المحرك غير المتزامن: المبادئ والهيكل والأداء في محركات الأقراص الصناعية

كواحد من أكثر أنواع المحركات الكهربائية المستخدمة على نطاق واسع في العالم ، يحمل المحرك غير المتزامن - المعروف أيضًا باسم المحرك التعريفي - دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في محركات الأقراص الصناعية. من مصانع التصنيع إلى أنظمة النقل ، من المضخات والمشجعين إلى الضواغط ، المحركات غير المتزامنة العمود الفقري للأتمتة الصناعية الحديثة. أصبحت إن متانتها وفعاليتها من حيث التكلفة والقدرة على التكيف مع ظروف الحمل المختلفة تجعلهم الخيار المفضل لعدد لا يحصى من التطبيقات.

في الإنتاج الصناعي ، تعد أنظمة المحركات الموثوقة والفعالة ضرورية لضمان العمليات السلسة ، وتقليل وقت التوقف ، وتحسين استهلاك الطاقة. تتفوق المحركات غير المتزامنة في هذا الصدد ، حيث توفر عزم دوران مستقر ، وحياة خدمة طويلة ، وصيانة بسيطة نسبيًا مقارنة بأنواع المحركات الأخرى. تستكشف هذه المقالة مبادئ العمل ، والمكونات الهيكلية ، وطرق البدء ، ومقاييس تقييم الأداء للمحركات غير المتزامنة ، مما يساعدك على فهم أفضل سبب ظهورها في أنظمة القيادة الصناعية.

 

مبدأ العمل الأساسي

الحث الكهرومغناطيسي والمجال المغناطيسي الدوار

يعمل المحرك غير المتزامن على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي ، كما وصفه مايكل فاراداي لأول مرة ويطبق لاحقًا في التصميم العملي للمحرك من قبل نيكولا تسلا. في محرك غير متزامن من ثلاثة مراحل ، يتم توصيل لفائف الثابت بمصدر طاقة AC ثلاثي الطور ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا دوارًا داخل الجزء الثابت.

عندما يتم وضع الدوار داخل هذا المجال المغناطيسي الدوار ، فإن الحركة النسبية بين الحقل والموصلات الدوار تحفز قوة الدعاوى الكهربائية (EMF) وفقًا لقانون Faraday في التعريفي. يولد هذا EMF المستحث تيارًا في الدوار ، والذي بدوره يتفاعل مع المجال المغناطيسي للثابت لإنتاج عزم الدوران. وبالتالي يبدأ المحرك في تدوير الطاقة الكهربائية ، وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

مفهوم الانزلاق وعوامله المؤثرة

واحدة من الخصائص المحددة للمحرك غير المتزامن هو وجود 'slip ' - الفرق بين السرعة المتزامنة (سرعة المجال المغناطيسي الدوار) وسرعة الدوار الفعلية. الانزلاق ضروري لتحريض الكهرومغناطيسي. بدونها ، لن توجد حركة نسبية ، ولن يتم حث تيار في الدوار.

يعتمد الانزلاق على عوامل مختلفة ، بما في ذلك ظروف الحمل ، ومقاومة الدوار ، وتردد العرض. تحت الأحمال الضوئية ، يكون الانزلاق ضئيلاً ، بينما يزيد الانزلاق تحت الأحمال الثقيلة. تتراوح قيم الانزلاق النموذجية للمحركات الصناعية القياسية من 0.5 ٪ إلى 6 ٪ ، اعتمادًا على التصميم والتطبيق.

 

المكونات الهيكلية الرئيسية

هيكل الجزء الثابت وأنواع متعرج

الجزء الثابت هو الجزء الثابت من المحرك غير المتزامن ويعمل كمصدر للحقل المغناطيسي الدوار. يتكون من نواة فولاذية مغلفة مع فتحات تضم لفات النحاس أو الألمنيوم. يمكن توزيع هذه اللفات أو تركيزها ، مع الاختيار اعتمادًا على متطلبات الأداء والتكلفة وعمليات التصنيع.

