آلات التيار المباشر

مفهوم آلات التيار المباشر: 

آلات التيار المستمر هي أجهزه تستخدم  لتغيير الطاقة الكهروميكانيكية، فيكون مبدأ العمل لآلة التيار المستمر هو عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر ملف داخل مجال مغناطيسي، ثم تولد القوة المغناطيسية عزماً يدوّر محرك التيار المستمر، كما يتم تصنيف آلات التيار المستمر إلى نوعين: مولد التيار المستمر وكذلك محرك التيار المستمر.
تتمثل الوظيفة الرئيسية لمولد التيار المستمر في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، بينما يقوم محرك التيار المستمر بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة ميكانيكية، يُستخدم محرك التيار المتردد بشكل متكرر في التطبيقات الصناعية لتغيير الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ومع ذلك فإن محرك التيار المستمر قابل للتطبيق، حيث يلزم تنظيم جيد للسرعة ونطاق واسع من السرعات كما هو الحال في أنظمة الأعمال الكهربائية.

تركيب آلة التيار المستمر؟

الداعم: اسم آخر للداعم هو الإطار، تتمثل الوظيفة الرئيسية له في الآلة في تقديم الدعم الميكانيكي المخصص للأعمدة وحماية الآلة بأكملها من الرطوبة والغبار وما إلى ذلك.
القطب والقطب الأساس: إن قطب آلة التيار المستمر هو عبارة عن مغناطيس كهربائي تكون ملفات المجال مربوطة حوله، عندما يتم تنشيط لف المجال، حيث يعطي القطب تدفقاً مغناطيسياً للمواد المستخدمة في ذلك هي الفولاذ المصبوب، الحديد الزهر، أو قلب القطب، كما يمكن أن يتم بناؤه من رقائق الصلب اللدنة؛ لتقليل انخفاض وخسارة الطاقة بسبب التيارات الدوامية.
أسفل القطب: يعتبر أسفل القطب في آلة التيار المستمر جزءاً واسعاً، بالإضافة إلى أنه يعمل على ترك مجال واسع في منطقة العمود؛ من أجل ضمان انتشار التدفق المغناطيسي داخل الفجوة الهوائية، وكذلك يمكن تمرير التدفق الإضافي عبر المنطقة الفارغة باتجاه المحرك.
 المواد المستخدمة في بناء أسفل القطب هي الحديد المصبوب بخلاف ذلك، وتستخدم أيضاً لتصفيح مادة الصلب الملدن لتقليل فقد الطاقة بسبب التيارات الدوامة.
ملفات المجال: في هذا الجزء يتم ربط الملفات في منطقة قلب القطب وتُسمى باسم ملف المجال، وعندما يتم توفير التيار من خلال ملفات المجال، فإنه يتكون التيار الكهرومغناطيسي بين الأقطاب، ويتولد التدفق المطلوب، حيث إن المواد المستخدمة في اللفات الميدانية هي النحاس على الأغلب.
عضو الإنتاج: يتضمن عضو الإنتاج عدداً كبيراً من الفتحات داخل حافته، ويقع موصل المحرك في هذه الفتحات، حيث يوفر مسار الممانعة المنخفضة نحو التدفق المتولد مع لف الحقل، المواد المستخدمة في هذا الجزء هي مواد ذات نفاذية منخفضة المقاومة مثل: الحديد المصبوب، ويتم استخدام التصفيح لتقليل الفقد بسبب التيارات الدوامة.
ملفات المنتج: يمكن تشكيل لفائف المحرك المنتج من خلال ربط موصل المحرك بالمصدر، عندما يتم تشغيل ملف المحرك بمساعدة المحرك الرئيسي يتم تحفيز الجهد، بالإضافة إلى التدفق المغناطيسي داخله، يكون هذا الملف متحالف مع دائرة خارجية، المواد المستخدمة في هذا الملف هي مادة موصلة مثل النحاس.
العاكس(المبادل): تتمثل الوظيفة الرئيسية للمبادل في آلة التيار المباشر في تجميع التيار من موصل المحرك، وكذلك توفير تيار الحمل باستخدام الفرشاة، كما أنه يوفر عزم الدوران أحادي الاتجاه لمحرك التيار المستمر، كذلك سيُمكن بناء المبادل بعدد كبير من المقاطع التي توجد على شكل حواف من النحاس المسحوب (الصلب)، تكون الأجزاء الموجودة في المبادل محميه بواسطة طبقة من الميكا الرقيقة.
الفرش: تقوم الفرش في آلة التيار المستمر بجمع التيار من المبدل وتزويده بالحمل الخارجي، تتآكل الفرشاة مع مرور الوقت بسبب تفتيشها بشكل متكرر، المواد المستخدمة في الفرش هي الجرافيت وإلا الكربون في شكل مستطيل.

