محرك كهربائي 200 و250 kW: خطة القدرة الكبيرة بالشبكة والإقلاع والنقل والاحتياطي

يسحب محرك IE3 رباعي الأقطاب بقدرة 250 kW على شبكة 400 V نحو 418 A عند الحمل الاسمي. وعند الإقلاع المباشر ترتفع هذه القيمة لحظة الإقلاع إلى نحو 3000 A. ويتجاوز وزن المحرك طنًا واحدًا، ويبلغ عزم عموده نحو 1600 Nm. وتُظهر هذه الأرقام أن اختيار محرك من فئة 200 و250 kW لم يعد اختيار منتج بل أصبح مشروعًا صغيرًا: فإذا لم يُفكَّر في المحوّل وجهاز الإقلاع والكابل والأساس والرافعة وخطة المحرك الاحتياطي مع المحرك، فحتى المحرك الصحيح سيسبب مشكلات في الموقع.

ماذا يرد في سطر الكتالوج؟

في كتالوج IE3 من HEM Motor تقع هاتان القدرتان بحسب عدد الأقطاب في الهياكل التالية (التيارات قيم عند 400 V):

• ثنائي الأقطاب: 200 kW IE3-315L2-2، 2980 دورة/دقيقة، نحو 331 A؛ 250 kW IE3-355M-2، 2982 دورة/دقيقة، نحو 414 A.
• رباعي الأقطاب: 200 kW IE3-315L2-4، 1490 دورة/دقيقة، نحو 334 A، 1282 Nm؛ 250 kW IE3-355M-4، 1490 دورة/دقيقة، نحو 418 A، 1602 Nm.
• سداسي الأقطاب: 200 kW IE3-355M2-6، 990 دورة/دقيقة، نحو 346 A؛ 250 kW IE3-355L-6، 990 دورة/دقيقة، نحو 433 A.

في السلسلة رباعية الأقطاب تبلغ كفاءة IE3 في كلتا القدرتين 96.0%، ومعامل القدرة 0.90؛ ويبلغ تيار الإقلاع نحو 7.1 أضعاف التيار الاسمي، وعزم الإقلاع نحو ضعفين، والعزم الأقصى نحو 2.2 ضعف. وفي محرك 250 kW ثنائي الأقطاب تنخفض نسبة عزم الإقلاع إلى 1.6. ولذلك إذا اختير محرك كبير ثنائي الأقطاب لضاغط يقلع تحت حمل أو لمروحة ذات قصور ذاتي كبير، فينبغي فحص عزم إقلاع الحمل بشكل منفصل.

فئة الكفاءة: لأي سوق، وبأي قاعدة؟

في الاتحاد الأوروبي فرضت لائحة التصميم البيئي (EU 2019/1781) اشتراط IE4 للمحركات ثنائية ورباعية وسداسية الأقطاب في نطاق 75–200 kW اعتبارًا من يوليو 2023؛ أما في القدرات فوق 200 kW فالحد الأدنى هو IE3. أي أنه في آلة متجهة إلى الاتحاد الأوروبي قد يخضع محرك 200 kW ومحرك 250 kW لقاعدتي فئة مختلفتين. واللائحة السارية في البلد الذي ستُركَّب فيه الآلة هي أول ما ينبغي توضيحه في مرحلة العرض. وتقدّم HEM Motor في هذه القدرات فئات IE3 وIE4 وIE5 بنظام الهياكل نفسه؛ وفي رباعي الأقطاب يبلغ حد IE4 نسبة 96.7% وحد IE5 نسبة 97.4%. وتفاصيل القواعد بحسب نطاقات القدرة واردة في مقالة إلزامية الكفاءة IE3 وIE4.

رغم أن فرق الكفاءة يبدو صغيرًا عند هذه القدرة، فإن القيمة المطلقة كبيرة. فإذا عمل محرك 250 kW بحمل كامل 7000 ساعة سنويًا، فإن فرق 0.7 نقطة بين IE3 وIE4 يساوي تقريبًا 13,000 kWh سنويًا.

