المواضيع التي سنناقشها في هذا الفصل هي:
دقة السرعة/سلاسة التشغيل/العمر الافتراضي وسهولة الصيانة/توليد الغبار/الكفاءة/الحرارة/الاهتزاز والضوضاء/تدابير مكافحة العادم/بيئة الاستخدام
1. الثبات الدوراني والدقة
عندما يتم تشغيل المحرك بسرعة ثابتة، فإنه سيحافظ على سرعة موحدة وفقًا للقصور الذاتي عند السرعة العالية، ولكنه سيتغير وفقًا للشكل الأساسي للمحرك عند السرعة المنخفضة.
في المحركات عديمة الفرش ذات الفتحات، يحدث تذبذب في التجاذب بين أسنان الفتحات ومغناطيس الدوار عند السرعات المنخفضة. أما في محركنا عديم الفتحات عديم الفرش، ولأن المسافة بين قلب الجزء الثابت والمغناطيس ثابتة على محيطه (أي أن المقاومة المغناطيسية ثابتة على محيطه)، فمن غير المرجح أن تحدث تموجات حتى عند الفولتية المنخفضة.
2. العمر الافتراضي، وسهولة الصيانة، وتوليد الغبار
أهم العوامل عند مقارنة المحركات ذات الفرش والمحركات عديمة الفرش هي العمر الافتراضي، وسهولة الصيانة، وانبعاث الغبار. ونظرًا لتلامس الفرشاة والمبدل أثناء دوران المحرك ذي الفرش، فإن منطقة التلامس ستتآكل حتمًا نتيجة الاحتكاك.
ونتيجةً لذلك، يلزم استبدال المحرك بالكامل، ويصبح الغبار الناتج عن مخلفات التآكل مشكلة. وكما يوحي الاسم، فإن المحركات عديمة الفرش لا تحتوي على فرش، لذا فهي تتمتع بعمر أطول، وسهولة صيانة أكبر، وتنتج غبارًا أقل من المحركات ذات الفرش.
3. الاهتزاز والضوضاء
تُصدر المحركات ذات الفرش اهتزازات وضوضاء نتيجة الاحتكاك بين الفرش والمبدل، بينما لا تُصدر المحركات عديمة الفرش اهتزازات وضوضاء. أما المحركات عديمة الفرش ذات الفتحات فتُصدر اهتزازات وضوضاء نتيجة عزم الدوران الناتج عن الفتحات، بينما لا تُصدر المحركات ذات الفتحات والمحركات ذات الأكواب المجوفة اهتزازات وضوضاء.
تُسمى الحالة التي ينحرف فيها محور دوران الدوّار عن مركز ثقله بعدم التوازن. وعندما يدور الدوّار غير المتوازن، تتولد اهتزازات وضوضاء، وتزداد هذه الاهتزازات والضوضاء مع زيادة سرعة المحرك.
4. الكفاءة وتوليد الحرارة
تُعرف كفاءة المحرك بنسبة الطاقة الميكانيكية الناتجة إلى الطاقة الكهربائية الداخلة. معظم الفاقد الذي لا يتحول إلى طاقة ميكانيكية يتحول إلى طاقة حرارية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك. تشمل فاقدات المحرك ما يلي:
(1) فقد النحاس (فقد الطاقة بسبب مقاومة الملفات)
(2). فقد الحديد (فقد التخلف المغناطيسي في قلب الجزء الثابت، فقد التيارات الدوامية)
(3) الفقد الميكانيكي (الفقد الناتج عن مقاومة الاحتكاك للمحامل والفرش، والفقد الناتج عن مقاومة الهواء: فقد مقاومة الرياح)
يمكن تقليل فقد النحاس عن طريق زيادة سمك السلك المطلي بالمينا لتقليل مقاومة اللف. مع ذلك، إذا زاد سمك السلك المطلي بالمينا، سيصعب تركيب اللفائف في المحرك. لذا، من الضروري تصميم بنية اللفائف بما يتناسب مع المحرك عن طريق زيادة معامل دورة التشغيل (نسبة الموصل إلى مساحة المقطع العرضي لللفائف).
كلما زاد تردد المجال المغناطيسي الدوار، زادت خسائر الحديد، مما يعني أن الآلة الكهربائية ذات سرعة الدوران العالية ستولد كمية كبيرة من الحرارة نتيجةً لهذه الخسائر. ويمكن تقليل خسائر التيارات الدوامية في الحديد عن طريق ترقيق الصفيحة الفولاذية الرقائقية.
فيما يتعلق بالخسائر الميكانيكية، تعاني المحركات ذات الفرش من خسائر ميكانيكية نتيجة الاحتكاك بين الفرشاة والمبدل، بينما لا تعاني المحركات عديمة الفرش من هذه الخسائر. أما بالنسبة للمحامل، فإن معامل احتكاك محامل الكرات أقل من معامل احتكاك المحامل الانزلاقية، مما يحسن كفاءة المحرك. وتستخدم محركاتنا محامل كرات.
تكمن مشكلة التسخين في أنه حتى لو لم يكن للتطبيق حد أقصى للحرارة نفسها، فإن الحرارة المتولدة من المحرك ستؤدي إلى تقليل أدائه.
عندما ترتفع درجة حرارة الملفات، تزداد المقاومة (الممانعة) ويصعب مرور التيار، مما يؤدي إلى انخفاض عزم الدوران. علاوة على ذلك، عندما يسخن المحرك، تقل القوة المغناطيسية للمغناطيس نتيجةً لإزالة المغنطة الحرارية. لذلك، لا يمكن إغفال توليد الحرارة.
نظراً لأن مغناطيس الساماريوم والكوبالت يتميز بانخفاض معدل إزالة المغناطيسية الحرارية مقارنةً بمغناطيس النيوديميوم بسبب الحرارة، يتم اختيار مغناطيس الساماريوم والكوبالت في التطبيقات التي تكون فيها درجة حرارة المحرك أعلى.
تاريخ النشر: 21 يوليو 2023