انواع الالآت الكهربائية

0
2392

انواع الالآت الكهربائية،الكهرباء هي المصدر الرئيسي للطاقة فانها تدخل في تشغيل كثير من الأشياء والأجهزه و الالآت التي نستخدمها في حياتنا اليومية بشكل مستمر.تتنوع الالآت الكهربائية في وظائها الا انها تخضع للنظرية المغناطيسية وخاصة قوانين فرادي وماكسويل وقانون أمبير للقوة.

تصنيف الالآت:

تختلف الالآت في طبيعة عملها فمنها ما تقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية الي طاقة كهربائية او تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية الي ميكانيكية او تقوم بتحويل الكهرباء.يمكن تصنيف الالآت الي أشكال متعدده فتعمل الالآت الكهربائية:-

1- مولدات كهربائية Electrical Generator

2- محركات كهربائية Electrical Motors

3- محولات كهربائية Electrical transformers

4- مكثفات تعويضية Electrical Compencitors

Electromagnetic amplifier -5

1- المولدات الكهربية  Electrical Generators

وظيفة المولدات الكهربائية هي تحويل الطاقة الميكانيكية او الحركية الي طاقة كهربية بوجود مجال مغناطيسي حيث يعمل المولد علي الحث الكهرومغناطيسي والذي هو الأساس في توليد التيار الحثي.يوجد عديد من مصادر المولد الكهربائي فمنها ما هو محرك متردد ومنها  التوربينات التي تستخدم المحركات  البخارية في عملها، أو عن طريق  تساقط المياه في التوربينات والتي  تعرف بالطاقة المائية، أو بمحركات  الاحتراق الداخلية، أو توربينات  الرياح، أو أي مصدر آخر من مصادر  الطاقة الميكانيكية. يمكن استخدام المولدات الكهربائية في المحطات الكهربائية ووسائل النقل مثل السيارات والطائرات وغيرها وأحيانا كمنبع للتغذية في مراكز الإتصالات Communication Centers واستخدامات اخري كثيرة.

مكونات المولد الكهربائي

الجزء الميكانيكي:

  1. الجزء الثابت(stator):وهو الجزء الثابت الذي لا يتحرك.
  2. الجزء المتحرك(Rotor/Armature):وهو الجزء الذي يدور.

الجزء الكهربائي:

  1. الاطار الحامل: هو الجزء الذي ينتج الطاقة الكهربائية في المولد وذلك عن طريق الملفات الموجودة علي هذا الحامل تقوم بتوليد التيار الكهربائي ويكون هذا الاطار اما على الجزء الثابت او على الجزء الدوار داخل الجزء الميكانيكي.
  2. الملفات: هي المسوؤلة عن توليد المجال المغناطيسي في المولد الكهربائي.
  3. حلقات الانزلاق وقطع ثابتة من الكربون تسمى الفُرش: يتصل طرفا نهاية كل ملف من الأسلاك بحلقة تدور مع دوران ملف الأسلاك. وتلامس الفرشاة كل حلقة ثم تنقل الكهرباء من الفرشاة بسلك يتصل بالأجهزة التي تستخدم الكهرباء. وبالتالي فالتيار الذي ينتج في ملف الأسلاك يسري إلى داخل المولد وخارجه خلال الحلقات والفرش.

كيف يعمل المولد الكهربائي

تنتج الكهرباء عن طريق الحث الكهرومغناطيسي، فالمولد يحتوي علي:-

  • قطبين القطب الشمالي والقطب الجنوبي ويوجد بينهما مجال مغناطيسي واتجاهه من الشمال الى الجنوب.
  • ويوجد بين هذين القطبين ملف من سلك نحاسي مربوط بحلقتين انزلاق حول عمود الدوران المتصل بالمحرك الاساسي (primmover).
  • هذا الملف مربوط بدائرة كهربائية خارجية عن طريق فرشاتان كربونيتان.وعندما يتحرك الملف ليقطع خطوط المجال المغناطيسي فانه يتولد داخل الملف جهد كهربائي ينتج تيار كهربائي.
  • يحدد اتجاه التيار الكهربائي حسب قاعدة فيليمنج لليد اليمنى, بحيث يشير الابهام الى اتجاه الحركة motion,والسبابة تشير الى اتجاه المجال المغناطيسي من الشمال الى الجنوب (Field),والوسطى تشير الى اتجاه التيار المستحث (من الموجب الى السالب)Current.

