المحرك الكهربائي

الغرض منه تحويل الطاقة الكهربائية الى طاقة حركية

نظرية عمله اذا مر تيار في كهربائي في سلك متقاطع مع مجال مغناطيسي فان

يتأثر بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه عمودي على كل من السلك أو اذا مر تيار في ملف على شكل * * اتجاه المجال واتجاه التيار

بعزم ازدواج مستطيل متقاطع مع مجال مغناطيسي فان الملف يتأثر يعمل على دورانه حول محوره

تركيبه يشبه تركيب مولد التيار المستمر حيث يتركب من

مغناطيس قوي على شكل حذاء الفرس قطباه متقابالن.1 ملف مستطيل الشكل من سلك نحاسي معزول وعدد لفاته كبير.2

اسطواني من الحديد المطاوع مكون أقراص ملفوف طوليا حول قلب وبحيث يكون الملف والقلب رقيقة معزولة للحد من التيارات الدوامية

الحديدي قابالن للدوران بين قطبي المغناطيس اسطوانة نحاسية مشقوقة الى نصفين بينهما مادة عازلة ويتصالن.3

ويدوران مع الملف ويجب أن يكون المستوى المار بطرفي الملف على مستوى الملف بالشق الفاصل لنصفي االسطوانة عموديا

فرشتان من الكربون أو المعدن ثابتتان وتالمسان نصفي االسطوانة.4 وتتصالن بقطبي البطارية أثناء دورانهما

كيفية عمله اذا بدء الملف من الوضع الذي يكون فيه مستواه موازيا لخطوط.1

العليا متصلة بالقطب الموجب وبتطبيق قاعدة المجال تكون الفرشاة الطويلين للملف نجد أن فلمنج لليد اليسرى على كل من الضلعين

البريمج الضلع العلوي يتحرل الى اليسار كما يشير السهم األسود في بينما الضلع السفلي يتحرك الى اليمين ويمكنك استخدام المفتاح األول

لتوقيف الملف في الوضع المذكور سابقا - - توقف بدوران الملف يقل عزم االزدواج تدريجيا لنقص البعد العمودي بين.2

درجة عموديا على خطوط90يصبح مستوى الملف بعد القوتين حتى الملف يستمر في الدوران المجال وهنا ينعدم عزم االزدواج ولكن

السهمان بسبب القصور الذاتي وتالحظ هذا في البريمج حيث يختفي باللون األسود عندما يكون مستوى الملف عموديا على خطوط المجال

تالمسان الجزء العازل في االسطوانة المشقوقة والفرشتان درجة يصبح مستوى الملف في مستوى المجال مرة أخرى180بعد .3

االسطوانة موضعيهما بالنسبة للفرشتين وبالتالي ينعكس ويتبادل نصفا اتجاه حركة الضلعين الطويلين ولكن اتجاه التيار في الملف وينعكس

ويكون عزم الملف يستمر في الدوران في نفس االتجاه الدائري االزدواج نهاية عظمى

مع استمرار دوران الملف يقل عزم االزدواج الى أن يصل الى الصفر.4 ولكن الملف يستمر في الدوران بسبب القصور الذاتي درجة270عند

يستمر الملف في الدوران في نفس االتجاه الى أن يصل عزم االزدواج.5 درجة وعندها يكون الملف قد دار دورة360عند الى نهاية عظمى

تتحول الطاقة الكهربائية الى كاملة وهكذا تتكرر هذه العملية وبذلك طاقة ميكانيكية

كيف نزيد من قدرة المحرك

بزيادة عدد لفات الملف ولفها حول قلب من الحديد المطاوع المقسم.1 مادة عازلة الى شرائح بينها

تقسم االسطوانة المعدنية الى عدد من القطع ضعف عدد الملفات.2 القطع مادة عازلة بحيث يفصل بين هذه

