آلة كهربائية
الآلة الكهربائية هي ألة تعتمد على التيار الكهربائي والطاقة الكهربائية في عملها.
توجد ثلاثة أنواع للآلة الكهربائية :
1-المولد الكهربائي وهو يحول طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية ،
2-المحرك الكهربائي وهو يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركة ،
3-محول كهربائي ويقوم بتغيير الجهد الكهربائي voltage للتيار المتردد .
المولد الكهربائي هو آلة تحول طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية . تجبر قوى المولد الإلكترونات في ملف على السير في دائرة خارجية . وتأتي طاقة الحركة من توربين بخاري ، أو من مسقط مياه ، أو من محرك احتراق داخلي ، أو من عنفات مروحة (طاقة الرياح) ، أو من طاقة المد والجزر.
الجزءان الأساسيان للآلة الكهربائية هما عضو دوار وعضو ثابت. ووصفهما الكهربائي الحافظة وهي التي تنتج التيار ، و "الحقل " وهو الحقل المغناطيسي في الآلة الكهربائية . في بعض المولدات تيولد التيار في العضو الساكن ، وفي بعضها الآخر يتولد التيار في العضو الدوار .
ويمكن انشاء الحقل المغناطيسي بواسطة مغناطيسات ذاتية أو بمغناطيسات كهربائية (ملفات) وقد يكون الحقل ناشئا في العضو الساكن وقد يكون ناشئا في العضو الدوار . ومن المولد الكهربائي نوعان : نوع ينتج التيار المستمر (يسمى أحيانا "دينامو")، والنوع الآخر ينتج تيارا مترددا .
يأتين التيار الكهربائي في البيوت كتيار متردد بمعدل 50 هيرتز (أي 50 ذبذبة في الثانية) .
يحول مولد التيار المتردد طاقة الحركة (طاقة ميكانيكية) إلى تيار كهربائي متردد . الطاقة المستخدمة لتكوين "المجال" تكون أصغر كثيرا من الطاقة المتولدة . لذلك تكون ملفات المجال موضوعة على العضو الدوار ، وأما ملفات التيار الناتج فتكون في العضو الثابت .
تصنف مولدات التيار المتردد بعدة أنواع:يقوم مولد التيار المستمر بانتاج طاقة كهربائية ذات تيار مستمر عن طريق تحويل أأطاقة الحركة (الطاقة الميكانيكية). ويمكن لمولد التيار المستمر العمل على أي سرعة تسمح بها الظروف الميكانيكية . يسمى مولد التيار المستمر أحيانا "دينامو" ، ولكن يكون له مبادل كهربائي على محور الدوران ، يقوم بتحويل التيار المتردد الناتج في العضو الدوار إلى تيار مستمر.
يحول المحرك الكهربائي الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركة. أي أنه يقوم بعمل هو عكس ما يقوم به المولد الكهربائي ، معظم المحركات الكهربائية تعمل بواسطة تفاعل حقل مغناطيسي مع ملف يسير فيه تيار فتنتج الحركة . يوجد تشابه بين المحرك الكهربائي والمولد الكهربائي في بنيتيهما ، وبعضها يمكن تشغيله كمحرك أو كمولد .
تستخدم المحركات الكهربائية في تشغيل المراوح والطلمبات وتشغيل المترو والقطارات ، وكثيرا من الأجهزة المنزلية ، وأجهزة الأقراص المضغوطة، وغيرها. قد يزود المحرك الكهربائي بتيار مستمر أو تيار متردد ، ولهذا فهو يصنف كنوعين : محرك تيار متردد ، ومحرك تيار مستمر.
يحول محرك التيار المتردد AC motor التيار المترددإلى طاقة حركة. وهو يتكون من جزئين رئيسيين : عضو ثابت خارجي يحتوي على ملفات يسير فيها تيار متردد (مثل تيار البيوت والمنازل) فينتج مجالا مغناطيسيا دوارا ، وفي داخله يوجد عضو دوار متصل بمحور إلى الخارج يدور تابعا لدوران المجال الغناطيسي.
يوجد من محرك التيار المتردد نوعان بحسب نوع العضو الدوار :
ينتج محرك التيار المستمر ذو فرش brushed DC electric motor عزم الدوران من التيار المستمر عن طريق مبادل كهربائي ، ومغناطيسات ثابتة و حقل مغناطيسي دوار . توصل الفرش التيار عن طريق المبادل الكهربائي (حلقة معدنية مقسمة) إلى ملفات العضو الدوار .
ويوجد نوع محرك تيار مستمر بدون فرش Brushless DC motor وهو يستخدم مغناطيسا ذاتيا في العضو الدوار بالغضافة إلى مغناطيسات كهربائية ثابته في العضو الساكن . ويقوم محول بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد . هذا التصميم أكثر بساطة من تصميم المحرك ذو فرش ، لأنه يتفادى صعوبة نقل التيار من الخارج إلى العضو الدوار .
يوجد نوع من محرك تيار مستمر بدون فرش وهو محرك خطوي stepper motor ، هذا النوع يقسم الدورة الكاملة إلى عدد من الخطوات (يسير جزء دورة ويقف ، ثم يسير جزء دورة ويقف ، وهكذا) ، ويمكن بذلك ضبط وضع العضو الدوار .
المحول الكهربائي هو جهاز ثابت لا يدور يحول التيار المتردد من جهد عالي إلى جهد منخفض أو العكس من جهد منخفض إلى جهد عالي من دون تغيير التردد . وهو ينقل الطاقة الكهربائية من دائرة كهربائية إلى أخرى عن طريق ملفات تعمل بالحث .
يتكون المحول الكهربائي من ملفين أساسيين : الملف الابتدائي ، والملف الثانوي . يتسبب تيار متردد يسري في الملف الابتدائي في نشأة فيض مغناطيسي متغير في قلب المحول الحديدي ، وبالتالي يتسبب في نشأة حقل مغناطيسي متغير في الملف الثانوي .
هذا الحث المتغير ينشيء قوة دافعة كهربائية (جهد كهربائي) في الملف الثانوي ويكون متغير بنفس تغييرات التيار المتردد في الدائرة الابتدائية . هذا التأثير يسمى "الحث المتبادل" .
للمحول الكهربائي نوعين :
1- محول يعلى جهد التيار المتردد،
2- محول يخفض جهد التيار المتردد .
مثال: ينتج التيار المتردد في محطة توليد طاقة كهربائية بتردد 50 أو 60 هرتز بجهد عالي يصل إلى 400.000 فولط . لكي نستطيع استخدامه في البيت ، لابد من خفض الجهد إلى 220 فولط فقط . وهذا يتم بواسطة محولات كهربائية متتالية على طريق توصيل التيار المتردد بين محطة إنتاجه والبيت. يصل التيار الكهربائي إلين بجهد 220 فولط وتردد 50 أو 60 ذبذبة في الثانية (هرتز) .