5.4 الموقف التعليمي التعلّمي: التعرّف إلى أنواع المحركات الكهربائية أحادية الطور

5.4 الموقف التعليمي التعلّمي: التعرّف إلى أنواع المحركات الكهربائية أحادية الطور: وصف الموقف التعليمي التعلّمي: أحضر أحد النجارين محركاً كهربائياً أحادي الطور إلى ورشة فنية، وطلب تشغيله، وعكس اتجاه دورانه. العمل الكامل:

• نوع المحرك الكهربائي.
• طبيعة عمل المحرك الكهربائي.
• عمل صيانة سابقة للمحرك.

  أجمع البيانات عن:

• أنواع المحركات الكهربائية أحادية الطور.
• المواصفات الفنية للمحركات أحادية الطور.
• أعطال المحركات الكهربائية أحادية الطور.
• الصيانة الدورية للمحركات أحادية الطور. | - الحوار والمناقشة.
• التعلم التعاوني (العمل ضمن فريق). | - الوثائق:

  طلب النجار. أوراق البيانات ⁦(Data sheet)⁩ الخاصة بالمحرك الكهربائي.

• التكنولوجيا:

  الشبكة العنكبوتية، والمواقع الإلكترونية المحكمة. صور عن المحركات الكهربائية أحادية الطور. فيديو عن المحركات الكهربائية أحادية الطور. |

نوع المحرك الكهربائي. طبيعة عمل المحرك الكهربائي. عمل صيانة سابقة للمحرك. أنواع المحركات الكهربائية أحادية الطور. المواصفات الفنية للمحركات أحادية الطور. أعطال المحركات الكهربائية أحادية الطور. الصيانة الدورية للمحركات أحادية الطور.

• أحدد خطوات العمل.
• أعد جدولاً زمنياً للتنفيذ. | - الحوار والمناقشة.
• التعلم التعاوني (العمل ضمن فريق). | - الوثائق:

  أوراق البيانات ⁦(Data sheet)⁩ الخاصة بالمحرك الكهربائي. البيانات التي جُمعت.

• الإنترنت:

  مواقع خاصة بالمحركات الكهربائية ذات مصداقية. مواقع خاصة بصيانة المحركات الكهربائية ذات مصداقية. | 159

سلامة التوصيلات الكهربائية. عدم تشغيل المحرك قبل التأكد من سلامة التوصيلات. استخدام الأدوات والعدّة المناسبة.

• فحص مصدر التغذية.
• فك علبة تجميع المحرك، والتأكد من التوصيلة والجهد.
• قياس التيار المار في المحرك ومقارنته مع اللوحة الاسمية له.
• فك أي حمل ميكانيكي عن محور الدوران للمحرك.
• قياس سرعة المحرك ومقارنتها باللوحة الاسمية له.
• فحص عازلية المحرك.
• فحص مقاومة ملفات المحرك، والتأكد من صلاحيتها. | - الحوار والمناقشة.
• التعلم التعاوني (مجموعات عمل). | - جهاز ⁦DMM⁩.
• قرطاسية.
• الإنترنت (مواقع خاصة بالمحركات الكهربائية وصيانتها ذات مصداقية). |

• الوثائق والنماذج التي عُبئت خلال أداء المهمة.
• إنجاز العمل في الوقت المحدد، وفق طلب النجار.
• إعادة العدد والأدوات المستخدمة لأمكنتها، وترتيب مكان العمل. | - التعلم التعاوني (مجموعات عمل).
• البحث العلمي. | - طلب النجار.
• الوثائق والتقارير.
• المواصفات الفنية.
• حاسوب.
• الإنترنت (مواقع خاصة بالمحركات الكهربائية وصيانتها ذات مصداقية). |

نوع المحرك الكهربائي. طبيعة عمل المحرك الكهربائي. عمل صيانة سابقة للمحرك. أنواع المحركات الكهربائية أحادية الطور. المواصفات الفنية للمحركات أحادية الطور. أعطال المحركات الكهربائية أحادية الطور. الصيانة الدورية للمحركات أحادية الطور.

• أنشئ ملفاً خاصاً بالحالة (التعرف إلى أنواع المحركات الكهربائية أحادية الطور).
• أجهز تقريراً فنياً للنجار.
• أعد تقريراً كاملاً بالعمل. | - الحوار والمناقشة.
• التعلم التعاوني (مجموعات عمل). | - جهاز حاسوب.
• جهاز العرض ⁦LCD⁩.
• سجلات. |

  160 -طلب النجار. -المواصفات والكتالوجات. -نموذج العمل الخاص بالتقييم. -الحوار والمناقشة. -العصف الذهني. أقارن بين وضع المحرك قبل عمل الصيانة له، وبعده. أعبئ نموذج التقييم.

