هناك أربعة أنواع منمحرك الأتمتة الصناعيةالأحمال:

1. القدرة الحصانية المتغيرة وعزم الدوران الثابت: تشمل تطبيقات القدرة الحصانية المتغيرة وعزم الدوران الثابت السيور الناقلة والرافعات ومضخات التروس. في هذه التطبيقات، يكون عزم الدوران ثابتًا لأن الحمل ثابت. قد تختلف القدرة الحصانية المطلوبة حسب التطبيق، مما يجعل محركات التيار المتردد والتيار المستمر ذات السرعة الثابتة خيارًا مناسبًا.

٢- عزم دوران متغير وقدرة حصانية ثابتة: من الأمثلة على تطبيقات عزم الدوران المتغير والقدرة الحصانية الثابتة إعادة لف الورق آليًا. تبقى سرعة المادة ثابتة، مما يعني أن القدرة الحصانية لا تتغير. ومع ذلك، مع زيادة قطر اللفة، يتغير الحمل. في الأنظمة الصغيرة، يُعد هذا تطبيقًا جيدًا لـمحركات التيار المستمرأو محركات المؤازرة. تُعدّ الطاقة المتجددة أيضًا من الأمور المهمة، ويجب أخذها في الاعتبار عند تحديد حجم المحرك الصناعي أو اختيار طريقة التحكم في الطاقة. قد تُفيد محركات التيار المتردد المزودة بمشفّرات، ونظام تحكم ذي حلقة مغلقة، ومحركات رباعية كاملة، الأنظمة الأكبر حجمًا.

3. القدرة الحصانية وعزم الدوران القابلان للتعديل: تحتاج المراوح والمضخات الطاردة المركزية والمحركات إلى قدرة حصانية وعزم دوران متغيرين. مع زيادة سرعة المحرك الصناعي، يزداد خرج الحمل تبعًا للقدرة الحصانية وعزم الدوران المطلوبين. تبدأ مناقشة كفاءة المحرك مع هذه الأنواع من الأحمال، حيث تقوم العواكس بتحميل محركات التيار المتردد التي تستخدم محركات السرعة المتغيرة (VSDs).

4- التحكم في الموضع أو عزم الدوران: تتطلب تطبيقات مثل المحركات الخطية، التي تحتاج إلى حركة دقيقة إلى مواضع متعددة، تحكمًا دقيقًا في الموضع أو عزم الدوران، وغالبًا ما تتطلب تغذية راجعة للتحقق من صحة موضع المحرك. تُعد محركات المؤازرة أو المحركات الخطوية الخيار الأمثل لهذه التطبيقات، ولكن تُستخدم محركات التيار المستمر المزودة بتغذية راجعة أو محركات التيار المتردد المحملة بعاكسات مزودة بمشفرات بشكل شائع في خطوط إنتاج الصلب أو الورق والتطبيقات المماثلة.

 

أنواع مختلفة من المحركات الصناعية

على الرغم من وجود أكثر من 36 نوعًا منمحركات التيار المتردد/المستمرتُستخدم المحركات في التطبيقات الصناعية. ورغم تنوع أنواعها، إلا أن هناك تداخلاً كبيراً بينها في التطبيقات الصناعية، مما دفع السوق إلى تبسيط عملية اختيار المحركات. هذا الأمر يُضيّق الخيارات العملية المتاحة في معظم التطبيقات. أما الأنواع الستة الأكثر شيوعاً، والمناسبة لغالبية التطبيقات، فهي: محركات التيار المستمر عديمة الفرش ومحركات التيار المستمر ذات الفرش، ومحركات التيار المتردد ذات القفص السنجابي ومحركات الدوار الملفوف، ومحركات المؤازرة ومحركات الخطوة. هذه الأنواع مناسبة لغالبية التطبيقات، بينما تُستخدم الأنواع الأخرى في تطبيقات خاصة فقط.