2- المحركات الكهربائية Electrical Motors

تعمل المحركات الكهربائية علي تحويل الطاقة الكهربية الي طاقة ميكانيكية تستخدم في تشغيل عديد من الالآت والمعدات الميكانيكية التي تستخدم في الصناعة والزراعة والاتصالات والنقل وأجهزة كهربائية مثل غسالات الملابس وأجهزة التكييف والمكانس الكهربائية ومجفِّفات الشعر وآلات الخياطة وغيرها من مجالات الحياة.

يعتمد تشغيل المحرك الكهربائي على ثلاثة مبادئ رئيسية:
1- يولد التيار الكهربائي مجالاً مغنطيسيا.
2- يحدد اتجاه التيار في المغنطيس الكهربائي موقع الأقطاب المغنطيسية.
3- تتجاذب الأقطاب المغنطيسية أو تتنافر مع بعضها.

أنواع المحركات الكهربية

ينقسم المحرك الكهربائي الي نوعين:-

  • محرك تيار مستمر
  • محرك تيار متردد

1- محرك التيار المستمر

يوجد ثلاث أنواع من محركات التيار المستمر وهي:-

  • محركات توالي
  • محركات توازي
  • محركات مُركبة

تختلف هذه الأنواع عن بعضها البعض في ترتيب الدائرة بين العضو الدوار والعضو الثابت. يدخل في عمل المحركات الكهربائية مبدلات كهربائية دورها عكس اتجاه التيار.

محركات التوالي

تعمل هذه المحركات عن طريق اتصال العضو الدوار مع مغناطيس المجال كهربائيا. يمر التيار خلال مغناطيس المجال ثم يمر في ملفات العضو الدوار.

فائدة سريان التيار بهذا الترتيب يعمل علي زيادة قوة المغانط، وتبدأ محركات التوالي العمل سريعا، حتي ولو كان الحمل عليها ثقيل.

محركات التوازي

طريقة التوصيل في هذا النوع مثل مسماه فانه يوصل كل من المغناطيس والعضو الدوار علي التوازي. يمر جزء من التيار خلال المغناطيس الكهربائي والجزء الآخر من التيار يمر خلال ملف العضو الدوار.

لزيادة المغناطيسية يتم لف سلك رفيع معزول حول مغناطيس المجال عدة مرات، وينتج عن إنشاء المجال المغناطيسي بهذه الطريقة مقاومة للتيار.

في محرك التوالي تعتمد قوة التيار ودرجة المغناطيسية علي الحمل ولكن في محرك التوازي تعتمد علي مقاومة السلك، ونتيجة لان محرك التوازي لا يعتمد علي الحمل فانه يعمل بسرعة ثابتة بصرف النظر عن الحمل ولكن اذا زاد الحمل عليه ووضع حمل كبير فانه تحدث مشاكل للمحرك عند بدء التشغيل.

المحرك المُركب

يختلف المحرك المركب عن محرك التوالي ومحرك التوازي بان العضو الدوار متصل بمجالان مغناطيسيانى، أحدهما علي التوالي والآخر علي التوازي وبالتالي يشمل المحرك المركب مميزات كل من محرك التوالي ومحرك التوازي، فيسهل تشغيل المحرك المركب مع حمل كبير ويحافظ أيضا علي سرعتة ثابتة تقريبا حتي عند زيادة الحمل.

تسمي محركات التيار المستمر بالمحرك العام او المحرك المتزامن.

2- محرك التيار المتردد

تنقسم محركات التيار المتردد الي أنواع:-

  • محركات تعمل بالتيار المتردد
  • محركات كبيرة تعمل بتيار ثلاثي الأطوار

محركات التيار المتردد تختلف عن محركات التيار المستمر من حيث انها لا تحتاج الي مبدلات وذلك لان التيار المتولد في العضو الدوار تتولد عن طريق الحث. من أمثلة محركات التيار المتردد، المحرك الحثي أو المحرك الغير تزامني.

المحرك الحثي او المحرك الغير متزامن

يعمل المحرك الحثي بالتيار المتردد، ينشأ في العضو الدوار للمحرك الحثي تيار ناتج عن حث المجال المغناطيسي لملفات العضو الثابت، فيجعله يدور. ولذلك السبب لا يحتاج المحرك الحثي او المحركات التي تعمل بالتيار المتردد بوجه عام الي المبدلات ولا تحتاج الي اثارة مغناطيسية كما في محركات التيار المستمر.

