هناك أربعة أنواع من أحمال محركات الأتمتة الصناعية:
١. قدرة حصانية قابلة للتعديل وعزم دوران ثابت: تشمل تطبيقات القدرة الحصانية المتغيرة وعزم الدوران الثابت الناقلات والرافعات والمضخات الترسية. في هذه التطبيقات، يكون عزم الدوران ثابتًا نظرًا لثبات الحمل. قد تختلف القدرة الحصانية المطلوبة باختلاف التطبيق، مما يجعل محركات التيار المتردد والتيار المستمر ذات السرعة الثابتة خيارًا جيدًا.
٢. عزم دوران متغير وقوة حصانية ثابتة: من أمثلة تطبيقات عزم الدوران المتغير وقوة الحصانية الثابتة إعادة لف الورق آليًا. تبقى سرعة المادة ثابتة، مما يعني أن قوة الحصان لا تتغير. ومع ذلك، مع زيادة قطر اللفة، يتغير الحمل. في الأنظمة الصغيرة، يُعد هذا تطبيقًا جيدًا لمحركات التيار المستمر أو محركات السيرفو. تُعد الطاقة المتجددة أيضًا أمرًا مهمًا، ويجب أخذها في الاعتبار عند تحديد حجم محرك صناعي أو اختيار طريقة للتحكم في الطاقة. قد تُفيد محركات التيار المتردد المزودة بمشفرات، وتحكم حلقة مغلقة، ومحركات رباعية كاملة الأنظمة الأكبر حجمًا.
٣. قدرة حصانية وعزم دوران قابلان للتعديل: تحتاج المراوح ومضخات الطرد المركزي والمحركات إلى قدرة حصانية وعزم دوران متغيرين. مع زيادة سرعة المحرك الصناعي، يزداد خرج الحمل أيضًا بالقدرة الحصانية وعزم الدوران المطلوبين. هذه الأنواع من الأحمال هي نقطة البداية لنقاش كفاءة المحرك، حيث تُحمّل العاكسات محركات التيار المتردد باستخدام محركات متغيرة السرعة (VSD).
٤. التحكم في الموضع أو عزم الدوران: تتطلب تطبيقات مثل المحركات الخطية، التي تتطلب حركة دقيقة إلى مواضع متعددة، تحكمًا دقيقًا في الموضع أو عزم الدوران، وغالبًا ما تتطلب تغذية راجعة للتحقق من صحة موضع المحرك. تُعد محركات السيرفو أو محركات السائر الخيار الأمثل لهذه التطبيقات، ولكن تُستخدم محركات التيار المستمر المزودة بتغذية راجعة أو محركات التيار المتردد المحمّلة بعاكس والمُزودة بمُشفرات بشكل شائع في خطوط إنتاج الفولاذ أو الورق والتطبيقات المماثلة.
أنواع مختلفة من المحركات الصناعية
على الرغم من وجود أكثر من 36 نوعًا من محركات التيار المتردد/المستمر المستخدمة في التطبيقات الصناعية، إلا أن هناك تداخلًا كبيرًا في التطبيقات الصناعية، وقد دفع السوق نحو تبسيط اختيار المحركات. هذا يُضيّق نطاق الخيارات العملية للمحركات في معظم التطبيقات. أكثر أنواع المحركات شيوعًا، والمناسبة للغالبية العظمى من التطبيقات، هي محركات التيار المستمر بدون فرش ومحركات التيار المستمر ذات الفرش، ومحركات التيار المتردد ذات القفص السنجابي ومحركات الدوارات الملفوفة، ومحركات السيرفو ومحركات السائر. هذه الأنواع من المحركات مناسبة للغالبية العظمى من التطبيقات، بينما تُستخدم الأنواع الأخرى فقط لتطبيقات خاصة.
