معلومات عامة عن الآلات الكهربائية
1-تصنيف الآلاتالكهربائية.
2-المعطيات الاسمية للآلات الكهربائية
.
3-الشروط الواجبتوافرها في الالات الكهربائية
.

اولا: سوف نبدأ بتصنيف الآلات الكهربائية
:
تصنيف الآلات الكهربية حسب مجالات الاستخدام ، نوع التيار ، مبدأ العمل ،الاستطاعة ، وسرعة الدوران
.

تصنيف الآلات حسب الاستخدام
:
تنقسم الآلاتالكهربية حسب مجالات استخدامها الى الانواع التالية
:

المولدات الكهربية
Electric generators
تعمل المولدات الكهربية على تحويل الطاقة الميكانيكية الىطاقة كهربية ، اذا تركب في المحطات الكهربائية الثابتة ويمكن ان تحمل على وسائل نقلمختلفة كالسيارات والطائرات والقطارات الحديدة والبواخر كمجموعات توليد منتقلة، كماتستخدم المولدات في بعض الحالات كمنابع للتغذية فى مراكز الاتصالات communication centers وجمل الاتمتة وتقنيات القياس وغيرها
.

المحركات الكهربائية
:
تحول الطاقة الكهربية الى طاقة ميكانيكية فهي تدير الآلات والمعدات والاجهزةالميكانيكية المختلفة المستخدمة في ميادين الصناعة والزراعة والاتصالات والنقلوالمجالات العسكرية ومناح الحياة العامة كما تستخدم المحركات الكهربية في جملالتحكم الآلية الحديثة كعناصر تنظيم وتنفيذ وبرمجة
.

المبدلات الكهربائيةالدوارة
:Rotary converter-invertors
تقوم هذه المبدلات بتحويل التيار المتناوبالى تيار مستمر وبالعكس ، وتستخدم في دوائر التيار المتناوب والمستمر لتغيير التوتروالتردد وعدد الاطوار ....الخ
.
وقد تراجع دور هذا النوع من المبدلات الكهربائيةفي العقود الاخيرة الى حد كبير بسبب الانتشار الواسع للمبدلات الالكترونية الساكنة
electronic converter-invertors

المعوضات الكهربية الدوارة
: Rotary compensators
تستخدم في المنشات الكهربائية المختلفة لتوليد الاستطاعة الردية. بغاية تحسين مواصفات الطاقة الكهربائية في مراكز الاستهلاك والتوليد
.

المضخات الكهربائية الدوارة
: Rotary amplifiers
تستخدم من اجل التحكمبالبنى الكهربائية ذات الاستطاعة العالية بواسطة اشارات كهربائية صغيرة الاستطاعةترسل الى ملفات التحكم (التهييج) التي تدخل في تكوين هذه المضخات
.
تدعى الآلاتالكهربائية الصغيرة التى لا تزيد استطاعتها على 600 وات بالآلات الميكروية micro machines حيث تستخدم هذه الآلات على نطاق واسع في جمل الأتمتة والاجهزة الكهربائيةالمنزلية تقسم الآلات الكهربائية الميكروية المستخدمة في تجهيزات الاتمتة حسبوظيفتها الى المجموعات التالية
:

محركات الاستطلاع الميكروية
:
تستخدملتدوير العناصر المختلفة التى تدخل في تركيب جمل الاتمتة واجهزة التسجيل الرقميةوالبيانية ذاتية الحركة وغيرها
.

المحركات المقودة (لمنفذة):

تحولالاشارة الكهربية المطبقة على دخلها الى حركة ميكانيكية تنتقل الى محور دوران ايانها تقوم بصياغة اوامر محددة
.

مولدات التاكو
: Tacho-generators
وهيتحول الحركة الميكانيكية لمحور الدوران الى اشارة كهربية- التوتر- تتناسب مع سرعةدوران المحور


المحولات الدوارة
: Rotating transformers
يمكن الحصول فيخروج هذه المحولات على توتر يتناسب مع احد توابع زاوية دوران المحور مثل جيب او جيبتمام هذه الزاوية أو الزاوية نفسها
.

