إلى حد ما، يتضمن معظم التحكم الآلي التحكم في المحركات، خاصة في أتمتة المصانع. تستخدم التطبيقات مثل المضخات والمراوح والروبوتات والأحزمة الناقلة المحركات. سواء كان محركًا عامًا ثلاثي الطور يعمل بالتيار المتردد، وهو أمر رائع لأنظمة التبديل البسيطة، أو محرك تحميل عاكس مصمم خصيصًا للتشغيل مع محركات التردد المتغير (vfd)، يمكن القول أن المحركات موجودة في كل مكان تقريبًا في جميع الصناعات التحويلية. تحقق من الأنواع المختلفة من أدوات التحكم في محرك التيار المتردد المتاحة.
خيارات التحكم في محرك التيار المتردد
على الرغم من وجود أنواع مختلفة من المحركات في المواقف المختلفة، إلا أن حجم المحرك يختلف للتكيف مع الأحمال المختلفة. توفر أحجام المحركات المختلفة مخططات مختلفة لبدء تشغيل المحرك. عادةً ما يتم توصيل المحركات الصغيرة ذات الأغراض العامة بدائرة الطاقة الرئيسية من خلال قاطع الدائرة الرئيسي أو المصهر. يقوم الموصل بتمكين وتعطيل إمداد المحرك بالطاقة، بينما يحمي التحميل الزائد المعدات التي يقودها المحرك من التيار الزائد/السخونة الزائدة العرضية، والتي قد تكون ناجمة عن الانسداد أو العطل.
1. قم بتشغيل وصلة مرور محرك التيار المتردد
كما يوحي الاسم، عندما يتم تنشيط الدائرة، يقوم مشغل المحرك عبر الخط على الفور بتطبيق الجهد الكامل والتيار وعزم الدوران على المحرك. في الصناعة، تعد مشغلات المحركات هي طريقة البدء الأكثر شيوعًا للمحركات المتقاطعة. بشكل عام، يتضمن مشغل المحرك موصلًا لفتح أو إغلاق تدفق الطاقة إلى المحرك، ومرحلًا للحمل الزائد لحماية المحرك من الحمل الحراري الزائد.
في حالة فشل الموصل، يتم تطبيق الجهد على الملف، مما يؤدي إلى إغلاق نقاط الاتصال. عندما يتم تنشيط الملف، يتم إغلاق نقاط الاتصال وتبقى مغلقة حتى يتم إلغاء تنشيط الملف. نظرًا لأن المحرك عبارة عن جهاز تحريضي، فإن قطع التيار (المغنطة، أو توليد المحرك وعزم الدوران، أو الحمل) أكثر صعوبة من تطبيقه. ولذلك، يجب أن يكون للموصل قدرة حصانية مقدرة وتيار مقنن.
لحماية المحرك من التيارات الزائدة في كل مرحلة، يحتوي مرحل التحميل الزائد على ثلاثة عناصر استشعار للتيار. إذا تجاوز تيار الحمل الزائد الوقت المحدد للمرحل لفترة كافية، فسيتم فتح مجموعة من جهات الاتصال لحماية المحرك من التلف.
يقوم بادئ التبديل بعكس دوران العمود لمحرك ثلاثي الطور عن طريق تبديل المرحلتين اللتين توفران المحرك. يحتوي بادئ التشغيل المغناطيسي العكسي على موصلات أمامية وعكسية كجزء من التجميع. إن ضمان عدم الاتصال بالموصلات الأمامية والخلفية مطلقًا في وقت واحد يتطلب كلا من الأقفال الكهربائية والميكانيكية.
عادة، يمكن التحكم في دائرة بدء تشغيل محرك التيار المتردد عن طريق زر بسيط أو إشارة عن بعد، مثل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).
عند بدء تشغيل المحرك عبر الخطوط، يمكن تشغيل التطبيق بأقصى سرعة للمحرك، عندما لا تشكل قيمة السرعة وانخفاض الجهد/الذروة مشكلة. عادةً ما يتم استخدام بادئات المحرك للمحركات الصغيرة، ولا يحتاج المستخدمون إلى تأثيرات التخفيف الكهربائية والميكانيكية الخاصة ببادئات التشغيل الناعمة.
