ما هو محرك التيار المتردد؟

ما هو محرك التيار المتردد

ان محرك التيار المتردد هو محرك كهربائي يعمل بالتيار المتردد ومقترن بمحرك متغير التردد، وهو عبارة عن وحدة تحكم تقوم بضبط الجهد والتردد المزود للمحرك بحيث يمكن تغيير سرعته وعزم دورانه أثناء تشغيله. فبدلاً من الدوران بسرعة ثابتة واحدة مرتبطة مباشرة بتردد خط الطاقة، يستجيب المحرك لإشارة تحكم ترفع أو تخفض سرعة الدوران لتتناسب مع ما تحتاجه الآلة أو العملية فعليًا في لحظة معينة. هذا الاقتران بين المحرك والمحرك هو ما يفصل محرك التيار المتردد عن محرك التيار المتردد التقليدي ذي السرعة الثابتة والمتصل مباشرة بالطاقة الرئيسية.

تظهر القيمة العملية لهذا الإعداد في استخدام الطاقة والتحكم الميكانيكي. يمكن إبطاء المضخة أو المروحة التي تحتاج فقط إلى التشغيل بقدرة جزئية لجزء من الوردية بدلاً من خنقها بصمام أو مخمد، مما يقلل من استهلاك الكهرباء ويقلل الضغط الميكانيكي على المعدات المتصلة. ونظرًا لإمكانية تشكيل عزم الدوران والتسارع إلكترونيًا، يمكن للمحرك نفسه أيضًا بدء الأحمال بلطف، متجنبًا طفرات التيار والصدمات الميكانيكية التي تأتي مع البدء المباشر على الخط.

كيف يعمل التحكم في التردد المتغير

يقوم محرك الأقراص بتحويل طاقة التيار المتردد الواردة إلى تيار مستمر ثم يعيد بناءها إلى شكل موجة تيار متردد جديد بتردد يتم اختياره بواسطة إعدادات التحكم، وهي عملية تسمى عادةً تعديل عرض النبض. بما أن السرعة المتزامنة لمحرك التيار المتردد تتناسب مع تردد مصدر الإمداد، فإن تغيير هذا التردد يغير سرعة دوران المحرك. محرك مصنف لـ 60 هرتز على سبيل المثال، يتم تشغيل العملية بسرعة تصل إلى النصف تقريبًا عندما يزودها محرك الأقراص بها 30 هرتز ، وتستمر العلاقة عبر جزء كبير من نطاق التردد القابل للاستخدام.

يتم ضبط الجهد جنبًا إلى جنب مع التردد للحفاظ على التدفق المغناطيسي داخل المحرك ضمن نطاق عملي، وهي تقنية يشار إليها غالبًا بالتحكم في فولت لكل هرتز. يمكن أن يؤدي الانحراف عن هذه النسبة عند السرعات المنخفضة إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك أو فقدان عزم الدوران، لذلك تشتمل محركات الأقراص على منطق تعويض للحفاظ على مغنطة كافية حتى عندما يعمل المحرك بأقل من سرعته المقدرة. تستخدم محركات الأقراص الأكثر تقدمًا التحكم في المتجهات أو تقدير التدفق بدون مستشعر للحفاظ على ثبات عزم الدوران حتى في ظل الأحمال المتغيرة، وهو أمر مهم في تطبيقات مثل الناقلات التي تبدأ تحت حمولة كاملة أو الرافعات التي تحتاج إلى تحديد موضع دقيق.

المكونات والمواد الأساسية

داخل مبيت المحرك، يولد الجزء الثابت الثابت الملفوف بملفات نحاسية مجالًا مغناطيسيًا دوارًا، بينما يدور العضو الدوار - وهو عادةً عبارة عن تصميم قفص سنجابي مصنوع من الفولاذ السيليكوني المصفح مع قضبان من الألومنيوم أو النحاس - استجابة لهذا المجال. تعمل الصفائح على تقليل خسائر التيار الدوامي، مما يحافظ على برودة المحرك ويحسن الكفاءة مقارنة بالنوى الحديدية الصلبة. تدعم المحامل عمود الدوار ويتم اختيارها بناءً على اتجاه الحمل وسرعته؛ تعتبر المحامل الكروية المختومة شائعة في المحركات الصناعية العامة، بينما قد تستخدم الوحدات الأكبر محامل أسطوانية مصنفة للأحمال الشعاعية الأثقل.

