انواع المحركات الكهربائية ثلاثية الطور

أنواع المحركات الكهربائية ثلاثية الطور وما هي طرق التوصيل الصحيحة لهذه المحركات، كل ذلك في هذه السطور التالية.

محرك تيار ثلاثي الطور

ويعتبر المحرك الحثي ثلاثي الطور، والذي اخترعه نيكولا تيسلا عام 1886، هو الأكثر انتشارا في عالم الصناعة، ويعود ذلك إلى مميزاته مثل المتانة، وبساطة التركيب، والسعر المنخفض مقارنة بالمحركات الأخرى.

تركيب محرك ثلاثي الطور

يتكون المحرك ثلاثي الطور من عضوين رئيسيين: الجزء الثابت والعضو الدوار
عضو ثابت

يتكون الجزء الثابت من أسطوانة حديدية خارجية مكونة من شرائح مكدسة من الحديد المغناطيسي، تتراوح سماكتها من 0.3 ملم إلى 0.6 ملم، معزولة عن بعضها البعض بعازل كهربائي مثل الزيت أو الورق، بحيث تشكل معًا جسمًا أسطوانيًا. عند تصنيع الشرائح يجب مراعاة وجود عدد من القنوات داخل الاسطوانة لتثبيت الملفات. الهدف من تصنيع الجزء الثابت بهذه الطريقة هو تقليل التيارات الدوامية التي ترفع درجة حرارة الحديد نتيجة تعرض الحديد للمجال المغناطيسي المتغير داخل المحرك، وتعتبر طاقة مهدرة لا يمكن الاستفادة منها. بعد تصنيع الجزء الثابت بهذه الطريقة، يتم تقسيمه إلى العدد المطلوب من الأقطاب، ومن ثم يتم تركيب ملفات كل مرحلة في مجاري خاصة بها بحيث يتم فصل كل مرحلة بمقدار 120 درجة (الزاوية، انظر تحول الطور). في نهاية عملية تحميل الملفات في المجاري قد يكون لدينا ثلاثة ملفات في الجزء الثابت، كل منها ذو طرفين يتم من خلاله تغذية الجزء الساكن بالتيار المتردد، إما اتصال نجمي أو اتصال دلتا.
الدوار

هناك نوعان من الدوار، مختلفان في البنية ومتشابهان في الخواص الكهربائية. يُسمى المحرك الكهربائي عادة باسم الدوار الخاص به للتمييز بين نوعيه، وهما “الدوار الملفوف” أو الدوار ذو الحلقة المنزلقة والدوار ذو القفص السنجابي.
الدوار الجرح

يتكون الدوار الملتف من شرائح مكدسة من الحديد المغناطيسي، ويتم عزل الأجزاء عن بعضها البعض، كما في تركيب ذراع ثابتة. يتم تركيبه على محور المحرك الدوار وبه عدد من القنوات المحفورة فيه لتثبيت ملفات الدوار. ينقسم الجزء المتحرك إلى عدد من الأقطاب مساوية لأقطاب الجزء الثابت، وتنقسم القنوات في كل قطب إلى ثلاثة أقسام، يحتوي كل قسم على ملفات أحد الأطوار الثلاثة. ترتبط الملفات على شكل نجمة وتتصل أطرافها بحلقات الانزلاق (المبادل الكهربائي) عن طريق حلقات الانزلاق. باستخدام فرش الكربون التي تلامس حلقات الانزلاق أثناء الدوران، يتم توصيل ملفات الدوار بالتيار الكهربائي من الخارج. وبالتالي، من الممكن بدء دوران المحرك أو تنظيم سرعته. يتميز هذا النوع من المحركات بإمكانية تغيير خصائص تشغيله من خلال ربط ملفات الدوار بمقاومة خارجية متغيرة بغرض التحكم في عزم الدوران وبالتالي سرعة المحرك.
الدوار قفص السنجاب

يشبه الجزء الدوار ذو القفص السنجابي تمامًا الجزء الدوار ذو الحلقة المنزلقة من حيث البناء الميكانيكي، ولكن بدلاً من وضع الملفات في القنوات، يتم وضع قضبان النحاس أو الألومنيوم في قنوات الشريط الحديدي على شكل قفص. ترتبط هذه القضبان ببعضها البعض على جانبي الدوار بواسطة حلقتين من النحاس أو الألومنيوم. لا ينقسم هذا النوع من القفص إلى عدد محدد من الأقطاب، بل يمكنه التكيف تلقائيًا مع عدد أقطاب وأطوار الجزء الثابت. لا تحتوي على حلقات انزلاقية وبالتالي لا يمكن توصيلها بدائرة خارجية ولا يمكن التحكم في خصائص تشغيلها، لأنها تدور تحت تأثير الحث المغناطيسي من الجزء الثابت.
الدورية المجال المغناطيسي

