زمن البدء الطويل في المحرك الكهربائي للمروحة الكبيرة: كيف تُختار طريقة بدء التشغيل؟

طول زمن بدء التشغيل في مروحة كبيرة لا يدل في الغالب على صغر المحرك، بل على كِبر القصور الذاتي للدافعة. والسؤال الحقيقي هو ما إذا كانت ملفات المحرك وحمايته ستتحمل التيار العالي الذي يسحبه طوال هذه المدة. والحل الصحيح يمر عبر تقييم القصور الذاتي للدافعة وقدرة المحرك على البدء وطريقة بدء التشغيل معاً. في هذا المقال نشرح على ماذا يعتمد زمن البدء، وما تعنيه كل طريقة بدء تشغيل بالنسبة للمروحة، وما يجب مراعاته عند اختيار المحرك.

على ماذا يعتمد زمن البدء؟

لكي يستطيع المحرك تسريع المروحة يجب أن يكون عزم الدوران الذي يولّده أكبر من عزم الدوران الذي تتطلبه المروحة عند تلك السرعة. ويُسمى الفرق بينهما عزم التسارع. ويُحسب زمن البدء تقريباً بالعلاقة التالية: الزمن ≈ القصور الذاتي الكلي × السرعة الزاوية / متوسط عزم التسارع. وتنتج عن هذه العلاقة ثلاث نتائج:

• كلما كبر القصور الذاتي طال الزمن: في الدافعات الكبيرة القطر والثقيلة يزداد القصور الذاتي بما يقارب مربع القطر. فعندما يكبر قطر الدافعة قليلاً قد يطول زمن البدء بشكل ملحوظ.
• كلما صغر عزم التسارع طال الزمن: إذا كانت طريقة بدء التشغيل تخفض عزم دوران المحرك، أو كانت المروحة تتحمل الحمل عند البدء والمخمد مفتوح، فإن عزم التسارع يقل.
• كلما ارتفعت السرعة طال الزمن: رفع الدافعة نفسها إلى سرعة أعلى يتطلب طاقة أكبر.

الجانب الجيد في حمل المروحة أن حاجته إلى عزم الدوران صغيرة جداً عند السرعة المنخفضة؛ إذ يزداد عزم دوران المروحة بما يقارب مربع السرعة. لذلك لا تتطلب المراوح عزم بدء كبيراً كالآلات صعبة البدء، لكنها تتطلبه لمدة طويلة. والمشكلة ليست في عزم الدوران بقدر ما هي في الحرارة المتراكمة في الملفات خلال هذه المدة.

كيف يُجهد البدء الطويل المحرك؟

يسحب المحرك غير المتزامن أثناء البدء المباشر عدة أضعاف تياره الاسمي. ويولّد هذا التيار حرارة بسرعة في الملفات وخاصة في قضبان الدوّار. والمدة التي يستطيع فيها المحرك تحمل هذه الحالة تعتمد على قدرته الحرارية، وتُعرف من صانع المحرك. وإذا اقترب زمن البدء من هذا الحد تظهر ثلاث مشكلات:

• تفصل الحماية: يعتبر المرحل الحراري أو مفتاح حماية المحرك التيار العالي الطويل حملاً زائداً، فيفصل الدائرة قبل أن يبلغ المحرك سرعته. ويجب اختيار ضبط الحماية وفئة الفصل (مثل Class 10 وClass 20 وClass 30) بما يناسب زمن البدء؛ وللتفاصيل يمكنكم مراجعة مقالنا عن حماية المحرك.
• تشيخ الملفات: كل بدء طويل يفرض حملاً حرارياً على العزل. وإذا تكرر البدء أكثر من مرة في اليوم يتراكم هذا الحمل.
• تُجهَد الشبكة: التيار العالي الطويل يسبب هبوطاً في الجهد في المحول والكابلات؛ وكلما انخفض الجهد انخفض عزم دوران المحرك وطال البدء أكثر.

لذلك يُختار المحرك في المراوح الكبيرة لا وفق القدرة أثناء التشغيل فقط، بل وفق ظروف البدء أيضاً. وإبلاغنا عند الطلب بقيمة القصور الذاتي للمروحة (J بوحدة kgm²؛ وهي موجودة في نشرة صانع المروحة) وطريقة بدء التشغيل المطلوبة يتيح تقييم ما إذا كان المحرك سيتحمل هذا البدء.