• رضا النجار (موافقة النجار على تشغيل وعكس اتجاه دوران المحرك أحادي الطور بما ينسجم مع المواصفات والمقاييس).

أسئلة: 1. أبحث في الإنترنت عن طريقة لف المحرك أحادي الطور، وأصمم نموذجاً له.

2. أحضر محركاً عاماً، ثم أصمم دارة تيار مستمر، وأشغل المحرك، ثم أشغل المحرك على التيار المتناوب، وأقارن بين الحالتين.

في الدارة الكهربائية الآتية، أحسب قيمة فرق الطور:

يوجد العديد من أنواع المحركات أحادية الطور، ويعود سبب ذلك لاختلاف التركيب، وطريقة بدء الحركة فيها، حيث تتشابه في التركيب مع نظيراتها من المحركات ثلاثية الأطوار، من حيث مبدأ العمل، ومكونات المحرك، ويمكن تقسيم المحركات أحادية الطور وفق نوع الجزء الدوار، إلى قسمين، هما:

يتلخص مبدأ عمل المحركات ذات القفص السنجابي في عملية تكوين المجال المغناطيسي الدوار في الجزء الساكن، وتأثيره على قضبان القفص السنجابي، حيث تنتج في النهاية حركة في الجزء الدوار للمحرك، ولكن هنالك مشكلة في الإقلاع في المحركات أحادية الطور، ولعلاج هذه المشكلة، يحتوي المحرك على نوعيين من أتعلّم: أنواع المحركات الكهربائية أحادية الطور. الملفات، هما: الملفات الرئيسة (ملفات التشغيل)، والملفات المساعدة (ملفات البدء)، ويتم توزيعها في الجزء الساكن، وفق عدد أقطاب المحرك، إضافة إلى الزاوية الميكانيكية الناتجة عن التوزيع، ويتم توليد فرق طور كهربائي بين الموجة المغذية للملفات الرئيسة، والموجة المغذية للملفات المساعدة، وهذان الأمران يؤديان –بدورهما- إلى إقلاع المحرك، ويبيّن الشكل (1) الآتي توزيع الملفات، وشكل المجال المغناطيسي في المحركات أحادية الطور ذات القفص السنجابي:

ويمكن تصنيف المحركات أحادية الطور ذات القفص السنجابي وفق الطريقة المستخدمة في عملية الإقلاع إلى ما يأتي: أ. محرك الطور المشطور ⁦(Split-Phase Motor)⁩: في هذا النوع من المحركات، يحتوي الجزء الساكن على نوعين من الملفات، هما: ملفات رئيسة، وملفات مساعدة، حيث تكون الملفات المساعدة ذات مقاومة ومفاعلة حثية أكبر من الملفات الرئيسة؛ لتكوين فرق طور كهربائي (زاوية كهربائية) بين التيار المار في الملفات الرئيسة، والتيار المار في الملفات المساعدة. والشكل (2) الآتي يبيّن موجات التيار، والمتجهات في محرك الطور المشطور:

ولجعل ممانعة الملفات المساعدة أكبر، يتم اختيار مساحة مقطع أصغر للملفات، والشكل (3) الآتي يبيّن الدارة المكافئة لمحرك الطور المشطور:

وتكون الملفات المساعدة غير قادرة على تحمل فترة التشغيل؛ بسبب مساحة مقطعها الصغير؛ ما يؤدي إلى تلفها، ولتجنّب تلفها، يتم فصل الملفات المساعدة باستخدام مفتاح طرد مركزي، عند وصول السرعة إلى 75% من السرعة الاسمية، ويتم تثبيت الجزء الكهربائي من المفتاح على الجزء الساكن، أمّا الجزء الميكانيكي من المفتاح، فيثبّت على الجزء الدوار، والشكل (4) الآتي يبيّن أقسام مفتاح الطرد المركزي:

