اختيار محرك كهربائي منخفض الصوت: من أين تأتي الضوضاء وأي قرار يقلل الصوت؟

تبدأ مروحة العادم على سطح أحد الفنادق في تلقي الشكاوى بعد الساعة 23.00 ليلاً. يُجرى القياس، فيتبين أن المروحة تعمل موصولة مباشرة بمحرك ثنائي الأقطاب. المحرك ليس معطلاً؛ إنه فقط في المكان الخطأ وبالسرعة الخطأ. وعند التحول إلى الدفع بالبكرات وتركيب محرك رباعي الأقطاب، لا تتباطأ دافعة المروحة للتدفق نفسه، لكن طنين المحرك نفسه وحفيف مروحة تبريده ينخفضان بشكل ملحوظ. هكذا يبدأ معظم البحث عن محرك كهربائي منخفض الصوت: تُوصف المشكلة بأنها "محرك مزعج"، أما الحل فيكمن غالباً في بضعة قرارات في مرحلة الاختيار.

نتناول فيما يلي القرارات التي تؤثر فعلاً في الصوت، مرتبة حسب أهميتها ومع أمثلة صادفناها في الميدان.

ميّزوا أولاً مصدر الصوت

الصوت المسموع من محرك غير متزامن أثناء عمله لا يأتي من مصدر واحد. عملياً هناك ثلاثة مكونات:

• الطنين المغناطيسي: ينشأ من اهتزاز الصفائح المعدنية بفعل القوى المغناطيسية بين الجزء الثابت والدوّار؛ وهو صوت مستوٍ ذو نغمة عند مضاعفات تردد الشبكة.
• صوت الهواء: يولّده الهواء المار عبر مروحة التبريد على العمود وبين زعانف الهيكل. ويزداد بسرعة كبيرة مع السرعة؛ وهو عادةً الغالب في المحركات ثنائية الأقطاب.
• الصوت الميكانيكي: المحامل، وعيوب الاتزان، والأجزاء المرتخية، والآلة الموصول بها المحرك.

يفيد هنا اختبار ميداني بسيط: افصلوا المحرك من المفتاح أثناء دورانه واستمعوا إلى الصوت. فالصوت ذو النغمة الذي يختفي لحظة انقطاع التيار مصدره مغناطيسي. والحفيف الذي يخفت كلما تباطأ المحرك يأتي من المروحة. أما الصوت الذي يستمر حتى أثناء توقف المحرك أو يزداد أثناء تباطئه فيتعلق غالباً بالتركيب أو الوصلة أو الآلة المُدارة؛ وفي هذه الحالة لا يحل تغيير المحرك المشكلة.

عدد الأقطاب: القرار الأكثر تأثيراً في الصوت

سرعة أطراف ريش مروحة التبريد تتناسب طردياً مع السرعة، أما القدرة الصوتية التي تولّدها فتزداد مع هذه السرعة وفق منحنى أشد انحداراً بكثير. لذلك فإن المحرك ثنائي الأقطاب (نحو 3000 دورة/دقيقة) يكون دائماً تقريباً أعلى صوتاً من نظيره رباعي الأقطاب (نحو 1500 دورة/دقيقة) بالقدرة نفسها. وفي تطبيقات المراوح والمضخات ووحدات مناولة الهواء الحساسة للصوت يكون السؤال الأول: هل يمكن إنجاز هذا العمل بأربعة أو ستة أقطاب؟

لهذا الخيار ثمن ميكانيكي يجب أخذه في الحسبان. يُحسب عزم الدوران تقريباً بالعلاقة 9550 × kW / دورة/دقيقة. فالمحرك بقدرة 7.5 kW يعطي نحو 24 Nm بقطبين، بينما يعطي نحو 48 Nm بأربعة أقطاب؛ أي أن المحرك الأبطأ يكون بهيكل أكبر، ويتغير مقاس العمود والمحامل. وفي مضخة موصولة مباشرة يعني خفض السرعة تغيير المضخة نفسها أيضاً. أما في مروحة تعمل بالسير فيكفي غالباً إعادة حساب نسبة البكرات.

مادة الهيكل ونقطة الحمل

بفضل كتلته وتخميده الداخلي ينشر هيكل حديد الزهر الاهتزاز المغناطيسي أقل من هيكل الألمنيوم. والفرق محدود في القدرات الصغيرة، أما في القدرات المتوسطة والكبيرة فيُلاحظ حتى بالأذن. وقد تناولنا جانب التكلفة للمادة بشكل منفصل في المقارنة بين هيكل حديد الزهر وهيكل الألمنيوم.

من الأخطاء الشائعة اختيار المحرك أكبر بدرجة أو درجتين بحجة "ليعمل بارتياح ويكون هادئاً". فالمحرك الكبير العامل بحمل خفيف لا ينخفض طنينه المغناطيسي، بينما تكون مروحة تبريده أكبر. والنتيجة غالباً مستوى صوت أعلى ومعامل قدرة منخفض. وعندما يُختار المحرك بحيث يُحمَّل عند نقطة التشغيل بنسبة معقولة من قدرته الاسمية، يعمل بتوازن أفضل من حيث الصوت والكفاءة معاً.

الطنين الرفيع في المحركات العاملة بوحدة تحكم

في محرك يُغذّى بعاكس التردد يُسمع صوت مختلف عن التغذية المباشرة من الشبكة: صفير رفيع حاد يولّده تردد الحامل. وهذا الصوت ليس عطلاً في المحرك. إن رفع تردد الحامل في وحدة التحكم ينقل الصوت إلى منطقة تكون فيها الأذن البشرية أقل حساسية؛ لكن في المقابل تزداد فواقد التبديل في وحدة التحكم وقد تنخفض قدرتها على تحمل التيار. ويجب إجراء هذا الضبط حتماً وفق جدول صانع وحدة التحكم.

