لتشغيله، يعتمد محرك التيار المتردد ثلاثي الطور على إنشاء حقل مغناطيسي دوّار بواسطة لفات التيار المتردد. تم تركيب اللفات الثلاث المنفصلة في الستاتور على فواصل زاوية 120 درجة بينها، وتوفر عددًا ثابتًا من القطبيات لكل طور. يُوضح ذلك تخطيطيًا في الشكل رقم 1 (أ) لطور واحد من آلة ذات قطبين.
الشكل رقم 1 (ب) يُظهر العلاقة بين الأطوار الثلاثة، مما يُعطي إجماليًا ستة قطبيات. تمثل الطور A بخط صلب، والطور B بخط متقطع، والطور C بخط متقطع بنقاط. يجدر بالذكر أن هذا التسلسل يتم تطبيقه في الشرح وينطبق على موجات التيار وحقول المجال المغناطيسي ومتجهات الطور.
الشكل رقم 1: القطبيات والاتصالات في محرك التيار المتردد ثلاثي الطور ذو قطبين
في الشرح التالي لإنتاج حقل مغناطيسي دوّار، تم الاستناد إلى فرضية واحدة كمرجع: عند توصيل أطراف اللفات A و B و C بمصدر جهد إيجابي، يتحول النواة الحديدية المجاورة إلى قطب مغناطيسي شمالي. ومن ذلك يتبين أن الأقطاب المقابلة تتحول إلى أقطاب مغناطيسية جنوبية. يتم عرض هذه التفاصيل أيضًا في الشكل رقم 1 (أ). إذا تم عكس تدفق التيار، فإن الأقطاب المغناطيسية تتغير أيضًا.
مع توصيل اللفات الثلاثة في تكوين النجمة عن طريق توصيل أطراف A1 و B1 و C1 معًا، وتوصيل أطراف A و B و C بإمداد الطاقة ثلاثية الطور، تكون تيارات الطور IA و IB و IC متخلفة بزاوية 120 درجة بينها. يتم عرض ذلك في الشكل رقم 2.
الشكل رقم 2: رسم تخطيطي للموجات يُظهر تيارات الطور الثلاثة بزاوية 120 درجة بينها
نظرًا لأن كل تيار هو متناوب، يُنشئ كل زوج من القطبيات تدفقًا مغناطيسيًا يتغير باستمرار من قطبية إلى أخرى. يجب ملاحظة أنه على الرغم من أن التدفق الذي أنشأه الطور A في الشكل رقم 1 (ب) يتناوب في الاتجاه في الرسم التخطيطي، إلا أنه لا يدور بأي شكل. إنه يتغير فقط في القوة والاتجاه في السطح الرأسي.
بنفس الطريقة، يتم أيضًا إنشاء تدفق متنبأ من خلال الطوار الأخرى الاثنين، مما يُعطي مجموع ثلاث تدفقات مغناطيسية تتجمع في تدفق واحد نتيجي. هذا التدفق يدور بسرعة متزامنة.
في الوضع المرجعي 1 في الشكل رقم 2، التيار IA يكون صفرًا ولا يتم إنتاج تدفق من لفة A–A1. التيار IB سالب وبالتالي سيُنتج قطبًا جنوبيًا في B وقطبًا شماليًا في B1. التيار IC موجب لذا سيُنتج قطبًا شماليًا في C وقطبًا جنوبيًا في C1. نظرًا لأن التيارين IB و IC متساويين، تكون قوتي المجالين المغناطيسيين متساويتين. تُظهر اتجاهات هذه المجالات في الشكل رقم 3 (أ). في الشكل التخطيطي المصاحب، يُظهر إضافة هاتين المجالين، مما يُعطي مجموع مجال نتيجي لحظي ΦR.
الشكل رقم 3: التدفق النتيجي المُنتَج في المواقع المُشار إليها من الشكل رقم 2
في الموقع 2 في الشكل رقم 2، يكون التيار IA موجبًا، بينما يظل التيار IB سالبًا ويكون التيار IC صفرًا. يُنتج هذا قطبًا شماليًا في A، وقطبًا جنوبيًا في B، ولا شيء في C. يُعرض ذلك في الشكل رقم 3 (ب) جنبًا إلى جنب مع الشكل التخطيطي لإضافة المتجهات لإعطاء المجال المغناطيسي الفوري الناتج.
