كيف تقوم المحركات الكهربائية بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية؟

محركات كهربائية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية من خلال تفاعل المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية. تعتمد هذه العملية على المبادئ الأساسية للكهرومغناطيسية التي اكتشفها علماء مثل مايكل فاراداي وأندريه ماري أمبير. وفيما يلي شرح تفصيلي لكيفية حدوث هذا التحويل:

المبادئ الأساسية:
الكهرومغناطيسية:

يولد التيار الكهربائي الذي يمر عبر موصل مجالًا مغناطيسيًا حوله. وهذا ما وصفه قانون أمبير.
عندما يتم وضع موصل يحمل تيارًا داخل مجال مغناطيسي خارجي، فإنه يتعرض لقوة. وهذا موصوف في قانون قوة لورنتز.
تأثير المحرك:

القوة التي يتعرض لها الموصل تكون متعامدة مع اتجاه التيار والمجال المغناطيسي. يمكن لهذه القوة أن تجعل الموصل يتحرك، مما يولد طاقة ميكانيكية.

مكونات المحرك الكهربائي:
الجزء الثابت:

الجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك وعادة ما يحتوي على اللفات أو المغناطيس الدائم الذي يولد المجال المغناطيسي.
في المحركات المتناوبة، يتم تشغيل ملفات الجزء الثابت بواسطة تيار متردد لإنتاج مجال مغناطيسي دوار.
في محركات التيار المستمر، يمكن أن يحتوي الجزء الثابت على مغناطيسات أو ملفات دائمة مزودة بتيار مباشر لإنشاء مجال مغناطيسي ثابت.
الدوار:

الدوار هو الجزء الدوار من المحرك، الموجود داخل الجزء الثابت. وعادة ما تحتوي على الموصلات أو اللفات حيث يتم إحداث التيار.
في المحركات المتناوبة، يمكن أن يكون الجزء المتحرك على شكل قفص سنجابي (في المحركات التحريضية) أو يحتوي على ملفات (في المحركات المتزامنة).
في المحركات التي تعمل بالتيار المستمر، يحتوي العضو الدوار (ويسمى أيضًا عضو الإنتاج) على ملفات متصلة بمبدل التيار.
العاكس والفرش (في محركات التيار المستمر):

يحافظ العاكس والفرش على الاتصال الكهربائي بين الأجزاء الثابتة والدوارة، مما يضمن تدفق التيار بشكل صحيح من خلال اللفات الدوارة.
تشغيل المحركات الكهربائية:
محركات التيار المتردد:
المحركات الحثية:

الجزء الثابت: عندما يتدفق تيار متناوب عبر ملفات الجزء الثابت، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا.
الجزء المتحرك: يقوم المجال المغناطيسي الدوار بتحفيز تيار في قضبان الجزء الدوار، مما يؤدي إلى إنشاء مجال مغناطيسي آخر يتفاعل مع مجال الجزء الثابت.
الدوران: ينتج عن التفاعل بين المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت والمجال المغناطيسي المستحث في الجزء المتحرك عزم دوران، مما يؤدي إلى دوران الجزء المتحرك.
المحركات المتزامنة:

الجزء الثابت: على غرار المحركات التحريضية، تخلق ملفات الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا دوارًا عندما يتم تشغيلها بواسطة التيار المتردد.
الدوار: يحتوي الدوار على ملفات متصلة بمصدر طاقة تيار مستمر خارجي أو مغناطيس دائم. يتم قفل المجال المغناطيسي للجزء الثابت على حقل الجزء الثابت الدوار، مما يتسبب في دوران الجزء المتحرك بنفس سرعة مجال الجزء الثابت (السرعة المتزامنة).
محركات التيار المستمر:
الجزء الثابت:

يوفر الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا باستخدام إما مغناطيس دائم أو ملفات مدعومة بمصدر تيار مستمر.
الدوار (حديد التسليح):

يحتوي الدوار على ملفات متصلة بمبدل. عندما يتدفق التيار عبر اللفات الدوارة، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا.
تخفيف:

يعكس جهاز العاكس اتجاه تدفق التيار عبر ملفات الدوار أثناء دوران الجزء الدوار، مع الحفاظ على الدوران المستمر.
الفرش: تحافظ الفرش على الاتصال الكهربائي مع المبدل، مما يسمح للتيار بالتدفق إلى ملفات الدوار.
دوران:

التفاعل بين المجال المغناطيسي للجزء الثابت والمجال المغناطيسي للجزء المتحرك يولد عزم الدوران، مما يتسبب في دوران الجزء المتحرك. يضمن العاكس أن يكون عزم الدوران دائمًا في نفس الاتجاه، مما يؤدي إلى دوران مستمر.
مثال: التشغيل البسيط لمحرك التيار المستمر:
مزود الطاقة:

عندما يتم تطبيق جهد التيار المستمر على المحرك، يتدفق التيار عبر الفرش والمبدل إلى ملفات الدوار.
التفاعل المغناطيسي:

يولد التيار عبر اللفات الدوارة مجالًا مغناطيسيًا حول الدوار.
يتفاعل المجال المغناطيسي للجزء المتحرك مع المجال المغناطيسي للجزء الثابت، مما يخلق قوة تدفع الجزء المتحرك إلى الدوران.
تخفيف:

أثناء دوران الجزء المتحرك، تقوم أجزاء المجمّع بتبديل اتجاه التيار في ملفات الجزء المتحرك، مما يحافظ على الدوران المستمر وعزم الدوران الثابت.
الإخراج الميكانيكي:

يتم نقل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن الدوار الدوار إلى عمود المحرك، والتي يمكن بعد ذلك استخدامها لأداء العمل، مثل قيادة الحمل الميكانيكي.

تقوم المحركات الكهربائية بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية من خلال مبادئ الكهرومغناطيسية. من خلال التصميم الدقيق للعضو الثابت والدوار والمكونات الأخرى، يمكن للمحركات إنتاج حركة دورانية بكفاءة وموثوقية، والتي يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات، من الأجهزة المنزلية إلى الآلات الصناعية.