الشبكة والإقلاع: كيف تُستقبل لحظة الإقلاع؟

في فئة 200–250 kW لا يكون الإقلاع المباشر ممكنًا إلا مع محوّل قوي وحمل إقلاع خفيف. وفي معظم المنشآت تُدرس الخيارات التالية:

• نجمة-مثلث: يُخفّض تيار الإقلاع وعزمه إلى نحو الثلث. ففي المحرك رباعي الأقطاب بقدرة 250 kW ينخفض تيار الإقلاع من نحو 3000 A إلى نحو 1000 A. ويجب أن يعمل المحرك بتوصيلة المثلث عند 400 V، أي أن يكون ملفوفًا لـ 400/690 V. ولأن عزم الإقلاع ينخفض أيضًا إلى الثلث فهو مناسب للمضخات والمراوح التي تقلع دون حمل أو بصمام مخنوق، ولا يناسب عادةً الناقل المحمّل.
• بادئ التشغيل الناعم: يحدّ التيار عادةً عند بضعة أضعاف التيار الاسمي ويجري الإقلاع بتدرج. وهو شائع في المضخات والمراوح؛ وفي الإقلاع تحت حمل ينبغي اختيار حد التيار بحيث يسمح بعزم يكفي لرفع الحمل.
• المحوّل الذاتي: يحافظ على العزم في الإقلاعات الطويلة والثقيلة أفضل من نجمة-مثلث؛ ويُراعى اختيار الدرجة وحد الخدمة قصيرة الأمد. وللتفاصيل يمكنك الاطلاع على مقالة الإقلاع المتدرج بالمحوّل الذاتي.
• عاكس التردد: يُبقي تيار الإقلاع عند مستوى التيار الاسمي، وهو الحل الأكثر طبيعية إذا كانت العملية تتطلب التحكم في السرعة.

أيًّا كانت الطريقة المختارة، لا ينبغي اتخاذ القرار دون معرفة قدرة المحوّل وقدرة قصر الدائرة. ويُحسب مسبقًا ما إذا كانت الأحمال الحساسة المغذاة من المحوّل نفسه ستتأثر بانخفاض الجهد لحظة الإقلاع.

400 V أم 690 V؟

التغذية التي تحمل 418 A عند 400 V تتطلب كابلات متوازية ومعدات قطع كبيرة المقطع. وإذا كان في المنشأة توزيع 690 V أو كان سيُنشأ، فإن المحرك نفسه يعمل عند 690 V بتوصيلة النجمة بنحو 240 A. وتنخفض تبعًا لذلك تكلفة مقطع الكابل والقضبان والمشغّل. ويُتخذ هذا القرار عادةً لا لمحرك واحد، بل لتوزيع المنشأة بأكمله. ونتائج توصيلة 690 V على جانب الأطراف والإقلاع مشروحة في مقالة اختيار المحرك غير المتزامن 690 V.

إذا كان سيعمل بالمشغّل: المحامل والتبريد

عندما تعمل المحركات ذات الهياكل الكبيرة بعاكس التردد قد يتولد جهد على العمود؛ ويتفرغ هذا الجهد عبر المحمل تاركًا تحززات في مسارات الدحرجة. ولذلك قد يلزم في هذه الهياكل محمل معزول أو فرشاة تأريض للعمود؛ وينبغي ذكر الاستخدام مع المشغّل صراحة عند الطلب. وإذا كان الكابل بين المحرك والمشغّل طويلًا فيُنظر في مرشّح dv/dt أو مرشّح جيبي. وإذا كان المحرك سيعمل طويلًا بسرعة أقل بكثير من سرعته الاسمية، فينبغي السؤال عما إذا كانت تلزم مروحة خارجية لأن تدفق هواء المروحة المثبتة على العمود سينخفض. ولطرق التبريد يمكنك الاطلاع على مقالة التبريد IC411 وIC416.

النقل والأساس والتشغيل

يرد في الكتالوج وزن محرك 200 kW ثنائي الأقطاب بنحو 1194 kg، ووزن محرك 250 kW بنحو 1685 kg؛ والمحركات رباعية وسداسية الأقطاب في هذه المرتبة أيضًا. وعمليًا يعني ذلك ما يلي:

• ينبغي التخطيط مسبقًا لوصول الرافعة أو الرافعة الشوكية أو البكرة إلى مكان تركيب المحرك؛ وينبغي فحص أبعاد الأبواب والممرات.
• يجب أن يكون الأساس بصلابة تتحمل وزن المحرك وعزم رد الفعل لحظة الإقلاع. فالهيكل المرن يُنتج في قياسات الاهتزاز قيمًا عالية لا مصدر لها في المحرك.
• ينبغي إجراء محاذاة القارنة بالليزر، وإعادة فحصها في الحالة الساخنة بعد أول تشغيل.
• قبل التشغيل ينبغي قياس مقاومة العزل، وفحص اتجاه الدوران والقارنة مفكوكة.

