اختراعات

كيف يمكنك اختيار المحرك الكهربائي

كيف يمكنك اختيار المحرك الكهربائي

كيف يمكنك اختيار المحرك الكهربائي حسب التطبيق المطلوب


مقدمة:
تخيل انه طلب منك اختيار محرك لتطبيق معين وطلب منك وضع المواصفات الفنية له فماذا ستفعل؟ هنا لا تصلح التجربة فيجب ان تعى جيدا كل ما يتعلق بمواصفات المحرك.
ولهذا ففى هذه المقالة استعرض هذا الموضوع على هيئة نقاط يجب الاهتمام بها.
1- ما هو نوع المحرك المطلوب قفص سنجابى Cage ام ذو حلقات انزلاق Slipring الحقيقة ان اختيار هذا ام ذاك يتعلق بنوع الحمل المطلوب ادارته و طريقة بدء الدوران و معدل تشغيل الحمل duty ومصدر الجهد. ومن والوجهة الاقتصادية والصيانة يكون محرك القفص السنجابى cage هو الافضل.
وعموما يمكن معرفة اسس اختيار محرك slipring من النقاط التالية
أ‌. اذا كان التطبيق application يحتاج عزم بدء عالى مع تيار بدء منخفض
ب‌. اذا كان طبيعة التطبيق تحتاج الى زمن تسارع كبير لكبر قيمة عزم القصور الذاتى للحمل.
ج‌. عندما تكون طبيعة التشغيل تشمل على تشغييل متكرر كاحمال الاوناش مثلا
اريد ان اضيف ان ما سبق ذكره من نقاط هى بصورة عامة فمثلا محرك القفص السنجابلى ايضا يمنه ادار احمال ذات عزم قصور ذاتى كبير ولكن اذا لم يكن الحمل متكرر التشغيل والايقاف.
اما من الوجهه الاقتصادية فان محرك cage يكون اوفر. اما اذا استخدم Slipring فانه بالاضافة الى سعر الشراء العالى فان تكاليف تشغيله اعلى ايضا لان التحكم فى تشغيله يتم عن طريق مقاومات خارجية تستهلك طاقة غير مستفاد منها.
2- محرك Slipring:
الاستخدام الاساسى لهذا المحرك هو الحصول على عزم بدء عالى مع تيار منخفض وذلك بواسطة تركيب مقاومات خارجية فى دائرة rotor.
وهذه الميزة تجعل هذه المحركات مثالية فى الاحمال الميكانيكية ذات قيم عزم القصور الذاتى العالية والتى بطبيعة الحال تحتاج الى زمن كبير مسبيا للتسارع من السكون الى السرعة اامقننة rated.
وتستخدم هذه المحركات ايضا فى التطبيقات التى من طبيعتها التشغيل والايقاف المستمر وعكس الحركة فوجود المقاومات الخارجية على دائرة rotor يحد كثيرا من التيار الى قيم امنة ومناسبة للتشغيل.
بزيادة قيمة المقاومات يزداد عزم البداية للمحرك ويقل التيار حتى نحصل على افصى عزم ممكن من المحرك.
وهنا يجب ان ناخذ حذرنا فانه بزيادة المقاومات عن الحد الذى يعطى اقصى عزم يبدا عزم البداية فى الانخفاض.
3- جسم المحرك ودرجة الحماية Degree of Protection
درجة الحماية يعبر عنها بالكود IPxx حيث ان المحركات القياسية درجة الحماية لها تحدد كالاتى:
IP 44 , IP 45 , IP 46 , IP 54 , IP 55, IP 56
ولكل رقم مدلول كالاتى:
مجموعة 1 : حماية من الاجسام الغريبة الاكبر من 12 مم
IP 20 : لايوجد حماية ضد الماء
IP 21 : لا يتاثر اذا تساقطت عليه قطرات الماء عموديا (IP 21)
IP 22 : لا يتأثر اذا تساقطت عليه قطرات الماء بزاوية من 15 الى عموديا
المجموعة الثانية: : حماية من الاجسام الغريبة الاكبر من 1 مم
IP 44 : لا يتاثر برزاز المياه من اى اتجاه
IP 45 : لا يتاثر بالمياه اذا تم توجيهها اليه مباشرة من خلال فتحات تسريب مثلا من اى اتجاه.
