المُحرِّك الكهربائي
يوجد المُحرِّك الكهربائي في العديد من الأجهزة والآلات، حيث يمكن إيجاده في عدد من أجهزة المنزل، مثل: الخلّاط، وفرن الميكروويف ، وغسّالة الملابس ، والمُجفِّف الكهربائي، والمكنسة الكهربائيّة، وآلة الحلاقة، ومُشغِّل القرص المُدمج (بالإنجليزيّة: CD player)، والعديد منها في جهاز الحاسوب موزّعة على عدد من مُعدّاته كالقرص الصلب (بالإنجليزيّة: Hard disk drive) الذي يحوي مُحرّكَين أو ثلاثة، بالإضافة إلى مراوح التهوية، كما يوجد المُحرِّك الكهربائي في بعض ألعاب الأطفال الكهربائيّة، ومنها السيّارات التي يمكن التحكُّم بها عن بُعد، ومن الجدير بالذكر أنَّ القطار الكهربائيّ أيضاً يعتمد على المُحرِّك الكهربائي.
كيفيّة صُنع محرِّك كهربائي بسيط
يمكن بناء محرِّك كهربائي بسيط يعمل بنفس آليّة المحرِّك الكهربائي العادي ويعتمد على نفس مبادئه، كما يسهُل إيجاد الأدوات التي سيتم استخدامها في صنعه.
الأدوات المُستخدَمة
إنَّ الأدوات المطلوبة لصناعة المحرِّك الكهربائي البسيط، هي ما يأتي:
- 4 أقلام رصاص (يمكن استبدالها بقطعة أسطوانيّة الشكل).
- سلك.
- لاصق.
- إبرتا خياطة.
- بطّاريّة جافّة .
- مغناطيس.
الخطوات
عند توفّر جميع الأدوات اللازمة لصنع المحرِّك الكهربائي البسيط، يتم اتّباع الخطوات الآتية:
- ترتيب أقلام الرصاص؛ بحيث يتم وضع قلمين أفقيّين أعلى قلمين أفقيّين آخرين، بعد ذلك يتمّ استخدام اللاصق لتثبيتها جميعها معاً.
- لفّ سلك على وسط جسيم الأقلام أو على الشكل الأسطواني، بحيث يتمّ البدء من الوسط، ولفّ السّلك خمس عشرة لفّةً باتجاه أحد طرفي الجسيم، وخمس عشرة لفّة أخرى (من الوسط أيضاً) باتجاه الطرف الآخر، فيتشكَّل ملفّ ذو ثلاثين لفّة في وسط الجسم.
- سحب جسيم أقلام الرصاص أو القطعة الأسطوانيّة من وسط الملفّ الذي تمَّ تشكيله حوله، فينتج ملفّ أسطواني فارغ من منطقة الوسط.
- سيتبقّى من السلك المُستخدَم في تشكيل الملفّ طرفان غير مثبّتين على كِلا جانبي الملف، فيتم تثبيت كلّ منهما على الجهة التي يوجد عليها عن طريق لفّه حولها، فيتمّ لفّه من ثلاث إلى أربع مرّات حول كلّ جهة. بعد الانتهاء من ذلك، يتمّ سحب طرف السلك المتبقّي في كلّ جهة، ليتشكَّل خطّ مستفيم يمتدّ من جانب الملفّ مبتعداً عنه.
- تثبيت البطّاريّة على سطح أملس باستخدام اللاصق.
- قصّ طرفي سلك الملفّ؛ لإزالة الطبقة العازلة عنهما.
- إدخال كلّ طرف من طرفي سلك الملفّ في خرم إبرة الخياطة.
- تثبيت رأسي إبرتي الخياطة (الطرفين المُدبَّبين) على قطبي البطّاريّة باستخدام اللاصق.
- تقريب المغناطيس من الملفّ أو تثبيته أسفله، ومن ثمَّ بدء تدوير الملفّ، وبذلك يجب أن يبدأ الملفّ بالدوران. في حال عدم استمرار الملفّ بالدوران، يمكن تجربة تدويره بالاتجاه المعاكس.
