المحركات الأخرى حيث يأتي تيار الدوار من مصادر طاقة خارجية.
المكونات الأساسية للمحركات الحثية على شكل قفص السنجاب
تتكون المحركات التحريضية بشكل أساسي من مجموعتين رئيسيتين - الجزء الثابت والعضو الدوار - يشتمل كل منهما على مكونات أصغر.
1. الساكن: قلب المحرك
يتكون الجزء الثابت من السكن، والجزء الثابت، واللفات.
-
اللفات الجزء الثابت:احصل على طاقة تيار متردد ثلاثية الطور لإنتاج مجال مغناطيسي دوار. التدفق الحالي يجعل المجال المغناطيسي لكل ملف يتوسع ويتقلص. عادة ما تكون مصنوعة من النحاس، على الرغم من وجود إصدارات من الألومنيوم.
-
قلب الجزء الثابت:مغلفة من صفائح فولاذية رقيقة من السيليكون عالية النفاذية، مثبتة في إطارات من الفولاذ أو الحديد الزهر. يتم تثبيت الإطار على الأرضيات بطلاء خارجي مرئي. تشمل المواد الشائعة درجات مختلفة من الفولاذ والحديد الزهر.
2. الدوار: مصدر الطاقة الدورانية
تقع هذه المجموعة الدوارة داخل الجزء الثابت، وتتكون من عمود، وقلب دوار، وقفص سنجابي.
-
رمح:عادةً ما يكون أسطوانيًا رفيعًا (يختلف التصميم حسب الطراز)، ويدعم قلب الدوار، والقفص السنجابي، والمحامل. عادةً ما يكون الفولاذ المقاوم للصدأ من أجل المتانة والقوة الميكانيكية ومقاومة التآكل.
-
قفص السنجاب:هيكل أسطواني حول العمود مع قضبان موصلة متصلة. تخلق الحلقات الطرفية دوائر قصيرة لتدفق التيار المستحث، وعادةً ما تكون مصنوعة من النحاس أو الألومنيوم.
-
قلب الدوار:تنزلق الصفائح الفولاذية الرقيقة على قضبان القفص ويتم ضغطها بين الحلقات الطرفية. المواد تشبه الجزء الثابت. يزيد انحراف التصفيح الطفيف من عزم الدوران ويمنع "قفل" الدوار بين المجالات المغناطيسية.
3. الدروع والمحامل النهائية: الدعم والتشحيم
يتم تركيب الدروع الطرفية عند طرفي الإطار مع اختراق العمود. يتصل طرف محرك الأقراص بالأحمال بينما يحتوي الطرف غير المحرك عادةً على مراوح تبريد. تنقل المفاتيح الموجودة على طرفي العمود الحركة الميكانيكية.
تمنع موانع الغبار بين الأعمدة والدروع الطرفية دخول الملوثات - وهو سبب رئيسي لفشل المحرك (خاصة الرطوبة). تضمن المحامل المضادة للاحتكاك عند طرفي العمود دورانًا سلسًا بأقل قدر من الاحتكاك. تستخدم المحركات الأكبر حجمًا محامل انزلاقية بدلاً من ذلك، مما يتطلب مساحة أكبر وتزييتًا (عادةً زيت) وطرق احتجاز مختلفة.
4. المراوح والأغطية: نظام التبريد الحرج
يتم توصيل المراوح المحورية بنهاية العمود غير المحرك، مما يجبر الهواء على الأجزاء الخارجية للإطار أثناء التشغيل. تعمل زعانف الإطار كمبادلات حرارية ذات مساحات سطحية كبيرة لتحسين التبريد الذاتي. تحمي حراس المروحة من الحطام الكبير وسلامة الأفراد.
ملحوظة:يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى إذابة العزل المتعرج مما يتسبب في حدوث قصور - وهو فشل شائع ولكن يمكن الوقاية منه من خلال التبريد المناسب.
مزايا وعيوب المحركات الحثية على شكل قفص السنجاب
1. المزايا
-
تطبيق واسع:يستخدم في حوالي 70% من الآلات الصناعية.
-
تركيب فعال من حيث التكلفة:لا توجد فرش أو حلقات انزلاقية أو محولات أو أجهزة استشعار تقلل التكاليف. هيكل بسيط يتيح سهولة التركيب/الصيانة. يسمح التصميم بدون فرش بالتشغيل في بيئة خطرة (مع التعديلات المناسبة).
-
صيانة منخفضة:أقل بكثير من محركات التيار المستمر ذات الفرش الكربونية.
-
عمر طويل:مكونات قوية ميكانيكيًا مع معدلات تآكل منخفضة.
-
كفاءة عالية
-
البدء الذاتي:تدور الإصدارات ثلاثية الطور فورًا عند تشغيلها.
2. العيوب
-
ضعف عزم الدوران في البداية:إن انخفاض عزم الدوران (مفاضلة الكفاءة) يجعلها غير مناسبة لتطبيقات عزم الدوران العالي، على الرغم من أن التروس/البكرات يمكن أن تخفف من ذلك.
-
عامل الطاقة المنخفض تحت الأحمال الخفيفة:يتطلب تيار إثارة عاليًا للتغلب على مقاومة فجوة الهواء، مما يتسبب في تأخر الجهد وانخفاض الكفاءة.
-
تحديات التحكم في السرعة:وبطبيعة الحال، فإن التشغيل بسرعة ثابتة يجعل التحكم أمرًا صعبًا، على الرغم من أن محركات الأقراص ذات التردد المتغير قد خففت من هذه المشكلة.