من الممكن أن يشكل العضو الدوار كأحد نوعين من التشكيلات:-

  • دوار قفص سنجابي SCIM
  • دوار ذو ملفات WRIM

ويوجد محرك شائع الاستخدام يعمل بتيار متردد ثلاثي الأطوار ويتكون عضوه  الدوار من دوار قفصي سنجابي . يستخدم كثيرا في الصناعة لمتانته واقتصاديته واستدامته .

يختلف محرك التيار المتردد العادي بانه تيار متردد أحادي الطور، وبالتالي يشتغل بقدرة أقل ويتم استخدامه في الالآت البسيطة مثل محرك طلمبة الثلاجة أو في  المراوح والغسالات الكهربائية. وهي تعمل غالبا ب محول تردد variable-frequency drive ،ويعمل جهاز مبدل التردد بغرض تقليل استهلاك الطاقة  ويتيح للمحرك العمل بسرعات مختلفة. وهذا سبب التسمية أن محركات التيار المتردد غير تزامنية.

قانون لف المحركات الكهربائية

معرفة القيمة:

  • فرق الجهد الذى يعمل عليه المحرك.
  • نصف عدد الأقطاب.
  • طول المجرى بالمتر.
  • القطر الداخلي للعضو الثابت بالمتر.
  • الرقم الثابت الذي يساوي 80.
  • ملفات التقويم.

القانون الرياضي:

  • عدد لفات التشغيل= فرق الجهد×نصف عدد الأقطاب÷طول المجرى بالمتر×القطر الداخلى بالمتر×80÷الجذر التربيعي للعدد 3(1.732).
  • عدد لفات القطب الواحد=عدد لفات التشغيل÷عدد الأقطاب.

3- المحولات الكهربائية Electrical transformers

المحول الكهربائي هو عبارة عن جهاز كهربائي استاتيكى غير متحرك. لا يحتوى المحول بداخله على أي أجزاء متحركة لذلك سمي بالإستاتيكي و يستخدم المحول لتحويل الجهد المتردد من قيمة معينة الي قيمة اخري(أعلى أو أقل) مع ثبات القدرة.

تستخدم على نطاق واسع من أجل تغيير التوتر في نظم نقل الطاقة الكهربائية وتوزيعها وأجهزة التقويم، وفي تجهيزات الإتصال والأتمتة والحواسيب الإلكترونية وتقنيات القياس (محولات القياس)،وفي المبدلات الوظيفية (التابعية) function generators (المحولات الدوارة).

مكونات المحول الكهربائي

يتكون المحول الكهربائي من:-

  • ملفين من الأسلاك المنفصلة
  • قضبان حديدية

يتم لف ملفين الأسلاك المنفصلة حول قضبان حديدية بمسافة بسيطة، يسمي الطرف المرتبط بالمولد الكهربي بالملف الإيتدائي بينما يطلق علي الطرف المرتبط بالحمل الملف الثانوي.

استخدامات المحول الكهربائي 

1- يستخدم في كثير من الجهزه الكهربائية والإلكترونية

2- نقل القدرة الكهربائية لمسافات بعيدة من أماكن التوليد الي أماكن الإستهلاك.

3- تستخدم في العزل الكهربائي لمنع الشوشرة الكهرومغناطيسية في الدوائر الإلكترونية.

4- تستخدم مع ـجهزة القياس والوقاية عندما تكون التيارات والجهود الكهربائية عالية وذلك بهدف خفض قيم التيارات أو الجهود الي قيم صغيرة يمكن التعامل معها.

طريقة عمله

طريقة عمل المحول الكهربائي تعتمد علي قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي :- ينص علي أن قيمة القوة الدافعة الكهربائية ( الجهد الكهربائي ) تتناسب طردي مع معدل تغير التدفق المغناطيسي.

4- مكثفات تعويضية Electrical Compensators

المكثف هو مكون كهربي ذو طرفين، يتكون من المقاومات (resistors) وملفات الحث (inductors) أحد أهم المكونات الغير فعالة (passive) الأساسية التي نستخدمها. ومن الصعب أن تجد دائرة كهربية تخلو من أي نوع من أنواع المكثفات.
ما يميز المكثفات هو قدرتها على تخزين الطاقة، فهي تشبه بطارية مشحونة بشكل كامل. للمكثفات الكثير من الوظائف الهامة والحيوية في الدوائر الكهربية.
من التطبيقات الشائعة للمكثفات التخزين الموضعي للطاقة، ومنع زيادات الجهد، وفلترة الإشارات المعقدة.
 

