تعد المحركات الحثية والمحركات المتزامنة من أشهر محركات التيار المتردد المستخدمة في التطبيقات الصناعية. ومع ذلك، يختلف كل نوع في طريقة التشغيل والسرعة وبدء الحركة ومعامل القدرة.
فما الفرق بين المحرك الحثي والمحرك المتزامن؟ وأيهما يناسب التطبيقات الصناعية المختلفة؟
في هذا المقال، سنتعرف على أهم الفروقات بين المحرك الحثي والمحرك المتزامن، مع توضيح مبدأ التشغيل والمميزات والاستخدامات.
ما هو المحرك الحثي وكيف يعمل؟
المحرك الحثي هو محرك تيار متردد يعتمد على الحث الكهرومغناطيسي لإنتاج العزم.
عند توصيل ملفات العضو الثابت بمصدر التيار المتردد، يتولد مجال مغناطيسي دوّار.
يؤثر هذا المجال في موصلات العضو الدوّار، فيتولد فيها تيار مستحث. بعد ذلك، يتفاعل التيار المستحث مع المجال المغناطيسي لإنتاج عزم الدوران.
لذلك، يجب أن يدور العضو الدوّار بسرعة أقل قليلًا من سرعة المجال المغناطيسي. ويسمح هذا الفرق بحدوث الحث الكهرومغناطيسي واستمرار إنتاج العزم.
ويُعد محرك القفص السنجابي أكثر أنواع المحركات الحثية شيوعًا، بسبب بساطة تصميمه ومتانته وقلة احتياجه إلى الصيانة.
ما هو المحرك المتزامن وكيف يعمل؟
المحرك المتزامن هو محرك تيار متردد يدور العضو الدوّار فيه بالسرعة التزامنية أثناء التشغيل المستقر.
ينتج العضو الثابت مجالًا مغناطيسيًا دوّارًا، بينما يمتلك العضو الدوّار مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به.
يمكن إنشاء مجال العضو الدوّار باستخدام تيار مستمر، أو باستخدام مغناطيسات دائمة حسب تصميم المحرك.
عندما يصل العضو الدوّار إلى السرعة المناسبة، يتزامن مجاله المغناطيسي مع مجال العضو الثابت.
بعد ذلك، يدور العضو الدوّار بالسرعة التزامنية نفسها، ما دام الحمل ضمن حدود قدرة المحرك ولم يفقد التزامن.
ما الفرق بين سرعة المحرك الحثي والمتزامن؟
يُعد اختلاف السرعة من أهم الفروقات بين المحرك الحثي والمحرك المتزامن.
سرعة المحرك الحثي
تكون سرعة المحرك الحثي أقل من السرعة التزامنية بسبب وجود الانزلاق.
وتُحسب السرعة التزامنية بالعلاقة التالية:
Ns = 120 × f ÷ P
حيث:
- Ns = السرعة التزامنية بوحدة دورة/دقيقة.
- f = تردد مصدر التيار بالهرتز.
- P = عدد أقطاب المحرك.
على سبيل المثال، إذا كان المحرك يحتوي على 4 أقطاب ويعمل عند تردد 50 هرتز:
Ns = 120 × 50 ÷ 4 = 1500 دورة/دقيقة
لكن سرعة العضو الدوّار الفعلية تكون أقل قليلًا من 1500 دورة/دقيقة.
ما هو انزلاق المحرك الحثي؟
الانزلاق هو الفرق النسبي بين السرعة التزامنية وسرعة العضو الدوّار.
ويُحسب باستخدام العلاقة:
s = (Ns − N) ÷ Ns × 100
حيث:
- s = الانزلاق بالنسبة المئوية.
- Ns = السرعة التزامنية.
- N = سرعة العضو الدوّار.
وتزداد قيمة الانزلاق عادةً عند زيادة الحمل على المحرك.
سرعة المحرك المتزامن
يحافظ المحرك المتزامن على السرعة التزامنية أثناء التشغيل الطبيعي.