2. يعمل المبدئ الناعم على تقليل الصدمات الكهربائية والميكانيكية
استخدام المبتدئين الناعم له مزايا في كل من الجوانب الكهربائية والميكانيكية. عندما يتم تشغيل المحرك على الخط بأكمله، سيتم الشعور بصدمة مفاجئة من 0 دورة في الدقيقة إلى السرعة الكاملة 1800 أو 3600 دورة في الدقيقة من خلال الحمل الميكانيكي المتصل على الخط، والذي ينتج عادةً 6 إلى 10 أضعاف تيار الحمل الكامل (FLA). يمكن أن يقلل المبدئ الناعم من حمل المحرك، والتيار الذي يستخدمه، والتأثير على الآلات النهائية.
لا تحدث الكهرباء فرقًا عندما تقوم الأداة بتشغيل محرك بقوة 1 حصان عبر الخط. ولكن لا يزال هناك تأثير ميكانيكي معين على المعدات النهائية. ومع ذلك، فإن تشغيل محرك بقوة 300 حصان سيجذب انتباه شركة الكهرباء. قد تؤدي الذروة في الوقت الخطأ من اليوم إلى فرض رسوم. تمارس المحركات الأكبر حجمًا تأثيرًا ميكانيكيًا أكبر على المعدات النهائية. تتمثل ميزة استخدام المبدئ الناعم في أنه لن يؤدي إلى إتلاف الآلات النهائية، ولن تتقاضى شركة الطاقة رسومًا مقابل تيارات الذروة الضخمة هذه.
يستخدم المبدئ الناعم الجهد للتحكم في التيار وعزم الدوران. يتناسب عزم المحرك مع مربع الجهد المطبق. يرتبط التيار عند بدء التشغيل مباشرة بالجهد المطبق على المحرك. في معظم بادئات التشغيل الناعمة، يتكون تشغيل المحرك وإيقافه من ثلاثة أزواج من مقومات السيليكون التي يتم التحكم فيها من الخلف إلى الخلف (SCRs)، والتي تتوافق مع المراحل الثلاث للمحرك. يمكن للاتجاه الخلفي للثايرستور التحكم في جهد التيار المتردد عن طريق تغيير زاوية الإشعال كل نصف دورة. عادة، يتم استخدام الجهد الكامل أو الجهد المحدد للتيار كجهد البداية.
تقوم سرعة المحرك بسحب الموصل الالتفافي عندما يصل إلى الدوران الطبيعي. سواء كان ذلك عبارة عن تجاوز داخلي أو تجاوز خارجي، فإن SCR يتوقف عن الإشعال، مما يجعل بداية التشغيل الناعمة أكثر كفاءة. بعد توفير أمر إيقاف المحرك، يتحكم SCR مرة أخرى في التوقف من موصل الالتفافية. لن يقوم الموصل بتوليد أو تدمير الحمل، مما يسمح باستخدام موصلات أصغر وثايرستور.
تتراوح كفاءة بداية التشغيل الناعمة بين 99.5% و99.9%. بشكل عام، الجهد الكهربي المسقط على زوج الثايرستور أقل من 1 فولت. تعتمد الكفاءة على حجم المبدئ الناعم والجهد ثلاثي الطور المطبق. في بعض الحالات، بعد اكتمال عملية بدء التشغيل، تقوم البداية الناعمة مع الالتفافية المدمجة بسحب موصل الالتفافية الداخلي.
لم يعد الثايرستور يشتعل، وكل تيار التشغيل يمر عبر نقاط الاتصال. عند التشغيل بأقصى سرعة ويتم تحميله بشكل صحيح، يكون المشغل الناعم أكثر كفاءة من VFD، ولكن على عكس VFD، لا يستطيع المشغل الناعم التحكم في سرعة المحرك.
يتم استخدام المبدئ الناعم حيث يجب تقليل الصدمات الكهربائية والميكانيكية الناتجة عن بدء تشغيل المحرك. تعمل المحركات الأصغر حجمًا على حماية الآلات النهائية من الصدمات الميكانيكية. بالنسبة للمحركات الأكبر حجمًا، بالإضافة إلى معدات الحماية، يمكنها أيضًا تقليل تكلفة الطلب.
عادةً ما يتم استخدام البادئات الناعمة مع الناقلات والمضخات والمراوح والمنافيخ. على عكس vfd، لا داعي للقلق بشأن توليد التوافقيات. ومع ذلك، فإن المبدئ الناعم ليس لديه تحكم في السرعة.