IP 46 : لا يتاثر اذا تم تعرضه لكمية كبيرة من المياه مثلا فى المحركات على ظهر السفن.
المجموعة الثالثة: حماية ضد الغبار Dust
IP 54: لا يتاثر برزاز المياه من اى اتجاه
IP 55: لا يتاثر بالمياه اذا تم توجيهها اليه مباشرة من خلال فتحات تسريب مثلا من اى اتجاه.
IP 56: لا يتاثر اذا تم تعرضه لكمية كبيرة من المياه مثلا فى المحركات على ظهر السفن.
4- طريقة تبريد المحرك
عادة ما تركب مروحة تبريد على نفس عمود محور دوران المحرك من الخلف. ويمكن تلخيص اكواد التبريد كما يلى:
IC 01 : التبريد يتم بدخول الهواء الى المحرك والخروج منه ثانية
IC 01 41 : يحتوى على دائرتى تبريد خارجية على الهيكل الخارجى للمحرك وفتحات تبريد داخلية
41 IC 00 : لا يحتوى على مروحة تبريد والتبريد يتم من خلال فتحات داخلية
IC 01 61 : يحتوى على دائرتى تبريد معزولتين عن بعضهما البعض احداهما بواسطة مبادل حرارى مثبت فوق المحرك والاخرى داخل المحرك ويتبادلان الحرارة بينهما.
5- البيئة المحيطة
المواصفات القياسية تحدد ان اقصى حرارة للهواء المحيط ب 40 درجة مئوية واقصى ارتفاع يستخدم فيه المحرك هو 1000 متر فوق سطح البحر واقصى رطوبة هى 95% . وهناك جداول خاصة تحدد خواص عزل المحرك المطلوب تبعا للعوامل السالف ذكرها. على سبيل المثال اذا كان لدينا محرك سوف يعمل فى درجة هواء محيط قيمتة حوالى 45 درجة مئوية ودرجة عزل المحرك (B)
يمكننا تحميله حتى 96.6% من حمله المقنن... وهكذا
6- الرطوبة النسبية:
يجب اخذها فى الاعتبار حيث تؤثر قيمتها على اختيار استخدام سخانات motor heaters
7- مكان التشغيل
حيث يؤثر عللى اختيارات عديدة للمحرك. ويمكن تلخيص كثير مما سبق كالتالى:
أ‌- مكان مغلق نظيف نستعمل IP 22
ب‌- مكان غير مغلق نستعمل IP 44
ت‌- مكان مغلق غير نظيف IP 44/54
ث‌- مكان يتعرض لرزاز مياه IP 46
ج‌- مكان يتعرض لمياه كتيرة IP 46
ح‌- مكان به كيماويات IP 44
خ‌- مكان به صناعات حديدية او مناجم IP 44 / 54
8- درجات عزل المحرك
تصنف درجات عزل ملفات المحرك تبعا لاقصى درجة حرارة للتشغيل المتواصل. فكل درجة عزل يقابلها درجة حرارة مناسبة لهذا العزل
9-طريقة دخول الكابلات للمحرك:
يحدد كمان تركيب المحرك ومسار الكابلات المغذية له المكان المناسب لاختيار مكان فتحة الدخول فى علبة تجميع المحرك Terminal Box .
10- اتجاه الدوران:
اتجاه دوران المحرك تم الاتفاق عليه قياسيا بانه فى اتجاه عقارب الساعة اذا نظرنا من ناحية عمود الدوران. واذا اردنا عكس اتجاه دوران المحرك فهناك حالتين اولاهما اذا كان للمحرك 6 اطراف يتم التبديل .
