محركات التروس ذات التيار المستمر: دليل شامل

تعتبر محركات التروس ذات التيار المستمر جزءًا لا يتجزأ من عدد لا يحصى من الآلات والتطبيقات، إلا أن اختيار المحرك الأمثل يمثل تحديًا معقدًا. يؤدي اختيار حجم المحرك بشكل غير صحيح إلى ضعف الأداء والفشل المبكر وتكاليف الاستبدال الباهظة.

يُكشف هذا الدليل الشامل عن محركات التروس ذات التيار المستمر، ويغطي مكوناتها الأساسية وتكويناتها ومعامِلاتها الرئيسية وفوائدها.

ما هو محرك التروس DC

محرك التروس DC هو جهاز كهروميكانيكي يتكون من محرك كهربائي DC مقترن بعلبة تروس أو مجموعة تروس. يحول المحرك الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، مما يتسبب في دوران العمود. ثم يعمل صندوق التروس، الذي يتم توصيله بعمود المحرك، على تقليل سرعة الدوران مع زيادة عزم الدوران (قوة الدوران) التي ينتجها المحرك في نفس الوقت.

يتيح هذا التخفيض في السرعة ومضاعفة عزم الدوران لمحركات التروس ذات التيار المستمر أداء مهام تتطلب عزم دوران مرتفع عند سرعات عمود منخفضة نسبيًا - وهو أمر لا يمكن لمحرك التيار المستمر القياسي تحقيقه بمفرده. تعمل التروس بشكل أساسي كرافعات ميكانيكية، حيث تستبدل السرعة بقوة الالتواء المتزايدة.

كيف تعمل محركات التروس DC

يتكون محرك التيار المستمر الأساسي من مجال مغناطيسي ثابت يتم توليده بواسطة مغناطيسات دائمة أو لفات مجال، ومحرك (دوار) يتكون من لفافة واحدة أو أكثر من الأسلاك. عندما يمر تيار مستمر عبر لفات المحرك، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا يتفاعل مع المجال الثابت، مما يتسبب في دوران المحرك.

يحدث هذا بسبب قوة لورنتز - وهي قوة تؤثر على موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي. يعتمد اتجاه الدوران على اتجاه التيار وقطبية المجالات المغناطيسية، كما تحدده قاعدة فليمنج لليد اليسرى.

مع دوران المحرك، يتم إجراء تبديل ميكانيكي بواسطة الفرش والمبدل، والذي يعكس اتجاه التيار بشكل دوري. وهذا يضمن استمرار المحرك في الدوران في نفس الاتجاه بدلاً من مجرد التذبذب ذهابًا وإيابًا.

الآن، عندما يتم دمج مجموعة التروس مع محرك التيار المستمر، يتم تحويل الدوران عالي السرعة وعزم الدوران المنخفض لعمود المحرك إلى دوران منخفض السرعة وعزم دوران مرتفع.

مكونات محرك التروس DC

يتكون محرك التروس DC من مكونين رئيسيين: محرك DC وعلبة التروس.

DC موتور

يعد محرك التيار المستمر المكون الأساسي المسؤول عن تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة دورانية. ويتكون من الأجزاء التالية:

• إمانويل:الجزء الثابت من المحرك الذي يحتوي على المغناطيسات الدائمة أو ملفات المجال.
• دوار:الجزء الدوار من المحرك الذي يحتوي على لفائف المحرك.
• مغناطيس دائم:توفير مجال مغناطيسي ثابت في الجزء الثابت.
• لفات المحرك:ملفات من الأسلاك ملفوفة حول الدوار تحمل تيارًا كهربائيًا وتولد مجالًا مغناطيسيًا.
• فرش وعاكس:توصيل التيار الكهربائي إلى ملفات المحرك وعكس اتجاه التيار للحفاظ على الدوران المستمر.

علبة السرعة

علبة التروس عبارة عن مجموعة ميكانيكية تعمل على تقليل سرعة المحرك وزيادة عزم الدوران الناتج عنه. وهي تتكون من سلسلة من التروس ذات عدد أسنان مختلف، والتي تتشابك معًا لتحقيق تقليل السرعة ومضاعفة عزم الدوران المطلوبين.