نظرًا لأن جميع اللفات لديها عددًا متساويًا من التفافات، يمكن قياس القوة النسبية للحقول المغناطيسية عن طريق قياس الأعلى الرأسي لموجات التيار في المواقع المُشار إليها بالرقم المرجعي. في هذه الحالة، تحول اتجاه المجال المغناطيسي الناتج 60 درجة إلى اليمين على عقارب الساعة من وضع 1.
إذا تم رسمها بنسبة، يمكن أيضًا أن يُظهر أن طول المجال النتيجي ظل ثابتًا، مشيرًا إلى أن قوة المجال ظلت ثابتة.
في الموقع 3 (الشكل رقم 2)، يكون التيار IA موجبًا، مما ينتج عنه قطب شمالي في A وقطب جنوبي في A1. التيار IB صفر والتيار IC سالب، مما ينتج عنه قطب جنوبي في C وقطب شمالي في C1. يتم رسم هذه المجالات في الشكل رقم 3 (ج) جنبًا إلى جنب مع متجهاتها. لقد دار المجال النتيجي مزيدًا من 60 درجة إضافية باتجاه عقارب الساعة. (هناك فرق 60 درجة بين جميع المواقع المُرقمة في الشكل رقم 2.)
لكل من المواقع المُرقمة، يدور المجال النتيجي 60 درجة إضافية باتجاه عقارب الساعة. خلال دورة واحدة كاملة من التيار (360 درجة)، يدور المجال المغناطيسي النتيجي 360 درجة.
معدل الدوران والعوامل المؤثرة فيه
من خلال مقارنة الشكلين 2 و 3، يمكن ملاحظة أنه خلال فترات الزمن بين المواقع 1 و 2 و 3 (60 درجة)، يدور المجال النتيجي بكمية متساوية حول الملف الثابت. خلال دورة كاملة من التيار المتردد، يدور مجال القطبين مرة كاملة حول الملف الثابت. يمكن تحديد سرعة المجال المغناطيسي المتزامن بالدورات في الدقيقة من التردد المستمد من الإمداد.
مثال
تم توصيل آلة ذات قطبين بإمداد بتردد 50 هرتز. احسب السرعة التي يدور بها المجال المغناطيسي حول الملف الثابت.
مع آلة ذات أربعة قطبيات، تمثل 360 درجة متوسط دورة كاملة لمجال الملف الثابت، وبالتالي يتم تقليل سرعة دوران المجال إلى النصف. بالمثل، يتم تقليل سرعة دوران المجال في آلة ذات ستة قطبيات إلى ثلث سرعة آلة ذات قطبين. في كل حالة، يتم التعبير عن السرعة عادةً بالدورات في الدقيقة، بينما يكون التردد بالهرتز (الدورات في الثانية). يمكن العثور على السرعة بالدورات في الدقيقة من الصيغة التالية:
السرعة "n" للمجال المغناطيسي الدوّار تُسمى سرعة التزامن للمحرك. سُرُعَات التزامن للمحركات الشائعة الأحجام عند تردد 50 هرتز مُبيَّنة في الجدول 5.1 أدناه.
جدول 1: سرعة المجال الدوّار في محرك التيار المتردد لأعداد متنوعة من القطبيات
اتجاه الدوران وعكسه في محرك التيار المتردد ثلاثي الطور
اتجاه دوران المجال الدوار يعتمد على تسلسل الطور للتيارات الثلاثة المارة خلال اللفات. في الشكل رقم 4 (أ)، يتم توصيل ثلاثة خطوط إمداد R و W و B بطرفي A و B و C للمحرك. المجال المغناطيسي الناتج يدور عقارب الساعة.
الشكل رقم 4: تسلسل الطور ودوران المجال في محرك التيار المتردد ذو الطور الثلاثة
في الشكل رقم 4 (ب)، تم تغيير خطوط الإمداد إلى الطورين B و C، وباستخدام الإجراء المشروح في القسم السابق، يمكن إظهار أن دوران المجال المغناطيسي قد تم عكسه. أي أنه يمكن التحكم في اتجاه دوران المجال من خلال تبديل أي خطي إمداد إلى المحرك. في الأعلى، يُظهر أن دوران محرك التيار المتردد ثلاثي الطور هو في نفس اتجاه المجال الدوار.