اختيار المحرك الكهربائي خطوة بخطوة: من سطرين من معلومات الآلة إلى سطر الطلب

مصنع أعلاف يركّب خلاطًا أفقيًا جديدًا. والمعلومات التي قدمتها الشركة المصممة للآلة سطران فقط: سيدور عمود الخلاط بسرعة 45 دورة في الدقيقة، وسيلزم عند امتلاء الوعاء تمامًا عزم يبلغ نحو 1600 Nm على العمود. ولا يملك رئيس الصيانة لا قدرة المحرك ولا السرعة ولا شكل التركيب. نتتبع في هذه المقالة الطريق الذي يبدأ من هذين السطرين وينتهي بوصف كامل للمحرك يُكتب في الطلب، مع بيان كيف يؤثر كل قرار في القرار الذي يليه.

المثال خلاط، لكن المنطق نفسه ينطبق على الناقل أو المضخة أو المروحة: أولًا ما تحتاجه الآلة، ثم بأي سرعة وبأي قدرة سيوفره المحرك، ثم التوافق الكهربائي والميكانيكي، وأخيرًا البيئة والمستندات.

ماذا تحتاج الآلة: السرعة والعزم وطبيعة الحمل

السؤال الأول في اختيار المحرك ليس "كم kW؟"، بل "كم عزمًا تحتاج الآلة على العمود وعند أي سرعة؟". فالقدرة تُشتق من هذين. والصيغة العامة هي P (kW) ≈ M (Nm) × n (دورة/دقيقة) / 9550. وللخلاط تكون النتيجة 1600 × 45 / 9550 ≈ 7.5 kW. وهذه هي القدرة التي يحتاجها عمود الخلاط؛ وليست القدرة التي يجب أن يقدمها المحرك.

وفي المرحلة نفسها يجب تدوين طبيعة الحمل أيضًا. فالخلاط حمل ثابت العزم: حتى لو انخفضت سرعته لا يقل العزم الذي يحتاجه كثيرًا. فضلًا عن ذلك قد يحتاج إلى الإقلاع من جديد والوعاء ممتلئ بعد انقطاع الكهرباء. وهاتان المعلومتان ستحددان لاحقًا هامش القدرة وطريقة بدء التشغيل معًا. وقد شرحنا بالأمثلة كيفية إيجاد القدرة التي تحتاجها الآلة على العمود للمضخات والمراوح والنواقل في مقالة حساب قدرة المحرك.

الجسر بين سرعة المحرك وسرعة الآلة

لا يوجد محرك غير متزامن يدور بسرعة 45 دورة في الدقيقة؛ ويسد الفرق مخفض سرعة أو سير وبكرة أو مزيج منهما. وهنا يأتي دور اختيار عدد الأقطاب. ففي شبكة 50 Hz يدور المحرك رباعي الأقطاب بسرعة متزامنة نحو 1500، والسداسي الأقطاب نحو 1000 دورة/دقيقة؛ والسرعة الفعلية تحت الحمل أقل من ذلك بقليل.

• مع محرك رباعي الأقطاب، إذا اعتُبرت سرعة اللوحة نحو 1460 دورة/دقيقة، تكون نسبة التخفيض المطلوبة نحو 1460 / 45 ≈ 32.4.
• مع محرك سداسي الأقطاب بسرعة لوحة نحو 970 دورة/دقيقة، تنخفض النسبة إلى نحو 21.6.

المحرك سداسي الأقطاب أكبر عند القدرة نفسها وأغلى عادةً؛ أما رباعي الأقطاب فهو السلسلة الأكثر شيوعًا ويسهل إيجاد احتياطه. وغالبًا ما يُتخذ القرار من جهة مخفض السرعة: فأي نسبة تكون قياسية في عائلة مخفضات السرعة المختارة، يُكيَّف عدد أقطاب المحرك معها. وقد درسنا اختيار النسبة وعزم المخرج ونوع مخفض السرعة بشكل منفصل في دليل اختيار مخفض السرعة. وفي هذا المثال لنواصل بمحرك رباعي الأقطاب ومخفض سرعة حلزوني.

تحديد درجة القدرة

يجب إضافة فقد مخفض السرعة إلى الـ 7.5 kW على عمود الخلاط. والكفاءة في مخفضات السرعة الحلزونية مرتفعة عادةً؛ وإذا اعتبرناها 95% لسهولة الحساب فيلزم نحو 7.9 kW على عمود المحرك. ولأن درجات القدرة القياسية هي 7.5 و11 kW، فإن المحرك بقدرة 7.5 kW غير كافٍ حتى على الورق.

