اختيار المحرك الأساسي

منذ اختراع التيار المتردد ثلاثي الأطوار، أعتقد أن المحركات الأساسية تُختار عادةً من نوع المحركات الكهربائية، فالمحركات الديزلية وما شابهها معقدة في التشغيل.

أعني، معايير اختيار المحركات المتزامنة والمحركات غير المتزامنة

اختيار المحرك المتزامن مقابل المحرك غير المتزامن

أولاً، الاختلافات في التصميم بين المحركات المتزامنة والمحركات غير المتزامنة: ① أكبر فرق بين المحركات المتزامنة وغير المتزامنة يكمن في ما إذا كانت سرعة الدوار تتطابق مع سرعة المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت أم لا. إذا كانت سرعة الدوار مساوية لسرعة المجال المغناطيسي، فإنه يُسمى محركًا متزامنًا، أما إذا لم تكن كذلك، فيُسمى محركًا غير متزامن. . . ②عندما يكون عدد الأزواج المغناطيسية ثابتًا، فإن هناك علاقة دقيقة بين سرعة دوران المحرك وتردده، وبالمصطلحات الفنية المستخدمة في مجال المحركات، يُطلق على ذلك “التزامن”. تُعرف المحركات غير المتزامنة أيضًا باسم المحركات الحثية، وتُستخدم بشكل أساسي كمحركات كهربائية، حيث يكون سرعة دوران الروتور فيها دائمًا أقل من سرعة المحركات المتزامنة. ③ما يسمى بـ “التزامن” هو أن تدفق التيار عبر ملفات الجزء الثابت يؤدي إلى تكوين مجال مغناطيسي دوار في الفراغ الموجود بين الأجزاء، ويكون اتجاه دوران هذا المجال المغناطيسي وسرعته مطابقين لاتجاه دوران الجزء المتحرك وسرعته، ولذلك يُطلق على ذلك التزامن. أما في المحركات غير المتزامنة، فإن المجال المغناطيسي الدوار لديه سرعة نسبية مقارنة بالروتور، وهو ما يؤدي إلى توليد عزم دوران. ثانيًا، لماذا يحدث التزامن، ولماذا لا يحدث؟ ملفات الجزء الثابت في المحركات المتزامنة والمحركات غير المتزامنة متشابهة، والفرق الرئيسي يكمن في تركيب الجزء الدوار. يحتوي روتور المحرك المتزامن على ملفات تحفيز من نوع التيار المستمر، ولذلك يلزم وجود مصدر طاقة للتحفيز، حيث يتم إدخال التيار عبر الحلقات الانزلاقية ； أما دوار المحرك غير المتزامن، فهو عبارة عن ملفات موصولة كهربائيًا، ويتم توليد التيار فيه بواسطة التحريض الكهرومغناطيسي. في المقابل، تعتبر المحركات المتزامنة أكثر تعقيدًا وتكلفتها أعلى. تعتبر المحركات المتزامنة وغير المتزامنة من المحركات الكهربائية التيار المتردد، وهي تدور بفضل الطاقة المستمدة من شبكة التيار المتردد بتردد 50 هرتز. المحرك غير المتزامن هو محرك يتم فيه تزويد الجزء الثابت بتيار كهربائي متردد، مما يؤدي إلى توليد مجال مغناطيسي دوار، وينتج الجزء الدوار مجالًا مغناطيسيًا نتيجة لذلك. وبفضل تأثير هذين المجالين المغناطيسيين، يدور الجزء الدوار مع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت. حيث يدور المروحة بسرعة أقل من المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، مما يخلق فرقًا في السرعة وعدم تزامن، ولذلك يُطلق عليها المحرك غير المتزامن. أما الجزء الثابت في المحرك التزامني فهو مشابه لذلك الموجود في المحرك غير التزامني، لكن الجزء الدوار في المحرك التزامني يتم تغذيته بتيار مستمر لإنشاء مجال مغناطيسي ثابت، وبذلك يدور الجزء الدوار مع المجال المغناطيسي الناتج عن الجزء الثابت، ولذلك يُسمى المحرك التزامني. ببساطة، في المحركات غير المتزامنة لا يوجد تيار تحفيز مستمر على الروتور، أما في المحركات المتزامنة فهناك تيار تحفيز مستمر على الروتور، مما يجعل سرعة دوران الروتور متطابقة مع سرعة المجال المغناطيسي الناتج عن تقاطع الستاتور والروتور. ثالثًا: لماذا يجب تمرير تيار تحفيز مستمر في روتور المولد التزامني، وليس تيار تحفيز متردد؟ مع الأخذ في الاعتبار تردد الشبكة الكهربائية والبالغ 50 هرتز، فإن تمرير تيار تحفيز مستمر في الروتور يمكن أن يؤدي إلى توليد جهد بتردد 50 هرتز في ملفات الستاتور. عند تمرير تيار تحفيز متردد إلى الروتور، يمكن تقسيم المجال المغناطيسي الدوار إلى مجالين: أحدهما يدور في الاتجاه الإيجابي والآخر في الاتجاه السلبي. سرعة دوران المجال المغناطيسي في الاتجاه الإيجابي تضاف إلى سرعة دوران الروتور نفسه، مما يؤدي إلى توليد جهد كهربائي بتردد 100 هرتز في ملفات الستاتور ； تُلغي سرعة دوران المجال المغناطيسي العكسي سرعة دوران الروتور، ويبقى الجزء المتعلق بملفات الستاتور ثابتًا، مما لا يؤدي إلى توليد جهد كهربائي. لكن يظهر في التدفق المغناطيسي للستاتور مكون مستمر، وقد يحدث إشباع في هذا التدفق. رابعًا: كيف يتم اختيار المحركات المتزامنة والمحركات غير المتزامنة (من حيث الوظائف والاستخدامات)؟ ①تُستخدم المحركات المتزامنة في معظم الحالات في المولدات الكبيرة. أما المحركات غير المتزامنة، فهي تُستخدم تقريبًا بالكامل في التطبيقات الكهربائية. يمكن للمحركات المتزامنة تعديل طور الجهد والتيار على الجانب الخاص بالتحفيز بشكل مرن، أي معامل القدرة ； لا يمكن تعديل معامل القدرة للمحركات غير المتزامنة، حيث يكون عادةً بين 0.75 و0.85. لذلك، في بعض المصانع الكبيرة التي تستخدم المحركات غير المتزامنة بكثرة، يمكن إضافة محرك متزامن ليعمل كمحرك تعديل، وذلك لتعديل معامل القدرة عند نقطة الاتصال بين المصنع وشبكة الكهرباء. لكن، نظرًا لارتفاع تكلفة المحركات المتزامنة وضخامة أعمال الصيانة، يتم حاليًا استخدام التعويض بالمكثفات لعامل القدرة. ②كفاءة المحركات المتزامنة أعلى قليلاً من كفاءة المحركات غير المتزامنة، وعند اختيار المحركات التي تزيد قدرتها عن 2000 كيلوواط، يجب عادةً النظر في استخدام المحركات المتزامنة. لكن، نظرًا لوجود ملفات التحفيز والحلقات الانزلاقية في المحركات المتزامنة، فإن ذلك يتطلب من العاملين امتلاك مهارات عالية للتحكم في عملية التحفيز. بالإضافة إلى ذلك، فإن أعمال الصيانة في هذه المحركات أكبر مقارنة بالمحركات غير المتزامنة التي لا تحتاج إلى صيانة ； لذلك، في الوقت الحالي، يتم اختيار المحركات التي تقل قدرتها عن 2500 كيلوواط عادةً من نوع المحركات غير المتزامنة. عندما يكون الطاقة المستخدمة منخفضة، يصبح الفرق في الكفاءة ضئيلاً للغاية. ③المحركات غير المتزامنة بسيطة، وتكلفتها منخفضة، كما أنها سهلة التركيب والاستخدام والصيانة، ولذلك فهي تُستخدم على نطاق واسع. العيب هو انخفاض الكفاءة، وانخفاض معامل القدرة أمر ضار بشبكة الكهرباء. وتتميز المحركات المتزامنة بكفاءة عالية مع الأحمال السعوية، مما يساعد على تحسين معامل القدرة في شبكة الكهرباء. ④يحتاج المحرك المتزامن إلى تعديل جهد وتيار التحفيز، بينما لا يحتاج المحرك غير المتزامن إلى ذلك ； يمكن للمحركات المتزامنة أن تعوض النظام عن الطاقة غير الفعالة، بينما تحتاج المحركات غير المتزامنة إلى معدات خاصة لتعويض الطاقة المفقودة. ⑤هناك ثلاث طرق رئيسية لتشغيل المحركات المتزامنة، وهي العمل كمولد كهرباء، أو كمحرك كهربائي، أو كجهاز تعويضي. يعتبر العمل كمولد كأهم طريقة لتشغيل المحركات المتزامنة، بينما يعتبر العمل كمحرك طريقة مهمة أخرى لتشغيلها. يمكن تعديل معامل القدرة للمحركات المتزامنة، وفي الحالات التي لا يُطلب فيها تغيير سرعة الدوران، يمكن استخدام المحركات المتزامنة الكبيرة لتحسين كفاءة التشغيل. في السنوات الأخيرة، بدأ استخدام المحركات الكهربائية المتزامنة الصغيرة بشكل أوسع في أنظمة التحكم في السرعة عبر تغيير التردد. يمكن أيضًا توصيل المحرك المتزامن بشبكة الكهرباء كجهاز تعويض متزامن. في هذه الحالة، لا يكون المحرك محملاً بأي أحمال ميكانيكية، ويعتمد على تعديل تيار التحفيز في الروتور لإرسال القدرة غير الفعالة المحثية أو السعوية اللازمة إلى شبكة الكهرباء، وذلك بهدف تحسين معامل القدرة في الشبكة أو تعديل جهد الشبكة. في المجالات التطبيقية العامة، يكفي اختيار محرك كهربائي غير متزامن كمحرك للأجهزة.