ثلاثة أنواع رئيسية من تطبيقات المحركات الصناعية
التطبيقات الرئيسية الثلاثة للمحركات الصناعية هي التحكم في السرعة الثابتة، والسرعة المتغيرة، والتحكم في الموضع (أو عزم الدوران). تتطلب بيئات الأتمتة الصناعية المختلفة تطبيقات ومشاكل مختلفة، بالإضافة إلى مجموعات مشاكلها الخاصة. على سبيل المثال، إذا كانت السرعة القصوى أقل من السرعة المرجعية للمحرك، يلزم وجود علبة تروس. هذا يسمح أيضًا لمحرك أصغر بالعمل بسرعة أعلى كفاءة. على الرغم من وجود معلومات وفيرة على الإنترنت حول كيفية تحديد حجم المحرك، إلا أن هناك العديد من العوامل التي يجب على المستخدمين مراعاتها نظرًا لكثرة التفاصيل التي يجب مراعاتها. يتطلب حساب عزم الدوران والحمل والسرعة من المستخدم فهم معايير مثل الكتلة الكلية وحجم (نصف القطر) للحمل، بالإضافة إلى الاحتكاك، وخسارة علبة التروس، ودورة تشغيل الآلة. يجب أيضًا مراعاة التغيرات في الحمل، وسرعة التسارع أو التباطؤ، ودورة عمل التطبيق، وإلا فقد ترتفع درجة حرارة المحركات الصناعية. تُعد محركات الحث بالتيار المتردد خيارًا شائعًا لتطبيقات الحركة الدورانية الصناعية. بعد اختيار نوع المحرك وحجمه، يجب على المستخدمين أيضًا مراعاة العوامل البيئية وأنواع أغلفة المحرك، مثل تطبيقات الإطار المفتوح وغسل أغلفة الفولاذ المقاوم للصدأ.
كيفية اختيار المحرك الصناعي
ثلاث مشاكل رئيسية في اختيار المحرك الصناعي
1. تطبيقات ذات سرعة ثابتة؟
في التطبيقات ذات السرعة الثابتة، يعمل المحرك عادةً بسرعة مماثلة مع مراعاة ضئيلة أو معدومة لمنحدرات التسارع والتباطؤ. يعمل هذا النوع من التطبيقات عادةً باستخدام أدوات تحكم تشغيل/إيقاف كاملة. تتكون دائرة التحكم عادةً من مصهر دائرة فرعية مزود بملامس، وبادئ تشغيل محرك صناعي يعمل عند الحمل الزائد، ووحدة تحكم يدوية أو بادئ تشغيل ناعم. يُعد كلٌّ من محركات التيار المتردد والتيار المستمر مناسبًا للتطبيقات ذات السرعة الثابتة. توفر محركات التيار المستمر عزم دوران كامل عند السرعة صفر، وتتميز بقاعدة تثبيت كبيرة. تُعد محركات التيار المتردد أيضًا خيارًا جيدًا نظرًا لارتفاع معامل قدرتها وقلة صيانتها. في المقابل، تُعتبر خصائص الأداء العالية لمحرك السيرفو أو محرك السائر مفرطة في التطبيقات البسيطة.