وهناك مبرر آخر للانتقال إلى 11 kW: الإقلاع بوعاء ممتلئ. فهذا الحمل قد يتطلب من المحرك لحظة الإقلاع عزمًا يفوق العزم الاسمي. والعزم الاسمي لمحرك 11 kW رباعي الأقطاب هو نحو 9550 × 11 / 1460 ≈ 72 Nm. ويُتحقق من كفاية عزم الإقلاع بمقارنة نسبة عزم الإقلاع في كتالوج المحرك مع حاجة الإقلاع التي يحددها مصنّع الآلة. ويمكنك إيجاد العلاقة بين عزم الإقلاع وطريقة بدء التشغيل في مقالة فئات العزم وعزم الإقلاع.

وعند تحديد هامش القدرة فإن العكس خطأ أيضًا. فاختيار 15 kW بحجة "ليكن كبيرًا على أي حال" يجعل المحرك يعمل باستمرار بحمل منخفض؛ فتنخفض الكفاءة ومعامل القدرة، وتكبر اللوحة والكابل دون داعٍ.

فئة الكفاءة: حسب ساعات التشغيل

سيعمل الخلاط ورديتين يوميًا، أي نحو 4000 ساعة سنويًا. وحدود الكفاءة وفق IEC 60034-30-1 لمحرك 11 kW رباعي الأقطاب هي 91.4% في IE3، و93.3% في IE4، و94.6% في IE5. وعندما يعمل المحرك بحمل نحو 8 kW فإن الفرق بين IE3 وIE4 في ساعات التشغيل هذه يبلغ بحساب تقريبي 700–1000 kWh سنويًا؛ وهو ليس بوضوح الفرق في مروحة تعمل ثلاث ورديات. ويُتخذ القرار مع فرق السعر وهدف الطاقة في المنشأة. ولأن السلاسل ثلاثية الطور من HEM Motor تُقدَّم بفئات IE3 وIE4 وIE5 في نظام الهياكل نفسه، فإن اختيار فئة الكفاءة لا يغيّر المقاسات الميكانيكية.

التوافق الكهربائي: الجهد والتوصيل وبدء التشغيل

شبكة المنشأة 400 V. ووفقًا لمعلومات الكتالوج، توصَّل المحركات بقدرة 3 kW فأقل على شبكة 400 V بتوصيل النجمة، والمحركات بقدرة 4 kW فأكثر بتوصيل الدلتا؛ وفي هذه الحالة سيعمل محرك 11 kW على الدلتا. وهنا يجب النظر إلى اللوحة:

• إذا كانت اللوحة ستُجهَّز ببادئ نجمة-دلتا فيُشترط أن يكون المحرك ملفوفًا ليعمل على الدلتا عند 400 V، أي أن يحمل لوحة 400/690 V. فالمحرك ذو اللفات 230/400 V لا يستطيع الإقلاع بشكل صحيح مع هذه اللوحة.
• إذا كان سيُستخدم بادئ ناعم أو عاكس تردد فيجب أيضًا أن يتوافق جهد اللفات مع الشبكة، لكن التوصيل يبقى ثابتًا في صندوق الأطراف.

لأن الحمل ثقيل عند الإقلاع، يجب تقييم نجمة-دلتا هنا بعناية: ففي مرحلة النجمة ينخفض عزم المحرك إلى نحو الثلث وقد لا يكفي لتدوير الوعاء الممتلئ. وفي هذا المثال فإن طريقة يمكن فيها ضبط عزم الإقلاع (البادئ الناعم أو المشغّل) خيار أكثر أمانًا. ولتفاصيل التوصيل يمكنك الاطلاع على مخطط توصيل نجمة-دلتا.

التوافق الميكانيكي: شكل التركيب والهيكل والعمود

إذا كان المحرك سيُوصَل مباشرة بمخفض السرعة فإن مخفض السرعة هو الذي يحدد شكل التركيب. والمحرك الذي يُوصَل بشفة دخل IEC لمخفض سرعة حلزوني بأرجل يكون عادةً بشفة B5؛ وليس للمحرك أرجل خاصة به، ويحمل مخفض السرعة وزنه. وإذا كان المحرك سيُثبَّت على قاعدة منفصلة ويُوصَل بوصلة فيُختار محرك بالتركيب على الأرجل B3. وإذا لزمت الأرجل والشفة معًا فيُنظر في B35.

وفقًا لجداول IEC يكون المحرك 11 kW رباعي الأقطاب عادةً بهيكل 160؛ ورقم الهيكل يُظهر ارتفاع محور العمود عن القاعدة بالمليمتر. ويجب أن يتطابق قطر عمود المحرك والخابور ومقاس الشفة تمامًا مع ثقب دخل مخفض السرعة. ويُتحقق من هذا التطابق بوضع رسومات مقاسات مخفض السرعة والمحرك جنبًا إلى جنب؛ ولا يكفي مجرد قول "هيكل 160 B5".

وفي هذه المرحلة يتضح أيضًا في أي جانب سيكون صندوق الأطراف. فإذا كان الخلاط سيُركَّب قريبًا من جدار فيجب ألا يتجه مدخل الكابل نحو الجدار.