Mechanical efficient الكفاءة الميكانيكية للمحرك

هي النسبة المئوية لمعدل الشغل الميكانيكي الذي ينجزه المحرك الى القدرة الكلية المغذية له

) تزداد كفاءة المحرك كلما قلت مقاومة ملفاته الداخلية ) علل

المحرك الكهربائي

ك الكهربائي آلة تحوrل الطاقة الكهربائية إلى قدرة ميكانيكية إلنجاز عمل. rرtحuالم غيل عدة آالت ومعدات ميكانيكية مثل غساالت xخدم المحركات الكهربائية لتشt uست وت

المالبس وأجهزة التكييف والمكانس الكهربائية ومجفrفات الشعر وآالت الخياطة والمثاقب الكهربائية والمناشير. وتشغل أنواعz شتى من المحركات األدوات الميكانيكية،

} المعدات التي تسهrل العمل داخل المصانع. والروبوتات، وأيضا

} يقوم } صغيرا ا. فقد يكون جهازا ويتنوع حجم وسعة المحركات الكهربائية تنوع}ا كبير}t يمد قاطرة ثقيلة بالقدرة. ففي الوقت الذي } ضخما كا rبوظائفه داخل ساعة يد أو محر

تحتاج فيه الخالطات ومعظم أدوات المطبخ األخرى لمحركات كهربائية صغيرة ألنها تحتاج فقط لقدرة بسيطة، تتطلب القطارات استخدام محركات أكبر وأكثر تعقيدا،

ا في وقت قصير. ذلك ألن المحرك في هذه الحالة عليه أن يبذل جهد}ا كبير} - محركات1 وبناء على نوع الكهرباء المستخدمة، هناك نوعان رئيسيان للمحركات:

- محركات تعمل بالتيار المستمر. يعكس التيار المتناوب اتجاه2تعمل بالتيار المتناوب سريانه خمسين أو ستين مرة في الثانية. وهو التيار المستعمل في المنازل. وتستعمل} بشكل شائع في األدوات المنزلية. ويسير التيار المستمر محركات التيار المستمر أيضا

في اتجاه واحد فقط، ومصدره الرئيسي� هو البطارية. وتستخدم محركات التيار} شائعا لتشغيل المعدات الميكانيكية في المصانع. كما أنه يستخدم المستمر استخداما

باديء تشغيل في المحركات التي تعمل بالبنزين. وتعتمد المحركات الكهربائية على مغانط كهربائية لتنتج القوة الالزمة إلدارة اآلالت أو

المعدات الميكانيكية. وتسمى اآلالت أو المعدات التي تدار بالمحرك الكهربائي الحمxل.uوص�ل عمود إدارة المحرك بالحمل. وي

مبادئ أساسية

ا من مغنطيس ثابت كيف يعمل المحرك الكهربائي يتكون المحرك الكهربائي أساس}}ا } مغنطيـسي وموصل متحرك. وتشكل خطوط القوى بين أقطـاب المغنطيس مجـاال}ا وينتج }ا. وعندما يمر تيـار كهربائي خالل الموصل يصبح الموصل كهرومغنطيسي ثابت}ا آخر. ويقوي المجاالن المغنطيسيان كل منهما اآلخر ويدفعان ضد } مغنطيسي مجـاال

الموصل.

rد التيار الكهربائي1يعتمد تشغيل المحرك الكهربائي على ثالثة مبادئ رئيسية: ـ يول} مغنطيسيا، ـ يحدد اتجاه التيار في المغنطيس الكهربائي موقع األقطاب2مجاال

ـ تتجاذب األقطاب المغنطيسية أو تتنافر مع بعضها.3المغنطيسية،

}ا حول السلك. وإذا تم لف } مغنطيسي �د مجاال فعندما يمر تيار� كهربائي� خالل سلك يول السلك على هيئة ملف حول قضيب معدني، فإن المجال المغنطيسي يتعاظم حول السلك ويصبح القضيب المعدني ممغنط}ا. وهذا الترتيب للقضيب وسلك الملف هو

