محرك DC: الجهاز ، مبدأ التشغيل ، الخصائص ، الكفاءة

جدول المحتويات:

محرك DC: الجهاز ، مبدأ التشغيل ، الخصائص ، الكفاءة
محرك DC: الجهاز ، مبدأ التشغيل ، الخصائص ، الكفاءة

فيديو: محرك DC: الجهاز ، مبدأ التشغيل ، الخصائص ، الكفاءة

فيديو: محرك DC: الجهاز ، مبدأ التشغيل ، الخصائص ، الكفاءة
فيديو: ما فائدة توصيل المكثف مع الموتر؟/Why we need to connect Capacitor with Motor?#Capacitor #Motor #DC 2024, مارس
Anonim

من الصعب حتى تخيل كيف سيبدو العالم الحديث بدون محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر (وبالمناسبة ، تيار متردد). أي آلية حديثة مجهزة بمحرك كهربائي. يمكن أن يكون لها غرض مختلف ، لكن وجودها ، كقاعدة عامة ، أمر بالغ الأهمية. من المتوقع أن يزداد دور محرك التيار المستمر في المستقبل القريب. اليوم ، بدون هذا الجهاز ، من المستحيل إنشاء معدات عالية الجودة وموثوقة وصامتة بسرعات قابلة للتعديل. لكن هذا هو مفتاح تطور الدولة ، والاقتصاد العالمي ككل.

أسس فيزيائية
أسس فيزيائية

من تاريخ محرك التيار المستمر

خلال تجارب عام 1821 ، اكتشف العالم الشهير فاراداي بالصدفة أن مغناطيسًا وموصلًا يحمل تيارًا بطريقة ماتؤثر على بعضها البعض. على وجه الخصوص ، يمكن أن يتسبب المغناطيس الدائم في دوران دائرة موصل بسيطة تحمل التيار. تم استخدام نتائج هذه التجارب لمزيد من البحث.

بالفعل في عام 1833 ، أنشأ توماس دافنبورت قطارًا نموذجيًا بمحرك كهربائي صغير قادر على قيادته.

في عام 1838 ، تم بناء قارب ركاب يتسع لـ 12 مقعدًا في الإمبراطورية الروسية. عندما ذهب هذا القارب الذي يعمل بمحرك كهربائي عكس التيار على طول نهر نيفا ، تسبب في انفجار حقيقي للعواطف في المجتمع العلمي وليس فقط.

الجهاز من أبسط محرك كهربائي
الجهاز من أبسط محرك كهربائي

كيف يعمل محرك التيار المستمر

إذا نظرت إلى العمل بشكل سطحي ، كما هو الحال في المدرسة في دروس الفيزياء ، فقد يبدو أنه لا يوجد شيء معقد فيه على الإطلاق. لكن هذا فقط للوهلة الأولى. في الواقع ، يعد علم القيادة الكهربائية من أصعب العلوم في دورة التخصصات التقنية. أثناء تشغيل محرك كهربائي ، يحدث عدد من الظواهر الفيزيائية المعقدة ، والتي لا تزال غير مفهومة تمامًا ويتم شرحها من خلال العديد من الفرضيات والافتراضات.

في نسخة مبسطة ، يمكن وصف مبدأ تشغيل محرك التيار المستمر على النحو التالي. يتم وضع موصل في مجال مغناطيسي ويتم تمرير تيار من خلاله. علاوة على ذلك ، إذا أخذنا في الاعتبار المقطع العرضي للموصل ، فحينئذٍ تنشأ دوائر متحدة المركز غير مرئية حوله - وهذا مجال مغناطيسي يتكون من التيار في الموصل. كما ذكرنا سابقًا ، هذه الحقول المغناطيسية غير مرئية للعين البشرية.ولكن هناك خدعة بسيطة تسمح لك بمراقبتها بصريًا. أسهل طريقة هي عمل ثقب في الخشب الرقائقي أو ورقة سميكة لتمرير السلك من خلالها. في هذه الحالة ، يجب تغطية السطح القريب من الفتحة بطبقة رقيقة من مسحوق معدني مغناطيسي مشتت بدقة (يمكن أيضًا استخدام نشارة الخشب الدقيقة). عند إغلاق الدائرة ، تصطف جزيئات المسحوق على شكل المجال المغناطيسي.

في الواقع ، يعتمد مبدأ تشغيل محرك التيار المستمر على هذه الظاهرة. يتم وضع موصل يحمل تيارًا بين القطبين الشمالي والجنوبي لمغناطيس على شكل حرف U. نتيجة لتفاعل المجالات المغناطيسية ، يتم ضبط السلك. يعتمد اتجاه الحركة على كيفية وضع القطبين ، ويمكن تحديده بدقة من خلال ما يسمى بقاعدة gimlet.

امبير القوة

القوة التي تدفع الموصل الحامل للتيار خارج مجال المغناطيس الدائم تسمى قوة أمبير - نسبة لباحث مشهور في الظواهر الكهربائية. سميت وحدة التيار أيضًا باسمه.

