المحرك غير المتزامن هو محرك كهربائي يدور نتيجة توليد المجال المغناطيسي الدوّار في الجزء الثابت تيارًا مستحثًا في الجزء الدوار. لا يتم توصيل الجزء الدوار بأي مصدر كهربائي خارجي؛ بل تنتقل الطاقة إليه مغناطيسيًا كما يحدث في المحول الكهربائي. ولأن الجزء الدوار يدور دائمًا بسرعة أقل قليلًا من سرعة المجال الدوّار، يسمى المحرك «غير متزامن»، أي إنه لا يعمل بالسرعة التزامنية نفسها. ويُطلق على فرق السرعة هذا اسم الانزلاق، وتعتمد قدرة المحرك على توليد عزم الدوران كليًا على وجود هذا الفرق.

تنتمي الغالبية العظمى من المحركات الكهربائية المستخدمة في الصناعة إلى هذا النوع. وبفضل بنيته البسيطة وتكلفته المنخفضة والجزء الدوار الذي يتطلب صيانة محدودة، يُستخدم المحرك غير المتزامن في معظم تطبيقات التشغيل ذات السرعة الثابتة، من المضخات والناقلات إلى المراوح والضواغط. إلا أن سرعة خرج المحرك تكون عادة أعلى بكثير من السرعة التي تحتاجها معظم الآلات؛ لذلك يُستخدم ميدانيًا في الغالب مع علبة تروس مخفِّضة. وفيما يلي نستعرض مبدأ عمل المحرك، وأنواعه أحادية وثلاثية الطور، ومجالات استخدامه، وعلاقته بعلبة التروس.

ما هو المحرك غير المتزامن؟

كما يشير اسمه، فإن المحرك غير المتزامن هو محرك تيار متردد لا يدور فيه الجزء الدوار بالسرعة نفسها التي يدور بها المجال المغناطيسي. ويُعرف في المراجع أيضًا باسم المحرك الحثّي لأن التيار في الجزء الدوار لا يُغذّى من الخارج، بل يتولد بالحث.

يتكون تركيبه من جزأين أساسيين:

• الجزء الثابت: حزمة صفائح مغناطيسية مثبتة في جسم المحرك وتوضع داخلها ملفات التغذية ثلاثية الطور. وهذا هو الجزء المتصل بالشبكة الكهربائية.
• الجزء الدوار: الجزء الذي يدور بحرية داخل الجزء الثابت. وأكثر الأنواع شيوعًا في الصناعة هو الدوار ذو القفص السنجابي؛ حيث تُرتب قضبان من الألومنيوم أو النحاس داخل جسم أسطواني وتُقصر كهربائيًا بحلقات عند الطرفين. ولا توجد فُرش أو حلقات انزلاق أو توصيلات خارجية للملفات.

تُعد هذه البساطة أهم مزايا المحرك. فبسبب عدم وجود فُرش تتآكل أو مبدّل يحتاج إلى تنظيف أو عناصر تلامس تتطلب الاستبدال الدوري، تقتصر صيانة المحرك غير المتزامن عمليًا على فحص المحامل والعزل. وللاطلاع على مقارنة عامة بين أنواع المحركات، يمكنكم مراجعة صفحة المحركات .

مبدأ عمل المحرك غير المتزامن

يمكن تفسير مبدأ العمل من خلال تداخل ظاهرتين: تكوين مجال مغناطيسي دوّار واستحثاث تيار في الجزء الدوار.

المجال المغناطيسي الدوّار. تصل التغذية ثلاثية الطور إلى ملفات الجزء الثابت بفارق طور مقداره 120 درجة بين كل طور وآخر. وبما أن الملفات تولد المجالات المغناطيسية بالتتابع، يتكون مجال مغناطيسي دوّار بدلًا من مجال ثابت. وتسمى سرعة دوران هذا المجال بالسرعة التزامنية، وتحسب بالمعادلة التالية:

السرعة التزامنية (دورة/دقيقة) = (120 × التردد) ÷ عدد الأقطاب

عدد الأقطاب	السرعة التزامنية (50 هرتز)	السرعة النموذجية تحت الحمل
قطبان	3,000 دورة/دقيقة	2,850 – 2,950 دورة/دقيقة
4 أقطاب	1,500 دورة/دقيقة	1,420 – 1,470 دورة/دقيقة
6 أقطاب	1,000 دورة/دقيقة	950 – 980 دورة/دقيقة
8 أقطاب	750 دورة/دقيقة	710 – 735 دورة/دقيقة

استحثاث التيار والانزلاق. يقطع المجال المغناطيسي الدوّار قضبان الجزء الدوار الساكن فيستحث جهدًا كهربائيًا فيه. وبما أن القضبان مقصورة كهربائيًا عند الطرفين، يتحول الجهد المستحث مباشرة إلى تيار. ولأن الموصل الحامل للتيار يتعرض لقوة عندما يكون داخل مجال مغناطيسي، يبدأ الجزء الدوار بالدوران ويتبع المجال.

