الأول بالتناوبالآلات الكهربائية هي محرك DC. عرف مبدأ تشغيلها منذ منتصف القرن الماضي ، وحتى الوقت الحاضر تستمر محركات DC (DCM) في خدمة شخص بأمانة ، وقيادة العديد من الآلات والآليات المفيدة.
منذ الثلاثينيات من القرن التاسع عشر ، في تطورهم ، هممرت عدة مراحل. الحقيقة هي أنه حتى ظهور المولدات الآلية في نهاية القرن الماضي ، كان المصدر الوحيد للكهرباء هو خلية كلفانية. لذلك ، يمكن تشغيل جميع المحركات الكهربائية الأولى فقط على التيار المباشر.
ما هو أول محرك DC؟كان مبدأ التشغيل وجهاز المحركات الذي تم بناؤه في النصف الأول من القرن التاسع عشر كما يلي. كان محث القطب الصريح عبارة عن مجموعة من مغناطيسات ثابتة ثابتة أو مغناطيسات كهربائية لا تحتوي على دائرة مغناطيسية مغلقة مشتركة. تم تشكيل المحرك الصريح للقطب بواسطة عدة مغناطيسات كهربائية منفصلة على محور مشترك ، مدفوعة إلى الدوران بقوى التنافر والجذب لأقطاب المحرِّض. ممثلوهم النموذجيون كانوا محركات W. Ricci (1833) و B. Jacobi (1834) ، المجهزين بمفاتيح التيار الميكانيكي في مغناطيسات المحرك مع اتصالات متحركة في دائرة لف حديد التسليح.
ما هو مبدأ هذه الآلة؟كان لمحرك جاكوبي دي سي ونظائره لحظة كهرومغناطيسية نابضة. خلال الوقت الذي اقتربت فيه القطبين المعاكسين من المحرك والمحرِّض ، تحت تأثير قوة الجذب المغناطيسي ، وصل عزم المحرك بسرعة قصوى. ثم ، مع وضع أعمدة المحرك مقابل أعمدة الحث ، قاطع المفتاح الميكانيكي التيار في مغناطيس المحرك الكهربائي. انخفضت اللحظة إلى الصفر. نظرًا لقصور المحرك والآلية المدفوعة ، خرجت أعمدة المحرك من تحت أقطاب المحرِّض ، وفي هذه اللحظة تم تزويد تيار من الاتجاه المعاكس لهم من المفتاح ، وتغير قطبيتها أيضًا إلى العكس ، وتم استبدال قوة الجذب إلى أقرب قطب من المحرِّض بقوة طاردة. وهكذا ، تم تدوير محرك جاكوبي في هزات متتالية.
في قضيب مغناطيس المحرك المحركتم إيقاف تيار جاكوبي بشكل دوري ، واختفى المجال المغناطيسي الذي أنشأه ، وتم تحويل طاقته إلى خسائر حرارية في اللفات. وهكذا ، حدث تحويل كهروميكانيكي للطاقة الكهربائية لمصدر تيار المحرك (الخلية الجلفانية) إلى طاقة ميكانيكية مع انقطاع. كنا في حاجة إلى محرك ذو لف مغلق مغلق ، والذي يتدفق فيه التيار باستمرار طوال فترة تشغيله.
وقد تم إنشاء هذا fuhtufn في عام 1860 بواسطة A.باسينوتي. كيف اختلف محركها DC عن سابقاتها؟ مبدأ تشغيل وهيكل محرك Pacinotti على النحو التالي. كمرساة ، استخدم حلقة فولاذية مع مكابس مثبتة في عمود رأسي. في الوقت نفسه ، لم يكن لدى المرساة أعمدة واضحة. أصبحت مستقطبة بشكل ضمني.