يتراوح عزم البدء في هذا النوع من المحركات بين (100% – 200%) من عزم الحمل الكامل، ويُعد هذا العزم قليلاً مقارنة مع المحركات الأخرى، ويعود ذلك لصغر الزاوية بين تياري البدء، والتشغيل، حيث لا يمكن توليد زاوية طور مقدارها 90˚ باستخدام الملفات وحدها، ويُستخدم محرك الطور المشطور في المراوح، والمضخات، والثلاجات المنزلية، وغيرها من الأحمال المنخفضة نسبياً، التي لا تتجاوز قدرتها ⁦500 W⁩. ويُمكن عكس اتجاه دوران محرك الطور المشطور بعكس اتجاه مرور التيار في الملفات الرئيسة، أو عكس اتجاه مرور التيار في الملفات المساعدة، من خلال عكس الأقطاب على الملفات. ب. المحرك ذو المواسع: يختلف المحرك ذو المواسع عن محرك الطور المشطور في وجود المواسع الكهربائي الذي يعمل على توليد زاوية كهربائية مقدارها 90˚ بين تياري الملفات الرئيسة، والملفات المساعدة؛ ما يعطي المحرك عزم بدء عالياً، لكن في المقابل يُعد أغلى ثمناً من محرك الطور المشطور. ويُمكن تقسيم المحرك ذي المواسع، من حيث بقاء المواسع موصولاً في أثناء التشغيل، أو فصله، إلى ثلاثة أنواع، هي:

1. المحرك ذو مواسع البدء: في هذا المحرك، يتم وصل المواسع مع ملف البدء على التوالي، ووصلهما مع ملف التشغيل على التوازي، إضافة إلى ذلك، يتم فصل ملف البدء والمواسع عن المصدر، باستخدام مفتاح طرد مركزي، عندما تصل السرعة إلى 75% من السرعة الاسمية، كما هو الحال في الطور المشطور، والشكل (5) الآتي يبيّن الدارة المكافئة للمحرك ذي مواسع البدء:

ويتميز هذا المحرك بعزم بدء عال، حيث يصل عزم البدء في هذا المحرك إلى أكثر من 300% من عزم الحمل الكامل، ويُستخدم في التطبيقات التي تحتاج إلى عزم بدء عال، مثل الضاغطات، والمضخات، والمكيفات الكهربائية، وغيرها. ويمكن التحكم بتشغيل دوران المحرك، وعكسه، باستخدام مفتاح أسطواني قلاّب ذي أربع طبقات، والشكل (6) الآتي يبيّن طريقة عكس دوران محرك أحادي الطور ذي مواسع بدء، باستخدام مفتاح أسطواني:

2. المحرك ذو المواسع الدائم: في هذا النوع من المحركات، تبقى الملفات المساعدة متصلة مع الملفات الرئيسة في أثناء تشغيل المحرك، دون خروج الملفات المساعدة؛ لذلك يتم الاستغناء عن مفتاح الطرد المركزي، والشكل (7) الآتي يبين الدارة المكافئة للمحرك ذي المواسع الدائم:

ويتم تصميم الملفات المساعدة، واختيار المواسع؛ ليتناسبا مع التشغيل الدائم، حيث يكون المواسع من النوع الورقي المشبع بالزيت.

ويكون عزم البدء في هذا المحرك أقل من عزم البدء للمحرك ذي مواسع البدء، ولكنه يتميز بارتفاع معامل القدرة له؛ بسبب وجود المواسع بشكل دائم في أثناء التشغيل، إضافة إلى ذلك، يُعد أقل ثمناً؛ بسبب عدم وجود مفتاح الطرد المركزي فيه.

3. المحرك ذو المواسعين: يدمج هذا المحرك خواص المحركين؛ المحرك ذي المواسع الدائم، والمحرك ذي مواسع البدء، ففي المحرك ذي مواسع البدء، يكون عزم البدء للمحرك ذا قيمة عالية، ولكن توجد مشكلة عند خروج المواسع، حيث يتغير التيار بشكل مفاجئ عند عمل مفتاح الطرد المركزي، هذا بدورة يؤثر على عزم المحرك؛ ويُسمى المرحلة الانتقالية (مرحلة عدم استقرار)، أما المحرك ذو المواسع الدائم، فعزم البدء فيه منخفض، لذلك السبب، أضيف مواسعان؛ مواسع لبدء التشغيل ⁦Start C⁩، ومواسع للتشغيل الدائم ⁦Run C⁩، حيث تكون قيمته من 10% إلى 20% من قيمة مواسع البدء، ويتم فصل مواسع البدء، باستخدام مفتاح طرد مركزي.

والشكل (9) الآتي يبين الدارة الكهربائية المكافئة للمحرك ذي المواسعين:

ويتميز هذا المحرك بعزم بدء عال، مع المحافظة على عزمه، ويكون تشغيله مستقراً، ولكن ثمنه مرتفع، مقارنة مع المحركات الأخرى.

