محركات التيار المستمر هي آلات موجودة في كل مكان في مجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية المستخدمة في التطبيقات المختلفة.

عادة، يتم نشر هذه المحركات في المعدات التي تتطلب شكلاً من أشكال التحكم الدوار أو إنتاج الحركة.تعد محركات التيار المباشر مكونات أساسية في العديد من مشاريع الهندسة الكهربائية.إن الفهم الجيد لتشغيل محرك التيار المستمر وتنظيم سرعة المحرك يمكّن المهندسين من تصميم التطبيقات التي تحقق تحكمًا أكثر كفاءة في الحركة.

ستلقي هذه المقالة نظرة فاحصة على أنواع محركات التيار المستمر المتوفرة وطريقة عملها وكيفية التحكم في السرعة.

ما هي محركات التيار المستمر؟

يحبمحركات التيار المترددتقوم محركات التيار المستمر أيضًا بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.عملها هو عكس مولد التيار المستمر الذي ينتج تيارًا كهربائيًا.على عكس محركات التيار المتردد، تعمل محركات التيار المستمر بقدرة التيار المستمر، وهي طاقة غير جيبية وأحادية الاتجاه.

البناء الأساسي

على الرغم من أن محركات التيار المستمر مصممة بطرق مختلفة، إلا أنها جميعها تحتوي على الأجزاء الأساسية التالية:

• الدوار (جزء من الآلة الذي يدور؛ والمعروف أيضًا باسم "عضو الإنتاج")
• الجزء الثابت (اللفات الميدانية، أو الجزء "الثابت" من المحرك)
• عاكس التيار (يمكن تنظيفه بالفرشاة أو بدون فرش، حسب نوع المحرك)
• مغناطيس المجال (يوفر المجال المغناطيسي الذي يدير المحور المتصل بالدوار)

من الناحية العملية، تعمل محركات التيار المستمر على أساس التفاعلات بين المجالات المغناطيسية التي ينتجها العضو الدوار وتلك الخاصة بالجزء الثابت أو المكون الثابت.

وحدة تحكم بمحرك بدون فرش DC بدون مستشعر.الصورة المستخدمة من باب المجاملةكنزي مود.

مبدأ التشغيل

تعمل محركات التيار المستمر على مبدأ فاراداي الكهرومغناطيسي الذي ينص على أن الموصل الحامل للتيار يتعرض لقوة عند وضعه في مجال مغناطيسي.وفقًا لـ "قاعدة اليد اليسرى للمحركات الكهربائية" لفليمنج، فإن حركة هذا الموصل تكون دائمًا في اتجاه عمودي على التيار والمجال المغناطيسي.

رياضياً، يمكننا التعبير عن هذه القوة بالصيغة F = BIL (حيث F هي القوة، B هو المجال المغناطيسي، I أرمز للتيار، وL هو طول الموصل).

أنواع محركات التيار المستمر

تنقسم محركات التيار المستمر إلى فئات مختلفة، اعتمادًا على بنائها.تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا المغناطيس الدائم أو المسطح أو بدون فرش أو المغناطيس الدائم أو المتسلسل أو المتوازي.

محركات نحى وبدون فرش

محرك DC مصقوليستخدم زوجًا من فرش الجرافيت أو الكربون لتوصيل أو توصيل التيار من عضو الإنتاج.عادة ما يتم الاحتفاظ بهذه الفرش على مقربة من المبدل.تشمل الوظائف المفيدة الأخرى للفرش في محركات التيار المستمر ضمان التشغيل بدون شرارة، والتحكم في اتجاه التيار أثناء الدوران، والحفاظ على نظافة المبدل.

محركات التيار المستمر بدون فرشلا تحتوي على فرش الكربون أو الجرافيت.وهي تحتوي عادة على واحد أو أكثر من المغناطيسات الدائمة التي تدور حول عضو إنتاج ثابت.بدلاً من الفرش، تستخدم محركات DC بدون فرش دوائر إلكترونية للتحكم في اتجاه الدوران والسرعة.

