المحركات الكهربائية ذات التيار المتردد: الأجزاء والأنواع والأسلاك وكيفية عملها

كيف محرك التيار المتردد يعمل

يقوم محرك التيار المتردد بتحويل الطاقة الكهربائية ذات التيار المتردد إلى طاقة دورانية ميكانيكية من خلال مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. عندما يتم تطبيق جهد إمداد التيار المتردد على ملفات الجزء الثابت، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا (RMF). السرعة التي يدور بها هذا المجال تسمى سرعة متزامنة ، يتحدد بتردد العرض وعدد أزواج الأقطاب المغناطيسية في الجزء الثابت: نس = 120f / ص حيث f هو تردد العرض في هرتز و P هو عدد الأعمدة.

في المحرك التعريفي - وهو أكثر أنواع محركات التيار المتردد شيوعًا - يقطع المجال المغناطيسي الدوار عبر الموصلات الدوارة ويولد تيارًا داخلها بموجب قانون فاراداي. ينتج هذا التيار المستحث مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به، ويولد التفاعل بين مجال الجزء المتحرك والمجال الدوار للجزء الثابت عزمًا يدفع الجزء المتحرك إلى الدوران. يعمل الدوار دائمًا بشكل أبطأ قليلاً من سرعة التواقت؛ ويسمى هذا الفرق في السرعة زلة عادة 2-8% في المحركات الحثية القياسية. بدون الانزلاق، لا توجد حركة نسبية بين المجال والموصلات الدوارة، ولا يتم تحفيز تيار، ولا يتم إنتاج عزم دوران.

في المحركات المتناوبة المتزامنة، يتم تحفيز الدوار بواسطة مجال تيار مستمر أو يستخدم مغناطيسًا دائمًا، مما يجعله يدور بسرعة متزامنة تمامًا مع عدم الانزلاق. وهذا يجعل المحركات المتزامنة هي الخيار المفضل عندما يكون التشغيل الدقيق بسرعة ثابتة أمرًا بالغ الأهمية، كما هو الحال في آليات الساعة، وبعض آلات النسيج، ومحركات الأقراص المتغيرة السرعة عالية الكفاءة.

أجزاء من محرك التيار المتردد

يساعد فهم البنية الداخلية لمحرك التيار المتردد في تحديد الوحدة المناسبة وتشخيص الأعطال وتخطيط فترات الصيانة. المكونات الرئيسية هي:

• الجزء الثابت: المجموعة الخارجية الثابتة التي تحتوي على قلب الحديد الرقائقي والملفات النحاسية. تم بناء قلب الجزء الثابت من شرائح رقيقة من الصلب السيليكوني مكدسة معًا لتقليل خسائر التيار الدوامي. يتم لف اللفات في فتحات في القلب وتوصيلها بمصدر التيار المتردد.
• الدوار: يتم تركيب المجموعة الداخلية الدوارة على عمود الإخراج. في المحركات التحريضية ذات القفص السنجابي، يتكون الجزء الدوار من قضبان موصلة من الألومنيوم أو النحاس، قصيرة الدائرة عند كل طرف بحلقات نهائية. في المحركات الدوارة الملفوفة، يحمل العضو الدوار ملفات ثلاثية الطور متصلة بمقاومات خارجية عبر حلقات الانزلاق.
• رمح الإخراج: العمود الفولاذي الصلب الذي ينقل عزم الدوران الميكانيكي إلى الحمل المدفوع. تم توحيد أبعاد قطر العمود ومجرى المفتاح وفقًا لمواصفات حجم الإطار IEC أو NEMA.
• محامل: عادةً ما تكون المحامل الكروية ذات الأخدود العميق عند طرف القيادة (DE) ونهاية عدم القيادة (NDE). تدعم المحامل الأحمال الشعاعية والمحورية التي يفرضها الدوار والحمل المدفوع، وهي عنصر استبدال الصيانة الأكثر شيوعًا.
• الدروع النهائية (أجراس النهاية): أغلفة من الحديد الزهر أو الألومنيوم تغطي كل طرف من أطراف إطار المحرك، وتثبت المحامل في موضعها وتحيط بالتجميع الداخلي.
• غطاء المروحة والمروحة: تتميز معظم محركات التيار المتردد بتصميم TEFC (مروحة تبريد مغلقة تمامًا)، مع مروحة تبريد خارجية مثبتة على امتداد عمود نهاية غير محرك الأقراص، ومحاطة بغطاء مروحة من الفولاذ المضغوط. تقوم المروحة بسحب الهواء المحيط فوق زعانف إطار المحرك لتبديد الحرارة.
• صندوق المحطة (صندوق التوصيل): غلاف مقاوم للعوامل الجوية على إطار المحرك يحتوي على أطراف التوصيل المتعرجة (عادةً ما تحمل علامة U1 وV1 وW1 وU2 وV2 وW2 بموجب اتفاقية IEC). هذا هو المكان الذي يتم فيه توصيل كابلات الإمداد وأي روابط تكوين نجمة/دلتا.
• الإطار: الجسم الهيكلي الخارجي، عادة ما يكون من الحديد الزهر المضلع أو سبائك الألومنيوم، الذي يوفر الدعم الميكانيكي، ويعمل كمشتت حراري، ويحمل أقدام التثبيت أو الحافة للتثبيت.

