المحرك الحثي: مبدأ العمل، المعادلات المهمة، وحسابات التيار والسرعة

مقدمة

يُعد المحرك الحثي من أكثر المحركات الكهربائية استخدامًا في الصناعات نظرًا لكفاءته العالية وسهولة صيانته. في هذه المقالة، سنستعرض مبدأ عمل المحرك الحثي، المعادلات المهمة المرتبطة به، وحسابات التيار والسرعة.

مبدأ العمل

يعتمد المحرك الحثي على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه مايكل فاراداي. يتكون المحرك من جزئين رئيسيين: الجزء الثابت (Stator) والجزء الدوار (Rotor).

الجزء الثابت

يتكون الجزء الثابت من مجموعة من الملفات الموصولة بمصدر التيار الكهربائي المتردد (AC). عندما يمر التيار الكهربائي عبر هذه الملفات، يُنتج حقلًا مغناطيسيًا دوارًا.

الجزء الدوار

الجزء الدوار يكون عادةً من الألمنيوم أو النحاس. عندما يتعرض هذا الجزء للحقل المغناطيسي الدوار الناتج عن الجزء الثابت، يتولد تيار كهربائي في ملفات الجزء الدوار نتيجة للحث الكهرومغناطيسي. هذا التيار المتولد يُنتج حقلًا مغناطيسيًا في الجزء الدوار يتفاعل مع الحقل المغناطيسي للجزء الثابت، مما يُنتج عزمًا يجعل الجزء الدوار يدور.

المعادلات المهمة

توجد عدة معادلات أساسية تحدد أداء المحرك الحثي. فيما يلي بعض منها:

معادلة السرعة

سرعة المحرك الحثي تحدد بمعادلة التزامن (Synchronous Speed) والتي تعطى بالعلاقة التالية:

N_s = 120 × f / P

حيث:

N_s : السرعة التزامنية (دورات في الدقيقة)

f : تردد التيار الكهربائي (هرتز)

P : عدد أقطاب المحرك

معادلة الانزلاق

الانزلاق (Slip) هو الفرق بين السرعة التزامنية وسرعة الدوار الفعلية، ويُعطى بالعلاقة:

S = (N_s - N_r) / N_s

حيث:

S : الانزلاق

N_r : سرعة الدوار الفعلية (دورات في الدقيقة)

معادلة عزم الدوران

عزم الدوران (Torque) في المحرك الحثي يُعطى بالعلاقة:

T = P_out / ω

حيث:

T : العزم (نيوتن متر)

P_out : القدرة الميكانيكية الخارجة (واط)

ω : السرعة الزاوية (راديان في الثانية)

حسابات التيار

يُمكن حساب التيار المسحوب من الشبكة الكهربائية بواسطة المحرك باستخدام معادلة التيار:

I = P / (√3 × V × cos φ)

حيث:

I : التيار (أمبير)

P : القدرة الظاهرية (فولت أمبير)

V : الجهد الكهربائي (فولت)

cos φ : معامل القدرة

سرعة المحرك

سرعة المحرك الحثي تعتمد على الانزلاق، وبالتالي تكون أقل من السرعة التزامنية. يُمكن حساب السرعة الفعلية للدوار بواسطة المعادلة:

N_r = N_s × (1 - S)

حيث:

N_r : سرعة الدوار الفعلية (دورات في الدقيقة)

N_s : السرعة التزامنية (دورات في الدقيقة)

S : الانزلاق

تطبيقات عملية

تُستخدم المحركات الحثية في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية مثل المضخات، المراوح، والضواغط. تُستخدم أيضًا في التطبيقات المنزلية مثل الثلاجات والغسالات.

الصيانة والمزايا

تتميز المحركات الحثية بسهولة الصيانة والمتانة. لا تحتوي على فرش أو حلقات انزلاقية مما يقلل من تكاليف الصيانة.

الخاتمة

المحرك الحثي هو أحد أعمدة الصناعة الحديثة، بفضل كفاءته العالية وتكاليف الصيانة المنخفضة. بفهم مبدأ عمله والمعادلات الأساسية المرتبطة به، يمكن تحقيق استخدام أمثل لهذا النوع من المحركات في مختلف التطبيقات.