الآلات الارتباط التزامني
:synchrodrive
السينكرونات والمغنيسينات
Magnesyns, Synchros
تقوم هذهالآلات بتحقيق الفتل أو الدوران المتزامن لعدة محاور غير مرتبط بعضها مع بعضإرتباطا ميكانيكيا
.

الآلات الميكروية المستخدمة في الأجهزة الجيروسكوبية
:
gyroscopic micromachines )
المحركات وحساسات العزوم والزواية الجيروسكوبية
(
تؤمن هذه الألات الحركة الدورانية لمحاور الجيروسكوبات ذات التردد العالي وتقومبتصحيح وضعياتها
.
تسمى عادة ألات المجموعاتين الأولى والثانية بألات الإستطاعةالميكروية أما ألات مجموعات الثالثة والرابعة والخامسة فتدعى بالألات الميكرويةالإعلامية
information micro machines

تصنيف الألات الكهربائية حسب نوعالتيار ومبدأ العمل
:
تصنف الألات الكهربائية حسب نوع التيار ضمن مجموعتين
:
ألات التيار المتناوب AC machines وألات التيار المستمر
DC machines
تقسمألات التيار المتناوب على أساس مبدأ عملها وخصائصها الكهرومغناطيسية الى المحولات ،الألات اللاتزامنية(التحريضية)،الألات التزامنية وألات التيار المتناوب ذات المجمع
.

المحولات
:transformers


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


الألات اللا تزامنية(التحريضية)
:induction or asynchronous machines


تستخدم الآلات اللاتزامنيةبشكل رئيسي كمحركات كهربائية ثلاثية الطور 3 phase electric motor ويمكن بفضل بساطةتركيب هذه الآلات ووثوقيتها العالية استعمالها في مختلف مجالات الصناعة لتدوير آلاتالتشغيل المختلفة وآلات الرفع والحفر والضواغط والمراوح.....الخ
.
اما في جملالتنظيم الآلية فتستخدم على نطاق واسع المحركات التحريضية المقودة احادية الطور اوثنائية الطور وبالاضافة الى مولدات التاكو اللاتزامنية والسيكرونات
.

الآلاتالتزامنية
synchronous machines


تستخدم بصورة اساسية كمولدات تيار متناوب ذاتتردد نظامي في المحطات الكهربية، ومولدات ذات تردد عالى في منابع التغذية المستقلة(في البواخر والطائرات ... الخ).

كما تستعمل ايضا في جمل القيادة الكهربائيةذات الاستطاعة الكبيرة كمحركات تزامنية. وتستخدم الآلات التزامنية ذات الاستطاعةالصغيرة على نطاق واسع في جمل الاتمتة (الآلات البروزية Re power machines الآلات ذات المغناطيس الدائم ، الآلات التباطئية....الخ
.

آلات التيارالمتناوب ذات المجمع
:Gommutating machines


وهي ذات استخدامات نادرة نسبيالانها تتميز ببنية معقدة وتحتاج الى صيانة مستمرة
.
تستخدم هذه الآلات بصورةاساسية كمحركات كهربية
.
اما الآلات العامة ذات المجمع Universal machines التييمكن ان تعمل بالتيار المستمر او المتناوب فهي تستخدم في جمل لاتمتة والاجهزةالمنزلية المختلفة
.

الآلات التيار المستمر
:dC machines

تستخدم آلاتالتيار المستمر بصورة رئيسية كمحركات كهربائية في جمل القيادة والتحكم التى تتطلبتنظيم سرعة الدوران في حدود واسعة (وسائل النقل البحرية، القطارات، وحداتدلفنةالمعادن، عناصر نقل الحركة في عربات الشحن الضخمة،آلات الرفع والحفر، آلاتمعالجة المعادن وغيرها).