فإذا كان المحرك يعمل عند تردد 50 هرتز ويحتوي على 4 أقطاب، فإن سرعته التزامنية تساوي 1500 دورة/دقيقة.
ولا تتغير هذه السرعة مع تغير الحمل ضمن حدود التشغيل الطبيعية، ما دام المحرك يحافظ على التزامنه.
ما الفرق في بدء تشغيل المحرك الحثي والمتزامن؟
يختلف المحرك الحثي عن المحرك المتزامن بشكل واضح في طريقة بدء التشغيل.
بدء تشغيل المحرك الحثي
يتميز المحرك الحثي ثلاثي الطور بقدرته على بدء التشغيل ذاتيًا عند توصيله بمصدر مناسب.
ينتج المجال المغناطيسي الدوّار في العضو الثابت تيارات مستحثة في العضو الدوّار.
وبالتالي، يتولد عزم يبدأ بتدوير العضو الدوّار دون الحاجة إلى محرك مساعد.
بدء تشغيل المحرك المتزامن
المحرك المتزامن لا يبدأ الدوران ذاتيًا بالطريقة التقليدية.
لذلك، تحتاج بعض تصميماته إلى وسيلة مساعدة للوصول إلى سرعة قريبة من السرعة التزامنية.
ومن أشهر طرق بدء التشغيل:
- استخدام ملفات التخميد أو ملفات أمورثيزور.
- استخدام محرك مساعد يعرف باسم Pony Motor.
- استخدام مغير تردد للتحكم في سرعة البدء والوصول إلى التزامن.
وتختلف طريقة البدء المناسبة حسب نوع المحرك ونظام الإثارة المستخدم. لمعرفة المزيد عن طرق تشغيل المحركات، راجع مقال: طرق إقلاع المحركات الكهربائية.
ما الفرق في معامل القدرة؟
يختلف معامل القدرة بين المحرك الحثي والمحرك المتزامن.
معامل قدرة المحرك الحثي
يعمل المحرك الحثي عادةً بمعامل قدرة متأخر.
ويرجع ذلك إلى حاجته إلى تيار المغنطة لتكوين المجال المغناطيسي.
كما قد ينخفض معامل القدرة بشكل أكبر عند تشغيل المحرك بأحمال خفيفة.
لذلك، قد تستخدم المنشآت الصناعية وسائل مختلفة لتحسين معامل القدرة، مثل بنوك المكثفات.
معامل قدرة المحرك المتزامن
يمكن التحكم في معامل قدرة المحرك المتزامن من خلال تغيير مستوى إثارة العضو الدوّار.
وتوجد ثلاث حالات رئيسية:
- الإثارة المنخفضة: ينتج عنها معامل قدرة متأخر.
- الإثارة الطبيعية: يكون معامل القدرة قريبًا من الواحد الصحيح.
- الإثارة الزائدة: ينتج عنها معامل قدرة متقدم.
لذلك، يمكن استخدام بعض المحركات المتزامنة ذات الإثارة الزائدة للمساعدة في تحسين معامل القدرة في المنشآت الكهربائية. يمكنك أيضًا معرفة المزيد من خلال مقال: ما هو معامل القدرة؟.
كما يمكن تشغيل المحرك المتزامن غير المحمل بطريقة تجعله يعمل كمكثف متزامن لتعويض القدرة غير الفعالة.
ما الفرق في تركيب المحرك الحثي والمتزامن؟
يتميز المحرك الحثي ببساطة التركيب مقارنةً بالعديد من أنواع المحركات المتزامنة.
تركيب المحرك الحثي
يتكون المحرك الحثي من عضو ثابت وعضو دوّار.
وفي محرك القفص السنجابي، لا يحتاج العضو الدوّار عادةً إلى فرش أو حلقات انزلاقية أو مصدر إثارة مستقل.
لذلك، يتميز هذا النوع بالمتانة وقلة الصيانة. ويمكنك التعرف على المزيد من التفاصيل في مقال: كيفية فحص المحرك الكهربائي قبل التشغيل؟ خطوات عملية.