اما اذا كان للمحرك 3 اطراف يتم التبديل
11- طريقة بدء الحركة:
ثؤثر طريقة بدء الحركة فى اختيار المحرك ولذلك سنلقى الضوء على الطرق الشائعة:
1- البدء المباشر:
نضع الجهد الكلى مباشرة على اطراف المحرك ويكون تيار البدء عالى جدا من 2 الى 6 اضعاف التيار المقنن للمحرك .
ويسبب هذا التيار مفاقيد نحاسية بحوالى 36 ضعف المفاقيد العادية. ولهذا يجب الحرص عند اختيار هذا المحرك لهذا النوع من التشغيل.
- توصيلة نجمة / دلتا:
فى هذا النوع يجب ان يخرج من المحرك 6 اطراف وباستخدام هذه الطريقة يقل تيار البدء الى الثلث بالمقارنة بتيار الطريقة المباشرة.
ويجب الانتباه ان عزم بدء المحرك سيقل باستخدام هذه الطريقة ولذلك يجب ان نضمن ان عزم بدء المحرك اذا بدا بتويصيله نجمة يكون اعلى من عزم الحمل المطلوب
- البدء بمحول نفسى Auto-Transformer :
يستخدم لخفض الجهد عند البداية ونستطيع الحصول على جهود متدرجة منه للتحكم فى كلا من عزم وتيار البدء. وعادة ما يكون تدرج الجهد فيه من 50% الى 100% على خطوات ثابتة شكل رقم 15. وجدير بالذكر ان تيار وعزم البدء ينخفضان بانخفاض الجهد بنسبة تربيعية للانخفاض الجهد.
- طبيعة التشغيل DUTY
Duty هى حسابات قيمة الحمل ومدة تعرض المحرك لهذا الحمل. ولحسابات duty يلزم معرفة الاتى:
- قيمة عزم القصور الذاتى للحمل
- عدد مرات بدء المحرك فى الساعة
- قيمة الحمل
- زمن تأثير الحمل
- عدد مرات توقف المحرك فى الساعة
- طريقة فرملة المحرك (ميكانيكية - كهربية)
وتعرف Duty Cycle بواسطة Sx كالاتى:
S1 : تشغيل مستمر مع حمل ثابت
S2 : تشغيل لفترة محددة مع حمل ثابت وبعد ايقاف المحرك يجب ان تنخفض درجة حرارته الى
الكهربائي فوائد نستفيد منها في كافة مجالات الحياة ولكي نتعامل مع الكهرباء بشكل تقني يجب ان نعرف
1- ماهي الكهرباء ؟ 2- كيف يستدل عليها ؟
عندما نغلق دارة كهربائية ويمر التيار الكهربائي عبرها الي المصباح نلاحظ بأضاة المصباح والذي نتج عن زيادة في حرارة السلك الداخلي للمصباح وبذلك نكون قد شاهدنا اثر التيار علي المصباح وهذا مايسمي الاثر الدال علي وجود التيار وهو ما يسمي الاثر الحراري للتيار وهناك ايضا الاثر المغناطسي ( الاجراس ) والاثر الكيمائي ( المدخرات ) والاثر الحركي ( المحركات ) وبذلك يكون الاثر الكهربائي هو الدال الاساسي لنا علي وجود التيار0 والفعل الحراري للتيار الذي يظهر لنا في المصابيح الكهربائية والافران وحتي في الفواصم الكهربائية ( فيوز)التي تحوي علي سلك قصير يفتح الدارة عندما يتجاوز فيها شدة التيار الحد المسموح به فيقوم بصهر تلك السلك فهذا ايضا يدل علي الاثر الحراري وبذلك علمنا بوجود التيار الكهربائي0 التيار الكهربائي نوعان الاول التيار المستمر ويعرف التيار المستمر الذي هو تيار ثابت في الاتجاء والقيمه ويستخدم في الابيال والمدخرات ( البطاريات الجافه ) والنوع الثاني هو التيار المتناوب الذي يتغير في القيمه والاتجاء في كل ثانيه وهوالذى يستعمل في مجال التمديدات الكهربائية المنزلية والصناعية وهومتناوب لانه يتناوب بشكل دائم بين الموجب والسالب ولذلك يسمي تيار متردد وللترددوحدة قياس تسمي الهرتز ويرمز لها ( Hz ) وللتيار الكهربائي شدة تعرف بانها كمية الشحنات التي تعبر مقطع من مقاطع الدارة في ثانية واحدة وتسمي شدة التيار الامبير ويرمز