البيئة: الغبار ودرجة الحرارة والتنظيف

في منشأة الأعلاف يوجد غبار الدقيق والنخالة، والخلاط في مبنى مغلق، وترتفع درجة حرارة الصالة صيفًا إلى 35 °C. والسلسلة القياسية ثلاثية الطور مصممة على أساس حماية IP55 ودرجة حرارة محيطة بين −15 °C و+40 °C؛ وهذه الظروف ضمن الحدود القياسية. ومع ذلك يجب تدوين نقطتين في الطلب:

• إذا تراكم الغبار بين زعانف الهيكل وعلى غطاء المروحة يقل التبريد. وخطة التنظيف جزء من اختيار المحرك.
• إذا كانت درجة الحرارة المحيطة ستتجاوز 40 °C أو كانت المنشأة فوق 1000 m، فقد يلزم تخفيض القدرة أو قدرة أعلى بدرجة؛ ويجب تقديم هذه المعلومة قبل الطلب.

إذا كانت المنشأة قد حُددت فيها منطقة أجواء قابلة للانفجار بسبب الغبار القابل للاشتعال، فلا يمكن استخدام المحرك القياسي في تلك المنطقة. فمحرك Ex منتج بشهادة منفصلة، ويجب مناقشة هذه الحاجة مع الفريق الفني بشكل منفصل.

الوصف المكتوب في الطلب

في نهاية هذه القرارات يبدو سطر الطلب على النحو التالي: 11 kW، 4 أقطاب (≈1500 دورة/دقيقة)، IE3، 400/690 V (دلتا عند 400 V)، 50 Hz، شفة B5، هيكل 160، IP55، عزل من الفئة F، S1، صندوق الأطراف في الجانب الأيمن؛ ورسم مقاسات شفة دخل مخفض السرعة وثقب العمود مرفق. ويُضاف إلى الشرح أيضًا أنه سيعمل مع بادئ ناعم أو مشغّل وأن الإقلاع قد يتم بوعاء ممتلئ.

جمعنا المعلومات التي يجب نقلها حتمًا عند طلب عرض السعر في مقالة المعلومات المطلوبة في طلب عرض السعر، وأمثلة الطلبات الناقصة الشائعة في الميدان في مقالة ما يجب مراعاته عند شراء المحرك.

الخلاصة

اختيار المحرك ليس ملء استمارة، بل سلسلة من القرارات المترابطة: فعزم الآلة وسرعتها يحددان نسبة مخفض السرعة، ونسبة مخفض السرعة تحدد عدد الأقطاب، وشرط الإقلاع يحدد القدرة وطريقة بدء التشغيل، ودخل مخفض السرعة يحدد شكل التركيب. فإذا كانت المعلومتان في بداية السلسلة صحيحتين، يُستخرج الباقي بالحساب. وللتطبيقات ذات مخفض السرعة يمكنك الاطلاع على مخفضات السرعة الحلزونية بأرجل من سلسلة M-HEM، وتحديد وصف تطبيقك مع فريقنا الفني.

الأسئلة الشائعة

كيف أختار المحرك إذا كان مصنّع الآلة يعطي الـ kW فقط؟

اسأل مع الـ kW عن السرعة المطلوبة على عمود الآلة أيضًا؛ فالاثنان معًا يعطيان العزم. والمحرك الذي يُشترى وفقًا للـ kW وحدها دون معرفة السرعة يشغّل الآلة بسرعة خاطئة عندما لا تتطابق نسبة مخفض السرعة أو البكرة بينهما.

إذا وقعت القدرة المحسوبة بين درجتين، فأيهما أختار؟

تُختار عادةً الدرجة الأعلى، خاصة في الأحمال ذات الإقلاع الثقيل أو الصدمية. لكن اختيار محرك يفوق كثيرًا القدرة المحسوبة يخفض الكفاءة ومعامل القدرة بسبب العمل بحمل منخفض.

هل أختار محركًا رباعي الأقطاب أم سداسي الأقطاب؟

إذا كانت الآلة تدور ببطء فكلا الخيارين ممكن مع مخفض سرعة. فالمحرك رباعي الأقطاب هو الخيار الأكثر شيوعًا والأصغر والأسهل في إيجاد احتياطه؛ أما سداسي الأقطاب فيخفض نسبة مخفض السرعة. وغالبًا ما يُتخذ القرار وفقًا للنسب القياسية لمخفض السرعة.

إذا كان المحرك سيُوصَل بمخفض سرعة، فمن يحدد شكل التركيب؟

نوع دخل مخفض السرعة هو الذي يحدده. ففي الدخل بشفة IEC يكون المحرك عادةً بشفة B5 أو B14؛ وتُقرأ الشفة ومقاس العمود المطلوبان من رسم مقاسات مخفض السرعة.

القيم التي ستستخدمها في الاختيار: جدول العزم (حمل الآلة)، وجدول التيار (اللوحة والكابل)، وجدول الهيكل – القدرة (التركيب). وبعد أن تجد محركك يمكنك رؤية السعر وتقديم الطلب.