لإيجاد القيمة العددية لهذه القوة ، تحتاج إلى مضاعفة التيار في الموصل قيد النظر بطوله وبمقدار (ناقل) المجال المغناطيسي.

ستبدو الصيغة كما يلي:

F=IBL.

نموذج أبسط محرك

بشكل تقريبي ، لبناء المحرك الأكثر بدائية ، تحتاج إلى وضع إطار من مادة موصلة (سلك) في مجال مغناطيسي وتشغيله بالتيار. سوف يدور الإطار بزاوية معينة ويتوقف. هذا الموقف على عامية المتخصصين فيمنطقة المحرك الكهربائي تسمى "ميتة". سبب التوقف هو أن المجالات المغناطيسية ، إذا جاز التعبير ، تم تعويضها. بمعنى آخر ، يحدث هذا عندما تصبح القوة المحصلة مساوية للصفر. لذلك ، لا يشتمل جهاز محرك التيار المستمر على إطارات واحدة ، بل عدة إطارات. في الوحدة الصناعية الحقيقية (المثبتة على المعدات) ، يمكن أن يكون هناك عدد كبير جدًا جدًا جدًا من هذه الدوائر الأولية. لذلك ، عندما تتوازن القوى في إطار واحد ، فإن الإطار الآخر يخرجها من "الذهول".

جهاز محرك DC
جهاز محرك DC

مميزات الجهاز محركات مختلفة القوة

حتى الشخص البعيد عن عالم الهندسة الكهربائية سيدرك على الفور أنه بدون مصدر مجال مغناطيسي ثابت ، ببساطة لا يوجد أي سؤال حول أي محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر. يتم استخدام مجموعة متنوعة من الأجهزة مثل هذه المصادر.

بالنسبة لمحركات التيار المستمر منخفضة الطاقة (12 فولت أو أقل) ، فإن المغناطيس الدائم هو الحل الأمثل. لكن هذا الخيار غير مناسب للوحدات ذات الطاقة الكبيرة والحجم: ستكون المغناطيسات باهظة الثمن وثقيلة. لذلك ، بالنسبة لمحركات التيار المستمر التي تبلغ 220 فولت أو أكثر ، يكون من الأنسب استخدام محث (لف مجال). لكي يصبح المحرِّض مصدرًا لمجال مغناطيسي ، يجب تشغيله.

إصلاح محرك التيار المستمر
إصلاح محرك التيار المستمر

تصميم محرك كهربائي

بشكل عام ، يتضمن تصميم أي محرك DC العناصر التالية:الجامع والجزء الثابت والمُحرك.

المحرك بمثابة عنصر محمل لملف المحرك. يتكون من صفائح رقيقة من الصلب للأغراض الكهربائية مع وجود أخاديد حول المحيط لمد السلك. تعتبر مادة التصنيع في هذه الحالة مهمة للغاية. كما ذكرنا سابقًا ، يتم استخدام الفولاذ الكهربائي. تتميز هذه الدرجة من المواد بحجم ونعومة حبيبات كبيرة مزروعة صناعياً (نتيجة لمحتوى الكربون المنخفض). بالإضافة إلى ذلك ، يتكون الهيكل بأكمله من صفائح رقيقة معزولة. كل هذا لا يسمح بحدوث تيارات طفيلية ويمنع ارتفاع درجة حرارة المحرك.

الجزء الثابت هو جزء ثابت. إنه يؤدي دور المغناطيس الذي تمت مناقشته سابقًا. لإثبات عمل محرك نموذجي في المختبر ، من أجل الوضوح وفهم أفضل للمبادئ ، يتم استخدام الجزء الثابت ذي القطبين. تستخدم المحركات الصناعية الحقيقية أجهزة بها عدد كبير من أزواج الأعمدة.

المجمع هو مفتاح (موصل) يمد التيار إلى دوائر لف محرك التيار المستمر. وجودها ضروري للغاية. بدونها سوف يعمل المحرك بشكل خشن وليس بسلاسة.

محركات آلة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
محركات آلة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

أنواع مختلفة من المحركات

لا يوجد محرك عالمي واحد يمكن استخدامه على الاطلاق في جميع فروع التكنولوجيا والاقتصاد الوطني ويلبي جميع المتطلبات في مجال السلامة والموثوقية أثناء التشغيل.

يجب أن تكون حذرًا جدًا عند اختيار محرك DC. الإصلاح صعب للغاية ومكلفإجراء لا يمكن تنفيذه إلا بواسطة موظفين مؤهلين بشكل مناسب. وإذا كان تصميم وقدرات المحرك لا تفي بالمتطلبات ، فسيتم إنفاق أموال كبيرة على الإصلاحات.

هناك أربعة أنواع رئيسية من محركات التيار المستمر: المحركات المصقولة ، والمحركات العاكس ، والمحركات أحادية القطب ، والمحركات الشاملة المصقولة بالتيار المستمر. كل نوع من هذه الأنواع له صفاته الإيجابية والسلبية. يجب إعطاء وصف موجز لكل منهم.