لها ( (Aوله وحدة قياس الامبير ويوصل مقياس الامبير علي التسلسل مع الدارة وعندما نريد قياس شدة التيار يجب ربط جهاز كهربائي مع مقياس امبير علي التسلسل ونقول ان هذا الجهاز شدة التيار الذي يسحبها هي مادل عليه المؤشر وعندما نقطع التيار عن الجهاز تصبح الشدة صفر ويسجل علي كل جهاز كهربائي شدة التيار التي يسحبها ويتحملها ويجب عدم تجاوزها مع العلم ان السلك الكهربائي له مقطع معين يتحمل بها شدة تيار الجهاز لكي نتجنب ارتفاع درجة الحرارة0
التوتر الكهربائي وهو فرق الكمون بين نقطتين لقياس الجهد والتوتر وله وحدة قياس تسمي الفولط ويرمز له ( v ) ويوصل مقياس الفولط علي التفرع مع منبع التيار وهنا نذكر بأ ن التيار المستمر يجب الالتزام بالقطبيه عند قياس توتر مستمر بينما لاضرورة لذلك في التيار المتناوب ويستخدم مقياس الفولط في الشبكات الكهربائية لقياس فرق الطور في التيار الاحادى بين الفاز والنتر التيار البسيط وبين الفاز والفاز التيار المركب مع العلم ان فرق الطور بين الفاز والنتر يساوي 220 فولط وبين الفاز والفاز يساوي 380 فولط 0وهناك ايضا وحدة قياس تتعلق بالاستهلاك الكهربائي للجهاز وهي وحدة قياس القدرة الكهربائية التي تسمي وحدة جول وهي القدرة التي يستهلكها جهاز كهربائي واحد واط في ثانية واحدة ووحدة القياس هو العداد الكهربائي0 الاستطاعه الكهربائية والتي تقاس بوحدة قياس الواط ويرمزلها ( w) وهي التي تقوم بها الاله او الجهاز الكهربائي في ثانية واحدة ولكل جهاز استطاعه تختلف عن الاخر المقاومه الكهربائية والتي لها وحدة قياس تسمي الاوم وهذا يعتبر في الكهرباء قانون هام جدا واذا ربطنا جهازين بنفس التوتر نجد ان كل جهاز يسحب شدة تيار - امبير -مختلف عن الاخر ويدل ذلك علي ان المقاومه تختلف من جهاز لاخر وبمعرفة القياسات الكهربائية والعلاقه بينهما نكون قد عرفنا الكهرباء.
القياسات الكهربائية
شدة التيار (( A الامبير
التوتر ( v ) الفولط
التردد ( Hz ) الهرتز
القدرة ( وحدة جول ) العداد الكهربائي
الاستطاعه( w ) الواط
التوصل مقياس الفولط علي التفرع
مقياس الامبير علي التسلسل
التردد علي التفرع
مقياس الواط له طرفان علي التسلسل يمثلان مقياس الامبير وطرفان علي التفرع يمثلان مقياس الفولت ونذكر هنا لمعرفة الاستطاعه = التوتر * الامبير
المقاومه الكهربائية ( o ) الاوم
قانون آوم
قانون آوم هو قانون يوضح العلاقة بين ثلاثة متغيرات تتحكم في شدة التيار الكهربائي المار في موصل كهربائي والمتغيرات الثلاثة هم
1- شدة التيار الكهربائي
2- فرق الجهد الكهربائي
3- المقاومة الكهربائية
وحدات قياس هذه المتغيرات هي
الأمبير : وحدة قياس شدة التيار الكهربائي
الفولت : وحدة قياس فرق الجهد الكهربائي
الآوم : وحدة قياس المقاومة الكهربائية
الكهرباء ببساطة هي سيل من وحدات سالبة تتحرك في موصل وهذه الوحدات السالبة تسمى إلكترونات ولهذا نجد أن جميع المواد التي توصل الكهرباء هي مواد يوجد بها وحدات سالبة حرة ( إلكترونات سالبة حرة ) ومن هذه المواد الحديد والنحاس ( الفلزات ) هذه الفلزات تتميز بوجود إلكترونات حرة منتشرة فيها وعند وضع الموصل ( المادة الفلزية) بين فرق جهد كهربائي ( كالبطارية مثلا) تبدأ الإلكترونات بالتحرك من الطرف الأكبر جهدا إلى الطرف الأقل جهدا موصلة بذلك للتيار الكهربائي.
