هل يمكن للمحركات العادية أن تعمل بتردد متغير على المدى الطويل؟
Thread Content
واجهنا مشكلة، حيث أفاد العديد من المستخدمين بأن المحركات العمودية العادية، عند استخدامها لفترات طويلة في ظروف تغيير التردد، تعاني من قصر عمر محامل الطرف غير الدوار للمحرك، حيث يكون العمر الفعلي لهذه المحامل عادةً بين 12 و14 شهرًا فقط، كما تظهر أصوات واهتزازات غير طبيعية، وهو ما يعادل نصف العمر الطبيعي. ويمكن استعادة الوضع الطبيعي بعد استبدال محامل الغطاء العلوي. تم استبعاد أسباب الحمل الميكانيكي الزائد والمشاكل المتعلقة بالتصنيع، وتتراوح الترددات الفعلية بين 25 و45. لا نعرف ما إذا كان هذا المشكلة ناتجة عن تغيير التردد أم لا معدات الكيماويات والآلات
أعتقد شخصيًا أن الضغط على الجزء غير المدفوع سيكون أكبر بكثير، وهذا هو السبب الذي يجعل محركات الضخ في مصنعنا تحتاج إلى استبدال محاملها بعد فترة قصيرة. من المنطقي تفسير ذلك باستخدام مبدأ الرافعة، فكلما ابتعد عن الطرف الفاعل، كانت قوته أكبر.
تم تصميم المحركات الكهربائية غير المتزامنة العادية لتعمل بتردد وجهد ثابتين، ولذلك فإنها لا يمكن أن تتكيف بشكل كامل مع متطلبات التحكم في السرعة عبر تغيير التردد. فيما يلي تأثير محولات التردد على المحركات:
١. كفاءة المحرك ومشكلة ارتفاع درجة الحرارة
بغض النظر عن نوع محول التردد، فإنه يولد أنواعًا مختلفة من الجهود والتيارات التوافقية أثناء التشغيل، مما يجعل المحرك يعمل تحت جهود وتيارات غير منتظمة. رفضت تقديم المعلومات؛ فعلى سبيل المثال، في محولات التردد من نوع PWM ذات الموجة الجيبية والتي تُستخدم على نطاق واسع حاليًا، فإن التوافقيات من الدرجات المنخفضة تكون تقريبًا صفرًا، أما التوافقيات من الدرجات العالية، والتي تكون ترددها أكبر بحوالي ضعف تردد الحامل، فهي تُعبر عنها بالصيغة 2u+1 (حيث u هو معامل التعديل). تؤدي الترددات الفرعية عالية المستوى إلى زيادة استهلاك النحاس في الجزء الثابت من المحرك، واستهلاك النحاس (الألومنيوم) في الجزء الدوار، بالإضافة إلى استهلاك الحديد والخسائر الإضافية، وأكثر ما يلفت الانتباه هو استهلاك النحاس (الألومنيوم) في الجزء الدوار. وبما أن المحركات غير المتزامنة تدور بسرعة متزامنة تقارب تردد الموجة الأساسية، فإن جهود التوافقيات ذات الأرقام الفردية تؤدي إلى حدوث خسائر كبيرة في الروتور عندما تقطع هذه الجهود أسلاك الروتور. بالإضافة إلى ذلك، يجب أخذ الاستهلاك الإضافي للنحاس الناتج عن تأثير السطح في الاعتبار. كل هذه الخسائر تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك بشكل إضافي، مما يقلل من كفاءته ويخفض قدرته على توليد الطاقة. فعلى سبيل المثال، عند تشغيل المحرك ثلاثي الأطوار التقليدي في بيئة طاقة غير جيبية ناتجة عن محول التردد، فإن درجة حرارته ترتفع عادةً بنسبة 10% إلى 20%. ٢. مشكلة قوة عزل المحركات الكهربائية: في الوقت الحالي، تستخدم العديد من أجهزة التحكم في الترددات المتوسطة والصغيرة طريقة التحكم PWM. تبلغ ترددات الحامل الخاص به حوالي بضعة آلاف إلى عشرات الآلاف من هرتز، وهو ما يجعل ملفات الجزء الثابت في المحرك تتعرض لمعدلات جهد عالية جدًا، وهو ما يعادل تطبيق جهد صدمي شديد على المحرك، مما يضع عزل الأسلاك داخل المحرك تحت اختبار صعب للغاية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجهد المتقطع على شكل مستطيل الناتج عن محول PWM يُضاف إلى جهد تشغيل المحرك، وهو ما قد يشكل تهديدًا لعزل المحرك عن الأرض. كما أن العزل عن الأرض يتعرض للتلف المتسارع نتيجة التأثيرات المتكررة للجهود العالية. ٣. الضوضاء الكهرومغناطيسية التوافقية والاهتزازات: عند استخدام محولات التردد لتغذية المحركات غير المتزامنة العادية، فإن ذلك يؤدي إلى جعل الاهتزازات والضوضاء الناتجة عن العوامل الكهرومغناطيسية