يتم عزل التصفيات الأساسية المكوّنة عن بعضها البعض لتقليل الخسائر التيار الدوامة ، مما يحسن الكفاءة. تعد مواد العزل عالية الجودة وتقنيات اللف الدقيقة ضرورية لضمان موثوقية المحرك على المدى الطويل.

أنواع الدوار (قفص السنجاب وجرح الجرح)

الدوار هو المكون الدوار للمحرك ، الموجود داخل الجزء الثابت. هناك نوعان رئيسيان من الدوارات:

دوار السنجاب-قفص القوات  -هذا هو تصميم الدوار الأكثر شيوعًا ، ويتألف من قضبان الألومنيوم أو النحاس القصيرة في كلا الطرفين بواسطة حلقات نهاية موصلة. إنه بسيط وقوي ويتطلب القليل من الصيانة.

الدوار الدوار (حلقة الانزلاق)  -يستخدم هذا التصميم لفائف ثلاثية الطور متصلة بحلقات الانزلاق ، مما يسمح بإدراج المقاومات الخارجية في دائرة الدوار أثناء بدء التشغيل. يوفر هذا عزم دوران أعلى والتحكم في السرعة أكثر مرونة ولكنه يتطلب المزيد من الصيانة.

المحامل وأنظمة التبريد

تدعم المحامل عمود الدوار ، مما يضمن الدوران السلس والمحاذاة. اعتمادًا على التطبيق ، قد تستخدم المحركات محامل العناصر المتداول أو محامل الأكمام. التزييت والختم المناسب ضروريان لإطالة إطالة الحياة.

التبريد مهم بنفس القدر ، حيث أن المحركات تولد الحرارة أثناء التشغيل. تشمل طرق التبريد الشائعة مقاومة للتنقيط المفتوح (ODP) ، وذات مروحة مرفقة تمامًا (TEFC) ، والتصاميم المبردة بالمياه. يضمن التبريد أن المحرك يعمل ضمن حدود درجة حرارة آمنة ، ويمنع تدهور العزل وتوسيع عمر الخدمة.

 

طرق البدء وتقنيات التحكم

المباشر على الخط (DOL) بدء

إن أبسط طريقة البدء والأكثر وضوحًا للمحركات غير المتزامنة هي البداية المباشرة (DOL). في هذا النهج ، يتم توصيل المحرك مباشرة بجهد الإمداد الكامل ، مما يسمح له بتطوير أقصى عزم دوران في البداية على الفور. على الرغم من أن هذا يوفر بدءًا سريعًا وموثوقًا ، إلا أن العيب الرئيسي هو تيار Inrush العالي جدًا ، وغالبًا ما يصل إلى 6 إلى 8 أضعاف تيار الحمل الكامل للمحرك. يمكن أن تسبب هذه الزيادة المفاجئة للتيار انخفاضات الجهد في شبكة الطاقة ، مما قد يؤثر على المعدات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يعاني النظام الميكانيكي من إجهاد كبير بسبب التسارع السريع ، والذي قد يؤدي إلى تآكل مبكر للمكونات مثل التوصيلات والأحزمة والتروس. على الرغم من هذه المشكلات ، لا يزال بدء تشغيل DOL يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات حيث يمكن لنظام الطاقة التعامل مع الطفرة وحيث يكون النظام الميكانيكي قويًا بما يكفي لتحمل الإجهاد.