2. تطبيق السرعة المتغيرة؟
تتطلب تطبيقات السرعة المتغيرة عادةً سرعات واختلافات مدمجة في السرعة، بالإضافة إلى منحدرات تسارع وتباطؤ محددة. في التطبيقات العملية، عادةً ما يتم تقليل سرعة المحركات الصناعية، مثل المراوح ومضخات الطرد المركزي، لتحسين الكفاءة من خلال مطابقة استهلاك الطاقة مع الحمل، بدلاً من التشغيل بأقصى سرعة وخنق أو قمع الناتج. هذه الأمور مهمة جدًا يجب مراعاتها في تطبيقات النقل مثل خطوط التعبئة. يُستخدم الجمع بين محركات التيار المتردد ومحركات VFDS على نطاق واسع لزيادة الكفاءة ويعمل بشكل جيد في مجموعة متنوعة من تطبيقات السرعة المتغيرة. يعمل كل من محركات التيار المتردد والتيار المستمر مع محركات الأقراص المناسبة بشكل جيد في تطبيقات السرعة المتغيرة. لطالما كانت محركات التيار المستمر وتكوينات القيادة الخيار الوحيد لمحركات السرعة المتغيرة، وقد تم تطوير مكوناتها وإثبات فعاليتها. حتى الآن، تحظى محركات التيار المستمر بشعبية في تطبيقات السرعة المتغيرة والقدرة الحصانية الجزئية ومفيدة في تطبيقات السرعة المنخفضة لأنها يمكن أن توفر عزم دوران كامل عند السرعات المنخفضة وعزم دوران ثابت عند سرعات مختلفة للمحركات الصناعية. مع ذلك، تُعدّ صيانة محركات التيار المستمر مسألةً جديرةً بالاهتمام، إذ يتطلب العديد منها التبديل باستخدام الفرش، كما أنها تتآكل نتيجةً لاحتكاكها بالأجزاء المتحركة. تُغني محركات التيار المستمر عديمة الفرش عن هذه المشكلة، لكنها أغلى ثمناً في البداية، ونطاق المحركات الصناعية المتاحة أصغر. لا يُشكّل تآكل الفرش مشكلةً في محركات التيار المتردد الحثية، بينما تُوفّر محركات التردد المتغير (VFDS) خياراً مفيداً للتطبيقات التي تتجاوز قدرتها حصاناً واحداً، مثل المراوح والمضخات، مما يزيد من الكفاءة. يُضيف اختيار نوع محرك لتشغيل محرك صناعي بعض الوعي بالموضع. يُمكن إضافة مُشفّر إلى المحرك إذا تطلب التطبيق ذلك، كما يُمكن تحديد محرك لاستخدام تغذية راجعة من المُشفّر. ونتيجةً لذلك، يُمكن لهذا الإعداد توفير سرعات تُشبه سرعات المُحرّك المؤازر.
3. هل تحتاج إلى التحكم في الموضع؟
يتم التحكم الدقيق في موضع المحرك من خلال التحقق المستمر من موضعه أثناء حركته. في تطبيقات مثل تحديد موضع المحركات الخطية، يمكن استخدام محركات متدرجة مع أو بدون تغذية راجعة، أو محركات سيرفو مع تغذية راجعة ذاتية. يتحرك المحرك المتدرج بدقة إلى موضع محدد بسرعة متوسطة، ثم يحافظ على هذا الموضع. يوفر نظام المحرك المتدرج ذو الحلقة المفتوحة تحكمًا قويًا في الموضع إذا تم ضبط حجمه بشكل صحيح. في حالة عدم وجود تغذية راجعة، سيتحرك المحرك المتدرج بالعدد الدقيق من الخطوات ما لم يواجه انقطاعًا في الحمل يتجاوز قدرته. مع زيادة سرعة وديناميكية التطبيق، قد لا يلبي التحكم في المحرك المتدرج ذو الحلقة المفتوحة متطلبات النظام، مما يتطلب الترقية إلى نظام محرك متدرج أو محرك سيرفو مع تغذية راجعة. يوفر نظام الحلقة المغلقة أنماط حركة دقيقة وعالية السرعة وتحكمًا دقيقًا في الموضع. توفر أنظمة السيرفو عزم دوران أعلى من المحركات المتدرجة عند السرعات العالية، كما تعمل بشكل أفضل في الأحمال الديناميكية العالية أو تطبيقات الحركة المعقدة. بالنسبة للحركة عالية الأداء مع تجاوز منخفض للموضع، يجب أن يتطابق عزم دوران الحمل المنعكس مع عزم دوران محرك السيرفو قدر الإمكان. في بعض التطبيقات، يكفي عدم تطابق يصل إلى ١٠:١، ولكن التطابق ١:١ هو الأمثل. يُعدّ تخفيض التروس حلاً جيدًا لمشكلة عدم تطابق القصور الذاتي، لأن قصور الحمل المنعكس ينخفض بمقدار مربع نسبة ناقل الحركة، ولكن يجب مراعاة قصور علبة التروس عند الحساب.
وقت النشر: ١٦ يونيو ٢٠٢٣