كما تستخدم هذه المحركات عندما تكون منابع التغذيةالمدخرات الكهربية (محركات بدء التشغيل او الاقلاع ، محركات الغواصات البحريةوالمركبات الفضائية...الخر)
.
اما مولدات التيار المستمر فغالبا ما تستخدم لتغذيةتجهيزات الاتصالات ومن اجل شحن مجموعات المدخرات، كما تستعمل كمنابع تغذية اساسيةفي وسائل النقل ( السيارات، السفن ، الطائرات، القطارات
.(
استبدل استخداممولدات التيار المستمر بمولدات التيار المتناب المزودة بوحدات تقويمالتيار
Rectifier
تستخدم في جمل التنظيم الآلية آلات التيار المستمر على نطاقواسع كمضخات دوارة ومحركات منفذة ومولدات تاكو
Tacho generators.



ثانيا: المعطيات الاسمية للآلات الكهربائية
:


تزود كل آلة كهربائية بلوحة اسمية Name plate معدنية مثبتة على هيكلها الخارجي

يشار في هذه اللوحة عادة إلى طراز الآلةومعطياتها الاسمية التي تؤخذ كأساس لتحديد شروط عمل الآلة الكهربائية ومواصفاتهاأثناء التصميم
.

المعطيات الاسمية
:Nominal data

تشمل هذه المعطياتالاستطاعة، التوتر،التيار، سرعة الدوران، التردد، المردود،عدد الأطوار، معاملالاستطاعة ونظام العمل
.
كما يشار إلى اللوحة الاسمية إلى الجهة الصانعة وتاريخإنتاج الآلة ودرجة العازلية وبعض المعلومات الإضافية التي تلزم عند التركيبوالاستثمار ( الوزن ، طريقة توصيل الملفات...الخ)

ويمكن استخدام مصطلح الاسمى Nominal للتعبير عن مقادير أخرى غير مذكورة في جدول المواصفات الفنية لكنها تميزحالة العمل الاسمية كعزل الدوران الاسمي Nominal torque والانزلاق الاسمي Nominal slip .....الخ


الاستطاعة الاسمية
: Nominal or rated power


وهي التيتصمم على أساسها الآلة الكهربية وتحقق شروط عدم ارتفاع درجة حرارتها على الحدالمسموح والحفاظ على جاهزية العمل خلال فترة الاستثمار المحددة لهذه الآلة
.
فبالنسبة للمحركات الكهربائية يقصد بالاستطاعة الاسمية الاستطاعة الميكانيكيةالمفيدة Useful mechanical power على المحور وتقاس بالوات أو الكيلو وات
.
أماالاستطاعة الاسمية في مولدات التيار المستمر فإنها تعني استطاعة الخرج الكهربائيةالمفيدة المأخوذة من الآلة وتقاس أيضا بالوات أو الكيلو وات
.
كما تشيرالاستطاعة الاسمية في مولدات التيار المتناوب إلى استطاعة الخرج الكلية (الظاهرية)والتي تقاس بالفولت أمبير أو بالكيلو فولت أمبير
.
يتم ترتيب الاستطاعات الاسميةلجميع أنواع الآلات الكهربية الدوارة والمحولات ضمن جداول معيارية بالطريقة نفسهاالتي تحدد فيها سرعة الدوران الاسمية للآلات الكهربية
.
يمكن تشغيل الآلاتالكهربائية في ظروف عمل غير اسمية ( باستطاعات أو تيارات وتوترات تزيد أو تقل عنالحدود الاسمية).

عند الأحمال التي تقل عن الحمل الاسمي تكون عادة قيم المردودومعامل الاستطاعةpower factor أدنى من مستواهم النظامي
.
أما زيادة الحمل overload على القيم الاسمية فتؤدي إلى ظهور الأوان وبالتالي خروج الآلة من العملبشكل مبكر
.
أن درجة الحرارة العظمى المسموحة في الملفات تتعلق إلى حد كبيربخواص المادة العازلة المستخدمة ومدة خدمة الآلة وهي تتراوح عادة ما بين 105 و 180درجة مئوية
.

