الشبكة الكهربية والمحركات الكهربية وتأثير كلٍ منهما على الأخر

مقدمه

تمثل المحركات الكهربية أهم جزء فى الوسط الصناعى حيث يعتمد عليها بشكل واسع فى عمليات السحب والدرفلة والكبس والقطع والثقب وضخ السوائل والنقل والتعبئة وغيرها من التطبيقات التى لا حصر لها ، ولم يقتصر استخدام المحركات الكهربية على الوسط الصناعى فحسب بل يمتد استخدامها الى الوسط المنزلى.حيث تستخدم فى غسالات الملابس وأجهزة التكييف والمكانس الكهربائية ومجفِّفات الشعر وآلات الخياطة .لذلك كان لابد من دراسة سلوك ومتطلبات هذه المحركات جيدا ودراسة تأثيرها على الشبكة الكهربية ، وفى هذا الموضوع نكتفى بالحديث عن أحد أنواع هذه المحركات وأكثرها شيوعا وهى المحركات التأثيرية.

تركيب المحركات التأثيرية

المحركات التأثيرية هى محركات تعمل على منبع تيار متردد أحادى الوجه أو ثلاثى الأوجه،وتتكون هذه المحركات من عضو ثابت اسطوانى مصنوع من شرائح الصلب السليكونى مكون من مجارى طولية فى المحيط الداخلى للعضو بها ملفات ذات أسلاك معزولة و ملفوفة بطريقة معينة لتعطى مجالا دوارا بسرعة تسمى سرعة التزامن وعضو دوّار اسطواني من شرائح الصلب السليكونى مكون من مجارى طولية فى المحيط الخارجى للعضو بها اما ملفات ذات أسلاك معزولة متصلة بحلقات انزلاق مثبتة على محور الدوران –وفى هذه الحالة يسمى المحرك محرك تأثيرى ذو حلقات انزلاق-أو بارات من الألومنيوم- وفى هذه الحالة يسمى المحرك محرك تأثيرى ذو القفص السنجابى-يتم توصيل العضو الثابت الى مصدر الكهرباء ولايتصل العضو الدوّار مباشرة بمصدر الكهرباء الخارجي. ويسري التيار المتناوب حول ملفات المجال في العضو الثابت مولدا مجالاً مغنطيسيا دواراً. ويولد هذا المجال تيارًا كهربائيًا في العضو الدوار مما ينتج عنه مجال مغنطيسي آخر. ويتفاعل المجال المغنطيسي الناشئ من العضو الدوار مع المجال المغنطيسي الآتي من العضو الثابت، مُسبِّبًا حركة العضو الدوار.الشكل رقم (1) يبين تركييب كل من العضو الثابت و الدوّار لمحرك ذو القفص السنجابى.

سلوك المحركات التأثيرية

في هذه النقطة سوف نستعرض منحنيات الأداء الكهربية والميكانيكية لمحرك تأثيري ثلاثي الأوجه 220فولت وجهي قدرة ثلاث أحصنة سرعة 1425لفة / الدقيقة . وحتى يفهم سلوك هذه المحركات و متطلباتها سوف يتم عرض هذه المنحنيات عند ظروف مختلفة من جهد التغذية.ولكن نكتفى بعرض منحنى الأداء عند الجهد المقنن للمحرك خلال فترتى البدء والاستقرار فى هذا العدد مع ارجاء الحديث عن ظروف التشغيل الأخرى للأعداد التالية باذن الله.

عند توصيل المحرك التأثيرى بمصدر جهد كهربي (جهده يساوى الجهد المقنن للمحرك) يسحب تيارا كبيرا يصل الى 10 أضعاف تيار الحمل الكامل الشكل رقم (2) يوضح موجه التيار المسحوب من المحرك التأثيري محملا بالحمل الكامل .

ويتضح من الشكل أن المحرك يستغرق 0.35ثانية في بدء الحركة وبالتالي فان كابلات تغذية المحرك في هذه الفترة تتعدى مقنناتها وتسبب هذه الفترة في إحداث نقرات في موجة الجهد(Voltage dips) والتي تؤثر بالسلب على جودة التغذية الكهربية وتسبب فصل للأحمال المجاورة أحيانا .

والشكل رقم (3) يوضح شكل العزم الكهربي المولد من المحرك .و يتضح من الشكل أن عزم البدء أكبر من عزم الحمل، وعزم البدء هذا كلما زاد بالنسبة إلى عزم الحمل الكامل كلما كان أفضل حيث تقل فترة البدء مع زيادته بالنسبة إلى الحمل الكامل . فعند شراء محرك تأثيري لابد من الإلمام بمتطلبات الحمل لتحديد هذه النسبة (عزم البدء/عزم الحمل الكامل) جيدا.

شكل رقم (1). شكل رقم (2). شكل رقم (3).

والشكل رقم (4) يوضح منحنى السرعة خلال فترة البدء حتى الاستقرار حيث يصل المحرك إلى سرعة تعتمد على قيمة عزم الحمل المطبق على عامود الدوران وعلى عدد أقطاب المصمم عليها المحرك وعلى تردد مصدر الجهد الكهربي المتصل بالمحرك.

والشكل رقم (5) يوضح منحنى القدرة الفعالة المسحوبة من المصدر الكهربي والتي تكون كبيرة جدا في البداية نظرا لارتفاع تيار المحرك في هذه اللحظة وتنخفض إلى قيمه تقترب من قدرة الخرج الميكانيكية للمحرك ويوضح الشكل أيضا قدرة الخرج للمحرك والتي تكون كبيرة جدا في البداية وتنخفض إلى قيمه تعتمد على عزم الحمل المطبق على عامود الدوران للمحرك.ويوضح الشكل أيضا المفاقيد الحديدية والنحاسية ومن الواضح ثبوت قيمة المفاقيد الحديدية وتغير المفاقيد النحاسية خلال فترة البدء وذلك لأن المفاقيد الحديدية تعتمد فقط على جهد وتردد المصدر الكهربي وهما ثابتين في هذه الحالة أما المفاقيد النحاسية فهي تعتمد على تيارات المحرك والمقاومة الداخلية لكل من العضو الثابت والدوّار.

والشكل رقم (6) يوضح منحنى القدرة الغير فعالة المسحوبة من المصدر الكهربي والتي تكون كبيرة جدا في البداية نظرا لأن هذه القدرة الغير فعالة المسحوبة هي المسئولة عن تكوين المجال في العضو الدوّار حيث لا يوجد مجال في البداية لذلك يحتاج المحرك إلى قدرة غير فعالة كبيرة لتكوين هذا المجال في العضو الدوّار عند بدء الحركة.

وبملاحظة الشكلين رقم (5،6) يتضح أن القدرة الغير فعالة المسحوبة أكبر من القدرة الفعالة لذلك يفضل توصيل مكثفات تحسين معامل القدرة مع بدء تشغيل المحركات التأثيرية حتى يقلل من القدرة الغير فعالة المسحوبة مع مراعاة فصل هذه المكثفات قبل إيقاف التشغيل وذلك لأنها لو تم تركها مع إيقاف المحرك، يعمل المحرك كمولد وذلك غير مرغوب فيه.