لفائف بين الجرح الدائريملفات حديد التسليح ، التي تم توصيل نهاياتها في سلسلة في المحرك نفسه ، وتم صنع المسامير من نقاط الاتصال لكل ملفين ، متصلة بلوحات التجميع الموجودة على طول المحيط في الجزء السفلي من عمود المحرك ، وكان عددها يساوي عدد الملفات. تم إغلاق لف حديد التسليح بالكامل على نفسه ، وتم ربط نقاط الاتصال المتتالية لملفاته بلوحات التجميع المجاورة ، والتي انزلق عليها زوج من بكرات الإمداد الحالية.
تم وضع مرساة حلقة بين القطبينمغناطيسات كهربائية ثابتة للمحرِّض الثابت ، بحيث دخلت خطوط قوة المجال المغناطيسي الإثارة التي أنشأتها من خلال السطح الأسطواني الخارجي لمحرك المحرك تحت القطب الشمالي من الإثارة ، ومرت على طول المحرك الحلقي دون الانتقال إلى ثقبها الداخلي ، وخرجت تحت القطب الجنوبي.
ما هو مبدأ عمله؟ عمل محرك Pacinotti DC بنفس الطريقة تمامًا مثل محركات DC الحديثة.
في المجال المغناطيسي لقطب مغو مع إعطاءكان القطبية دائمًا عددًا معينًا من موصلات عضو المحرك المتعرج بتيار ذي اتجاه ثابت ، وكان اتجاه تيار المحرك في أقطاب مختلفة من المحرِّض متعاكسًا. وقد تحقق ذلك من خلال وضع بكرات الإمداد الحالية ، التي تلعب دور الفرش ، في الفراغ بين أقطاب المحرِّض. لذلك ، تدفق تيار المحرك الفوري إلى اللفة من خلال الأسطوانة ، ولوحة التجميع والصنبور المرفق بها ، والذي كان أيضًا في الفراغ بين القطبين ، ثم تدفّق في اتجاهين متعاكسين على طول فرعي نصف اللفة ، وتدفق أخيرًا من خلال الصنبور ، ولوحة التجميع والبكرة في قطب آخر إلى قطب فترة. في هذه الحالة ، لف الملف المحرك نفسه تحت أقطاب الحث تغير ، ولكن اتجاه التيار فيها بقي دون تغيير.
وفقا لقانون أمبير ، لكل موصل لفائفحديد التسليح مع التيار ، الموجود في المجال المغناطيسي لقطب المحرِّض ، تصرف بقوة ، يتم تحديد اتجاهها من خلال القاعدة المعروفة جيدًا لـ "اليد اليسرى". فيما يتعلق بمحور المحرك ، خلقت هذه القوة عزمًا ، ومجموع اللحظات من كل هذه القوى يعطي عزم الدوران الكلي لـ DCT ، والذي يكون ثابتًا تقريبًا حتى مع العديد من لوحات التجميع.
كما حدث في كثير من الأحيان في تاريخ العلم والتكنولوجيا ، لم يستخدم اختراع A. Pacinotti. تم نسيانها لمدة 10 سنوات ، حتى عام 1870 تم تكرارها بشكل مستقل من قبل المخترع الفرنسي الألماني Z. Gramm في تصميم مماثل لمولد التيار المباشر. في هذه الآلات ، كان محور الدوران أفقيًا بالفعل ، باستخدام فرش كربونية تنزلق على لوحات تجميع ذات تصميم حديث تقريبًا. بحلول السبعينيات من القرن التاسع عشر ، كان مبدأ قابلية عكس الآلات الكهربائية معروفًا بالفعل ، وتم استخدام آلة Gram كمولد ومحرك DC. تم بالفعل وصف مبدأ التشغيل الخاص بها أعلاه.
على الرغم من اختراع المرساة الحلقيكانت خطوة مهمة في تطوير DCT ، كان لفها (يسمى لف غرام) عيب كبير. في المجال المغناطيسي لأقطاب المحث لم يكن هناك سوى تلك الموصلات (تسمى النشطة) التي تقع تحت هذه الأقطاب على السطح الأسطواني الخارجي للحديد. كان لهم أن يتم تطبيق القوى المغناطيسية لأمبير ، مما يخلق عزم دوران بالنسبة لمحور المحرك. لم تشارك نفس الموصلات الخاملة التي مرت عبر فتحة المحرك الحلقي في خلق اللحظة. لقد تبددوا الكهرباء بشكل غير مجدي في شكل فقدان للحرارة.