 

ثلاثة أنواع رئيسية منمحرك صناعيالتطبيقات

تُستخدم المحركات الصناعية بشكل رئيسي في ثلاثة تطبيقات: السرعة الثابتة، والسرعة المتغيرة، والتحكم في الموضع (أو العزم). تتطلب تطبيقات ومشاكل مختلفة في بيئات الأتمتة الصناعية المختلفة، ولكل منها مجموعة مشاكلها الخاصة. على سبيل المثال، إذا كانت السرعة القصوى أقل من السرعة المرجعية للمحرك، يلزم استخدام علبة تروس. وهذا يسمح أيضًا بتشغيل محرك أصغر بسرعة أكثر 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. يتطلب حساب قصور الحمل وعزمه وسرعته فهم المستخدم لمعايير مثل الكتلة الإجمالية وحجم (نصف قطر) الحمل، بالإضافة إلى الاحتكاك وفقدان علبة التروس ودورة الماكينة. كما يجب مراعاة التغيرات في الحمل وسرعة التسارع أو التباطؤ ودورة تشغيل التطبيق، وإلا فقد ترتفع درجة حرارة المحركات الصناعية. تُعد محركات الحث التيار المتردد خيارًا شائعًا لتطبيقات الحركة الدورانية الصناعية. بعد اختيار نوع المحرك وحجمه، يحتاج المستخدمون أيضًا إلى مراعاة العوامل البيئية وأنواع غلاف المحرك، مثل الإطار المفتوح وغلاف الفولاذ المقاوم للصدأ، لتطبيقات الغسيل.

كيفية اختيار المحرك الصناعي

ثلاث مشاكل رئيسيةمحرك صناعياختيار

1. تطبيقات السرعة الثابتة؟

في التطبيقات ذات السرعة الثابتة، يعمل المحرك عادةً بسرعة ثابتة تقريبًا مع مراعاة ضئيلة أو معدومة لتدرجات التسارع والتباطؤ. يُستخدم في هذا النوع من التطبيقات عادةً نظام تحكم كامل للتشغيل والإيقاف. تتكون دائرة التحكم عادةً من مصهر دائرة فرعية مع موصل، وبادئ تشغيل صناعي للمحرك مع حماية من الحمل الزائد، ووحدة تحكم يدوية للمحرك أو بادئ تشغيل ناعم. يُعد كل من محركات التيار المتردد والتيار المستمر مناسبًا للتطبيقات ذات السرعة الثابتة. توفر محركات التيار المستمر عزم دوران كامل عند سرعة صفرية، ولها قاعدة تثبيت كبيرة. كما تُعد محركات التيار المتردد خيارًا جيدًا نظرًا لمعامل قدرتها العالي وقلة صيانتها. في المقابل، تُعتبر خصائص الأداء العالي لمحركات المؤازرة أو المحركات الخطوية مفرطة بالنسبة للتطبيقات البسيطة.