تعد الآلات الكهربية آلات معكوسة Reversible أي أنها تستطيعالعمل كمولدات أو كمحركات على حد سواء
.
وهذه الخاصية تنطبق على المبدلاتالكهربائية الدوارة والمحولات،إذ يمكن عكس استثمار الطاقة الكهربية في هذه الآلاتأيضا
.
بيد أن الآلات التي يتم إنتاجها في فروع الصناعات الكهربائية تخصص عادةللعمل في نظام موحد، وهذا يسمح بجعل الآلة اكثر ملاءمة لشروط الاستثمار واقل حجماواخفض تكلفة
.

المواصفات الواجب توافرها في التوتر
:
تصنع الآلاتالكهربية بتوترات عيارية محددة تتوافق مع مستويات التوتر العيارية المستخدمة فيالشبكات الكهربية
.
تزيد التوترات العيارية الخاصة بالمولدات على توتراتالمحركات بحوالي 5-10
%
فمثلا إذا كان التوتر العياري للمحرك 220 فولت يكون توترالمولد 230 فولت
.
ويعود السبب في اختلاف قيم التوترات العيارية المستخدمة فيالمحركات والمولدات إلى هبوطات التوتر voltage drops في الشبكات الكهربية التي تربطما بين هذه المحركات و المولدات
.
أما في المحولات فتؤخذ التوترات العيارية فيجهة الملفات الأولية مساوية لتوترات المحركات وفي جهة الملفات الثانوية تكون مساويةلتوترات المولدات
.
تصمم آلات التيار المتناوب في الغالب للعمل على توترات جيبيةمتناظرة بالنسبة لجميع الأطوار. وتحدد درجة اختلال هذا الشرط في جداول المعاييروالمواصفات
.
فعلى سبيل المثال يجب ألا تزيد مقدار انحراف التوتر voltage deviation في تجهيزات الطاقة الكهربائية عن -5% و +10
%
كما أن Distortion factor يجب ألا يتجاوز 5
%
أما الآلات المخصصة للعمل مع مبدلات التيارRectifiers فتتعرض عادة لتأثير توترات وتيارات غير جيبية تسبب حدوث فقد في القدرةداخل هذه المحولات وارتفاع درجة الحرارة للملفات


ثالثا: الشروط الواجبتوافرها في الآلات الكهربية
:
من أهم الشروط الواجب توافرها في الآلاتالكهربائية، الوثوقية العالية أثناء العمل ومحددات الأداء الجيدة( المردود ومعاملالقدرة) وصغر الحجم والكتلة وانخفاض الكلفة ، بالإضافة إلى بساطة التصميم وسهولةالتصنيع والاستثمار والصيانة
.

المتطلبات الفنية العامة
:
أن المتطلباتالفنية الواجب توافرها في الآلات المخصصة للاستخدامات الصناعية العامة والآلات ذاتالتصاميم الخاصة، مدرجة في جداول المعايير والمواصفات
.
تصمم كل آلة كهربائيةللعمل ضمن شروط استثمارية معينة مثل نظام التحميل، زيادة الحمل المسموح، مستوىالتوتر والتردد ، سرعة الدوران ودرجة حرارة وسط التبريد، الارتفاع عن سطح البحرونسبة الرطوبة.....الخ
.
ويفترض أن تعمل الآلة في هذه الظروف باستطاعتها الاسميةدون أعطال وتوقف خلال المدة الزمنية المطلوبة ( الفترات الزمنية التى تمتد ما بينمراحل الصيانة الدورية).

يمكن تحقيق الوثوقية العالية المطلوبة للآلة الكهربيةعن طريق اعتماد عوامل أمان Safety factors كافية عند التصميم واستخدام تقنيات تصنيعذات مستوى متطور والتقيد بقواعد الاستثمار الصحيحة (تشغيل الآلة في نظام العمل الذيصممت على أساسه وتنفيذ عمليات الصيانة الدورية بانتظام).