محركات المغناطيس الدائم

تتكون المحركات ذات المغناطيس الدائم من دوار محاط بمغناطيسين دائمين متعارضين.توفر المغناطيسات تدفقًا للمجال المغناطيسي عند تمرير التيار المستمر، مما يتسبب في دوران الجزء المتحرك في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة، اعتمادًا على القطبية.الميزة الرئيسية لهذا النوع من المحركات هو أنه يمكن أن يعمل بسرعة متزامنة مع تردد ثابت، مما يسمح بتنظيم السرعة الأمثل.

محركات DC ذات الجرح المتسلسل

تحتوي المحركات المتسلسلة على ملفات الجزء الثابت (المصنوعة عادة من قضبان النحاس) ولفائف المجال (ملفات النحاس) المتصلة على التوالي.وبالتالي، فإن تيار عضو الإنتاج وتيارات المجال متساويان.يتدفق التيار العالي مباشرة من مصدر الإمداد إلى اللفات الميدانية التي تكون أكثر سمكًا وأقل من تلك الموجودة في محركات التحويل.يزيد سمك اللفات الميدانية من قدرة حمل المحرك وينتج أيضًا مجالات مغناطيسية قوية تمنح محركات التيار المستمر المتسلسلة عزم دوران مرتفعًا جدًا.

تحويلة العاصمة المحركات

يحتوي محرك التحويلة DC على عضو الإنتاج ولفائف المجال متصلة بالتوازي.بسبب الاتصال الموازي، يتلقى كلا الملفين نفس جهد الإمداد، على الرغم من تحفيزهما بشكل منفصل.تحتوي محركات التحويل عادةً على عدد أكبر من اللفات على اللفات من المحركات المتسلسلة، مما يخلق مجالات مغناطيسية قوية أثناء التشغيل.يمكن أن تتمتع المحركات التحويلية بتنظيم ممتاز للسرعة، حتى مع وجود أحمال مختلفة.ومع ذلك، فإنها عادة ما تفتقر إلى عزم الدوران العالي للمحركات المتسلسلة.

دائرة للتحكم في المحرك والسرعة مثبتة في مثقاب صغير.الصورة المستخدمة من باب المجاملةديلشان ر. جاياكودي

التحكم في سرعة محرك التيار المستمر

هناك ثلاث طرق رئيسية لتحقيق تنظيم السرعة في سلسلة محركات التيار المستمر - التحكم في التدفق، والتحكم في الجهد، والتحكم في مقاومة عضو الإنتاج.

1. طريقة التحكم في التدفق

في طريقة التحكم في التدفق، يتم توصيل مقاومة متغيرة (نوع من المقاومات المتغيرة) على التوالي مع ملفات المجال.الغرض من هذا المكون هو زيادة المقاومة التسلسلية في اللفات مما يقلل التدفق، وبالتالي زيادة سرعة المحرك.

2. طريقة تنظيم الجهد

عادةً ما يتم استخدام طريقة التنظيم المتغير في محركات التيار المستمر ذات التحويلة.هناك، مرة أخرى، طريقتان لتحقيق التحكم في تنظيم الجهد:

• توصيل مجال التحويل بجهد مثير ثابت مع تزويد عضو الإنتاج بجهود مختلفة (ويعرف أيضًا باسم التحكم في الجهد المتعدد)
• تغيير الجهد المزود إلى عضو الإنتاج (المعروف أيضًا باسم طريقة وارد ليونارد)

3. طريقة التحكم في مقاومة حديد التسليح

يعتمد التحكم في مقاومة عضو الإنتاج على مبدأ أن سرعة المحرك تتناسب طرديًا مع EMF الخلفي.لذا، إذا تم الحفاظ على جهد الإمداد ومقاومة عضو الإنتاج عند قيمة ثابتة، فإن سرعة المحرك ستكون متناسبة بشكل مباشر مع تيار عضو الإنتاج.