مغنطيس كهربائي بسيط، وتعمل نهايتاه كقطبين شمالي وجنوبي. وإحدى الطرق التي توضح العالقة بين اتجاه التيار واألقطاب المغنطيسية هي قاعدة

ا } على هيئة ملف في يدك اليمنى، واعتبر هذا الملف مغنطيس} اليد اليمنى. امسك سلكا}ا. لف أصابعك حوله بحيث تشير إلى اتجاه التيار، عندها يشير إصبع اإلبهام إلى كهربائي القطب الشمالي المغنطيسي وال تنطبق هذه الطريقة إال في حالة سريان التيار من

الطرف الموجب إلى الطرف السالب.

واألقطاب المغنطيسية المتشابهة تتنافر كما هو الحال بالنسبة لقطبين شماليين، واألقطاب المغنطيسية المختلفة تتجاذب مع بعضها. فإذا تم تعليق قضيب مغنطيسي بين طرفي مغنطيس على هيئة حدوة حصان، فإنه سيدور حتى يصبح قطبه الشمالي

في مقابل القطب الجنوبي لمغنطيس حدوة الحصان، في حين يكون القطب الجنوبيلمغنطيس القضيب في مقابل القطب الشمالي لمغنطيس حدوة الحصان.

أجزاء المحرك الكهربائي} من موصل كهربائي دوار، موضوع بين قطبين شمالي يتكون المحرك الكهربائي أساسا

وجنوبي لمغنطيس ثابت. ويعرف الموصل باسم الحافظة )غالف األرماتور(، بينما{ } ضروريا tة المجال. وهناك أيض}ا المبدrل الذي يعد� جزءا xي �ن يعرف المغنطيس الثابت باسم ب

في كثير من المحركات الكهربائية وخاصة محركات التيار المستمر.} داخل المحرك، حيث يتكون المجال:بنية المجال } مغنطيسيا تولد بنية المجال مجاال

المغنطيسي من خطوط قوى توجد بين قطبي المغنطيس الثابت. وتتكون بنية المجال في محرك التيار المستمر البســيط من مغنطيس دائم يســـــــمى مغنطيس المجال.

} واألكثر تعقيدا تتركب بنية المجال من أكثر من وفي بعض المحركات األكبر حجما مغنطيس كهربائي تتغذى بالكهرباء عن طريق مصدر خارجي. وتسمى مثل هذه

المغانط الكهربائية ملفات المجال.}ا:الحافظة تصبح الحافظة ـ التي عادة ما تكون أسطوانية الشكل ـ مغنطيسا كهربائي

عندما يمر التيار من خاللها. وهي متصلة بعمود إدارة، حتى تتمكن من إدارة الحمل. وتدور الحافظة في محركات التيار المستمر البسيطة الصغيرة بين أقطاب المجال

} للقطب الجنوبي للمغنطيس. ويعكس المغنطيسي حتى يصبح قطبها الشمالي مقابال} جنوبيا، فيتنافر القطبان rر قطب الحافظة الشمالي ليجعله قطبا عندها اتجاه التيار لتغيxن الجنوبيان، مما يجعل الحافظة تقوم بنصف دورة. وعندما يصبح قطبا الحافظة مقابلي

للقطبين المختلفين للمجال المغنطيسي مرة أخرى يتغير اتجاه التيار مرة أخرى. وفي كل مرة ينعكس فيها اتجاه التيار، تدور الحافظة نصف دورة. وتتوقف الحافظة

عن الدوران عندما ال ينعكس اتجاه التيار. وعندما تدور الحافظة فإنها التقطع خطوط} في rدها بنية المجال. وينتج قطع المجال المغنطيسي جهدا القوى المغنطيسية التي تول