والميكانيكية والتهوية أكثر تعقيدًا. تتداخل التوافقيات الزمنية المختلفة الموجودة في مصدر الطاقة ذو التردد المتغير مع التوافقيات المكانية الأصيلة للجزء الكهرومغناطيسي للمحرك، مما يؤدي إلى تكوين قوى تحفيز كهرومغناطيسية مختلفة. عندما يتطابق تردد موجات القوة الكهرومغناطيسية مع تردد الاهتزاز الذاتي لجسم المحرك أو يقترب منه، يحدث ظاهرة الرنين، مما يؤدي إلى زيادة الضوضاء. نظرًا للنطاق الواسع لتردد عمل المحرك الكهربائي والتغير الكبير في سرعة دورانه، فإن من الصعب تجنب ترددات مختلف موجات القوى الكهرومغناطيسية مع الترددات الطبيعية لأجزاء المحرك نفسه. ٤. قدرة المحرك الكهربائي على التعامل مع عمليات البدء والتوقف المتكررة: نظرًا لاستخدام جهاز تغيير التردد في تزويد المحرك بالطاقة، يمكن للمحرك أن يبدأ في العمل عند ترددات وجهود منخفضة جدًا، دون حدوث تيارات صدمية. كما يمكن استخدام طرق التوقف المختلفة التي يوفرها جهاز تغيير التردد لتسريع عملية التوقف. وهذا يخلق الظروف المناسبة لإجراء عمليات البدء والتوقف المتكررة. ونتيجة لذلك، يتعرض النظام الميكانيكي والنظام الكهرومغناطيسي للمحرك لقوى متغيرة باستمرار، مما يؤدي إلى تعب الهياكل الميكانيكية والعزل الكهربائي، ويسرع من عملية تلفها. ٥. مشكلة التبريد عند السرعات المنخفضة: أولاً، فإن مقاومة المحرك غير المتزامن ليست مثالية، وعندما تكون ترددات المصدر منخفضة، فإن الخسائر الناتجة عن التوافقيات العالية في التردد تكون كبيرة. ثانيًا، عند انخفاض سرعة المحركات الكهربائية غير المتزامنة العادية، يقل حجم هواء التبريد بشكل يتناسب مع تربيع السرعة، مما يؤدي إلى تدهور حالة التبريد في سرعات منخفضة، وارتفاع حاد في درجة الحرارة، وبالتالي صعوبة تحقيق إخراج عزم دوران ثابت. من واقع استخدامنا الفعلي، إذا لم يكن هناك انخفاض كبير في التردد، فيمكن استخدامه على فترات ； (عادةً ما نخفض التردد إلى أقل من 15 هرتز) ； قد يكون سبب تلف المحامل لديكم هو انخفاض التردد، حيث لا يستطيع تيار التبريد إزالة الحرارة الناتجة عن تشغيل المحرك بتردد منخفض، مما يؤدي إلى زيادة التيار في محور المحرك. وعندما تسخن الزيت الموجود داخل المحامل، فإنه يذوب ويتسرب خارجها، ومع الاستخدام المستمر، يحدث نقص في الزيت داخل المحامل، مما يؤدي إلى تلفها
١. كفاءة المحرك ومشكلة ارتفاع درجة الحرارة
بغض النظر عن نوع محول التردد، فإنه يولد أنواعًا مختلفة من الجهود والتيارات التوافقية أثناء التشغيل، مما يجعل المحرك يعمل تحت جهود وتيارات غير منتظمة. رفضت تقديم المعلومات؛ فعلى سبيل المثال، في محولات التردد من نوع PWM ذات الموجة الجيبية والتي تُستخدم على نطاق واسع حاليًا، فإن التوافقيات من الدرجات المنخفضة تكون تقريبًا صفرًا، أما التوافقيات من الدرجات العالية، والتي تكون ترددها أكبر بحوالي ضعف تردد الحامل، فهي تُعبر عنها بالصيغة 2u+1 (حيث u هو معامل التعديل). تؤدي الترددات الفرعية عالية المستوى إلى زيادة استهلاك النحاس في الجزء الثابت من المحرك، واستهلاك النحاس (الألومنيوم) في الجزء الدوار، بالإضافة إلى استهلاك الحديد والخسائر الإضافية، وأكثر ما يلفت الانتباه هو استهلاك النحاس (الألومنيوم) في الجزء الدوار. وبما أن المحركات غير المتزامنة تدور بسرعة متزامنة تقارب تردد الموجة الأساسية، فإن جهود التوافقيات ذات الأرقام الفردية تؤدي إلى حدوث خسائر كبيرة في الروتور عندما تقطع هذه الجهود أسلاك الروتور. بالإضافة إلى ذلك، يجب أخذ الاستهلاك الإضافي للنحاس الناتج عن تأثير السطح في الاعتبار. كل هذه الخسائر تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك بشكل إضافي، مما يقلل من كفاءته ويخفض قدرته على توليد الطاقة. فعلى سبيل المثال، عند تشغيل المحرك ثلاثي الأطوار التقليدي في بيئة طاقة غير جيبية ناتجة عن محول