القضاء على هذا العيب في مرساة الحلقةنجح في عام 1873 على يد المهندس الكهربائي الألماني الشهير F. Gefner-Altenek. كيف يعمل محرك DC؟ مبدأ التشغيل ، هيكل الجزء الثابت للمحرِّض هو نفس هيكل المحرك مع لف الحلقة. لكن تصميم المحرك ولفه تغير.
لاحظ جيفنر-ألتينيك أن الاتجاهدائمًا ما يكون تيار المحرك المتدفق من الفرش الثابتة في موصلات Gramm المتعرجة تحت أعمدة المجال المجاورة عكسًا ، أي يمكن تضمينها في لفات الملف الموجود على السطح الأسطواني الخارجي بعرض (درجة) يساوي تقسيم القطب (جزء من دائرة المحرك لكل عمود حقل واحد).
في هذه الحالة ، الثقب فيمرساة الحلقة ، وتتحول إلى أسطوانة صلبة (أسطوانة). تسمى هذه اللف والحديد نفسه الأسطوانة. استهلاك النحاس فيه مع نفس العدد من الموصلات النشطة أقل بكثير من الجرام.
في آلات Gramm و Gefner-Alteneck ، السطحكان المحرك سلسًا ، وكانت موصلات لفه موجودة في الفجوة بينه وأقطاب المحرِّض. في هذه الحالة ، وصلت المسافة بين السطح الأسطواني المقعر لعمود الإثارة والسطح المحدب للحديد إلى عدة مليمترات. لذلك ، لإنشاء الحجم المطلوب للمجال المغناطيسي ، كان مطلوبًا استخدام ملفات الإثارة بقوة مغناطيسية كبيرة (مع عدد كبير من المنعطفات). هذا زاد بشكل كبير من حجم ووزن المحركات. بالإضافة إلى ذلك ، على السطح الأملس للحديد ، كان من الصعب إرفاق ملفاته. ولكن ما الذي يمكن عمله؟ في الواقع ، للعمل على موصل بتيار من قوة أمبير ، يجب أن يكون موجودًا في نقاط في الفضاء مع مجال مغناطيسي كبير (مع حث مغناطيسي كبير).
اتضح أن هذا ليس ضروريا.أظهر المخترع الأمريكي للمدفع الرشاش H. Maxim أنه إذا كان مسنن الأسطوانة مسننًا ، ووضعت ملفات لف الأسطوانة في الأخاديد بين الأسنان ، فيمكن تقليل الفجوة بينها وأقطاب المجال إلى كسور من المليمتر. هذا جعل من الممكن تقليل حجم ملفات الإثارة بشكل كبير ، لكن عزم دوران DCT لم ينقص على الإطلاق.
كيف يعمل مثل هذا المحرك الحركي المستمرتيار؟ يعتمد مبدأ التشغيل على حقيقة أنه باستخدام حديد التسليح ، يتم تطبيق القوة المغناطيسية ليس على الموصلات في أخاديده (لا يوجد مجال مغناطيسي فيها) ، ولكن على الأسنان نفسها. في هذه الحالة ، فإن وجود التيار في الموصل في الأخدود له أهمية حاسمة لحدوث هذه القوة.
تقدم كبير آخرالمخترع الشهير ت. إديسون. ماذا أضاف لمحرك DC؟ ظل مبدأ التشغيل دون تغيير ، ولكن المواد التي صنع منها مرساة تغيرت. بدلاً من الكتلة الضخمة السابقة ، أصبحت مبطنة بصفائح فولاذية رقيقة معزولة كهربائيًا عن بعضها البعض. هذا جعل من الممكن تقليل كمية التيارات الدوامية (تيارات فوكو) في المحرك ، مما زاد من كفاءة المحرك.