أنواع آلات التيار المستمر:

يتم تصنيف إثارة آلة التيار المستمر إلى نوعين هما: آلات الإثارة المنفصلة وآلات الإثارة الذاتية.
 في نوع الإثارة المنفصل لآلة التيار المستمر، يتم تنشيط ملفات المجال بمصدر منفصل للتيار المستمر، لكن في نوع الإثارة الذاتية لآلة التيار المستمر، يتم توفير تدفق التيار في جميع أنحاء ملفات الحقل مع الآلة، كما يتم تصنيف الأنواع الرئيسية من آلات التيار المستمر إلى أربعة أنواع تشمل ما يلي:

• آلات التيار المباشر ذات الاستثارة المنفصلة: في هذا النوع من آلات التيار المستمر، تكون ملفات المجال متحالفة بالتوازي من خلال المحرك؛ نظرًا لأن مجال التحويل يحصل على جهد التيار الكهربائي الكامل للمولد، بخلاف جهد إمداد المحرك، فإنه عادة ما يتكون من عدد كبير من لفات الأسلاك الدقيقة مع حمل تيار مجال صغير.
  
  
• آلات التيار المباشر ذات الاستثارة المتسلسلة: في هذا النوع من آلات التيار المباشر، يتم تجميع ملفات المجال في سلسلة من خلال المحرك؛ وذلك نظرًا لأن لف عضو الإنتاج يحصل على تيار المحرك، بالإضافة إلى أن تيار المحرك ضخم، ونظرًا لهذا، فإن لف سلسلة عضو الإنتاج تتضمن بعض التقلبات من الأسلاك في المناطق التي يكون فيها المقطع العرضي كبيراً.
  
• آلات التيار المباشر ذات الاستثارة المختلطة: يحتوي هذا النوع من آلات التيار المباشر على كلا النوعين السابقين، حيث يتم لف كلا الملفين على أقطاب الآلة، ويتضمن أيضاً هذا النوع من الآلات سلسلة من التقلبات في المناطق ذات المقاطع العرضية الكبيرة، بالإضافة الى أن ملفات التحويل تحتوي على العديد من لفات الأسلاك الدقيقة.
  يمكن توصيل الآلة المركبة بطريقتين؛ إذا كان مجال التحويل متحالفاً بالتوازي مع المحرك فقط، فيمكن تسمية الآلة باسم ” آلة التحويلة القصيرة المركبة ”، وإذا كان حقل التحويل متحالفاً بشكل متوازٍ من قبل كل من المحرك وكذلك مجال السلسلة فتسمى الآلة باسم “آلة التحويلة الطويلة المركبة”.
  

الخسائر في آلات التيار المباشر:

نحن نعلم أن الوظيفة الرئيسية لآلة التيار المستمر هي تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، خلال عملية التحويل هذه لا يمكن تحويل الطاقة التي يتم إدخالها بالكامل إلى طاقة كاملة؛ وذلك بسبب فقدان الطاقة بأشكال مختلفة.
 قد يتغير نوع الخسارة من جهاز إلى آخر، وبالتالي ستؤدي هذه الخسائر إلى تقليل كفاءة الجهاز بالإضافة إلى زيادة درجة الحرارة، يمكن تصنيف خسائر طاقة آلة التيار المستمر إلى خسائر كهربائية مثل: فواقد النحاس وفواقد الحديد، الخسائر الميكانيكية، خسائر الفرشاة وخسائر الحمل الأخرى.

إيجابيات آلات التيار المباشر:

• يتم التحكم فيها بسهولة كما أنها أرخص مقارنةً بالتيار المتردد.
  
•  التحكم في السرعة جيد.
  
• عزم الدوران مرتفع.
  
• العملية سلسة.
  
• خالية من التوافقيات، كما أن عملية التركيب والصيانة سهلة.
  

تتمتع آلات التيار المستمر مثل محركات التيار المستمر بمزايا مختلفة مثل: عزم بدء التشغيل مرتفع وسرعة البدء والتوقف وسرعات قابلة للتغيير من خلال إدخال الجهد.

تطبيقات على آلات التيار المستمر:

في الوقت الحاضر ، يمكن توليد الطاقة الكهربائية بكميات كبيرة على شكل تيار متردد، لذلك فإن استخدام آلات التيار المستمر مثل: المحركات والمولدات (مولدات التيار المستمر) محدودة للغاية؛ لأنها تستخدم بشكل أساسي لتوفير الاستثارة المغناطيسية لمجموعة صغيرة ومتوسطة من المولدات والتي تستخدم في الصناعات، تُستخدم أيضا آلات التيار المستمر في عمليات مختلفة مثل اللحام والتحليل الكهربائي وما إلى ذلك.
بشكل عام يتم إنشاء التيار المتردد، وبعد ذلك يتم تغييره بمساعدة المقومات الى تيار مباشر، لذلك يتم كبت مولد التيار المستمر من خلال مصدر تيار متردد يتم تصحيحه لاستخدامه في العديد من التطبيقات، تُستخدم محركات التيار المستمر بشكل متكرر مثل: محركات السرعة المتغيرة بحيث تحدث تغييرات في عزم الدوران الشديد.