ولوحدة التحكم ميزة أيضاً: فخفض التدفق وتقليل السرعة في ساعات الليل يخفّض صوت المروحة في المحرك وفي الدافعة المُدارة معاً. غير أن العمل لفترات طويلة بسرعة منخفضة في المحركات ذات المروحة على العمود (IC411) يُضعف التبريد؛ وإذا كان هذا هو نمط التشغيل فيجب تقييم الحاجة إلى مروحة خارجية قبل الطلب.

إذا لم يكن مصدر الصوت المحرك بل التركيب

جزء كبير من الأصوات المشتكى منها لا يبدأ في المحرك. فالمحرك الذي لا ترتكز إحدى أرجله تماماً على القاعدة (الرجل الرخوة)، والهيكل المصنوع من صفائح رقيقة الذي يتوافق رنينه الذاتي مع سرعة المحرك، والسير المشدود أكثر من اللازم أو الوصلة المنحرفة عن المحاذاة، كلها تجعل حتى المحرك الهادئ مزعجاً. وفي مثل هذه الحالة يمكنكم الاطلاع على دليل اختيار الوصلات ومحاذاة الأعمدة للتحقق من محاذاة العمود. أما النطاق المقبول لقيم الاهتزاز فمشروح بالتفصيل في مقالنا عن قيم الاهتزاز المقبولة.

الإجراءات العملية بسيطة: تثبيت المحرك على قاعدة صلبة ومستوية، ووضع عوازل اهتزاز بين الهيكل والمبنى عند الحاجة، واستخدام أكمام مرنة في وصلات القنوات، وضبط شد السير على القيمة التي يحددها الصانع.

ما يجب توضيحه قبل الطلب

إن طلب "نريد محركاً هادئاً" وحده ليس مواصفة يمكن تلبيتها. وكتابة المعلومات التالية عند طلب عرض السعر تساعد على إيجاد المنتج الصحيح بسرعة:

• حد الصوت المسموح به، وعلى أي مسافة تُطلب هذه القيمة، وهل هي قدرة صوتية أم ضغط صوتي (تجدون سبب أهمية هذا التمييز في المقال الذي يشرح الفرق بين القدرة الصوتية والضغط الصوتي)،
• التطبيق، والسرعة أو عدد الأقطاب، وقدرة التشغيل الفعلية،
• هل سيعمل مع وحدة تحكم ونطاق السرعة،
• طريقة التركيب، ودرجة الحرارة المحيطة، وهل سيكون المحرك في حيّز مغلق أم في مكان مفتوح.

وكمرجع، يتراوح مستوى الصوت في السلاسل ثلاثية الطور في كتالوج HEM Motor، حسب القدرة والأقطاب والهيكل، بين نحو 58–75 dB(A)، وفي عائلة IE5 بسرعة 1500 دورة/دقيقة بين نحو 52–70 dB(A). وتُوازن الدوّارات ديناميكياً بالفئة G2.5 / G6.3، وهدف الاهتزاز نحو 1.8 mm/s وما دون. والقيمة الدقيقة لكل طراز واردة في تقرير الاختبار.

باختصار

غالباً ما يكون ترتيب حل مشكلة الصوت كما يلي: تمييز المصدر، وخفض السرعة قدر الإمكان، وتشغيل المحرك عند الحمل الصحيح، وتصحيح ضبط وحدة التحكم والتركيب. وإذا تواصلتم مع فريقنا الفني مع ذكر حد الصوت وظروف التشغيل في تطبيقكم، يمكننا أن نقيّم معاً خيار الأقطاب والهيكل المناسب.

الأسئلة الشائعة

إذا استبدلت محركاً ثنائي الأقطاب بمحرك رباعي الأقطاب، فبكم ينخفض الصوت؟

يختلف الفرق الدقيق حسب القدرة والهيكل، لكن المحرك رباعي الأقطاب بالقدرة نفسها يصدر عادةً صوتاً أقل بشكل ملحوظ لأن مروحة التبريد تدور بنصف السرعة. وقبل التغيير يجب إعادة حساب احتياج الآلة المُدارة من السرعة ونسبة البكرات أو مخفض السرعة.

هل تركيب غلاف عازل للصوت على المحرك حل؟

قد يقلل الغلاف المغلق الصوت، لكنه يقطع أيضاً هواء تبريد المحرك ويرفع حرارة الملفات. وإذا لزمت حجرة فيجب تصميم غطاء صوتي بمسار تهوية محسوب يطرد حرارة المحرك إلى الخارج، وتقييم درجة الحرارة المحيطة وفقاً لذلك.

كان المحرك الجديد هادئاً في الأيام الأولى ثم ازداد الصوت؛ فما السبب المحتمل؟

الأسباب الأكثر شيوعاً هي ارتخاء براغي القاعدة، واستطالة السير في فترة التليين الأولى، وانزياح محاذاة الوصلة. وإذا تحول الصوت إلى خشخشة مصدرها المحامل فيجب فحص حالة التزييت وما إذا كان العمود قد تعرض لصدمة أثناء التركيب.

هل يضر رفع تردد الحامل في وحدة التحكم بالمحرك؟

لا يسبب ذلك عادةً مشكلة للمحرك، بل قد تنخفض حرارة الملفات قليلاً لأن تموج التيار يقل. والأثر الأساسي يقع على وحدة التحكم: إذ تزداد فواقد التبديل، وقد تنخفض قيمة التيار المستمر لوحدة التحكم، لذا يجب التحقق من الاختيار وفق جدول وحدة التحكم.