لا يخفى المحرك الكهربائي عن أحد إذ لا يمر يوما دون أن يراه؟ تجده في الخلاط في مطبخك حيث تقوم الشفرات الدوارة بهرس الأشياء وخلطها. كما تراه في المروحة في غرفتك بحيث تقوم الشفرات بتحريك الهواء وتبريد الجو. فهل تساءلت كيف تعمل تلك الأشياء؟ نستعرض أدناه مفهوم المحرك الكهربائي ومكوناته ومبدأ عمله.
ما هو المحرك الكهربائي؟
المحرك الكهربائي عبارة عن آلة كهربائية تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، تعمل من خلال التفاعل بين المجال المغناطيسي للمحرك والتيار الكهربائي في ملف سلكي. إذ يولد هذا التفاعل قوة (وفقًا لقانون فاراداي) على شكل عزم دوران يطبق على عمود المحرك.
تعمل المحركات الكهربائية بعدة مصادر قد تكون التيار المستمر كالبطاريات أو المقومات، أو التيار المتناوب بما يتضمن: العاكسات أو المولدات الكهربائية أو شبكة الكهرباء.
توجد المحركات الكهربائية في السيارات والقطارات والأدوات الكهربائية والمراوح وتكييف الهواء كما أن بعض الساعات الكهربائية تستخدم محركات صغيرة.
تعرف على أجزاء المحرك الميكانيكي في السيارات
أنواع المحركات الكهربائية
تشمل الأنواع المختلفة للمحركات ما يلي:
- محركات التيار المستمر: يعتبر محرك التيار المستمر الإصدار البدائي للمحرك الكهربائي إذ ينتج عزم الدوران نتيجة لتدفق التيار عبر الموصل داخل المجال المغناطيسي.
- المحركات المتزامنة: يكون العضو الدوار عبارة عن مغناطيس كهربائي مقفل مغناطيسيًا بمجال مغناطيسي دوار للجزء الثابت ويدور معه. تختلف سرعتها حسب التردد f وعدد الأقطاب P، حيث تعطى السرعة بالعلاقة: Ns = 120 f/P.
- المحركات الحثية: وهي إما محركات تيار متردد ثلاثية الطور أو أحادية، يقوم المجال المغناطيسي الدوار بقطع الموصلات الدوارة، فينتج التيار المتداول المستحث في هذه الموصلات الدوارة ذات الدائرة القصيرة.
يبدأ الجزء المتحرك في الدوران بسبب تفاعل المجال المغناطيسي مع التيارات المتداولة ويستمر في دورانه.
تاريخ المحركات الكهربائية
أوضح العالم البريطاني مايكل فاراداي عام 1821 كيفية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية عن طريق وضع موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي فينتج دوران الموصل بسبب عزم الدوران الناتج عن العمل المتبادل للتيار الكهربائي والمجال.
وبالاستناد على هذا المبدأ، صممت أكثر الآلات بدائية وهي آلة التيار المستمر، من قبل عالم بريطاني آخر ويليام ستورجيون عام 1832، لكنه كان باهظ الثمن ولم يستخدم لأي غرض عملي.
ثم اختراع أول محرك كهربائي عام 1886 على يد العالم فرانك جوليان سبراغ، بسرعة دوران ثابتة تحت نطاق حمل متنوع وبالتالي اشتقاق حركة المحرك.
أجزاء المحرك الكهربائي
يتكون المحرك البسيط من الأجزاء التالية:
- مصدر الطاقة: يكون مصدر الطاقة في المحرك البسيط مستمر، يوفر الطاقة لعضو المحرك أو الملفات الميدانية.
- العاكس: هو الواجهة الدوارة لملف المحرك مع دائرة ثابتة.
- مغناطيس المجال: يساعد على إنتاج عزم دوران على ملف العضو الدوار وفق قاعدة فليمنج لليد اليسرى.
- قلب المحرك: يحمل ملف المحرك في مكانه ويوفر الدعم الميكانيكي.
- ملف المحرك: يساعد على تشغيل المحرك.
- الفرش: وهي جهاز يصل التيار بين الأسلاك الثابتة والأجزاء المتحركة.
مبدأ عمل المحرك الكهربائي
يعتمد مبدأ عمل المحرك الكهربائي على قانون فاراداي للحث، إذ تنشأ القوة عندما يتفاعل تيار متردد مع مجال مغناطيسي متغير. أي أن الموصل الذي يحمل تيارًا كهربائيًا ينتج مجالًا مغناطيسيًا حوله.
فلو أخذنا قضيبين مغناطيسيين وتركنا القطبين في مواجهة بعضهما مع ترك مسافة صغيرة بينهما. ثم أخذنا خذ قطعة صغيرة من السلك الموصل وصنعنا حلقة بين المسافة والمغناطيس بحيث يبقى ضمن مجال تأثير المغناطيس، ثم وصلنا طرفي الحلقة بأطراف البطارية.
عند تدفق الكهرباء عبر الدارة تتحرك الحلقة نتيجة تداخل المجال المغناطيسي للمغناطيس مع المجال الناتج عن تدفق التيار الكهربائي في الموصل. بالتالي ينجذب أحد جانبي الملف إلى القطب الشمالي للمغناطيس والآخر إلى القطب الجنوبي، فتدور الحلقة بشكل مستمر.
باختصار، يحول المحرك الكهربائي الطاقة الكهربائية سواء كانت مستمرة أو مترددة إلى طاقة ميكانيكية تستخدم لأغراض مختلفة.
تابعونا على الفيسبوك ∇ إنستقرام
تابعونا على التليجرام