تعمل الآلات الكهربيةذات الاستطاعة الكبيرة والمتوسطة والصغيرة عادة كمبدلات للطاقة ( محركات ، مولدات،محولات ، مبدلات دوارة).
لذلك فمن أجل خفض النفقات المصروفة على استثمار هذهالآلات لابد من إبلاء محددات أدائها التي تشمل المردود ومعامل القدرة أهمية كبيرة.
فعند تصميم الآلة بطريقة الاختيار الأمثل Optimization لمحدداتها الأساسيةوحمولاتها الكهرومغناطيسيةElectromagnetic loading يجري السعي للحصول على افضل قيمممكنة للمردود ومعامل القدرة عند الحمل الاسمي Nominal load بيد أن هذه القيممرتبطة مع القدرة الاسمية للآلة بعلاقة محدودة ، لذلك فكلما كانت القدرة الاسميةصغيرة انخفضت معها قيم المردود ومعامل الاستطاعة
.

الشروط الواجب توافرها فيالآلات الميكروية المستخدمة في جمل الأتمتة
:


بالإضافة إلى متطلبات الفنيةالعامة، يجب أن تتوافر في الآلات الكهربية الميكروية عدة مواصفات أخرى أهمها
:
1- الدقة العالية في تحويل إشارة الدخل إلى خرج، كتحويل سرعة الدوران مثلا إلىتوتر خرج في مولدات التاكو، أو تحويل توتر التحكم إلى سرعة دوران في المحركاتالمنفذة
.
2- ثبات مميزات الخرج عند تغير الشروط الاستثمار ، كتغير درجة الحرارةالوسط المحيط مثلا
.
3- خطية المميزات عند تغير الحمل وإشارة التحكم
.
4- سرعة التنفيذ العالية
.
5- سعة مجال التنظيم
.
من اجل تحقيق هذه الشروط يضطرالمصممون للابتعاد عن القواعد، التي تستهدف إيجاد الحل الأمثل المتبعة عند تصميمالآلات ذات القدرة الكبيرة والمتوسطة
.
فمن اجل خفض نسبة الخطأ في الآلاتالميكروية الإعلامية مثلا تقلل قيمة الحمولات الكهرومغناطيسية لها وتؤخذ الثغرةالهوائية Air-gap ما بين الجزء الثابت والجزء المتحرك بطول اكبر
.
ومن اجل زيادةعزم الدوران في المحركات المنفذة وبعض الآلات الميكروية الأخرى يجري اختيارالحمولات الكهرومغناطيسية عند الحدود القصوى المسموحة التي تحددها شروط تبريد الآلة
.
وهذا ما يقود إلى إنقاص قيم محددات الأداء (المردود ومعامل القدرة) التيتعتبر ذات أهمية بالغة بالنسبة للآلات ذات القدرة المتوسطة والضخمة

أما بالنسبةللآلات الكهربائية الميكروية فتحتل المواصفات المتمثلة بالدقة وسرعة الأداء وسعةمجال التنظيم ، المرتبة الأولى
.
عدا الشروط والمواصفات المذكورة الواجبتوافرها في الآلات الكهربائية الميكروية يمكن إضافة بعض الشروط الخاصة المتعلقةبالخصائص الاستثمارية لهذه الآلات
.
فعلى سبيل المثال يتوجب على الآلاتالميكروية المستخدمة في آلات التسجيل الصوتية أن تتمتع بمستوى منخفض من الضجيج
.
كما لا يجوز للآلات الميكروية المستخدمة في الدوائر الراديوية أن تولد مستوياتعالية من التشويش
.
وعند تركيب مثل هذه الآلات في المفاعلات النووية والمركباتالفضائية يجب أن تبقى محافظة على استقرارها
.
إن هذه الشروط تضع جملة من القيودعلى بنية هذه الآلات فتؤدي إلى زيادة كتلتها وحجمها و بالتالي إلى خفض جودة محدداتأدائها.



lug,lhj uhlm uk hgNghj hg;ivfhzdm hgNghj hg;ivfhzdm