تشمل المكونات الإضافية الموجودة في أنواع معينة من المحركات زلة rings and brushes (المحركات الحثية الدوارة) مفاتيح البدء بالطرد المركزي (محركات مكثفة أحادية الطور)، و المكثفات (تصميمات مكثف التشغيل أحادي الطور وتصميمات تشغيل/تشغيل المكثف).

أنواع المحركات الكهربائية ذات التيار المتردد

تنقسم محركات التيار المتردد إلى عائلتين أساسيتين — الحث (غير المتزامن) والمتزامن — ولكل منهما عدة أنواع فرعية محسنة لمتطلبات التشغيل المختلفة.

بالنسبة لغالبية التطبيقات الصناعية، فإن المحرك التعريفي ذو القفص السنجابي ثلاثي الطور يبقى الخيار الافتراضي. فهو لا يتطلب أي فرش أو حلقات انزلاق أو إثارة خارجية، مما يجعله الخيار الأقل صيانة والأكثر فعالية من حيث التكلفة للأحمال ذات السرعة الثابتة. لقد وسعت محركات التردد المتغير (VFDs) قابليتها للاستخدام إلى التطبيقات ذات السرعات المتغيرة التي كانت تتطلب في السابق محركات DC أو محركات دوارة ملفوفة.

أساسيات مخطط توصيلات محرك التيار المتردد

يعد توصيل محرك التيار المتردد بشكل صحيح أمرًا ضروريًا للتشغيل الآمن وتحقيق خصائص عزم الدوران والسرعة الصحيحة. يختلف تكوين صندوق الأطراف حسب نوع المحرك وجهد الإمداد، لكن ما يلي يغطي السيناريوهات الأكثر شيوعًا.

محركات ثلاثية الطور ثنائية الجهد (نجمة / دلتا)

يتم لف معظم المحركات الحثية ثلاثية الطور لمستويين من الجهد - عادة 230 فولت/400 فولت أو 400 فولت/690 فولت - ويحتوي صندوق الأطراف على ستة أسلاك تحمل علامات U1، V1، W1 (بدء اللف) وU2، V2، W2 (أطراف اللف). يحدد جهد الإمداد الاتصال:

• اتصال النجمة (Y) - الجهد العالي: اربط U2 وV2 وW2 معًا لتكوين نقطة النجمة المحايدة. قم بتوصيل مصدر الإمداد ثلاثي الطور بـ U1، V1، W1. يرى كل ملف جهدًا من الطور إلى المحايد. يُستخدم عندما يتطابق جهد الإمداد مع الجهد الكهربي الأعلى للمحرك (على سبيل المثال، مصدر 400 فولت على محرك 230/400 فولت).
• اتصال دلتا (Δ) - الجهد المنخفض: قم بربط U1 بـ W2، وV1 بـ U2، وW1 بـ V2، لتكوين حلقة مغلقة. قم بتوصيل العرض ثلاثي الطور عبر كل زوج من المحطات المتصلة. ترى كل ملف جهدًا كاملاً من خط إلى خط. يُستخدم عندما يتطابق جهد الإمداد مع الجهد الكهربي المنخفض للمحرك (على سبيل المثال، مصدر 230 فولت على محرك 230/400 فولت).