باختصار ، يمكن صياغته على النحو التالي:عندما يتم توصيل ملف المحرك لمحرك متحمس بمصدر طاقة ، ينشأ تيار كبير فيه ، يسمى تيار البدء ويتجاوز قيمته الاسمية عدة مرات. علاوة على ذلك ، تحت أقطاب الإثارة للقطبية المعاكسة ، يكون اتجاه التيارات في موصلات لف حديد التسليح معاكسًا أيضًا ، كما هو موضح في الشكل أدناه. وفقًا لقاعدة "اليد اليسرى" ، يتم التعامل مع هذه الموصلات من قبل قوات أمبير ، وتوجيهها عكس اتجاه عقارب الساعة وسحب المرساة إلى الدوران. في هذه الحالة ، يتم تحفيز قوة كهربائية (back-EMF) في موصلات لف حديد التسليح ، موجهة مقابل جهد مصدر الطاقة. مع تسارع المحرك ، ينمو EMF الخلفي في لفه أيضًا. وفقًا لذلك ، ينخفض تيار المحرك من تيار البدء إلى قيمة مقابلة لنقطة التشغيل على خاصية المحرك.
لزيادة سرعة دوران المحرك ، تحتاجإما زيادة التيار في لفه ، أو تقليل EMF الخلفي فيه. يمكن تحقيق هذا الأخير عن طريق تقليل حجم المجال المغناطيسي الإثارة عن طريق تقليل التيار في لف الإثارة. هذه الطريقة للتحكم في سرعة DCT واسعة النطاق.
مع توصيل خيوط لف الإثارة (OF)إلى مصدر طاقة منفصل (OB مستقل) ، عادة ما يتم تنفيذ DCTs القوية ، بحيث يكون أكثر ملاءمة لتنظيم حجم تيار الإثارة (من أجل تغيير سرعة الدوران). من حيث خصائصها ، فإن DCTs مع OF مستقل تشبه عمليا DCTs مع OF ، متصلة بالتوازي مع لف حديد التسليح.
مبدأ تشغيل محرك DCيتم تحديد الإثارة المتوازية بخصائصها الميكانيكية ، أي اعتماد سرعة الدوران على لحظة الحمل على عمودها. بالنسبة لهذا المحرك ، يكون التغيير في السرعة أثناء الانتقال من الدوران الخامل إلى عزم الحمل المقدر من 2 إلى 10٪. تسمى هذه الخصائص الميكانيكية جامدة.
وبالتالي ، فإن مبدأ المحركيحدد التيار المباشر مع الإثارة المتوازية استخدامه في محركات الأقراص مع سرعة دوران ثابتة مع مجموعة كبيرة من تغييرات الحمل. ومع ذلك ، فإنه يستخدم على نطاق واسع أيضا في محرك متغير السرعة متغير السرعة. في هذه الحالة ، لتنظيم سرعته ، يمكن استخدام تغيير في كل من تيار المحرك وتيار الإثارة.
مبدأ تشغيل محرك DCالإثارة المتسلسلة ، وكذلك المتوازية ، يتم تحديدها من خلال خصائصها الميكانيكية ، والتي تكون في هذه الحالة لينة ، لأن تختلف سرعة المحرك بشكل كبير مع تغيرات الحمل. أين هو الأكثر ربحية لاستخدام محرك DC؟ يتوافق مبدأ تشغيل محرك جر السكك الحديدية ، الذي يجب أن تنخفض سرعته عندما يصعد القطار صعودًا ويعود إلى الاسمية عند التحرك على سهل ، تمامًا مع خصائص محرك DC مع OF ، متصل في سلسلة مع لف حديد التسليح. لذلك ، تم تجهيز جزء كبير من القاطرات الكهربائية حول العالم بمثل هذه الأجهزة.
مبدأ تشغيل محرك DC معالإثارة المتسلسلة تنفذ أيضًا محركات الجر الحالية النابضة ، والتي هي في الواقع نفس DCT مع سلسلة من OF ، ولكنها مصممة خصيصًا للعمل مع تيار تم تصحيحه بالفعل على متن قاطرة كهربائية ، والتي لديها نبضات كبيرة.