يتم تصنيف عزل الملفات حسب درجة الحرارة التي يمكن أن يتحملها قبل أن ينكسر، ويحدد هذا التصنيف مقدار الهامش الحراري الذي يتمتع به المحرك أثناء التشغيل المستمر. يلخص الجدول أدناه فئات العزل شائعة الاستخدام وحدود درجة الحرارة المرتبطة بها.

أنواع المحركات المستخدمة مع محركات التيار المتردد

عادة ما يتم إقران المحركات التحريضية بمحركات متغيرة التردد بسبب بنيتها البسيطة وتحملها لنطاق واسع من السرعة. تُستخدم المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم عندما تكون هناك حاجة إلى كفاءة أعلى عند التحميل الجزئي أو مساحة فيزيائية أصغر، نظرًا لأن المجال المغناطيسي للدوار لا يعتمد على التيار المستحث. الفئة الأقل شيوعًا ولكنها ذات صلة متزايدة هي المحرك المغمور أو المغمور بالزيت، حيث يجلس العضو الدوار والعضو الثابت داخل حمام من السائل الهيدروليكي بدلاً من الهواء المفتوح، مما يغير كيفية إدارة الحرارة والتشحيم داخل الوحدة.

1. المحركات الحثية ذات القفص السنجابي، تُستخدم عبر المضخات والمراوح ومحركات النقل
2. المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، تستخدم حيث يكون الحجم الصغير وعزم الدوران الثابت عند السرعة المنخفضة مهمًا
3. محركات دوارة ملفوفة، تستخدم في التطبيقات التي تحتاج إلى عزم دوران قابل للتعديل
4. المحركات المغمورة بالزيت، المستخدمة في وحدات الطاقة الهيدروليكية المدمجة

تصميم المحرك المغمور بالزيت في وحدات الطاقة الهيدروليكية

أحد الاختلافات الملحوظة في محرك التيار المتردد القياسي الذي يتم تبريده بالهواء هو التصميم المغمور، حيث يعمل كل من العضو الدوار والعضو الثابت مغمورين بالكامل في السائل الهيدروليكي بدلاً من تعريضهما للهواء المفتوح. نظرًا لأن السائل الهيدروليكي يوصل الحرارة بعيدًا عن اللفات بشكل أكثر فعالية من الهواء، فإن هذا التصميم يتجنب الاختناقات الحرارية التي تحد من أداء الخدمة المستمرة في الوحدات التقليدية المبردة بالهواء. تعمل المحركات المبنية بهذه الطريقة عادةً في نطاق طاقة يمتد تقريبًا 550 واط إلى 3000 واط ويمكنه الحفاظ على التشغيل الممتد دون التراكم الحراري الذي قد يؤدي إلى خفض دورة العمل.