بداية ستار دلتا هي طريقة شائعة للتشغيل الناعم للمحركات الكبيرة: يبدأ المحرك على شكل نجمة (جهد منخفض عبر كل ملف = تيار بدء أقل، عادة 1/3 من التدفق المباشر على الخط)، ثم يتحول إلى دلتا بمجرد اقترابه من السرعة الكاملة. وهذا يقلل من اضطراب العرض ولكنه يقلل أيضًا من عزم الدوران بنفس عامل 1/3، لذلك فهو مناسب فقط لتطبيقات البدء ذات الحمل المنخفض.

أسلاك المحرك أحادي الطور

تتطلب محركات التيار المتردد أحادية الطور دائرة بدء مساعدة لأن مصدر الإمداد أحادي الطور وحده لا يمكنه إنتاج مجال مغناطيسي دوار. يتضمن الترتيب النهائي عادةً ما يلي:

• محطات اللف الرئيسية (م): متصلة مباشرة عبر الخط ومحايدة.
• بدء لف المحطات (S): يتم توصيله بالتوازي مع الملف الرئيسي ولكن على التوالي مع مكثف البدء. يخلق المكثف إزاحة طورية (حوالي 90 درجة) بين تيارات الملف الرئيسية والمساعدة، مما ينتج عنه مجال دوار قوي بما يكفي لتطوير عزم الدوران.
• مفتاح الطرد المركزي أو مرحل PTC: قم بفصل ملف البداية بمجرد وصول المحرك إلى حوالي 75-80٪ من السرعة المتزامنة. يعد فشل هذا المفتاح - إما البقاء مفتوحًا (لن يبدأ المحرك) أو البقاء مغلقًا (بدء ارتفاع درجة حرارة الملف واحتراقه) - أحد أكثر أخطاء المحرك أحادي الطور شيوعًا.

عكس دوران المحرك

يتطلب عكس اتجاه دوران محرك ثلاثي الطور تبديل أي مرحلتين من مراحل الإمداد الثلاث عند أطراف المحرك - على سبيل المثال، تبادل التوصيلات عند U1 وV1. وهذا يعكس اتجاه المجال المغناطيسي الدوار وبالتالي الدوار. بالنسبة للمحركات أحادية الطور، يتم تحقيق الانعكاس عن طريق تبديل وصلات بدء التشغيل بالنسبة للملف الرئيسي؛ توفر بعض المحركات علامات طرفية مخصصة لهذا الغرض، بينما يتطلب البعض الآخر إعادة الاتصال الداخلي.

التأريض والحماية من التحميل الزائد

يجب أن يتضمن كل تركيب لمحرك التيار المتردد أ اتصال الأرض الواقية (PE). مربوطة بإطار المحرك، ومتصلة بأرضية الإمداد في الصندوق الطرفي. وبالإضافة إلى ذلك، تم تصنيفها بشكل صحيح تتابع الحمل الزائد الحراري أو يجب تثبيت مرحل حماية المحرك الإلكتروني في دائرة الإمداد، مع ضبطه على تصنيف تيار الحمل الكامل (FLC) للمحرك. الحماية من الحمل الزائد هي الدفاع الأساسي ضد أوضاع فشل المحرك الأكثر شيوعًا: التيار الزائد المطول الناتج عن الحمل الزائد الميكانيكي، أو التهوية أحادية الطور، أو التهوية المقيدة التي ترفع درجة حرارة الملفات إلى ما هو أبعد من حد فئة العزل.