كة. وهذا الجهد الكهربائي يسمى القوة الدافعة rاالتجاه المعاكس للقوة المحر الكهربائية المعاكسة التي تقلrل من سرعة دوران الحافظة، كما أنها تقلل من التيار} فإن الحافظة ستدور بسرعة عالية } بسيطا الذي تحمله. فإذا كان المحرك يدير حمال

rد قوة دافعة كهربائية معاكسة أكبر. وعندما يزداد الحمل تدور الحافظة أبطأ حيث وتول} أقل من خطوط القوى المغنطيسية. وعلى ذلك، فإن المحرك الذي يحمل تقطع عددا

} أكبر يعمل بكفاءة أكثر ألنه يستخدم طاقة أقل لبذل شغل. حمال يستخدم المبدrل بصفة أساسية في محركات التيار المستمر، حيث يعكس:المبدل

اتجاه التيار في الحافظة ويساعد على نقل التيار بين الحافظة ومصدر القدرة. ويتكون المبدل في محرك التيار المستمر من حلقة مقسمة إلى جزءين أو أكثر، ومثبتة في

عمود اإلدارة مقابل الحافظة. وتتصل نهايات ملفات الحافظة باألجزاء المختلفة. وصل التيار الكهربائي القادم من مصدر القدرة الخارجي بالمبدل عن طريق قطعة

} فرشاة أخرى موضوعة في الجانب اآلخر للمبدل صغيرة تسمى الفرشاة. وهناك أيضا تعمل على حمل التيار، وإرجاعه إلى مصدر القدرة. وعندما تتصل إحدى الحلقات مع

الفرشاة األولى، تلتقط التيار الكهربائي من الفرشاة وترسله عبر الحافظة، وعندما تقع األقطاب المغنطيسية التي تتكون على الحافظة بعد األقطاب المتشابهة لمغنطيس المجال، تدور الحافظة نصف دورة مارة بإحدى الفجوات التي تفصل الحلقات. ثم

تتصل الحلقة الثانية من المبدrل مع الفرشاة األولى وتصبح حاملة للتيار إلى الحافظة، وبهذا ينعكس اتجاه التيار كما ينعكس موضع األقطاب في الحافظة. وعندما تتقابل

األقطاب المتشابهة لمغنطيس المجال والحافظة تستمر الحافظة في الدوران. ال تحتوي معظم محركات التيار المتناوب على مبدالت، ألن التيار يعكس نفسه تلقائيا.

وفي بعض محركات التيار المتناوب، يسري التيار القادم من المصدر الخارجي إلى األجزاء المتحركة من المحرك وبالعكس، عبر مجموعة من الفرش تعمل متصلة

بحلقات انزالق بدال من حلقات منفصلة.

أنواع المحركات الكهربائية

المصدر الشائع لقدرة المحرك هو التيار المستمر:أجزاء محرك التيار المستمر من البطارية. وألن التيار المستمر يسير في اتجاه واحد، فإن محركات التيار المستمر تعتمد على مبدالت ذات حلقات مشقوقة لتعكس اتجاه سريان التيار. ويساعد المبدل

أيض}ا على نقل التيار بين مصدر القدرة والحافظة. محركات التيار المستمر. تحتاج محركات التيارالمستمر إلى مبدrالت حتى تعكس اتجاه

التيار. وهناك ثالثة أنواع رئيسية من محركات التيار المستمر وهي: محركات توالي، وتوازي، ومuركبة. واالختالف الرئيسي فيما بينها هو في ترتيب الدائرة بين الحافظة

وبين بنية المجال.