1. ج.
2. المحرك ذو القطب المظلل ⁦(Shaded Pole Motors)⁩: يختلف هذا المحرك في التركيب عن نظيريه المشطور، وذي المواسع، ويتشابه معهما في الجزء الدوار (القفص السنجابي)، أما الجزء الساكن فيه، فيحتوي على ملفات رئيسة ملفوفة على قلب حديدي، وفي بعض الأحيان، تكون خارجية، وملفات تظليل، وتكون ملفوفة على أقطاب بارزة، تحيط بالجزء الدوار، والشكل (14) الآتي يبين تركيب المحرك ذي القطب المظلل:

يعتمد مبدأ عمل محرك القطب المظلل على الفيض المغناطيسي المحتث في الحلقة النحاسية المغلقة، فإما أن يكون معاكسا أو مساعدا للفيض الرئيسي، وذلك بناءً على موجة التيار الجيبية المتناوبة فيولد مجالا مغناطيسيا دوارا باتجاه الحلقة النحاسية؛ مسببا بذلك دوران الجزء الدوار للمحرك بنفس الاتجاه.

إن هذا النوع من المحركات ينتج عزما ضعيفا، ولكنه كاف لاقلاع المحركات التي تقل قدرتها عن حصان واحد، وحمولتها خفيفة، كالمراوح والالعاب والمضخات الصغيرة.

ومن عيوبه أيضا، انخفاض جودته، وعدم تحمله زيادة الحمل، إلا أنه يمتاز ببساطة تركيبه، وخلوه من مفتاح الطرد المركزي.

يعتمد مبدأ عمل المحرك ذي الموحد على تمرير تيار كهربائي مباشر، أو تأثيري في ملفات الجزء الساكن، والجزء الدوار، وتفاعل المجالين بعضهما مع بعض، وتكوين حركة دورانية.

ويمكن تصنيف المحركات أحادية الطور ذات الموحد وفق طريقة الفرش الكربونية إلى ما يأتي:

1. أ.
2. المحرك التنافري ⁦(Repulsion Motor)⁩: يختلف هذا المحرك عن محركات القفص السنجابي في الجزء الدوار، حيث يحتوي الجزء الدوار على موحد ⁦(commutator)⁩، وملفات، إضافة إلى بساطة تركيب الجزء الساكن، حيث يحتوي على ملفين، أحدهما يمثل القطب الشمالي، والآخر القطب الجنوبي، والشكل (19) الآتي يبين تركيب المحرك التنافري:

ويعتمد مبدأ عمل المحرك التنافري على تفاعل المجال المتولّد في الجزء الساكن، والمجال التأثيري المتولّد في ملفات الجزء الدوار، حيث يؤثر المجال المتولّد في الجزء الساكن على ملفات الجزء الدوار، فتتولّد قوة دافعة كهربائية في ملفات الجزء الدوار، وبقصر الملفات، باستخدام الفرش الكربونية ⁦(Brushes)⁩ في جزء من الموحد، ينتج عن هذا القصر مرور تيار في الملفات المقصورة؛ ما يولّد مجالا مغناطيسيا، يعاكس المجال المغناطيسي الأساسي، ويتنافر معه، مكوناً الحركة الدورانية.

وتتم إزاحة الفرش الكربونية بزاوية تتراوح بين (20° - 30°) عن محور الجزء الساكن؛ ما يؤدي إلى دوران الجزء الدوار باتجاه الفرش الكربونية، ويمكن عكس اتجاه دوران المحرك التنافري بإمالة الفرش إلى الاتجاه الآخر.

ومن عيوب هذا المحرك: أن سرعته تتأثر بتغير الحمل؛ لذا يمكن إضافة قفص سنجابي إلى الجزء الدوار مع ملفات التوحيد، ويسمى المحرك في هذه الحالة المحرك التنافري التأثيري ⁦(Repulsion Induction Motor)⁩، أو تقصر نحاسات الجزء الدوار بجهاز طرد مركزي خاص عند السرعة الاسمية، ويسمى المحرك في هذه الحالة المحرك التنافري البدء ذا التأثيري ⁦(Repulsion Start Induction Run Motor)⁩.

وبهذا يمكن الحصول على أفضل خواص المحرك التنافري ذي عزم البدء العالي، وخواص المحرك التأثيري ذي القفص السنجابي ذي السرعة الثابتة مع تغير الحمل.