آليّة عمل المحرّك الكهربائي
إنّ المُحرِّك الكهربائي يعتمد في آليّة عمله على المجال المغناطيسي ، الذي يتكوَّن حول السلك عندما يمرّ تيّار كهربائي فيه، كما أنَّ الحركة الناتجة في المُحرِّك سببها خاصيّتا التجاذب والتنافر بين قُطبَي المغناطيس. يحتوي المُحرِّك الكهربائي بشكل أساسي على مكوّنين رئيسين، ألا وهما: العضو السّاكن (بالإنجليزيّة: Stator) الذي يتألَّف من مغناطيس دائم أو عدد منه، والعضو الدوّار (بالإنجليزيّة: Rotor) الذي يتكوَّن من ملفّ مُثبَّت على محور دوران (بالإنجليزيّة: Axle)، ويحتوي أيضاً على مبادل كهربائي (بالإنجليزيّة: Commutator) يُغيّر اتجاه حركة التيّار الكهربائي عند دوران العضو الدوّار نصف دورة، ويتّصل بالمبادل الكهربائي ما يُعرَف بالفُرَش (بالإنجليزيّة: Brushes) لتسهيل انتقال التيّار إليه من خلال مصدر الطاقة.
بشكلٍ عام، يتكوَّن العضو الدوّار من ملفّ كهرومغناطسيسيّ على شكل يشبه حرف (U) بالإنجليزيّة، ويتّصل طرفا هذا الملفّ بالمبادل الكهربائي الذي ينقل إليه التيّار الكهربائي، ويتّصل المبادل بفُرش تنقُل إليه التيّار، وعادةً ما تكون هذه الفُرش مصنوعة من قطع من الكربون أو قطع طوليّة نحيلة من فلزّ ما، ويتمّ وصل قطبي مصدر الطاقة الكهربائيّة بالفرشاتين الموجدتين على جانب المبادل. يُحاط الملفّ بالعضو الساكن، الذي يتألَّف من مغناطيس دائم في أبسط الحالات، بحيث يكون كُلّ قُطب مواجِهاً للآخر على جانبي الملفّ.
المصدر تيّار مستمرّ
عندما يُزوّد المصدر الدارّة بتيّار مُستمرّ (بالإنجليزيّة: DC)، فإنَّ التيّار سينتقل من أحد أقطاب المصدر عبر السلك، مروراً بالفرشة حتّى أحد أطراف المبادل، ثمَّ ينتقل التيّار منه إلى طرف الملفّ الموصول به مروراً بكامل الملفّ، ومنتهياً عند الطرف الآخر من المبادل، ثمَّ يُكمل عبر الفرشة الأخرى، فالسِّلك، حتّى يصل القطب الآخر من المصدر. عند مرور التيّار بالملفّ، ينشأ مجال مغناطيسي حوله، فيتأثَّر بقوّة تجاذب من جهة، وقوّة تنافر من جهة أخرى، سببها المغناطيس الدائم المُحيط بالملفّ، وذلك سيؤدّي إلى حركة الملفّ حركة دورانيّة.
عندما يُصبِح الملفّ مُتعامِداً مع المغناطيس الدائم، سيتبدَّل اتّجاه التيّار المارّ بالملفّ، وبهذا ستتبدَّل أقطاب المجال المغناطيسي، ممّا سيتسبَّب في عكس حركة الدوران، ولكن هنا يأتي دور المبادل الكهربائي، الذي يعكس هو الآخر التيّار مرّةً أخرى ليعود بالاتجاه الذي كان عليه حتّى بعد وصوله نصف دورة بحيث يكون متعامداً مع المغناطيس الدائم، فلو لم يكن المبادل موجوداً، لاستمرَّ المُحرِّك بالدوران تارةً مع عقارب الساعة، وتارةً عكس عقارب الساعة، ممّا سيلغي هدف استخدامه.
المصدر تيّار متردّد
في حال كان المصدر يزوّد الدارّة بتيّار مُتردِّد (بالإنجليزيّة: AC)، فإنَّ المُحرِّك المذكور أعلاه لن يعمل بالشكل المطلوب، وتوجد طريقتان لحلّ هذه المشكلة: الأولى بإزالة المبادل الكهربائي؛ إذ إنَّ التيّار المُتردِّد يبدّل اتّجاهه من تلقاء نفسه فلا يحتاج إلى مبادل، أمّا الطريقة الثانية فهي باستبدال المغناطيس الدائم واستخدام آخر كهرومغناطيسي (ملفّ)، وربط طرفيه بالمصدر، ويُسمّى المُحرِّك الكهربائي في هذه الحالة المحرِّك الكهربائي الشامل (بالإنجليزيّة: Universal motor)، ويمكن تشغيله بكِلا نوعي التيّارات. عند إجراء هذا التعديل، وعندما يصبح الملفّ الموجود في العضو الدوّار متعامداً مع الملفّ الآخر (المغناطيس الكهرومغناطيسي)، فإنَّ كِلا التيّارين الموجودين على الملفّين سيتغيَّر اتجاههما معاً -بسبب كون التيّار مُتردِّداً- وبهذا ستبقى القوّة بالاتجاه نفسه، ويتمّ تجاهل المبادل الكهربائي في هذه الحالة.
