مبدأ عمل المحرك المتزامن

بنية ومثارة المحركات المتزامنة

يتكون المحرك المتزامن من مكونين رئيسيين: الثابت (الستاتور) والجزء الدوار (الروتور). يتم تغذية الستاتور بتزويد ثلاثي الأطوار، بينما يتم تحفيز الروتور بواسطة تيار مستمر.

مبدأ التحفيز:
يشير التحفيز إلى عملية إحداث مجالات مغناطيسية في كلاً من الستاتور والروتور، مما يحوّلها إلى كهرومغانطيس. هذه الوصل المغناطيسي ضروري لتحويل الطاقة الكهربائية إلى دوران ميكانيكي.

توليد المجال المغناطيسي في المحركات المتزامنة

يؤدي التزويد الثلاثي الأطوار إلى إحداث أقطاب شمالية وجنوبية متبادلة في الستاتور. بما أن التزويد ذو موجة جيبية، فإن قطبيته (إيجابية/سلبية) تتغير كل نصف دورة، مما يجعل أقطاب الشمال والجنوب في الستاتور متبادلة. هذا يؤدي إلى إنتاج مجال مغناطيسي دوران في الستاتور.

يتم إنشاء المجال المغناطيسي للروتور بواسطة تزويد مستمر، والذي يثبت القطبية ويخلق مجالاً مغناطيسياً ثابتاً - مما يعني أن أقطاب الشمال والجنوب فيه تبقى ثابتة.

يُطلق على سرعة الدوران للمجال المغناطيسي في الستاتور اسم السرعة المتزامنة، والتي تحددها تردد التزويد وعدد الأقطاب في المحرك.

تفاعل الأقطاب المغناطيسية في المحركات المتزامنة

عندما يتم تراص الأقطاب المعاكسة للستاتور والروتور، يحدث قوة جاذبة بينهما، مما ينتج عزم دوران عكسي. العزم، باعتباره المكافئ الدوراني للقوة، يدفع الروتور ليتبع أقطاب الستاتور المغناطيسية.

بعد كل نصف دورة، تتغير قطبية أقطاب الستاتور. ومع ذلك، فإن القصور الذاتي للروتور - وهو ميله لمقاومة التغييرات في الحركة - يحافظ على موقعه. عندما يتم تراص الأقطاب المتشابهة (شمال-شمال أو جنوب-جنوب)، تنشأ قوة طاردة تخلق عزم دوران عقارب الساعة.

لتصور هذا، فلنفكر في محرك ثنائي الأقطاب: في الشكل أدناه، الأقطاب المعاكسة للستاتور والروتور (N-S أو S-N) تثير قوى جاذبة كما هو موضح.

بعد النصف الأول من الدورة، تتغير الأقطاب على الستاتور. يواجه نفس القطب من الستاتور والروتور بعضهما البعض، وتتطور القوة الطاردة بينهما.

العزم غير الأحادي الاتجاه ينبض بالروتور في مكان واحد فقط ولذلك فإن المحرك المتزامن ليس ذاتي التشغيل.

آلية بدء تشغيل المحركات المتزامنة

لبدء التشغيل، يتم أولاً تدوير الروتور بواسطة محرك خارجي، مما يمحاذا قطبيته مع المجال المغناطيسي الدوران للستاتور. عند تداخل أقطاب الستاتور والروتور، يتم إنتاج عزم دوران أحادي الاتجاه، مما يجر الروتور ليدور بسرعة متزامنة مع مجال الستاتور.

بمجرد التزامن، يعمل المحرك بسرعة ثابتة تساوي السرعة المتزامنة، والتي تحدد بواسطة تردد التزويد وعدد الأقطاب.