شرح كيفية إختراع المحرك الكهربائي المغناطيسي؟

المحرك الكهربائي المغناطيسي لنيكولا تسلا واحداً من أكثر الإختراعات تأثيراً فى العالم ،والذي يعد اليوم القوة الرئيسية للصناعة والأجهزة المنزلية. يعد محرك تسلا أحد أعظم عشرة اختراعات على الإطلاق.حيث تم إختراعه لأول مرة عام 1883 من قبل العالم نيكولا تسلا  (براءة الاختراع رقم 382279 ، بتاريخ 1 مايو 1888) باسم المحرك التعريفي، ثم بدأ بالتطوير عليه ليخترع عددا كبيرا من المحركات المحرك الكهربائية المغناطيسية  التى نستخدمها فى الكثير من الصناعات ،فهى واحده من العوامل الأساسيه فى عصرنا هذا حيث تم تطويرها من قبل الكثير من العلماء والمهندسين والمصانع لتواكب التطورات الحديثه،ولكن فى هذا الموضوع سوف ندرس  براءة إختراع نيكولا تسلا للمحرك الكهربائي المغناطيسي رقم 459.772 بتاريخ 22 سبتمبر 1891.

المحرك الكهربائي كيف كان قبل إختراع نيكولا تسلا

يعود تاريخ محركات التيار المستمر البدائية إلى ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، عندما استخدم توماس دافنبورت من فيرمونت محركاته ذات التيار المباشر لحفر الحديد والصلب، حيث أن أول محرك كهربائي حقيقى تم إختراعه من قبل العالم الألماني موريتز جاكوبي في مايو 1834 ،وإستخدم محركاته لتشغيل عجلات مجداف صغيرة في نيفا. لكن تلك الأجهزة التي تعمل بالبطاريات لا يمكنها منافسة الطاقة البخارية.

و محركات DC محركات التيار المستمر لم تنشأ من هذه المحركات،هى عبارة عن آلة تحوِّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة مكيانيكة باستخدام التيار المستمر ، وهو بالتالي يعمل فقط على أنظمته، وتنD9سم أنواعه إلى نوعيين بناءً على التركيب، وأحداهما : هو محرك متماثل القطبين و أول مخترع له هو العالم مايكل فراداي عام 1821 .

مر أكثر من ربع قرن قبل أن يقوم توماس إديسون أخيرًا بتسويق قلم كهربائي لصنع الاستنسل لنسخ المستندات المكتبية ؛ تم تشغيله أيضًا بواسطة محرك DC. عندما بدأ توليد الكهرباء التجارية بالانتشار بعد عام 1882 ، أصبحت المحركات الكهربائية شائعة ، وبحلول عام 1887 كان المصنعون الأمريكيون يبيعون حوالي 10000 وحدة في السنة .

مقدمة إختراع نيكولا تسلا للمحرك الكهربائي المغناطيسي

كما هو معروف جيدًا ، فإن بعض أشكال آلات التيار المتردد لها خاصية ، عند توصيلها في دائرة بمولد تيار متناوب ، أن تعمل كمحرك بالتزامن معها ؛ ولكن بينما يعمل التيار المتردد على تشغيل المحرك بعد أن يصل إلى معدل سرعة متزامن مع سرعة المولد فإنه لن يبدأ تشغيله. ومن ثم في جميع الحالات حتى الآن عند تشغيل “محركات التزامن” ، كما يطلق عليها ، تم اعتماد بعض الوسائل لجعل المحركات تصل إلى التزامن مع المولد ، أو تقريبًا قبل تطبيق التيار المتردد للمولد لقيادتهم.

تقديم نيكولا تسلا الطلب لبراءة إختراعه رقم 459.772 بتاريخ 22 سبتمبر 1891

في طلب تم تقديمه في 18 فبراير 1889 ، الرقم التسلسلي 300،220 ، قمت بعرض ووصف نظام محسن لتشغيل هذه الفئة من المحركات ، والتي تتكون ، على نطاق واسع ، من لف أو ترتيب المحرك بطريقة تجعله عن طريق المفاتيح المناسبة يمكن أن يبدأ كمحرك متعدد الدوائر ، أو محرك يعمل من خلال تقدم أقطابها المغناطيسية ، وبعد ذلك ، عندما يصل إلى السرعة ، أو ما يقرب من ذلك ، يتم تحويله إلى محرك تزامن عادي ، أو محرك يتم فيه تبديل الأقطاب المغناطيسية ببساطة .

ويقول أيضاً : في بعض الحالات ، كما هو الحال عند استخدام محرك كبير وعندما يكون عدد البدائل مرتفعًا جدًا ، فهناك صعوبة أكثر أو أقل في جعل المحرك يعمل كمحرك مزدوج أو متعدد الدوائر ، بالنسبة لخطة البناء التي تجعل المحرك أفضل تكيفًا للتشغيل لأن المحرك المتزامن يضعف كفاءته كعزم دوران أو محرك مزدوج الدائرة في ظل الظروف المفترضة في البداية. سيكون هذا مفهومًا بسهولة ، لأنه في محرك متزامن كبير ، يكون طول الدائرة المغناطيسية للإسقاطات القطبية وكتلتها كبير جدًا لدرجة أنه يلزم على ما يبدو وقتًا طويلاً للمغنطة وإزالة المغناطيسية، ومن ثم قد لا يستجيب المحرك بشكل صحيح.