2. تطبيق بسرعة متغيرة؟

تتطلب التطبيقات ذات السرعة المتغيرة عادةً سرعةً وتغيراتٍ دقيقةً في السرعة، بالإضافة إلى منحنيات تسارع وتباطؤ محددة. في التطبيقات العملية، يُلجأ عادةً إلى خفض سرعة المحركات الصناعية، مثل المراوح والمضخات الطاردة المركزية، لتحسين الكفاءة من خلال مواءمة استهلاك الطاقة مع الحمل، بدلاً من تشغيلها بأقصى سرعة ثم خفض أو تقليل الإنتاج. تُعد هذه العوامل بالغة الأهمية لتطبيقات النقل، مثل خطوط تعبئة الزجاجات. يُستخدم مزيج محركات التيار المتردد وأنظمة التحكم في السرعة المتغيرة على نطاق واسع لزيادة الكفاءة، وهو فعال في مجموعة متنوعة من تطبيقات السرعة المتغيرة. تعمل محركات التيار المتردد والتيار المستمر، مع أنظمة القيادة المناسبة، بكفاءة في تطبيقات السرعة المتغيرة. لطالما كانت محركات التيار المستمر وأنظمة القيادة الخاصة بها الخيار الأمثل لمحركات السرعة المتغيرة، وقد تم تطوير مكوناتها وإثبات كفاءتها. حتى الآن، لا تزال محركات التيار المستمر شائعة في تطبيقات السرعة المتغيرة، وتطبيقات القدرة الجزئية، وهي مفيدة في تطبيقات السرعة المنخفضة لأنها توفر عزم دوران كامل عند السرعات المنخفضة وعزم دوران ثابت عند سرعات المحركات الصناعية المختلفة. مع ذلك، تُعدّ صيانة محركات التيار المستمر مسألةً جديرة بالاعتبار، إذ يتطلب العديد منها تبديلًا باستخدام الفرش، وتتعرض للتآكل نتيجة احتكاكها بالأجزاء المتحركة. تُزيل محركات التيار المستمر عديمة الفرش هذه المشكلة، لكنها أغلى ثمنًا في البداية، كما أن نطاق المحركات الصناعية المتاحة منها محدود. لا يُمثّل تآكل الفرش مشكلةً في محركات الحثّ التيار المتردد، بينما تُوفّر محركات التردد المتغير خيارًا مفيدًا للتطبيقات التي تتجاوز 1 حصان، مثل المراوح والمضخات، ما يُساهم في رفع الكفاءة. يُمكن أن يُضيف اختيار نوع المحرك المُناسب لتشغيل محرك صناعي بعضًا من دقة تحديد الموقع. يُمكن إضافة مُشفّر إلى المحرك إذا تطلّب التطبيق ذلك، كما يُمكن تحديد نوع المحرك لاستخدام تغذية راجعة من المُشفّر. ونتيجةً لذلك، يُمكن لهذا الإعداد توفير سرعات تُشبه سرعات محركات المؤازرة.

3. هل تحتاج إلى التحكم في الموقع؟

يُمكن تحقيق تحكم دقيق في الموضع من خلال التحقق المستمر من موضع المحرك أثناء حركته. في تطبيقات مثل تحديد موضع المحركات الخطية، يُمكن استخدام محركات الخطوة مع أو بدون تغذية راجعة، أو محركات المؤازرة ذات التغذية الراجعة المدمجة. يتحرك محرك الخطوة بدقة إلى موضع محدد بسرعة معتدلة، ثم يثبت في ذلك الموضع. يوفر نظام محرك الخطوة ذو الحلقة المفتوحة تحكمًا قويًا في الموضع إذا تم اختيار حجمه بشكل مناسب. في حالة عدم وجود تغذية راجعة، يتحرك محرك الخطوة العدد المحدد من الخطوات ما لم يواجه انقطاعًا في الحمل يتجاوز قدرته. مع ازدياد سرعة وديناميكية التطبيق، قد لا يفي نظام التحكم ذو الحلقة المفتوحة بمتطلبات النظام، مما يستدعي الترقية إلى نظام محرك خطوة أو محرك مؤازر مزود بتغذية راجعة. يوفر النظام ذو الحلقة المغلقة أنماط حركة دقيقة وعالية السرعة، بالإضافة إلى تحكم دقيق في الموضع. توفر أنظمة المؤازرة عزم دوران أعلى من محركات الخطوة عند السرعات العالية، كما أنها تعمل بشكل أفضل في الأحمال الديناميكية العالية أو تطبيقات الحركة المعقدة. لتحقيق حركة عالية الأداء مع تجاوز منخفض للموضع، يجب أن تتطابق قيمة قصور الحمل المنعكس مع قيمة قصور محرك المؤازرة قدر الإمكان. في بعض التطبيقات، يكفي عدم تطابق يصل إلى 10:1، لكن التطابق الأمثل هو 1:1. يُعد تخفيض التروس طريقة جيدة لحل مشكلة عدم تطابق القصور الذاتي، لأن قصور الحمل المنعكس ينخفض ​​بمقدار مربع نسبة النقل، ولكن يجب مراعاة قصور علبة التروس في الحساب.