1. مطابقة العلاقة بين سرعة التشغيل والمجال المغناطيسي

• المحركات المتزامنة:تتوافق سرعة الدوار دائمًا مع سرعة المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، وهو ما يُسمى "التشغيل المتزامن". تحتوي الدوارات إما على مغناطيسات دائمة مدمجة، أو تُولّد مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا بتمرير تيار مستمر عبر ملف الإثارة. بعد تكوين المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، يجذب الدوار ليدور بشكل متزامن، كمغناطيس يجذب الحديد، دون أي انحراف في السرعة.
• المحركات غير المتزامنةتكون سرعة الدوار دائمًا أقل من سرعة المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، مما ينتج عنه "فرق في السرعة" (وهذا هو أصل تسمية "غير متزامن"). لا تمتلك دواراتها مجالًا مغناطيسيًا مستقلًا؛ بل تعتمد على المجال المغناطيسي للجزء الثابت لقطع موصلات الدوار لتوليد تيار مُستحث، والذي بدوره يُشكل مجالًا مغناطيسيًا للدوار. فقط عندما تكون سرعة الدوار أبطأ من المجال المغناطيسي للجزء الثابت، يمكن ضمان القطع المستمر للموصلات بواسطة المجال المغناطيسي، مع الحفاظ على التيار المُستحث ودوران الدوار. لذلك، يُعد فرق السرعة شرطًا ضروريًا لتشغيل المحركات غير المتزامنة.

2. خصائص أداء البدء وعزم الدوران

• المحركات المتزامنة:تواجه هذه المحركات مشكلة "صعوبة بدء التشغيل". نظرًا لثبات المجال المغناطيسي للدوار، تكون سرعة دوران المجال المغناطيسي للجزء الثابت عالية للغاية لحظة بدء التشغيل، ولا يستطيع الدوار مواكبة هذه السرعة فورًا بسبب القصور الذاتي، مما يؤدي بسهولة إلى "فقدان التزامن" (أي أنه لا يمكن سحب الدوار للدوران بفعل المجال المغناطيسي). لذلك، لا يمكن تشغيلها بالتزويد بالطاقة مباشرةً. عادةً، يلزم استخدام أجهزة مساعدة (مثل ملف بدء تشغيل صغير غير متزامن) لتدوير الدوار أولًا إلى سرعة قريبة من السرعة المتزامنة، ثم يُطبق تيار إثارة لإكمال "تزامن السحب". بالإضافة إلى ذلك، يكون عزم بدء التشغيل صغيرًا، مما يُصعّب تشغيل الأحمال الثقيلة.
• المحركات غير المتزامنةتتميز هذه المحركات بسهولة التشغيل، وتتمتع بخصائص عزم دوران أكثر مرونة. لا تتطلب أي أجهزة مساعدة؛ ويمكن تشغيلها عن طريق التزويد المباشر بالطاقة. أثناء عملية التشغيل، تزداد سرعة الدوار تدريجيًا، ويتناقص فرق السرعة تدريجيًا. وفقًا لاختلاف هياكل الدوار، يمكن تقسيم المحركات غير المتزامنة إلى نوعين: نوع القفص السنجابي ونوع الدوار الملفوف: يتميز نوع القفص السنجابي بعزم بدء تشغيل متوسط، وهو مناسب للاستخدام في ظروف الأحمال الخفيفة (مثل المراوح)؛ بينما يمكن لمحركات الدوار الملفوف زيادة عزم بدء التشغيل عن طريق توصيل المقاومات على التوالي في دائرة الدوار، مما يلبي متطلبات بدء التشغيل للأحمال الثقيلة (مثل الرافعات).