لتجنب هذا الاعتراض وبدء تشغيل محرك متزامن يتم فيه الحصول على هذه الشروط هو موضوع اختراعي الحالي، لذلك قمت بدمج محركين ، أحدهما محرك متزامن ، والآخر محرك متعدد الدوائر أو محرك عزم الدوران ، وبواسطة الأخير ، أحضر أول ما يسمى بالسرعة ، ثم إما أن أرمي التيار بأكمله في محرك التزامن أو أعمل معًا من المحركات.

مميزات هذا الأختراع

يتضمن هذا الاختراع العديد من الميزات الجديدة والمفيدة: 1- أن كلا المحركين يتم تشغيلهما بدون مبدلات من أي نوع. 2- أن سرعة محرك عزم الدوران قد تكون أعلى من سرعة محرك التزامن ، كما هو الحال عندما يحتوي على عدد أقل من الأعمدة أو مجموعات الأعمدة ، بحيث يكون المحرك أكثر سهولة وسرعة. 3- قد يتم إنشاء محرك المزامنة بحيث يكون لديه ميل أكثر وضوحًا للتزامن دون التقليل من السهولة التي بدأ بها.

توضيح  الاختراع في الرسومات

الشكل 1 عبارة عن عرض مقطعي جزئي للمحركين ؛ الشكل 2 ، منظر نهائي للمحرك المتزامن ؛ الشكل 3 ، منظر نهائي وجزء من عزم الدوران أو محرك الدائرة المزدوجة ؛ الشكل 4 ، رسم تخطيطي لوصلات الدائرة المستخدمة .

نظرًا لأن أيًا من المحركين لا يقوم بأي عمل بينما يعمل التيار على الآخر ، فإنني أفضل توصيل المحركين بشكل صارم. لذلك أقوم بالتركيب على نفس العمود A ، مغناطيس المجال B للمزامنة و C لمحرك عزم الدوران يتم تثبيتهما على نفس القاعدة D. محرك المزامنة الأكبر بشكل مفضل له نتوءات قطبية على عضو الإنتاج الخاص به ، والتي تدور على مسافة قريبة جدًا إلى أقطاب المجال ، وفي نواحٍ أخرى ، يتوافق مع الشروط ، المفهومة جيدًا الآن ، والضرورية لتأمين العمل المتزامن. أفضل ، مع ذلك ، لف قطع عمود المحرك بملفات مغلقة E ، لأن هذا يحول دون استخدام جهات الاتصال المنزلقة. من ناحية أخرى ، يكون للمحرك الأصغر أو عزم الدوران ، على نحو مفضل ، محرك أسطواني F ، بدون نتوءات قطبية وجرح بملفات مغلقة G ، كما وصفت في براءات الاختراع السابقة ، لا سيما رقم 382.279 ، بتاريخ 1 مايو 1888. يتم توصيل الملفات الميدانية لمحرك عزم الدوران في سلسلتين H و I ، ويتم توجيه التيار المتردد من المولد من خلال أو تقسيم بين هاتين الدائرتين بأي طريقة لإحداث تقدم في القطبين أو النقاط ذات التأثير المغناطيسي الأقصى. أقوم بتأمين هذه النتيجة بطريقة ملائمة عن طريق توصيل الدائرتين الحركيتين بالاشتقاق مع الدائرة من المولد ، وإدخال مقاومة ميتة في دائرة محرك واحدة وفي الأخرى ملف تحريض ذاتي ، مما يعني اختلافًا في الطور بين قسمي التيار مؤمن. إذا كان لكلا المحركين نفس عدد أقطاب المجال ، فإن محرك عزم الدوران لعدد معين من التناوب سيميل إلى العمل بضعف سرعة الآخر ، من أجل ، بافتراض أن الوصلات تعطي أفضل النتائج ، يتم تقسيم أقطابها إلى سلسلتين ويتم تقليل عدد الأقطاب إلى النصف تقريبًا ، والتي يتم العمل عليها بنفس العدد من التناوب تميل إلى تدوير المحرك في ضعف سرعة. وبهذه الطريقة ، يتم إحضار المحرك الرئيسي بسهولة أكبر إلى السرعة المطلوبة أو أعلى منها. عندما يتم نقل السرعة اللازمة للتزامن إلى المحرك الرئيسي ، يتم تحويل التيار من محرك عزم الدوران إلى المحرك الآخر.

بالإشارة إلى الشكل 5 ، T يعين عزم الدوران أو المحرك متعدد الدوائر و S محرك التزامن ، L،L هي أسلاك الخط من مصدر التيار المتردد.

 يتم توصيل دائرتين لمحرك عزم الدوران بدرجات مختلفة من الحث الذاتي ، والمحددة من قبل NM ، بالاشتقاق إلى السلك L، ثم يتم ربطهما وتوصيلهما بدائرة تنشيط المحرك المتزامن ، الطرف المقابل له متصل بالسلك L .