النقطة الأساسية هنا هي أنه إذا وصل الجزء الدوار إلى السرعة نفسها تمامًا التي يدور بها المجال، فإن تغير المجال المغناطيسي الذي يقطع القضبان يختفي. ومن دون هذا التغير لا يُستحث تيار، ومن دون تيار لا يتولد عزم دوران. أي إن المحرك سيفقد القوة اللازمة لاستمرار الدوران عند بلوغ السرعة التزامنية. لذلك يبقى الجزء الدوار دائمًا متأخرًا قليلًا، ويكون هذا الفرق هو مصدر توليد عزم الدوران.

ويُعبَّر نسبيًا عن هذا الفرق بمصطلح الانزلاق:

الانزلاق (%) = [(السرعة التزامنية − السرعة الفعلية) ÷ السرعة التزامنية] × 100

فعلى سبيل المثال، إذا دار محرك ذو 4 أقطاب بسرعة 1,440 دورة/دقيقة، تكون قيمة الانزلاق (1,500 − 1,440) ÷ 1,500 × 100 = 4%. وفي حالة عدم وجود حمل يقترب الانزلاق من الصفر؛ ومع زيادة الحمل يبطؤ الجزء الدوار، ويزداد الانزلاق، وينتج المحرك عزمًا أكبر. وهذه الآلية هي التي تمكّن المحرك من التكيف تلقائيًا مع الحمل.

أنواع المحركات غير المتزامنة

تنقسم المحركات غير المتزامنة إلى مجموعتين وفقًا لنوع التغذية الكهربائية. ويعمل كلا النوعين بالمبدأ نفسه؛ ويكمن الاختلاف في كيفية إنشاء المجال المغناطيسي الدوّار.

المقارنة	محرك غير متزامن أحادي الطور	محرك غير متزامن ثلاثي الطور
التغذية	220 فولت، أحادي الطور	380/400 فولت، ثلاثي الطور
المجال الدوّار	لا يتولد تلقائيًا؛ يحتاج إلى ملف مساعد ومكثف	يتولد طبيعيًا بفضل فرق الطور
بدء التشغيل	لا يستطيع البدء بالدوران تلقائيًا من دون عنصر إضافي	يبدأ مباشرة عند توصيل الطاقة
نطاق القدرة	عادة أقل من 3 كيلوواط	من بضع مئات من الواط حتى نطاق الميغاواط
الكفاءة وسلوك عزم الدوران	كفاءة أقل وعزم نابض	كفاءة عالية وعزم سلس
الاستخدام النموذجي	معدات الورش، الأجهزة المنزلية، المضخات الصغيرة	المنشآت الصناعية، خطوط الإنتاج

عندما تكون شبكة التغذية ثلاثية الطور متاحة، يُفضَّل استخدام محرك ثلاثي الطور. أما المحركات أحادية الطور فتُستخدم فقط عند القدرات الصغيرة وفي المواقع التي لا تتوفر فيها تغذية ثلاثية الطور.

مجالات استخدام المحركات غير المتزامنة

يُعد المحرك غير المتزامن الحل القياسي في التطبيقات التي تكون فيها الحركة مستمرة وبسرعة ثابتة. وما دام التحكم الدقيق في الموضع غير مطلوب، فإن هذا النوع من المحركات يكون أكثر اقتصادية ومتانة من البدائل.

مجموعات المضخات والمراوح. هو أكثر أنواع المحركات استخدامًا في ضخ المياه ومياه الصرف والسوائل التشغيلية، وكذلك في مراوح التهوية والتبريد. المضخات و التدفئة والتبريد تعتمد مجموعات تشغيل هذه التطبيقات على هذا النوع من المحركات.

أنظمة النقل والمناولة. تحتاج الناقلات بالحزام أو السلسلة أو اللولب إلى حركة مستمرة بسرعة ثابتة. وفي هذه التطبيقات لا يكفي المحرك وحده؛ بل يجب استخدامه مع علبة تروس مخفِّضة لخفض السرعة. وللمزيد من التفاصيل يمكن مراجعة موضوعنا حول اختيار علبة التروس للناقلات .

المقلبات والخلاطات. في صناعات الكيميائيات والأغذية ومواد البناء، تحتاج معظم وحدات الخلط إلى عزم مرتفع عند سرعة منخفضة. الصناعات الكيميائية و المشروبات والأغذية تُعد هذه التركيبة معيارية في هذه المنشآت.

مجموعات المطاحن والكسارات والغرابيل. الأسمنت و التعدين تستخدم هذه المنشآت محركات غير متزامنة عالية القدرة للعمل المتواصل في ظروف تشغيل شاقة.