1. ب.
2. المحرك العام ⁦(Universal Motor)⁩: سُمي هذا المحرك العام؛ لأنه يمكن تشغيله باستخدام مصدر جهد متناوب، أو مصدر جهد مستمر، ويتكون من ملفات الجزء الساكن، وملفات الجزء الدوار، كما في المحرك التنافري، حيث يشبه الجزء الدوار فيه ملفات المنتج في محركات التيار المستمر، وفي هذا المحرك، تُقسم ملفات الجزء الساكن إلى قسمين، ويتم توصيل كل قسم بالجزء الدوار، عن طريق فرش كربونية على التوالي، والشكل (20) الآتي يبين توصيلة المحرك العام:

169

ويعتمد مبدأ عمل المحرك العام على التيار المار في ملفات الجزء الساكن، وملفات الجزء الدوار، الذي ينتج مجالين مغناطيسيين، تعتمد شدتهما على قيمة التيار المار في الملفات، فيتفعلان بعضهما مع بعض، مكونين الحركة الدورانية لملفات الجزء الدوار، ثم ما يلبث أن يتغير توزيع المجال في الجزء الدوار، حتى يعود ترتيبه مرة أخرى؛ بسبب انتقال الفرش الكربونية إلى أجزاء أخرى من الموحد.

ويُصنّف الجزء الساكن في المحرك العام إلى صنفين، هما:

1. الجزء الساكن ذو الأقطاب البارزة: يشبه في تركيبه الجزء الساكن لمحرك التوالي في محركات التيار المستمر، ويُستخدم في المحركات ذات القدرة المنخفضة.
2. الجزء الساكن ذو الأقطاب غير البارزة: يشبه في تركيبه الجزء الساكن لمحرك الطور المشطور، حيث يحتوي على مجارٍ، يتم توزيع الملفات داخلها.

ومن عيوب هذا المحرك وجود الشرر الكهربائي بين الفرش الكربونية والموحد؛ ما يؤدي إلى تآكل الفرش الكربونية بسرعة. وللتقليل من هذه الظاهرة، يتم وضع ملفات تعويض في الجزء الساكن، وإزاحتها بزاوية 90°، كما هو الحال في الطور المشطور، أو إضافة مقاومة على التوالي مع الفرش الكربونية.

ويمكن التحكم بسرعة المحرك العام باستخدام مقاومة توصل على التوالي مع المحرك، أو من خلال دارات إلكترونية تتحكم في تدفق القدرة إليه.

ويتم عكس اتجاه دوران المحرك بعكس مرور التيار في ملفات الجزء الساكن، أو ملفات الجزء الدوار.

الأسئلة:

1. ما تأثير المواسع والملف على الموجة الكهربائية؟
2. أصنّف المحركات الكهربائية أحادية الطور.
3. كيف يعمل المحرك أحادي الطور ذو المواسع؟
4. كيف يعمل المحرك ذو القطب المظلل؟
5. ما أثر إزاحة الفرش الكربونية في المحرك التنافري؟

أنفذ خطوات العمل الكامل للموقف التعليمي التعلمي الآتي: لمعاصر الزيتون دور أساسي في الإنتاج الزراعي الفلسطيني؛ لما لها من أثر اقتصادي على دخل المزارع، حيث يُعد عمل المعاصر موسمياً، وعند بدء الموسم، يجب التأكد من سلامة محركات المعصرة؛ وذلك لتجنب خسارة الفرد لمحصوله، وخسارة المعصرة لزبائنها. حيث حضر مالك أحد معاصر الزيتون إلى ورشة صيانة المحركات، وطلب فحص وصيانة محركات المعصرة، وتشخيص حالة المحركات قبل استقبال المعصرة لزبائنها.

يُراد تصميم مشروع خط إنتاج؛ لتعبئة السوائل، يحتوي على خط نقل للعلب، يتم التحكم في سرعته، وعند وصول العلبة إلى صمام التعبئة، يستشعرها مجس خاص يقوم بفتح الصمام، وتشغيل مضخة أحادية الطور؛ لضخ السائل داخل العلبة لفترة زمنية معينة، يتم تحديدها باستخدام مؤقت، وعندما تُعبأ العلبة، يتحرك خط الإنتاج، وتتكرر هذه العملية. المطلوب:

1. أرسم دارة التحكم، ودارة القدرة.
2. أنفذ الدارة.
3. أقترح تطويراً على خط التعبئة، وأناقشه.

   مع مراعاة مراحل المشروع: (اختيار المشروع، وخطته، وتنفيذه، وتقويمه).

لجنة المناهج الوزارية: د. صبري صيدم د. بصري صالح م. فواز مجاهد أ. ثروت زيد أ. عزام أبو بكر أ. عبد الحكيم أبو جاموس د. شهناز الفار د. سمية النخالة

المشاركون في ورشات عمل كتاب كهرباء استعمال للصف الثاني عشر

م. ماهر حمدان م. محمد سالم م. عمر خريشي

م. ماهر يعقوب

م. غسان أبو ريان

م. أمجد مجدلاوي م. يوسف التميمي

م. رضوان الشرفا