3. كفاءة وقدرة تعديل معامل القدرة

• المحركات المتزامنةتتميز هذه المحركات بكفاءة أعلى، ويمكنها تعديل معامل القدرة. ولأن سرعتها متزامنة دائمًا، فلا يوجد "فقدان انزلاق" (أحد أهم خسائر المحركات غير المتزامنة) ناتج عن اختلاف السرعة. يُهدر قدر أقل من الطاقة أثناء التشغيل طويل الأمد، وتتضح ميزة الكفاءة بشكل أكبر في المعدات عالية السعة (مثل المولدات الكبيرة والضواغط الصناعية). بالإضافة إلى ذلك، يمكن التحكم في معامل قدرة المحركات المتزامنة عن طريق تعديل تيار الإثارة. عندما يكون تيار الإثارة كافيًا، يُخرج المحرك طاقة تفاعلية إلى شبكة الكهرباء، مما يُحسّن معامل قدرة الشبكة (لا تستطيع المحركات غير المتزامنة القيام بذلك). لذلك، تُستخدم غالبًا كمكثفات متزامنة لتثبيت جهد الشبكة.
• المحركات غير المتزامنةتتميز هذه المولدات بكفاءة منخفضة نسبيًا ومعامل قدرة ثابت. وبسبب فقدان الانزلاق، خاصةً أثناء التشغيل بأحمال خفيفة، تنخفض كفاءتها بشكل ملحوظ (على سبيل المثال، تقترب الكفاءة من الصفر عند عدم وجود حمل). في الوقت نفسه، يكون معامل قدرتها متأخرًا دائمًا (أي أنها تحتاج إلى امتصاص الطاقة التفاعلية من شبكة الكهرباء لإنشاء مجال مغناطيسي)، ولا يمكن تعديله بشكل فعال. قد يؤدي الاستخدام واسع النطاق إلى انخفاض معامل قدرة شبكة الكهرباء وزيادة خسائرها.

4. الاختلافات في سيناريوهات التطبيق

• المحركات المتزامنة:إنها أكثر ملاءمة للسيناريوهات ذات المتطلبات العالية للسرعة والدقة والكفاءة واستقرار شبكة الطاقة:
  1. مجال توليد الطاقة: جميع المولدات الكبيرة (مثل المولدات الحرارية والمولدات الكهرومائية) هي محركات متزامنة، لأنها يمكن أن تضمن سرعة مستقرة وإخراج الطاقة الكهربائية بتردد ثابت (تردد شبكة الطاقة في الصين ثابت عند 50 هرتز، والذي يحتاج إلى تحقيقه بالاعتماد على المحركات المتزامنة).
  2. المعدات الصناعية ذات الأحمال الثقيلة: تستخدم ضواغط الصناعة الكبيرة ومضخات المياه ومطاحن الكرات وما إلى ذلك كفاءتها العالية وسرعتها المستقرة لتقليل تكاليف التشغيل على المدى الطويل.
  3. تنظيم شبكة الطاقة: يستخدم كمكثفات متزامنة لتحسين معامل القدرة في شبكة الطاقة وتخفيف مشكلة عدم كفاية الطاقة التفاعلية في شبكة الطاقة.
• المحركات غير المتزامنة:بسبب بنيتها البسيطة وتكلفتها المنخفضة وصيانتها المريحة، أصبحت الخيار السائد في السيناريوهات المدنية والصناعية الصغيرة والمتوسطة الحجم:
  1. المعدات المدنية: تستخدم الأجهزة المنزلية (مثل مكيفات الهواء والغسالات والمراوح الكهربائية) ومضخات المياه الصغيرة محركات غير متزامنة على شكل قفص سنجاب لتلبية احتياجات الأحمال الخفيفة اليومية.
  2. المعدات الصناعية الصغيرة والمتوسطة الحجم: لا تتطلب مغازل أدوات الماكينة، وأحزمة النقل، والمراوح، وما إلى ذلك، دقة وكفاءة عالية للغاية، وبالتالي فإن ميزة فعالية التكلفة للمحركات غير المتزامنة أكثر بروزًا.
  3. سيناريوهات بدء التشغيل ذات الأحمال الثقيلة: تُستخدم المحركات غير المتزامنة ذات الدوار الملفوف في المعدات مثل الرافعات والرافعات، حيث يتم تعديل عزم التشغيل عن طريق تعديل مقاومة الدوار.