ستار-دلتا انخفاض الجهد بدء

للتخفيف من التيار المرتفع المرتبط ببدء DOL ، يتم استخدام طريقة بدء الجهد الناجح (Y-Δ) بشكل شائع ، خاصة في المحركات غير المتزامنة المتوسطة. في البداية ، يتم توصيل اللفات الثابتة في تكوين النجوم ، مما يقلل بشكل فعال من الجهد المطبقة على كل متعرج إلى حوالي 58 ٪ من جهد الخط. هذا التخفيض في الجهد يقلل من تيار البداية إلى ما يقرب من ثلث التيار البدء DOL ، مما يقلل من الإجهاد الكهربائي والميكانيكي أثناء بدء التشغيل المحرك. بمجرد أن يصل المحرك إلى حوالي 70-80 ٪ من سرعته المقدرة ، يتحول الاتصال إلى دلتا ، مع تطبيق الجهد الكامل للخط للتشغيل العادي. هذه الطريقة توازن بين فعالية التكلفة والأداء ، لأنها لا تتطلب سوى آلية تبديل بسيطة ولا تتطلب إلكترونيات متطورة. ومع ذلك ، فإن بدء تشغيل النجوم أقل ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب عزم دوران مرتفع.

مبتدئين ناعم ومحركات التردد المتغيرة (VFDs)

غالبًا ما تستخدم التحكم في المحرك الحديث مبتدئين إلكترونيين ناعمين ومحركات تواتر متغيرة (VFDs). إن مبتدئين ناعمين يزيد تدريجياً من الجهد ، مما يقلل من الإجهاد الميكانيكي والعروض الكهربائية.

يذهب VFDs إلى أبعد من ذلك عن طريق التحكم في كل من الجهد والتردد ، مما يسمح بتنظيم السرعة الدقيق ، وتحسين الكفاءة ، والتحكم في العملية بشكل أفضل. في الصناعات كثيفة الطاقة ، تعد VFDs ضرورية لتحسين أداء المحرك وتقليل تكاليف التشغيل.

 

مقاييس تقييم الأداء

كفاءة

يقيس الكفاءة مدى فعالية المحرك يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. تعمل المحركات عالية الكفاءة على تقليل استهلاك الطاقة ، وانخفاض تكاليف التشغيل ، وتساعد على تلبية لوائح الطاقة. تعتمد الكفاءة على عوامل مثل جودة التصميم ومقاومة التعرج والخسائر الأساسية.

عامل القوة

يمثل عامل الطاقة فرق الطور بين الجهد والتيار. في المحركات غير المتزامنة ، يكون عامل الطاقة عادةً أقل من 1 (متأخر) ، مما يعني أنها ترسم حداثة أكثر من الأحمال المقاومة البحتة. يمكن أن يؤدي تحسين عامل الطاقة من خلال تحسينات التصميم أو البنوك المكثفة إلى تقليل الخسائر في نظام الطاقة.

سعة التحميل الزائد

تشير سعة التحميل الزائد إلى قدرة المحرك على التعامل مع الأحمال التي تتجاوز قدرتها المقدرة لفترات قصيرة دون تلف. هذا أمر بالغ الأهمية في التطبيقات ذات الأحمال المتقلب ، مثل الكسارات والناقلات والضواغط. توفر المحركات ذات السعة الزائدة عالية الحمل مرونة أفضل واستقرار تشغيلي.

 

خاتمة

لا تزال المحركات غير المتزامنة هي العمود الفقري للمحركات الصناعية بسبب متانتها وقدرتها على التكيف وفعالية التكلفة. إن فهم مبادئ عملهم ، والمكونات الهيكلية ، وطرق البدء ، ومقاييس الأداء ، يمكّن المهندسين والمشغلين من اختيار المحرك المناسب لكل تطبيق ، وضمان تشغيل موثوق وكفاءة الطاقة.

بالنسبة للصناعات التي تبحث عن محركات غير متزامنة عالية الجودة وحلول التحكم في المحركات المتقدمة ، تبرز Laeg Electric Technologies كشريك موثوق به. من خلال الخبرة في تصميم المحركات والتصنيع والحلول الهندسية المخصصة ، تقدم Laeg Electric Technologies منتجات تلبي أعلى معايير الأداء والمتانة.

لاستكشاف تقنية المحركات غير المتزامنة المتطورة واكتشاف حلول مصممة لتلبية احتياجاتك الصناعية ، تفضل بزيارة Laeg Electric Technologies اليوم.