وبما أن ملفات الجزء الثابت متصلة إما على شكل نجمة أو دلتا، وهناك زاوية مقدارها 120 درجة بين كل ملف والذي يليه، فعند توصيل هذه الملفات بمصدر جهد كهربائي ثلاثي الطور، سوف تمر تيارات متناوبة من خلال هذه الملفات، وبين كل تيار وآخر هناك زاوية مقدارها 120 درجة، وسيتم إنشاء فجوة هوائية في الملفات. يوجد مجال مغناطيسي دوار منتظم بين الجزء الثابت والدوار. ويدور هذا المجال بسرعة تسمى السرعة المتزامنة، وتتناسب شدة هذا المجال المغناطيسي طرديا مع تيار الطور المار عبر الجزء الثابت وعدد اللفات في الجزء الثابت تحت كل قطب.

مبدأ عمل المحرك الحثي ثلاثي الطور

بكل بساطة، يعتمد مبدأ تشغيل هذا المحرك على حقيقة أن هناك قوة تنشأ نتيجة وجود ناقل يحمل تيارًا موضوعًا في مجال مغناطيسي متقاطع معه. ينقسم المحرك ثلاثي الطور إلى قسمين، الأول يسمى الجزء الثابت، وفيه ثلاث مجموعات من الملفات متساوية العدد، وهي مراحل التشغيل الأولى والثانية والثالثة. (تحتوي كل مجموعة على عدد زوجي من الملفات، وهذا العدد هو ما يشكل أقطاب المحرك، وهو ما سأشرحه لاحقا). وبين هذه الأقطاب زاوية قياسها 120 درجة، ولدينا القسم الثاني يسمى الدوار المحرض، أو (الدوار). وأيضاً القفص السنجابي، لأنه ببساطة عبارة عن صفائح معدنية متصلة ببعضها البعض وتشكل أسطوانة دائرية الشكل. تحتوي هذه الأسطوانة على فتحات طولية على طول الأسطوانة توضع فيها قضبان من الألومنيوم أو النحاس، وهي مغلقة بإحكام عند طرفي الأسطوانة، لتشكل ملفات العضو الدوار كثانوي متحول، وإذا نظرنا إلى تظهر الصورة جنبًا إلى جنب، فنجد أن القضبان تشبه بشكل واضح قفص السنجاب، وهذه الثقوب، أو تسمى القنوات، مائلة قليلًا بالنسبة لقنوات الجزء الثابت، وذلك لتحسين دورانها و اخلع.
الآن، إذا طبقنا جهدًا متناوبًا ثلاثيًا على ملفات الجزء الثابت، يمر تيار متردد عبر هذه الملفات، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا دوارًا يقطع ملفات الجزء الثابت (القضبان المختصرة التي تسمى القفص السنجابي) ويولد، عن طريق الحث، قيادة كهربائية القوة في لفاته (لذلك يطلق عليه المحرك التعريفي). وبما أن اللفات الدوارة متصلة ببعضها البعض لتشكل دائرة مغلقة تسمح بمرور تيار كهربائي، فإن هذا التيار يولد سائلاً مغناطيسياً آخر، ومن ثم فإن التأثير المتبادل بين هذين السائلين ينتج عزماً كهربائياً يعمل على الجزء الدوار يدور بسرعة a السرعة n والتي تكون دائما أقل من السرعة التوافقية N (والتي يحددها القطبان P وتردد المصدر هرتز) بسبب فقدان جزء من قوة المجال الدوار في التغلب على الضياعات الحديدية والميكانيكية، وهي وتسمى (سرعة الانزلاق). ولذلك تسمى بالمحركات الحثية التوافقية بسبب السرعة n. السرعة التوافقية الفعلية أقل من N. يتم تحديد السرعة التوافقية للمحرك بكل بساطة من خلال العلاقة
ن = 120. F/P حيث: 120 هو فرق الزاوية بين الأطوار F هو تردد المصدر بالهرتز P هو عدد الأقطاب وكما ذكرت فهو دائما رقم زوجي (2,4,6…..)