أما المحرك الحثي ذو العضو الدوّار الملفوف، فيحتوي على ملفات يمكن توصيلها بدائرة خارجية للتحكم في خصائص بدء التشغيل أو السرعة في بعض التطبيقات.
تركيب المحرك المتزامن
يحتاج المحرك المتزامن إلى مجال مغناطيسي في العضو الدوّار.
وقد يتم إنشاء هذا المجال باستخدام تيار مستمر أو مغناطيسات دائمة.
وفي بعض التصميمات، يستخدم المحرك حلقات انزلاقية وفرشًا لتوصيل تيار الإثارة.
كما يمكن استخدام نظام إثارة عديم الفرشاة في بعض المحركات الحديثة.
وقد تحتوي بعض المحركات المتزامنة على ملفات تخميد للمساعدة في بدء التشغيل وتقليل التذبذبات.
أيهما أفضل من حيث الكفاءة؟
لا توجد إجابة واحدة تنطبق على جميع التطبيقات.
يعتمد اختيار المحرك على القدرة المطلوبة وطبيعة الحمل وطريقة التحكم وظروف التشغيل.
يتميز المحرك الحثي بكفاءة جيدة وبساطة عالية، ولذلك يناسب عددًا كبيرًا من التطبيقات الصناعية.
في المقابل، يمكن أن يوفر المحرك المتزامن كفاءة عالية في بعض التطبيقات، خصوصًا عند القدرات الكبيرة وعندما تكون السرعة الثابتة أو تحسين معامل القدرة من المتطلبات المهمة.
لذلك، يجب اختيار نوع المحرك بناءً على متطلبات التطبيق وليس على الكفاءة وحدها.
أيهما أقل تكلفة وأسهل في الصيانة؟
يتميز المحرك الحثي عادةً بانخفاض تكلفته وبساطة تصميمه.
كما أن محرك القفص السنجابي يحتاج إلى صيانة قليلة نسبيًا، لأنه لا يحتوي عادةً على فرش أو حلقات انزلاقية.
أما المحرك المتزامن، فقد يكون أكثر تكلفة وتعقيدًا، خصوصًا عند استخدام نظام إثارة مستقل.
ومع ذلك، تختلف تكلفة الصيانة حسب نوع المحرك وتصميمه وطريقة الإثارة المستخدمة.
ما استخدامات المحرك الحثي؟
يُستخدم المحرك الحثي على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والتجارية.
ومن أشهر استخداماته:
- المراوح.
- المضخات.
- الضواغط.
- السيور الناقلة.
- آلات التصنيع.
- أنظمة التهوية.
- بعض المعدات الصناعية.
ويرجع انتشار المحركات الحثية إلى بساطة تصميمها ومتانتها وسهولة تشغيلها. وللتعرف على طريقة توصيل المحركات ثلاثية الطور، يمكنك قراءة مقال: كيفية توصيل محرك ثلاثي الأطوار؟ شرح النجمة والدلتا.
ما استخدامات المحرك المتزامن؟
يُستخدم المحرك المتزامن عندما تكون السرعة الثابتة أو معامل القدرة أو الكفاءة من المتطلبات المهمة.
ومن أبرز تطبيقاته:
- الضواغط الكبيرة.
- المطاحن الصناعية.
- المحركات ذات القدرات العالية.
- بعض أنظمة القيادة الصناعية.
- التطبيقات التي تتطلب سرعة ثابتة.
- تحسين معامل القدرة في المنشآت الصناعية.
كما يمكن استخدام بعض المحركات المتزامنة كمكثفات متزامنة لتحسين معامل القدرة.