خطة المحرك الاحتياطي والتوريد

عطل محرك بهذه القدرة يوقف عادةً الخط بأكمله. ولذلك ينبغي في الإدارات الحرجة الإجابة منذ البداية عن ثلاثة أسئلة: هل سيُحتفظ بمحرك احتياطي في المنشأة، وهل يمكن تغطية عدة محركات من الهيكل نفسه بمحرك احتياطي واحد، وكيف سيعمل الخط عند العطل حتى يُعاد لف المحرك؟ وتوحيد المحركات بالقدرة وعدد الأقطاب نفسيهما هو أكثر الطرق فاعلية لتقليل عدد المحركات الاحتياطية. كما ينبغي التخطيط بشكل منفصل لحماية المحرك الاحتياطي المنتظر في المخزون من الرطوبة وضرر المحامل.

الخلاصة

يبدأ اختيار محرك 200 و250 kW بقراءة سطر الكتالوج، ويكتمل بفئة الكفاءة الموافقة للائحة، والجهد وطريقة الإقلاع المناسبين للشبكة، ومتطلبات العمل مع المشغّل، وظروف التركيب المادية. والمحركات بهذه القدرات ضمن سلسلة المحركات الكهربائية ذات الهيكل من حديد الزهر من HEM Motor. وإذا أرسلت طلبًا يتضمن قدرة المحوّل وطريقة الإقلاع وشكل التركيب إلى فريقنا الفني، فسيُقيَّم الطراز المناسب وحالة المخزون معًا.

الأسئلة الشائعة

ما قدرة المحوّل اللازمة لمحرك 250 kW؟

إعطاء رقم واحد ليس صحيحًا؛ إذ تُقيَّم معًا قدرة المحوّل وقدرة قصر الدائرة وطريقة الإقلاع والأحمال الأخرى على المحوّل نفسه. ولأن تيار الإقلاع في الإقلاع المباشر يتجاوز سبعة أضعاف التيار الاسمي، تُفضَّل في معظم المنشآت توصيلة نجمة-مثلث أو بادئ التشغيل الناعم أو المشغّل.

هل يمكن أن يكون محرك 200 kW بفئة IE3 في آلة متجهة إلى الاتحاد الأوروبي؟

وفق لائحة EU 2019/1781 يوجد منذ يوليو 2023 اشتراط IE4 للمحركات ثنائية ورباعية وسداسية الأقطاب في نطاق 75–200 kW. ولذلك ينبغي في الآلات المتجهة إلى سوق الاتحاد الأوروبي النظر في فئة IE4 لمحرك 200 kW، والتحقق من وجود استثناء وفق ظروف استخدام الآلة.

هل المحمل المعزول ضروري دائمًا في المحركات الكبيرة؟

لا يلزم عادةً في المحركات المغذاة مباشرة من الشبكة. أما في المحركات ذات الهياكل الكبيرة العاملة بعاكس التردد فقد يلزم محمل معزول أو تأريض للعمود لأن خطر تيار المحامل يزداد؛ وينبغي ذكر هذه الحاجة في مرحلة الطلب.

هل يناسب محرك 250 kW ثنائي الأقطاب الإقلاع تحت الحمل؟

في الكتالوج يبلغ عزم إقلاع هذا المحرك نحو 1.6 ضعف العزم الاسمي. وإذا كانت حاجة الحمل إلى العزم لحظة الإقلاع أعلى من ذلك أو كان زمن الإقلاع طويلًا، فينبغي فحص طريقة الإقلاع واختيار المحرك مع منحنى الحمل.

طرازات HEM Motor بقدرة 200 و250 kW: 200 kW 1500 دورة/دقيقة (315L2-4)، 200 kW 3000 دورة/دقيقة، 250 kW 1500 دورة/دقيقة (355M-4)، 250 kW 3000 دورة/دقيقة. القيم: جدول التيارات · جدول العزوم.