يوفر حمام السائل أيضًا تشحيمًا مستمرًا للمحامل الداخلية، مما يقلل الاحتكاك والتآكل مقارنةً بالتصميمات المشحمة، كما يلغي الحاجة إلى موانع تسرب العمود التي قد تتآكل على سطح دوار. التأثير المشترك هو تشغيل أكثر هدوءًا بشكل ملحوظ، مما يجعل هذا النوع من المحركات مناسبًا لإعدادات المختبر أو التركيبات الداخلية حيث يجب أن تظل مستويات الضوضاء منخفضة. للصمود في وجه التلامس المستمر للسوائل، تستخدم الأسلاك الداخلية مادة موصلة مقاومة للزيت والحرارة مع عزل مصنف عادةً من الفئة B أو الفئة F، مما يحمي النظام الكهربائي من التآكل التدريجي. الحجم المادي لهذه الوحدات يقع بشكل عام بين 158 ملم و 235 ملم ، وغالبًا ما يحمل الغلاف نفسه تصنيف IP00 مفتوحًا، ويعتمد على الخزان الهيدروليكي المحيط لتوفير الحماية البيئية الثانوية التي توفرها العلبة المغلقة عادةً. يتم استخدام هذا البناء في حزم الطاقة الهيدروليكية للأغراض العامة، حيث يقوم المحرك بتشغيل المضخة الهيدروليكية مباشرة ويستفيد من الدور المزدوج للسائل كمبرد ومواد تشحيم.

حيث يتم تطبيق محركات محرك التيار المتردد

تظهر محركات التيار المتردد ذات السرعة المتغيرة في أي مكان تستفيد فيه العملية من التدفق أو الضغط أو الحركة القابلة للتعديل بدلاً من إخراج ثابت واحد. في محطات معالجة المياه، تقوم المضخات التي تعمل بهذه المحركات بضبط معدل التدفق ليتناسب مع الطلب على مدار اليوم بدلاً من التشغيل المستمر بكامل الإنتاج. في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، تتباطأ محركات المروحة خلال فترات انخفاض الطلب على التبريد، مما يقلل من سحب الطاقة وضوضاء القناة. تستخدم الأدوات الآلية محركات مغزلية يتم التحكم فيها بواسطة المحرك لتغيير سرعة القطع اعتمادًا على هندسة المواد والأداة، بينما تستخدمها خطوط التعبئة لمزامنة سرعة الناقل مع المعدات الأولية والنهائية.

تُستخدم وحدات الطاقة الهيدروليكية المبنية حول محركات مغمورة مدمجة في معدات مثل منصات الرفع، والأنظمة المساعدة لقولبة الحقن، والأدوات الهيدروليكية المتنقلة، حيث يُفضل مصدر طاقة مستقل ومنخفض الضوضاء على مجموعة محرك ومضخة مبردة بشكل منفصل. تعتمد تطبيقات الآلات العامة في قطاع التصنيع أيضًا على محركات التيار المتردد لتشغيل الضواغط، والخلاطات، ومعدات مناولة المواد، وضبط السرعة مع تغير أحجام الدفعات أو خطوات العملية.

اعتبارات الصيانة

تركز الصيانة الروتينية لمحركات التيار المتردد على مراقبة درجة حرارة الملفات، والتحقق من مقاومة العزل بشكل دوري، والحفاظ على مسارات التبريد خالية من الغبار أو الحطام في التصميمات المبردة بالهواء. تعتمد فترات تشحيم المحمل على دورة العمل ودرجة الحرارة المحيطة، ويمكن لتحليل الاهتزاز اكتشاف تآكل المحمل قبل أن يؤدي إلى الفشل. بالنسبة لوحدات المحرك المغمورة، فإن حالة السوائل مهمة بقدر أهمية الفحوصات الكهربائية؛ يجب فحص الزيت الهيدروليكي بحثًا عن التلوث وتزويده أو تغييره وفقًا لجدول الشركة المصنعة للمعدات، نظرًا لأن السائل المتدهور يؤثر على كل من أداء التبريد وجودة التشحيم.

إشارات تستحق التتبع أثناء التشغيل

الضوضاء غير العادية، أو ارتفاع درجة حرارة التشغيل خارج النطاق المقدر للمحرك، أو التغيير في السحب الحالي عند حمل معين، كلها علامات تستحق التحقيق قبل أن تتطور إلى مشكلة أكبر. عادةً ما يتم تسجيل معلمات المحرك مثل تردد الخرج وحدود عزم الدوران تلقائيًا، مما يمنح موظفي الصيانة سجلاً للمقارنة مع القراءات الأساسية التي تم التقاطها عند تشغيل المعدات في البداية.