التردد، فإن درجة حرارته ترتفع عادةً بنسبة 10% إلى 20%. ٢. مشكلة قوة عزل المحركات الكهربائية: في الوقت الحالي، تستخدم العديد من أجهزة التحكم في الترددات المتوسطة والصغيرة طريقة التحكم PWM. تبلغ ترددات الحامل الخاص به حوالي بضعة آلاف إلى عشرات الآلاف من هرتز، وهو ما يجعل ملفات الجزء الثابت في المحرك تتعرض لمعدلات جهد عالية جدًا، وهو ما يعادل تطبيق جهد صدمي شديد على المحرك، مما يضع عزل الأسلاك داخل المحرك تحت اختبار صعب للغاية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجهد المتقطع على شكل مستطيل الناتج عن محول PWM يُضاف إلى جهد تشغيل المحرك، وهو ما قد يشكل تهديدًا لعزل المحرك عن الأرض. كما أن العزل عن الأرض يتعرض للتلف المتسارع نتيجة التأثيرات المتكررة للجهود العالية. ٣. الضوضاء الكهرومغناطيسية التوافقية والاهتزازات: عند استخدام محولات التردد لتغذية المحركات غير المتزامنة العادية، فإن ذلك يؤدي إلى جعل الاهتزازات والضوضاء الناتجة عن العوامل الكهرومغناطيسية والميكانيكية والتهوية أكثر تعقيدًا. تتداخل التوافقيات الزمنية المختلفة الموجودة في مصدر الطاقة ذو التردد المتغير مع التوافقيات المكانية الأصيلة للجزء الكهرومغناطيسي للمحرك، مما يؤدي إلى تكوين قوى تحفيز كهرومغناطيسية مختلفة. عندما يتطابق تردد موجات القوة الكهرومغناطيسية مع تردد الاهتزاز الذاتي لجسم المحرك أو يقترب منه، يحدث ظاهرة الرنين، مما يؤدي إلى زيادة الضوضاء. نظرًا للنطاق الواسع لتردد عمل المحرك الكهربائي والتغير الكبير في سرعة دورانه، فإن من الصعب تجنب ترددات مختلف موجات القوى الكهرومغناطيسية مع الترددات الطبيعية لأجزاء المحرك نفسه. ٤. قدرة المحرك الكهربائي على التعامل مع عمليات البدء والتوقف المتكررة: نظرًا لاستخدام جهاز تغيير التردد في تزويد المحرك بالطاقة، يمكن للمحرك أن يبدأ في العمل عند ترددات وجهود منخفضة جدًا، دون حدوث تيارات صدمية. كما يمكن استخدام طرق التوقف المختلفة التي يوفرها جهاز تغيير التردد لتسريع عملية التوقف. وهذا يخلق الظروف المناسبة لإجراء عمليات البدء والتوقف المتكررة. ونتيجة لذلك، يتعرض النظام الميكانيكي والنظام الكهرومغناطيسي للمحرك لقوى متغيرة باستمرار، مما يؤدي إلى تعب الهياكل الميكانيكية والعزل الكهربائي، ويسرع من عملية تلفها. ٥. مشكلة التبريد عند السرعات المنخفضة: أولاً، فإن مقاومة المحرك غير المتزامن ليست مثالية، وعندما تكون ترددات المصدر منخفضة، فإن الخسائر الناتجة عن التوافقيات العالية في التردد تكون كبيرة. ثانيًا، عند انخفاض سرعة المحركات الكهربائية غير المتزامنة العادية، يقل حجم هواء التبريد بشكل يتناسب مع تربيع السرعة، مما يؤدي إلى تدهور حالة التبريد في سرعات منخفضة، وارتفاع حاد في درجة الحرارة، وبالتالي صعوبة تحقيق إخراج عزم دوران ثابت. من واقع استخدامنا الفعلي، إذا لم يكن هناك انخفاض كبير في التردد، فيمكن استخدامه على فترات ； (عادةً ما نخفض التردد إلى أقل من 15 هرتز) ； قد يكون سبب تلف المحامل لديكم هو انخفاض التردد، حيث لا يستطيع تيار التبريد إزالة الحرارة الناتجة عن تشغيل المحرك بتردد منخفض، مما يؤدي إلى زيادة التيار في محور المحرك. وعندما تسخن الزيت الموجود داخل المحامل، فإنه يذوب ويتسرب خارجها، ومع الاستخدام المستمر، يحدث نقص في الزيت داخل المحامل، مما يؤدي إلى تلفها
منطقي جداً. عندما تواصلنا مع مصنع المحركات بشأن هذه المشكلة، قالوا إنه ليس لديهم سجلات لتجارب التشغيل على ترددات منخفضة، ولا يمكنهم إثبات أن قصر عمر المحامل ناتج عن التشغيل على ترددات منخفضة. ينص الاتفاق التقني مع مصنع المحركات على أن نطاق تعديل التردد هو 30~50 هرتز. لقد طلبنا من مصانع المحركات وإحدى شركات تصنيع المحامل العالمية إعداد تقرير تحليلي مشترك، وسنشارك النتائج مع الجميع عند توفرها.