جدول الفرق بين المحرك الحثي والمحرك المتزامن
| وجه المقارنة | المحرك الحثي | المحرك المتزامن |
|---|---|---|
| السرعة | أقل من السرعة التزامنية بسبب الانزلاق | تساوي السرعة التزامنية أثناء التشغيل المتزامن |
| بدء التشغيل | ذاتي التشغيل في المحركات ثلاثية الطور الشائعة | يحتاج إلى وسيلة بدء مناسبة حسب التصميم |
| إثارة العضو الدوّار | تيارات مستحثة | تيار مستمر أو مغناطيسات دائمة حسب النوع |
| معامل القدرة | عادةً متأخر | متأخر أو قريب من الواحد أو متقدم |
| التركيب | أبسط وأكثر متانة | أكثر تعقيدًا في بعض الأنواع |
| الصيانة | منخفضة نسبيًا، خصوصًا للقفص السنجابي | تعتمد على نوع المحرك ونظام الإثارة |
| التكلفة | عادةً أقل | عادةً أعلى |
| الاستخدامات | المضخات والمراوح والضواغط والسيور الناقلة | القدرات الكبيرة والسرعة الثابتة وتحسين معامل القدرة |
أيهما أفضل: المحرك الحثي أم المحرك المتزامن؟
يعتمد الاختيار على طبيعة التطبيق.
اختر المحرك الحثي عندما تكون الأولوية لـ:
- انخفاض التكلفة.
- بساطة التصميم.
- سهولة الصيانة.
- التشغيل الذاتي.
- الاستخدامات الصناعية العامة.
اختر المحرك المتزامن عندما تكون الأولوية لـ:
- السرعة الثابتة.
- تحسين معامل القدرة.
- الكفاءة العالية في بعض التطبيقات.
- القدرات الكبيرة.
- متطلبات تشغيل محددة تتطلب التزامن.
وبالتالي، لا يمكن اعتبار أحد النوعين أفضل بشكل مطلق. يعتمد الاختيار الصحيح على متطلبات الحمل ونظام التشغيل وظروف المنشأة.
الأسئلة الشائعة حول المحرك الحثي والمحرك المتزامن
يعتمد المحرك الحثي على التيارات المستحثة في العضو الدوّار لإنتاج العزم، بينما يمتلك المحرك المتزامن مجالًا مغناطيسيًا في العضو الدوّار ويتزامن مع المجال الدوّار للعضو الثابت.
يحافظ المحرك المتزامن على السرعة التزامنية أثناء التشغيل الطبيعي. أما المحرك الحثي فتكون سرعته أقل من السرعة التزامنية بسبب الانزلاق.
نعم، يتميز المحرك الحثي ثلاثي الطور الشائع بقدرته على بدء التشغيل ذاتيًا عند توصيله بمصدر مناسب.
لأن العضو الدوّار يحتاج إلى الوصول إلى سرعة قريبة من السرعة التزامنية حتى يتمكن من الدخول في حالة التزامن مع المجال المغناطيسي للعضو الثابت.
نعم، يمكن للمحرك المتزامن ذي الإثارة الزائدة أن يسحب تيارًا متقدمًا، مما يساعد على تعويض جزء من القدرة غير الفعالة وتحسين معامل القدرة.
يُستخدم المحرك الحثي على نطاق أوسع بسبب بساطة تصميمه وانخفاض تكلفته وسهولة صيانته. بينما يستخدم المحرك المتزامن في التطبيقات التي تتطلب خصائص محددة مثل السرعة الثابتة أو تحسين معامل القدرة.
الخلاصة
يكمن الفرق الأساسي بين المحرك الحثي والمحرك المتزامن في طريقة إنتاج المجال المغناطيسي للعضو الدوّار وسرعة التشغيل.
يدور المحرك الحثي بسرعة أقل من السرعة التزامنية بسبب الانزلاق، كما يتميز ببساطة التصميم والقدرة على بدء التشغيل ذاتيًا.
أما المحرك المتزامن، فيدور بالسرعة التزامنية أثناء التشغيل الطبيعي، ويمكن التحكم في معامل قدرته من خلال نظام الإثارة.
لذلك، يناسب المحرك الحثي معظم التطبيقات الصناعية العامة، بينما يكون المحرك المتزامن خيارًا مناسبًا عندما تكون السرعة الثابتة أو تحسين معامل القدرة أو متطلبات القدرة العالية من الأولويات.
المصادر: electricalacademia، electricalvolt