إذا التيار الكهربائي ما هو إلا سيل من الألكترونات الحرة التي تتحرك وتنتقل من خلال موصل للتيار الكهربائي " موصل مثل العناصر الفلزية " التي تتميز كما قلنا بوجود إلكترونات حرة وكمية الإلكترونات المنتقلة تحدد شدة التيار اللكهربائي , بينما فرق الجهد هو الفرق بين طرفين الموصل , وهو المسؤول عن تحرك الإلكترونات , أما المقاومة الكهربائية هي المقاومة التي تعيق التيار عن المرور في الموصل والتي قد تتمثل على سبيل المثال بمصباح كهربائي أو جهاز كهربائي يقاوم ويستهلك التيار الكهربائي المار في الموصل .. وقد يكون الموصل نفسه يعمل على إعاقة التيار الكهربائي ولكن بشكل بسيط جدا , بشكل يسمح بمرور التيار الكهربائي ولكن بعض المواد لها مقاومة عالية جدا ( بمعنى انها قد تكون غير موصلة للتيار الكهربائي ) مثل البلاستيك فهو يقاوم التيار الكهربائي إلى درجة أنه يمنع مروره تماما.
أما العلاقة الرياضية التي توضح العلاقة بين الثلاث متغيرات تدعى بقاون آوم وهي رياضيا تعبر عن :
أن شدة التيار الكهربائي يساوي فرق الجهد الكهربائي مقسوما على المقاومة الكهربائية
ومن هذه العلاقة نعرف أن فرق الجهد الكهربائي يتناسب تناسب طردي مع شدة التيار الكهربائي بمعنى أن زيادة فرق الجهد الكهربائي يزيد من شدة التيار المار في الموصل او الدائرة الكهربائية ، ومن هذه العلاقة أيضا نعرف أن المقاومة الكهربائية تتناسب تناسب عكسي مع شدة التيار الكهربائي ، بمعنى أن زيادة المقاومة الكهربائية في موصل تعمل على تقليل شدة التيار الكهربائي.
وصلات قد تهمك
مقاومة كهربائية
مقاومة كهربائية (Resistance) هي خاصية فيزيائية تتميز بها النواقل المعدنية في الدوائر الكهربائية.
تعرف على أنها قابلية المواد المعدنية الناقلة لمقاومة مرور التيار الكهربائي فيها.
وهي إعاقة المادة لمسار التيار الكهربائي (الإلكترونات) المار خلالها. وتحدث الإعاقة في المادة سواء أكانت من الموصلات (كالفلزات) أو غير الموصلات ولكن بدرجات مختلفة. يلزم للألكترونات التغلب على هذه المقاومة للوصول إلى تعادل في الشحنة.

وحدة المقاومة هي الأوم.
يرمز لها بالحرف اللاتيني R، تعطى قيمتها بالأوم (?). ترتبط هذه الخاصية بمفهومي المقاومية والناقلية الكهربائيين.