3. تنظيم سرعة تحويل التردد، وتوفير الطاقة
عندما يكون التحكم في السرعة عاملاً وكفاءة الطاقة أمرًا مهمًا، فإن vfd هو الأفضل. يتحكم VFD في سرعة وعزم دوران محركات التيار المتردد عن طريق ضبط تردد الإدخال والجهد على تحريض التيار المتردد ثلاثي الطور، أو المغناطيس الدائم (الداخلي أو السطحي) أو المحركات المتزامنة. إلى جانب الحماية من التحميل الزائد، يسمح VFD بالتحكم في التشغيل والإيقاف، بالإضافة إلى تعديلات التسارع والتباطؤ. يمكن أن يؤدي التسريع القابل للبرمجة وتحديد التيار الذي يتحكم فيه المعالج إلى تقليل تيار التدفق عند بدء تشغيل المحرك.
ينبغي أن يعتمد اختيار VFD على التطبيق. أولا وقبل كل شيء، ينبغي النظر في منحنى التشغيل للحمل. بالنسبة لتطبيقات عزم الدوران الثابت، مثل الناقلات والمحرضات والضواغط، وتطبيقات عزم الدوران المتغير، مثل المضخات والمراوح والمنافيخ، يجب إيلاء اهتمام دقيق لتصنيفات الحمل الزائد.
على سبيل المثال، محاولة تشغيل محرك المروحة بسرعة أكبر من السرعة الأساسية يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الطاقة المطلوبة لأن قوة المروحة تختلف باختلاف مكعب السرعة. وفقًا لقانون التقارب المطبق على المضخات والمراوح، فإن تشغيل المروحة بسرعة كبيرة سوف يستهلك الكثير من الطاقة وقد يؤدي إلى زيادة التحميل على العاكس، بينما يمكن أن يؤدي التشغيل بنصف السرعة إلى تقليل متطلبات القدرة الحصانية بمقدار 75% أو أكثر.
تعمل VFDs على تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر، وتصفيتها، ثم عكسها لإنتاج جهد قابل للاستخدام. القيمة الفعالة للإشارة العكسية تحاكي جهد التيار المتردد. عادة ما يكون تردد خرج VFD من 0 هرتز إلى تردد خط إدخال التيار المتردد. ومع ذلك، عندما تتطلب بعض التطبيقات ذلك، من الممكن أيضًا الحصول على ترددات أعلى. استخدمت العديد من محركات التيار المتردد تاريخياً جسور الصمام الثنائي ذات الموجة الكاملة أو جسور المقوم التي يتم التحكم فيها بالسيليكون لتحويل طاقة التيار المتردد إلى جهد التيار المستمر في قسم التحويل. ومع ذلك، يتم الآن استخدام vfd مع ترانزستور ثنائي القطب ذو بوابة معزولة (IGBT). يقوم جزء الترشيح، وهو بشكل أساسي بنك المكثف، بتنعيم جهد التيار المستمر سريع التبديل المتولد من المحول.
يمكن إضافة خانق أو مغو لتحسين عامل القدرة وتقليل التوافقيات. يتم استخدام جهد التيار المستمر السلس في عاكس IGBT. يؤدي التبديل السريع لقسم العاكس إلى إنتاج مستوى جهد تيار متردد تناظري RMS مناسب، والمعروف أيضًا باسم شكل موجة تعديل عرض النبضة (PWM). برنامج تشغيل IGBT القديم هو 6 نبضات. ومع ذلك، يوجد الآن 12 نبضة و18 نبضة VFD.
تتميز محركات VFD الحديثة، مثل سلسلة محركات DURApulse GS4 AC من AutomationDirect، بأنها غنية بالميزات. على سبيل المثال، إحدى أكبر ميزات GS4 هي وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) المدمجة كاملة الوظائف. يمكن للمستخدمين برمجة المتطلبات المنطقية المتعلقة بالمحرك، مثل التحكم في المضخات المتعددة. تشتمل الميزات الأخرى على واجهات اتصال متعددة عالية السرعة وتيار مقدر بدائرة قصر 100 كيلو هرتز (SCCR).
يوفر Vfd نفس المزايا التي توفرها أجهزة التشغيل الناعمة، ويضيف فوائد التحكم في السرعة. عندما يكون الحمل بين 80% و100%، تكون كفاءة المحرك هي الأعلى. المحركات كبيرة الحجم أقل كفاءة من المحركات ذات الحجم المناسب، لكن VFD يساعد على تقليل عدم الكفاءة هذا وتقليل تكلفة الحجم الكبير إلى مستوى أعلى قليلاً من التكلفة الأولية للمحرك والمحرك. تتراوح كفاءة محرك الأقراص عادةً بين 95% و98%. كلما زاد عدد النبضات في السائق، زادت الكفاءة. على سبيل المثال، كفاءة المحرك ذو 6 نبضات هي 96.5% إلى 97.5%. كفاءة المحرك ذو 18 نبضة هي 97.5% إلى 98%.