ففي محركات التوالي، يتصل كل من الحافظة ومغنطيس المجال كهربائيا على التوالي. ويسري التيار خالل مغنطيس المجال ثم الحافظة. وعندما يسري التيار خالل}، حتى وإن البنية بهذا الترتيب يزيد قوة المغانط. وتبدأ محركات التوالي العمل سريعا

كانت تعمل على ح�مxل ثقيل رغم أن هذا الحمل سيقلل من سرعة المحرك.

uوص�ل كل من المغنطيس والحافظة على التوازي. ويسري وفي محركات التوازي، ي جزء من التيار خالل المغنطيس بينما يسري الجزء اآلخر خالل الحافظة. ويلف سلك

رفيع حول مغنطيس المجال عدة مرات من أجل زيادة المغنطيسية. ويخلق إنشاء المجال المغنطيسي بهذه الطريقة مقاومة للتيار. وتعتمد قوة التيار ودرجة

} لذلك، على مقاومة السلك بدال من ح�مxل المحرك. المغنطيسية تبعا

ويعمل محرك التوازي بسرعة ثابتة بغض النظر عن الح�مxل، ولكن إذا كان الحمل كبيرا} تحدث مشاكل للمحرك عند بدء التشغيل. جدا

�ب مجاالن مغنطيسيان متصالن بالحافظة، أحدهما على التوالي واآلخر ك tرuوللمحرك الم على التوازي. وللمحركات المركبة مميزات كل} من محرك التوالي ومحرك التوازي، إذ} حتى ولو زاد الحمل يسهل بدء تشغيلها مع حمل كبير وتحافظ على سرعة ثابتة نسبيا

فجأة.

تستقبل معظم محركـات التيـار المتنـاوب القدرة :أجزاء محرك التيار المتناوب}ا. ويسمى الموصل من مخـارج الكهـرباء. ويعكـس التيار المتناوب اتجاه سريانه تلقائي الدوار في محرك التيار المتناوب عادة العضو الدوار. أما الجزء الساكن )الثابت( الذي}ا باسم العضو الساكن. يشتمل على مغنطيس المجال وملفات المجال فيشار له أحيان

محركات التيار المتناوب. محركات التيار المتناوب سهلة الصنع، ومريحة في االستعمال وال تحتاج إلى مبدالت، ويعمل معظمها على مخارج التيار الموجودة في المنازل. ويسمى الجزء المتحرك في محرك التيار المتناوب بالعضو الدوار والجزء الثابت بالعضو الساكن. وتشمل معظم محركات التيار المتناوب الشائعة محركات حثية

ومحركات متزامنة.

ويتكون العضو الدوار في المحرك الحثي من قلب حديدي أسطواني به فتحات فيuربط بحلقة نحاسية جانبه الطولي. وتثبت قضبان من النحاس في هذه الفتحات وت سميكة في كل طرف. واليتصل العضو الدو�ار مباشرة بمصدر الكهرباء الخارجي.

} مغنطيسيا ويسري التيار المتناوب حول ملفات المجال في العضو الثابت ويولد مجاال}ا في العضو الدوار مما ينتج عنه مجال مغنطيسي ا كهربائي }. ويولد هذا المجال تيار} دوارا

آخر. ويتفاعل المجال المغنطيسي الناشئ من العضو الدوار مع المجال المغنطيسي}ا حركة العضو الدوار. rب اآلتي من العضو الساكن، مuسب

}. ولكن العضو الدوار } دوارا } مغنطيسيا rدu العضو الساكن في المحرك التزامني مجاال يول} من اعتماده على المجال يستقبل التيار مباشرة من مصدر كهربائي خارجي بدال

المغنطيسي الناشئ من العضو الساكن لتوليد تيار كهربائي. ويتحرك العضو الدوار بسرعة ثابتة متزامنة مع المجال الدوار للعضو الساكن. وتتناسب السرعة مع التردد

الذي ينعكس به التيار المتناوب الناشئ من العضو الساكن. وحيث إن التردد ثابت دائما فإن المحركات التزامنية، مثلها مثل محركات التيار المركبة، لها سرعة ثابتة حتى في} طاقة أقل، وتعتبر مثالية للساعات وجود حمل متغير. وتستهلك تلك المحركات أيضا