عند مرور تيار كهربائي في ناقل سلكي ذو مقطع متجانس، وفي درجة حرارة معينة، يمكن لنا قياس مقاومته الكهربائية بدلالة نوع المادة التي صنع منها وأبعاد أحجامه:
هي المقاومية وتعطى بالأوم.متر (?.m).
طول الناقل (السلك) ويعطى بالمتر.
مساحة المقطع العرضي وتعطى [متر مربع|بالمتر المربع].
و هي الناقلية وتعطى بمقلوب الأوم.متر (?.m)-1.
ينتج عن مرور التيار الكهربائي في ناقل معدني (أو ناقل أومي) انبعاث الحرارة، وتسمى هذه الظاهرة تأثير جول. يتم في بعض الأحيان التحكم في مقدار هذا التدفق (أجهزة التدفئة)، إلا أن في حالات أخرى تتبدد هذه الطاقة وتنتج عنها تأثيرات غير مرغوبة.
تعطى الطاقة التي تنتج بفعل تأثير جول بالمعادلة التالية:
P: الطاقة الناتجة عن تأثير جول.
I: شدة التيار المار في الناقل وتعطى بالأمبير.
R: مقاومة الناقل وتعطى بالأوم.
راجع أيضا: مقاومة كهربائية (ثنائي أقطاب).
يمكن الحصول على وحدة المقاومة بأستخدام مسار معين للتيار, حيث تنتج مقاومة قدرها أوم واحد إذا سرى تيار كهربائي خلال عمود من الزئبق بمساحة مقطع مستقطع تساوي 1 ملم2 وطوله 1,063 متر
الكهربا ٍ: (التيار) قبل اي شيئ ، تعال لنتعرف سويا على الكهربا ٍ، ما هي وكيف تحدث؟.
الخواص العامة لمغيرات السرعة
تغير السرعة
يغني استخدام مغيرات السرعة عن الحاجة الى استخدام طرق تنظيم السرعة التقليدية . وفي هذةالحالة يتضمن نظام المغير مكبر قدرة ولكن بدون رجوع خلفي ( Feed back ).ويسمى هذا النظام بالحلقة المفتوحة.
وتتحدد سرعة المحرك بقيمة نقطة الضبط او مرجع الدخل (جهد او تيار ) .ويجب ان نلاحظ ان عند اية قيمة لمرجع الدخل يمكن ان يحدث تغير في سرعة المحرك نتيجة لاضطرابات في التغذية الكهربائية ( تغيرات في جهد مصدر التغذية والحمل / او درجة الحرارة ). ويعبر عن مجال تغير السرعة كنسبة من السرعة الاعتبارية للمحرك.
تنظيم السرعة المتحكم المنظم لسرعة المحرك عبارة عن جهاز تحكم متواشج ( Interlocked ) ويحوي مكبر قدرة ورجوع حلقي ومن ثم يسمى النظام بالحلقة المغلقة.
تحدد سرعة الة الجر بمرجع معين حيث تقارن قيمة المرجع مع الاشارة الراجعة والتي تعكس قيمة سرعة المحرك . عموما تتوفر هذة الاشارة بواسطة مولد ( Tachogenerator ) او مولد نبضات مركب على عمود المحرك . وفي حالة استشعار اختلاف نتيجة لتغير سرعة المحرك.
تصحح قيمة المرجع اليا لارجاع السرعة الى قيمتها الاصلية.
هذة الطريقة في التحكم في السرعة تعني ان الاضطرابات في التغذية الكهربائية لا تسبب اية مشاكل ويعبر عن دقة هذا النوع من المنظمات كنسبة مئوية من السرعة الاعتبارية.
الوقاية المتكاملة
مغيرات السرعة الحديثة توفر الوقاية اللازمة لنفسها كما توفر حماية حرارية للمحرك . هذة الوقاية تعطي اما انذار او اشارة عند ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير .
تجهز مغيرات السرعة بوقاية من :
---- قصر بين الفازات وبين الفازة والارض
---- زيادة الجهد وفقد الجهد
---- عدم اتزان الفازات
---- التشغيل بفازة واحدة