تكوينات المحرك وعلبة التروس

تتوفر محركات التروس ذات التيار المستمر في تكوينات مختلفة، اعتمادًا على ترتيب المحرك وعلبة التروس. تتضمن بعض التكوينات الشائعة ما يلي:

رمح موازية

في تكوينات الأعمدة المتوازية، تكون أعمدة المحرك وعلبة التروس متوازية مع بعضها البعض. ومن الأمثلة على ذلك:

• علب التروس النحيفة:استخدم التروس المحفزة ذات الأسنان المستقيمة لنقل الطاقة بين الأعمدة المتوازية.
• علب التروس الحلزونية:استخدم التروس الحلزونية ذات الأسنان المائلة للحصول على تشغيل أكثر سلاسة وهدوءًا مقارنة بالتروس المحفزة.

علب التروس الكوكبية

علب التروس الكوكبية يتميز بتصميم مدمج تدور فيه التروس حول ترس شمسي مركزي. يوفر هذا التكوين كثافة عزم دوران عالية وكفاءة عالية.

علب التروس ذات الزاوية القائمة

تحتوي علب التروس ذات الزاوية القائمة على عمود المحرك وعمود الإخراج بزاوية 90 درجة بالنسبة لبعضهما البعض. هذا التكوين مفيد للتطبيقات ذات المساحة المحدودة.

علب التروس الدودية

علب التروس الدودية استخدم ترسًا حلزونيًا (ترسًا لولبيًا) يتشابك مع عجلة دودية. يوفر هذا التكوين نسب تروس عالية وقدرة على القفل الذاتي.

المواصفات والمعلمات الرئيسية

عند اختيار محرك تروس DC، يجب مراعاة العديد من المواصفات والمعلمات الرئيسية:

السرعة (دورة في الدقيقة)

سرعة خرج محرك التروس DC، مقاسة بعدد الدورات في الدقيقة (RPM). تحدد هذه المعلمة مدى سرعة دوران عمود خرج المحرك.

طوق معدني للعنق

القوة الدورانية التي ينتجها محرك التروس DC، والتي يتم التعبير عنها عادةً بوحدات نيوتن متر (Nm) أو رطل قوة بوصة (lb-in). يسمح عزم الدوران الأعلى للمحرك بالتغلب على المقاومة الميكانيكية الأكبر.

نسبة التروس

النسبة بين عدد الأسنان في تروس الإدخال والإخراج. نسبة والعتاد يؤدي إلى سرعة خرج أقل وعزم دوران أعلى.

الجهد االكهربى

الجهد المستمر المطلوب لتشغيل المحرك، عادة 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت. يؤثر الجهد على خصائص سرعة المحرك وعزم الدوران.

الكفاءة

نسبة طاقة خرج المحرك إلى طاقة مدخله، معبرًا عنها كنسبة مئوية. تستهلك المحركات ذات الكفاءة العالية طاقة أقل وتولد حرارة أقل.

مزايا استخدام محركات التروس DC

ارتفاع ناتج عزم الدوران

توفر محركات التروس DC عزم دوران مرتفع، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة دوران قوية.

التحكم الدقيق بالسرعة

من خلال التحكم في جهد التيار المستمر المطبق على المحرك، يمكن تنظيم سرعة محرك التروس التيار المستمر بدقة.

حجم صغير

يؤدي الجمع بين محرك التيار المستمر وعلبة التروس إلى تصميم مضغوط يوفر المساحة مقارنة باستخدام مكونات منفصلة.

تطبيقات محركات التروس DC

الروبوتات

تُستخدم محركات التروس DC على نطاق واسع في التطبيقات الروبوتية للتحكم الدقيق في الحركة ومتطلبات عزم الدوران العالي.

الأتمتة الصناعية

في البيئات الصناعية، يتم استخدام محركات التروس DC في أنظمة النقل، وآلات التعبئة والتغليف، ومعدات مناولة المواد.

سيارات

تجد محركات التروس DC تطبيقات في أنظمة السيارات مثل النوافذ الكهربائية والمقاعد ومساحات الزجاج الأمامي.

معدات طبية

غالبًا ما تعتمد الأجهزة الطبية مثل أنظمة توصيل الأدوية والأدوات الجراحية على محركات التروس DC للتشغيل الدقيق والموثوق به.