نطاق محركات التيار المستمر
نطاق محركات التيار المستمر

DC نحى المحركات

هناك عدد كبير من الطرق الممكنة لتنفيذ المحركات من هذا النوع: مجمع واحد وعدد زوجي من الدوائر ، عدة مجمعات وعدة دوائر متعرجة ، ثلاثة مجمعات ونفس عدد لفات اللف ، أربعة مجمعات واثنان لف المنعطفات ، أربع جامعات وأربع دوائر على مرساة ، وأخيراً - ثمانية مجمعات مع مرساة بدون إطار.

يتميز هذا النوع من المحركات بالبساطة النسبية في التنفيذ والإنتاج. لهذا السبب ، أصبح يُعرف باسم المحرك العالمي ، والذي يكون تطبيقه واسعًا للغاية: من السيارات التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو إلى أدوات آلة CNC المعقدة للغاية وذات التقنية العالية المصنوعة في ألمانيا أو اليابان.

حول محركات العاكس

بشكل عام ، هذا النوع من المحركات مشابه جدًا للمجمع وله نفس المزايا والعيوب. الاختلاف الوحيد في آلية الإطلاق: إنه أكثرمثالي ، والذي يسمح لك بعكس السرعة بسهولة وضبط سرعة الدوار. وبالتالي ، فإن أداء هذا النوع من محركات التيار المستمر يتفوق على محركات التجميع في عدد من المعلمات.

ولكن إذا كان هناك مكسب في شيء ما ، فستكون هناك خسارة في بعض الأشياء. هذا هو قانون الكون الذي لا يمكن إنكاره. لذلك في هذه الحالة: يتم توفير التفوق من خلال تقنية معقدة ومتقلبة إلى حد ما ، والتي غالبًا ما تفشل. وفقًا للمتخصصين ذوي الخبرة ، من الصعب جدًا إصلاح محركات DC من النوع العاكس. في بعض الأحيان ، حتى الكهربائيين المتمرسين لا يستطيعون تشخيص عطل في النظام.

لفات محرك DC
لفات محرك DC

ميزات محركات التيار المستمر أحادية القطب

يظل مبدأ التشغيل كما هو ويستند إلى تفاعل المجالات المغناطيسية للموصل مع التيار والمغناطيس. لكن الموصل الحالي ليس سلكًا ، ولكنه قرص يدور على محور. يتم توفير التيار على النحو التالي: يتم إغلاق جهة اتصال واحدة على المحور المعدني ، والآخر ، من خلال ما يسمى بالفرشاة ، يربط حافة الدائرة المعدنية. مثل هذا المحرك ، كما يمكن رؤيته ، له تصميم معقد نوعًا ما وبالتالي يفشل غالبًا. التطبيق الرئيسي هو البحث العلمي في مجال فيزياء الكهرباء والمحرك الكهربائي

ميزات محركات العاكس العالمية

من حيث المبدأ ، هذا النوع من المحركات لا يحمل أي جديد. لكن لديها ميزة مهمة للغاية - القدرة على العملمن شبكة DC ومن شبكة التيار المتردد. في بعض الأحيان ، يمكن أن توفر هذه الخاصية أموالًا كبيرة على إصلاح وتحديث المعدات.

تردد التيار المتردد منظم بدقة وهو 50 هرتز. بمعنى آخر ، يتغير اتجاه حركة الجسيمات سالبة الشحنة 50 مرة في الثانية. يعتقد البعض خطأً أن دوار المحرك الكهربائي يجب أن يغير اتجاه الدوران (في اتجاه عقارب الساعة - عكس اتجاه عقارب الساعة) 50 مرة في الثانية. إذا كان هذا صحيحًا ، فسيكون أي تطبيق مفيد لمحركات التيار المتردد الكهربائية غير وارد. ما يحدث في الواقع: تتم مزامنة تيار ملفات المحرك والجزء الثابت باستخدام أبسط المكثفات. وبالتالي ، عندما يتغير اتجاه التيار على إطار المحرك ، يتغير أيضًا اتجاهه على الجزء الثابت. وبالتالي ، فإن الدوار يدور باستمرار في اتجاه واحد.

لسوء الحظ ، فإن كفاءة هذا النوع من محركات التيار المستمر أقل بكثير من كفاءة المحركات أحادية القطب والعاكس. لذلك ، يقتصر استخدامه على مناطق ضيقة إلى حد ما - حيث يكون من الضروري الحصول على أقصى قدر من الموثوقية بأي تكلفة ، دون مراعاة تكاليف التشغيل (على سبيل المثال ، الهندسة العسكرية).

الجمل النهائية

التكنولوجيا لا تقف مكتوفة الأيدي ، واليوم تتنافس العديد من المدارس العلمية حول العالم مع بعضها البعض وتسعى جاهدة لخلق محرك رخيص واقتصادي بكفاءة وأداء عاليين. تتزايد قوة المحركات الكهربائية DC من سنة إلى أخرى ، في حين أناستهلاك الطاقة.

يتوقع العلماء أن المستقبل سيحدده المعدات الكهربائية ، وأن عصر النفط سينتهي قريباً.

موصى به: