مبدأ تحويل الطاقة في المحركات الكهربائية

يشير مبدأ تحويل الطاقة في المحرك الكهربائي إلى آليته الأساسية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، والتي تعتمد على قوانين الحث الكهرومغناطيسي والقوة الكهرومغناطيسية (قانون أمبير).

على وجه التحديد، يحقق المحرك تحويل الطاقة من خلال التفاعل الكهرومغناطيسي بين الجزء الثابت والدوار: يولد ملف الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا بعد تنشيطه، والذي يتفاعل مع التيار في موصل الجزء المتحرك لإنتاج القوة الكهرومغناطيسية (قوة لورنتز)، وبالتالي تشكيل عزم الدوران الذي يدفع الجزء الدوار إلى الدوران، وفي النهاية تحويل الطاقة الكهربائية المدخلة إلى طاقة حركية ميكانيكية.

 

المبدأ الأساسي لتحويل الطاقة في المحركات الكهربائية

الحث الكهرومغناطيسي والقوة الكهرومغناطيسية: عندما يمر تيار عبر موصل المحرك (مثل ملف الجزء الثابت)، يتولد مجال مغناطيسي حوله؛ يتفاعل المجال المغناطيسي مع التيار المار في الدوار، وبحسب قانون أمبير للقوة، يتعرض الموصل لقوة تؤدي إلى دوران الدوار

مسار تحويل الطاقة: بعد إدخال الطاقة الكهربائية إلى المحرك، يتم تحويلها إلى الحركة الدورانية للدوار (طاقة ميكانيكية) من خلال الحث الكهرومغناطيسي والقوة الكهرومغناطيسية، التي تدفع الحمل الخارجي إلى العمل

الهيكل الرئيسي: يتكون المحرك بشكل أساسي من الجزء الثابت (الجزء الثابت، توليد المجال المغناطيسي) والدوار (الجزء الدوار، التيار الحامل). تتضمن بعض المحركات أيضًا مبدلًا (محرك DC) أو محول تردد (محرك AC) للحفاظ على عزم الدوران أحادي الاتجاه.

 

تصنيف وخصائص عمل المحركات

يمكن تقسيم المحركات الكهربائية إلى محركات تعمل بالتيار المستمر ومحركات تعمل بالتيار المتردد وفقًا لمصادر الطاقة الخاصة بها. من بينها، تُستخدم محركات التيار المتردد على نطاق واسع في أنظمة الطاقة، بما في ذلك المحركات المتزامنة والمحركات غير المتزامنة (المحركات غير المتزامنة لها سرعات دوارة غير متزامنة مع سرعات المجال المغناطيسي للجزء الثابت).

6. يتم إنشاء المجال المغناطيسي الدوار لمحرك التيار المتردد بواسطة تيارات متوازنة ثلاثية الطور - تمر عبر ملفات الجزء الثابت بفارق مكاني قدره 120 درجة،

من بينها، (omega=2 \\ pi f) هو التردد الزاوي، (f) هو تردد الطاقة، (p) هو لوغاريتم الأقطاب، وسرعة التواقت (n0=60f/p)

7. سرعة الدوار للمحرك غير المتزامن (n=(1- s) n0) تتأخر دائمًا عن السرعة المتزامنة، مما يمنحه قدرة تشغيل ناعمة طبيعية بسبب خاصية "غير المتزامنة"

 

الخلفية التاريخية والتطبيق

نشأ مبدأ عمل المحركات الكهربائية من التأثير المغناطيسي الحالي الذي اكتشفه أوستر عام 1820، ومن ثم اخترع فاراداي أول جهاز محرك كهربائي عام 1821

6. لقد تم استخدام المحركات الحديثة على نطاق واسع في الصناعات والنقل والأجهزة المنزلية، وتعتمد كفاءة تحويل الطاقة الخاصة بها على النوع والتصميم وظروف الاستخدام. على سبيل المثال، عادة ما تكون محركات التيار المتردد أكثر كفاءة من محركات التيار المستمر

1. مع تطور علوم المواد وتكنولوجيا التحكم، تتطور المحركات نحو كثافة طاقة أعلى وذكاء أكبر

يستخدم المحرك الكهربائي مبدأ القوة المؤثرة على موصل مكهرب في مجال مغناطيسي (والذي يختلف عن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي، وتفصل فيزياء الصف التاسع الحالية في مطبعة التعليم الشعبي بين الاثنين بوضوح). تم اكتشاف هذا المبدأ من قبل الفيزيائي الدنماركي أوستر، الذي ولد في 14 أغسطس 1777 في عائلة صيدلانية في رودجوبين، جزيرة لانجلونج. وفي عام 1794، تم قبوله في جامعة كوبنهاغن وحصل على درجة الدكتوراه في عام 1799. وفي الفترة من 1801 إلى 1803، زار دولًا مثل ألمانيا وفرنسا والتقى بالعديد من الفيزيائيين والكيميائيين. منذ عام 1806، عمل أستاذًا للفيزياء في جامعة كوبنهاجن، ومن عام 1815، أصبح السكرتير التنفيذي للجمعية الملكية الدنماركية. وفي عام 1820، حصل على وسام كوبلي من الجمعية الملكية في إنجلترا لاكتشافه المتميز للتأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي.

منذ عام 1829، شغل منصب عميد معهد كوبنهاجن للتكنولوجيا. توفي في 9 مارس 1851 في كوبنهاجن. وقد أجرى أبحاثًا واسعة النطاق في الفيزياء والكيمياء والفلسفة. بسبب تأثير فلسفة كانط وفلسفة شيلينج الطبيعية، أعتقد اعتقادًا راسخًا أن القوى الطبيعية يمكن أن تتحول إلى بعضها البعض، وقد استكشفت منذ فترة طويلة العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. وفي أبريل 1820، تم اكتشاف تأثير التيار الكهربائي على الإبر المغناطيسية، أي التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي. وفي 21 يوليو من نفس العام، نشر النتائج التي توصل إليها تحت عنوان "تجربة تأثير الصراع الكهربائي على الإبر المغناطيسية". أحدثت هذه الورقة القصيرة صدمة كبيرة في مجتمع الفيزياء الأوروبي، مما أدى إلى ظهور عدد كبير من النتائج التجريبية وبالتالي فتح مجال جديد في فيزياء - الكهرومغناطيسية.

التصنيف الهيكلي

1، يتكون هيكل المحرك غير المتزامن ثلاثي الطور- من الجزء الثابت والدوار والملحقات الأخرى.

(1) الجزء الثابت (الجزء الثابت)

1. الجزء الثابت من الحديد

الوظيفة: كجزء من الدائرة المغناطيسية للمحرك، والتي يتم وضع ملف الجزء الثابت عليها.

البناء: يتم تصنيع قلب الجزء الثابت بشكل عام عن طريق تثقيب وتصفيح صفائح فولاذ السيليكون مع طبقات عازلة على السطح بسمك 0.35 ~ 0.5 ملم. توجد فتحات موزعة بالتساوي في الدائرة الداخلية للنواة لتضمين ملف الجزء الثابت.

هناك عدة أنواع من أنواع الفتحات الأساسية للجزء الثابت:

الفتحة نصف المغلقة: كفاءة المحرك وعامل الطاقة مرتفعان، ولكن من الصعب تضمين اللف والعزل. يستخدم بشكل عام في المحركات الصغيرة ذات الجهد المنخفض-.

فتحة نصف مفتوحة: قادرة على تضمين ملفات مقولبة، وتستخدم بشكل عام للمحركات الكبيرة والمتوسطة ذات الجهد المنخفض-الحجم-. ما يسمى-اللف المشكل يشير إلى اللف الذي يمكن عزله قبل وضعه في الفتحة.

الفتحة المفتوحة: تستخدم لتضمين اللفات المقولبة، بطريقة عزل مريحة، وتستخدم بشكل رئيسي في المحركات ذات الجهد العالي-.

 

2. لف الجزء الثابت

الوظيفة: هو جزء الدائرة من المحرك الكهربائي، والذي يتم تزويده بطاقة تيار متردد ثلاثية -طور لتوليد مجال مغناطيسي دوار.

البناء: مكون من ثلاث ملفات متطابقة مرتبة بشكل متناظر بزاوية كهربائية قدرها 120 درجة في الفضاء، كل ملف من هذه الملفات مدمج بنمط معين في كل فتحة من فتحات الجزء الثابت.

هناك ثلاثة عناصر عزل رئيسية لملفات الجزء الثابت: (ضمان عزل موثوق بين الأجزاء الموصلة للملف والقلب الحديدي، بالإضافة إلى عزل موثوق بين اللفات نفسها).

⑴ العزل الأرضي: العزل بين ملف الجزء الثابت بأكمله ونواة الجزء الثابت.

⑵ العزل بين الطور: العزل بين اللفات الثابتة لكل مرحلة.

⑶ العزل البيني: العزل بين لفات كل ملف ثابت في كل مرحلة.

الأسلاك داخل صندوق توصيل المحرك:

توجد كتلة طرفية داخل صندوق توصيل المحرك، ويتم ترتيب نهايات الأسلاك الستة لملفات الطور الثلاث- في صفين، مع الصف العلوي المكون من ثلاث أعمدة طرفية مرتبة من اليسار إلى اليمين مرقمة 1 (U1)، و2 (V1)، و3 (W1)، والصف السفلي من ثلاث أعمدة طرفية مرتبة من اليسار إلى اليمين مرقمة 6 (W2)، و4 (U2)، و5 (V2). قم بتوصيل -ملف الطور الثلاث في اتصال نجمي أو دلتا. وينبغي ترتيب جميع عمليات التصنيع والصيانة وفقًا لهذا الرقم التسلسلي.

 

3. قاعدة الآلة

الوظيفة: إصلاح قلب الجزء الثابت وأغطية النهاية الأمامية والخلفية لدعم الدوار وتوفير الحماية وتبديد الحرارة ووظائف أخرى.

البناء: القاعدة عادة ما تكون مصنوعة من الحديد الزهر. عادة ما تكون قاعدة المحركات غير المتزامنة الكبيرة ملحومة بألواح فولاذية، في حين أن قاعدة المحركات الصغيرة مصنوعة من الألومنيوم المصبوب. يحتوي المحرك المغلق على أضلاع لتبديد الحرارة على الجزء الخارجي من القاعدة لزيادة مساحة تبديد الحرارة، بينما يحتوي المحرك الواقي على فتحات تهوية على طرفي غطاء القاعدة للسماح بالحمل الحراري المباشر للهواء داخل المحرك وخارجه، مما يسهل تبديد الحرارة.