الضواغط ومحركات الآلات. تعمل مجموعات تشغيل أنظمة إنتاج الهواء المضغوط وآلات النسيج ومعدات التصنيع العامة أيضًا بهذا النوع من المحركات.

استخدام المحرك غير المتزامن مع علبة تروس

أكبر قيود المحرك غير المتزامن في التطبيقات العملية يتعلق بالسرعة. فالمحرك الشائع ذو 4 أقطاب يدور بسرعة تقارب 1,440 دورة/دقيقة. بينما قد يعمل ناقل بالحزام عند نحو 30 دورة/دقيقة، وخلاط عند 20 دورة/دقيقة، وأسطوانة رافعة عند 15 دورة/دقيقة. ولا يمكن تعويض هذا الفرق كهربائيًا؛ بل يتم ذلك ميكانيكيًا باستخدام علبة تروس.

تخفض علبة التروس السرعة وتزيد عزم الدوران بالنسبة نفسها. فمثلًا، علبة تروس بنسبة تخفيض 50 تخفض سرعة المحرك من 1,440 دورة/دقيقة إلى نحو 29 دورة/دقيقة، وفي الوقت نفسه تزيد عزم الخرج بنحو 50 مرة. وهذا مستوى من العزم لا يمكن للمحرك إنتاجه بمفرده، وهو بالضبط ما تحتاجه الآلة.

ومن الفوائد الأخرى التي توفرها علبة التروس للمحرك غير المتزامن:

• تحسين سلوك بدء التشغيل: تنعكس قصور الحمل على المحرك بقيمة مخفضة وفق نسبة التخفيض، مما يقلل إجهاد المحرك أثناء البدء.
• تقليل القدرة المطلوبة للمحرك: بفضل علبة التروس يمكن تنفيذ العمل نفسه بمحرك ذي قدرة أقل؛ مما يخفض تكلفة الاستثمار واستهلاك الطاقة.
• مرونة التركيب: تتيح أوضاع التركيب المختلفة واتجاهات عمود الخرج المتنوعة وضع المحرك في الموضع الأنسب على الآلة. وللمزيد من المعلومات يمكن مراجعة موضوعنا حول أوضاع تركيب علب التروس .

تسمى الوحدة التي يُدمج فيها المحرك وعلبة التروس في مجموعة واحدة بالمحرك المزود بعلبة تروس (gearmotor). وبالمقارنة مع الحلول التي يتم فيها اختيار المكونين بشكل منفصل وربطهما بقارنة، يكون هذا الحل أكثر إحكامًا، ويقلل أخطاء المحاذاة، ويسرّع عملية التركيب. وللاطلاع على التفاصيل الفنية ومعايير الاختيار ومزايا هذه التركيبة، نوصي بمراجعة موضوعنا عن محركات التيار المتردد المزودة بعلبة تروس ; فهذه المقالة تتناول المحرك نفسه، بينما تتناول المقالة الأخرى المحرك عند دمجه مع علبة التروس.

يتطلب الاختيار الصحيح حسابين أساسيين: نسبة التخفيض وفق سرعة الخرج المطلوبة من الآلة، وعزم الخرج الذي يحتاجه الحمل. ويمكن تطبيق المعادلات الواردة في موضوعاتنا حول حساب سرعة علبة التروس و حساب عزم الدوران مباشرة. لا تنسَ إضافة معامل الخدمة إلى الحساب؛ ففي الأحمال الصدمية وخطوط الإنتاج التي تعمل لساعات طويلة يوميًا، يحدد هذا المعامل العمر التشغيلي لعلبة التروس.

لنختر معًا علبة التروس المناسبة لمجموعة التشغيل لديك

لا يتحدد أداء مجموعة التشغيل بقدرة المحرك الاسمية وحدها، بل بمدى توافق المحرك وعلبة التروس مع التطبيق. فنسبة التخفيض المختارة بشكل غير صحيح تُحمّل المحرك باستمرار، كما أن حساب معامل الخدمة بقيمة أقل من المطلوب يؤدي إلى حاجة علبة التروس للصيانة أو الإصلاح قبل الوقت المتوقع بكثير.

بصفتنا Remak Redüktör، ننتج علب التروس ووحدات نقل الحركة منذ عام 1987، ويمكننا مساعدتكم في تحديد السلسلة المناسبة وفق قيم السرعة وعزم الدوران ونظام التشغيل الخاص بتطبيقكم. يمكنكم الاطلاع على أكثر عائلاتنا استخدامًا في أنظمة التشغيل الصناعية، وهي علب التروس ذات التروس الحلزونية والتواصل معنا عبر صفحة الاتصال لمشاركة التفاصيل الفنية لمشروعكم.