 وبالتالي فإن المحركين متسلسلين. لبدء تشغيلها ، أقوم بتقصير محرك المزامنة بواسطة مفتاح P  ، وإلقاء التيار بالكامل عبر محرك عزم الدوران. ثم عندما يتم الوصول إلى السرعة المطلوبة ، مفتاح P مفتوح ، بحيث يمر التيار عبر كلا المحركين.

 في مثل هذا الترتيب من الواضح أنه من المرغوب فيه لأسباب اقتصادية وأسباب أخرى أنه يجب مراعاة العلاقة المناسبة بين سرعات المحركين.

في الشكل 6 تم توضيح تصرف آخر. حيث أن S هو محرك التزامن و T محرك عزم الدوران ، وكلاهما متوازٍ،وحيث أن W هي دائرة أيضًا مشتقة من الدوائر الحركية وتحتوي على مفتاح P . SP ‘ ‘   هو مفتاح في الدائرة مزامنة الحركية. في البداية ، يتم فتح المفتاح S ، مما يؤدي إلى قطع المحرك S. ثم يتم فتح P ‘ ‘ ، وإلقاء التيار بالكامل عبر المحرك T ، مما يمنحه عزم دوران قويًا للغاية. عند الوصول إلى السرعة المطلوبة ، يتم إغلاق المفتاح S  وينقسم التيار بين كلا المحركين. عن طريق المفتاح P ‘ ‘ يمكن قطع كلا المحركين.

في الشكل 7 ، يكون الترتيب متشابهًا إلى حد كبير ، باستثناء أن المفتاح T ‘ يوضع في الدائرة التي تتضمن دائرتين لمحرك عزم الدوران. يوضح الشكل 8 المحركين في سلسلة ، مع تحويل حول كلاهما يحتوي على مفتاح S T. هناك أيضًا تحويلة حول محرك التزامن S ، مع مفتاح P ‘ . في الشكل 9 يظهر نفس الترتيب ؛ ولكن يتم توفير كل السيارات مع تحويلة، والتي هي مفاتيح P “ وT ‘ ‘ ، كما هو مبين.  

مطالباته واستنتاجاته

1- محرك كهربائي غير متزامن بتيار متناوب مقترن بمحرك تيار متزامن متزامن ، إلى حد كبير على النحو المبين ، حيث يبدأ الأول الأخير ويضعه في التزامن مع تيار التشغيل ، وآلية التبديل لتوجيه التيار من خلال أحد المحركين أو كليهما ، على النحو المنصوص عليه.

2 – توليفة من محركين تم تركيب تجهيزاتهما على نفس العمود ، أحد المحركات المذكورة هو محرك عزم تيار متناوب ، أو محرك يتم فيه إزاحة النقاط المغناطيسية أو الأقطاب تدريجياً بفعل تيار التنشيط ، المحرك الآخر هو محرك متزامن للتيار المتردد ، وآلية تبديل لتوجيه التيار من خلال أحد أو كلا المحركين المذكورين ، على النحو المبين.

3- الجمع  مع محرك تزامن تيار متناوب له مجال تنشيط واحد ، لمحرك عزم دوران تيار متناوب به عدد كبير من دوائر التنشيط ومكيف ليعمل بواسطة تيارات مختلفة في الطور ، ومفتاح لتوجيه التيار المتردد التيار أو التيارات من خلال عدة دوائر لمحرك واحد أو دائرة واحدة للآخر ، كما هو محدد للغرض المحدد.

4- الجمع مع محرك تيار متناوب به نوى مجال ملفوفة مع ملفات مهيأة لتوصيلها بمصدر للتيارات المتناوبة وجرح المحرك مع ملفات مستحثة مغلقة على نفسها ، من جهاز بدء لجلب المحرك المذكور إلى التزامن مع المولد الذي تم توصيله به.

5- توليفة مع محرك تيار متناوب مكون من مغناطيس مجال متناوب متعدد الأقطاب ، ومُحرك به أقطاب ملفوفة مع ملفات مغلقة على نفسها ، من جهاز بدء ، على النحو المنصوص عليه.

6- في محرك تيار متناوب ، توليفة من مغناطيس مجال به أقطاب ملفوفة مع ملفات تم تكييفها عند توصيلها بمصدر تيار متناوب لإنتاج قطبين مغناطيسي متعاكسين في نفس الوقت ومُحرك مزود بأعمدة أو نتوءات وجرح بملفات متصلة في دائرة غير متصلة مغلقة باستمرار ، على النحو المبين.

7- الطريقة الموصوفة هنا لتشغيل محركات التيار المتردد ، والتي تتكون من تشغيل محرك بواسطة تيار متناوب لإحضار محرك تيار متناوب ثانٍ إلى سرعة التزامن بالنسبة إلى تيار التشغيل ثم تحويل محرك التزامن إلى دائرة .

  خذ معلومة عن : قانون أوم وأستخدامه فى حياتنا اليومية

تطورات نيكولا تسلا فى أختراع المحرك الكهربائي المغناطيسي