ما هو محرك التيار المتردد ذو القطب المظلل؟

المحرك المتناوب ذو القطب المظلل هو محرك متناوب أحادي الطور. يتميز ببنية بسيطة وتكلفة منخفضة، ويستخدم على نطاق واسع في بعض الأجهزة الكهربائية الصغيرة.

مبدأ البنية

بنية الدوار الثابت

عادةً ما يكون النواة الثابتة من النوع البارز وتحتوي على عدة أقطاب مغناطيسية. على جزء من كل قطب مغناطيسي، سيكون هناك حلقة قصيرة الدائرة. هذه الحلقة القصيرة الدائرة تشبه "تغطية" جزء من القطب المغناطيسي، لذا يُطلق عليها اسم القطب المظلل.

على سبيل المثال، في المحرك ذو القطبين المظللين، يوجد قطبان بارزان، ويحيط بجزء من كل قطب بارز حلقة قصيرة الدائرة. عادةً ما تكون الحلقة القصيرة الدائرة مصنوعة من النحاس وتتعاون مع الجزء الرئيسي للمجال المغناطيسي للقطب.

مبدأ العمل

عند توصيل مصدر طاقة متناوبة باللفائف الثابتة، يتم إنشاء مجال مغناطيسي متناوب في الأقطاب. بسبب وجود الحلقة القصيرة الدائرة، فإن التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الحلقة القصيرة الدائرة يتاخر زمنياً عن التدفق المغناطيسي الرئيسي.

وهذا لأن القانون الكهرومغناطيسي لفاراداي يشير إلى أن التدفق المغناطيسي الرئيسي المتغير سيولد قوة كهروضوئية في الحلقة القصيرة الدائرة، ومن ثم يتم إنتاج تيار مستحث. هذا التيار المستحث سيقوم بدوره بإنتاج مجال مغناطيسي. ووفقاً لقانون لنز، سيعيق هذا المجال المغناطيسي تغيير التدفق المغناطيسي الرئيسي، مما يجعل التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الحلقة القصيرة الدائرة يتاخر.

على سبيل المثال، عندما يصل التدفق المغناطيسي الرئيسي إلى قيمته القصوى، فإن التدفق المغناطيسي في الحلقة القصيرة الدائرة لا يزال في عملية الارتفاع. هذه الفرق الزمني في التدفق المغناطيسي سيؤدي إلى ظاهرة مشابهة لمجال مغناطيسي متداول على سطح القطب، بحيث يتم تطبيق عزم دوران على الدوار ويبدأ بالدوران.

خصائص الأداء

خصائص بدء التشغيل

لدى المحرك ذو القطب المظلل القدرة على بدء التشغيل بنفسه. بسبب التأخير المغناطيسي الذي ينتج عن الحلقة القصيرة الدائرة، يمكن للمحرك بدء الدوران تلقائيًا بعد تشغيل الطاقة.

ومع ذلك، فإن عزم الدوران عند بدء التشغيل صغير نسبياً. وهذا لأن توزيع المجال المغناطيسي وكيفية إنتاج المجال المغناطيسي المتداول في المحرك ذو القطب المظلل تحددان أن عزم الدوران عند بدء التشغيل محدود، وهو عموماً مناسب للحالات التي تتطلب حمل بدء صغير.

على سبيل المثال، في مروحة صغيرة، يكون مقاومة بدء الدوران للشفرات صغيرة، ويمكن للمحرك ذو القطب المظلل بدء الدوران بسهولة ودفع المروحة للدوران.

خصائص التشغيل

خلال التشغيل، يكون سرعة المحرك ثابتة بشكل أساسي. ستتغير سرعته وفقاً لتواتر التغذية والعدد الأزواج المغناطيسية. عموماً، تكون السرعة منخفضة نسبياً.

على سبيل المثال، تحت تغذية كهربائية بتردد 50 هرتز، تكون السرعة المتزامنة للمحرك ذو القطبين المظللين 3000 دورة في الدقيقة، ولكن السرعة الفعلية للتشغيل ستكون أقل قليلاً من السرعة المتزامنة، والتقلبات في السرعة صغيرة، مما يمكنها من تقديم خرج قوة مستقر نسبياً.

كفاءة ومعامل القوة

كفاءة المحرك ذو القطب المظلل منخفضة. وهذا لأنه طريقة إنتاج المجال المغناطيسي وخواص بنية المحرك تؤدي إلى فقدان كمية معينة من الطاقة في عملية تحويل الطاقة، بما في ذلك خسارة النحاس وخسارة الحديد وغيرها.

وفي الوقت نفسه، يكون معامل القوة أيضاً منخفضاً. نظرًا لأنه محرك أحادي الطور، وطريقة إنتاج وتوزيع المجال المغناطيسي معقدة نسبياً، فإن نسبة الطاقة الفعالة إلى الطاقة الظاهرية صغيرة أثناء تشغيل المحرك.

سيناريوهات التطبيق

بسبب بنيته البسيطة وتكلفته المنخفضة وقدرته على بدء التشغيل بنفسه، يستخدم المحرك ذو القطب المظلل بشكل أساسي في الحالات التي لا تتطلب مواصفات أداء عالية للمحرك والحالات التي يكون فيها الحمل صغيراً.

من الأمثلة الشائعة على ذلك المراوح الكهربائية الصغيرة وأجهزة مجفف الشعر والأنماط الكهربائية وغيرها. في هذه الأجهزة، يمكن للمحرك ذو القطب المظلل أن يلبي المتطلبات الأساسية للطاقة، كما أن تكلفته المنخفضة تتوافق مع المتطلبات الاقتصادية للمنتج.