كيف يُصنع المكثف

مكونات المكثف:-

  • لوحيين معدنيين
  • مادة عازلة تسمى العازل الكهربائي (dielectric)

 يتم وضع اللوحين المعدنيين قريبين للغاية من بعضهما وبشكل متوازي، بينما يتم وضع العازل الكهربائي بينهما للتأكد من عدم تلامسهما.

يمكن أن يصنع العازل الكهربائي من أنواع مختلفة من المواد العازلة: الورق، الزجاج، السيراميك، البلاستيك، أو أي مادة أخرى يمكن أن تعيق مرور التيار.
يتم تصنيع الألواح من مواد موصلة: الألومنيوم، التنتاليوم، الفضة أو مواد أخرى. ويتم توصيل كلا اللوحين بسلك طرفي وظيفته توصيلهما بباقي الدائرة.
يمكن حساب السعة الكلية للمكثف من خلال المعادلة:

حيث εr هي ثابت العزل النسبي (relative permittivity) للعازل الكهربائي (قيمة ثابتة تعتمد على المادة المصنوع منه العازل)، A هي مساحة سطح الألواح، أما d فهي المسافة الفاصلة بين اللوحين.

تعتمد السعة الكهربية للمكثف (عدد الفارادات التي يحتويها) على كيفية بناؤه، وكلما زاد حجم المكثف زادت سعته. كلما زادت مساحة سطح اللوحين زادت السعة بينما زيادة المسافة الفاصلة بينهما يؤدي لنقص السعة. المادة المصنوع منه العازل أيضاً لها تأثير على سعة المكثف.

كيف يعمل المكثف

التيار الكهربي هو سريان الشحنات الكهربية، وهو ما تعتمد عليه المكونات الكهربية. عندما يسري التيار خلال مكثف فإن الشحنات تصبح “عالقة” على اللوحين لأنها لا يمكنها المرور خلال العازل الكهربائي. تعلق الإلكترونات (سالبة الشحنة) على أحد اللوحين وتجعله سالب الشحنة. تدفع الكمية الكبيرة من الشحنات السالبة على أحد اللوحين الشحنات المماثلة (السالبة) بعيداً عن اللوح الآخر، مما يجعله موجب الشحنة.

تتجاذب الشحنات الموجبة والسالبة الموجودة على اللوحين معاً (لأن الشحنات المختلفة تتجاذب)، وتميل تلك الشحنات لأن تتلامس إلا أن وجود العازل الكهربائي بين اللوحين يجعل الشحنات عالقة على اللوحين دائماً (حتى تجد مكاناً آخر تذهب خلاله). الشحنات الساكنة على كلا اللوحين تخلق مجال كهربي (electric field) يؤثر على طاقة السكون الكهربي (electric potential energy) وعلى الجهد (voltage). عندما

تتجمع الشحنات معاً على المكثف بهذا الشكل يقوم المكثف بتخزين الطاقة الكهربية بالضبط كما تقوم البطارية بتخزين الطاقة الكيميائية.

5- المكبر الكهرومغناطيسي Electromagnetic Amplifier

Amplifier هو قطعة اإلكترونية تستخدم لتكبير وتضخيم الجهود المستمرة والاشارات المتناوبة، وفي بداية تصميمها كان لغرض القيام ببعض العمليات الحسابية. مضخم العمليات ساعد كثيراً في عملية التكبير وبعض التطبيقات الاخرى مثل استخدامه في دوائر المقارانات والمنظمات.

مكونات Amplifier

يتكون من:-

  • طرفان التغذية الرئيسين +V على الطرف رقم 7 و-V على طرف 4
  • طرفين اساسيين ايضاً للدخل والذي سوف يتم توظيفهم فيما بعد إذا كان للتضخيم او المقارنة ( هما Inverting Input ورمزه (-) والطرف  Non-inverting Input ورمزه (+) ).

استخدامات المكبرات Amplifier في الحياة اليومية:-

يستخدم amplifier في نظام الاستيريو الصوتي او الادوات الموسيقية، ومكبرات الصوت في التلفزيون ومكبرات الصوت في اجهزة الكمبيوتر واجهزة مشغل الاقراص المدمجة. تستخدم المكبرات مع كل جهاز متصل به سماعة لاصدار الصوت.

اترك رد

اترك تعليق
ادخل اسمك هنا