}ا. }ا هادئ } ودوران والتلسكوبات التي تتطلب توقيتا دقيقا تصنع المحركات العامة بحيث تعمل إما على التيار المستمر وإما:المحركات العامة

ك العام المuبدrل ويشبه تكوينه األساسي تصميم على التيار المتناوب. ويستخدم المحر� محرك التوالي ذي التيار المستمر. ففي حالة التيار المستمر، تعمل وكأنها محرك تيار

مستمر على التوالي. وإذا استعمل التيار المتناوب تنعكس األقطاب المغنطيسية للحافظة ولملفات المجال مع انعكاس تردد التيار. والمحركات العامة شائعة

} لمرونتها. االستعمال في األجهزة المنزلية نظرا

نبذة تاريخية بدأ تطوير المحركات الكهربائية في بداية القرن التاسع عشر باكتشاف المغانط

م، اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد أن1820الكهربائية. ففي عام }ا. وفي العشرينيات من السلك الذي يمر فيه تيار كهربائي يولد حوله مجاال مغنطيسي

} لعمل مغانط كهربائية أقوى، القرن التاسع عشر وجد عدد آخر من العلماء طرقا م، قام كهربائي إنجليزي يدعى وليم1825وجعلها عملية بشكل أفضل. ففي عام

}ا أقوى. وفي أواخر ا كهربائي ستيرجون بلف موصل حول قضيب حديدي لينتج مغنطيس} العشرينيات من القرن التاسع عشر، أوضح الفيزيائي األمريكي جوزيف هنري أنه يمكن ابتكار مغنطيس كهربائي أكثر قوة بلف عدة طبقات من األسالك المعزولة حول قطعة

من الحديد.

م، قام الكيميائي الفيزيائي اإلنجليزي مايكل فارادي بالعديد من1831وفي عام التجارب التي تضمنت مغنطيسات وتيارات كهربائية. وفي إحدى التجارب، قام بتدوير قرص نحاسي بين قطبين مغنطيسيين على هيئة حدوة حصان. وعملت هذه المعدات

} بين المركز وحافة القرص النحاسي. ثم عر�ض } كهربائيا مولد}ا بسيط}ا، حيث ولدت جهدا فارادي مركز القرص وحافته لجهد كهربائي بينهما عندما كان القرص في حالة

السكون، فبدأ القرص في الد�وران. وكانت هذه اآللة البسيطة أول محرك كهربائي، ولكنها لم تكن ذات قوة كافية لتقوم بعمل مفيد، وكانت غير مجدية على اإلطالق.

ولكن رغم ذلك كان فارادي قد أسس بها مبدأ المحرك الكهربائي - وهو أن الحركة المستمرة يمكن إنتاجها بإمرار تيار كهربائي خالل موصل في وجود مجال مغنطيسي

قوي.

م، ظهر أول محرك تيار مستمر ناجح تجاريا، حيث عرضه مهندس1873وفي عام } حافظة من uدعى زينوب ثيوفيل جرام في فيينا.وقدم جرام أيضا كهربائي بلجيكي ي

شأنها تحسين كفاءة المحركات والمولدات الكهربائية البدائية.

م، اخترع مهندس صربي األصل يدعى نيقوال تسال محرك التيار1888وفي عام المتناوب. وفي بداية القرن العشرين الميالدي، تم تطوير كثير من المحركات

الكهربائية المتقدمة.

وفي العقد األول من القرن العشرين، أجرى العديد من المهندسين والمخترعين تجارب مع المحركات الكهربائية الخطية. فبدال من الدوران تنتج مثل هذه المحركات

موجة كهرومغنطيسية تستطيع مباشرة تسيير عربة. وأصبح استخدام المحرك الخطي} بفضل العمل الرائد للمهندس الكهربائي إيريك ليثويت في الخمسينيات أكثر شيوعا

والستينيات من القرن العشرين