ماذا تعني طرق بدء التشغيل بالنسبة للمروحة؟

بالنسبة لطريقة نجمة-دلتا تكون لوحة بيانات المحرك هي الحاسمة. فطرازات HEM Motor ثلاثية الطور بقدرة 4 kW وما فوق تحمل لوحة بيانات 400/690 V (Δ/Y)؛ وتعمل على شبكة 400 V بتوصيل دلتا وهي مناسبة لبدء التشغيل بطريقة نجمة-دلتا. وإذا كان سيُستخدم عاكس التردد فالعبارة العامة في الموقع سارية: سلاسلنا ثلاثية الطور مناسبة للتحكم في السرعة بعاكس التردد؛ وعند العمل لفترات طويلة بسرعة منخفضة وعزم دوران كامل قد تلزم مروحة خارجية، وإذا كان الكابل بين وحدة التحكم والمحرك طويلاً يُنظر في مرشح dv/dt أو مرشح جيبي؛ ويُبلَّغ عن هذه الظروف عند الطلب.

إجراءات من جهة المروحة تقصّر البدء

قبل تغيير المحرك أو طريقة بدء التشغيل توجد أمور يمكن القيام بها من جهة المروحة:

• البدء بالمخمد: في المراوح الشعاعية تنخفض القدرة المسحوبة بشكل ملحوظ عندما يكون مخمد السحب مغلقاً. وإبقاء المخمد مغلقاً أثناء البدء يزيد عزم التسارع ويقصّر الزمن. تأكدوا من أن التحكم في المخمد يعمل فعلاً.
• امنعوا الدوران العكسي: في المراوح الموصولة بالمدخنة قد تدور المروحة المتوقفة بالاتجاه المعاكس بفعل السحب الطبيعي. وإيقاف الدافعة الدائرة عكسياً ثم تسريعها يطيل البدء ويُجهد المحرك.
• حافظوا على نظافة الدافعة: الغبار والرواسب المتراكمة على الدافعة تزيد القصور الذاتي وتُحدث عدم اتزان.
• حدّوا من عدد مرات البدء: في المراوح عالية القصور الذاتي يسخّن البدء المتتالي الملفات دون أن يتيح لها فرصة التبريد. اسألوا صانع المحرك عن عدد مرات البدء المسموح بها في الساعة.

ما الذي يُنظر إليه عند اختيار المحرك؟

في المراوح الكبيرة تُحدَّد قدرة المحرك وفق قدرة عمود المروحة أثناء التشغيل؛ لكن ظروف البدء هي التي تؤكد ما إذا كان المحرك كافياً بهذه القدرة. وإذا تبين أن زمن البدء طويل فالحل يكون غالباً في طريقة بدء التشغيل أولاً؛ فتكبير المحرك كثيراً لأجل البدء فقط يعني محركاً يعمل بحمل منخفض أثناء التشغيل. وفي طرازاتنا بقدرة 75 kW وما فوق يوجد SF 1.15 (احتياطي قدرة 15%)؛ وهذا الاحتياطي هامش أمان في مواجهة الأحمال غير المتوقعة أثناء التشغيل، ولا يُستخدم لتغطية حساب البدء أو لاختيار المحرك أصغر.

طرازات رباعية الأقطاب بهيكل من حديد الزهر كأمثلة على نطاق القدرات الذي يُرى في المراوح الكبيرة:

• 225M-4 حديد الزهر: 45 kW (60 HP)، 1485 دورة/دقيقة، IEC 225M، 400/690 V (Δ/Y)، 80.2 A، 289.4 Nm.
• 280S-4 حديد الزهر: 75 kW (100 HP)، 1486 دورة/دقيقة، IEC 280S، 400/690 V (Δ/Y)، 129 A، 482 Nm، SF 1.15.
• 315S-4 حديد الزهر: 110 kW (150 HP)، 1488 دورة/دقيقة، IEC 315S، 400/690 V (Δ/Y)، 187 A، 706 Nm، SF 1.15.

اطّلعوا على طرازات HEM Motor المناسبة والأسعار الحالية في صفحة شراء محرك كهربائي. وللقدرات 200 kW وما فوق يرشدكم مقالنا عن تخطيط القدرات الكبيرة في تخطيط الشبكة وبدء التشغيل، ولتطبيقات المراوح صفحة محركات المراوح وشفاطات الهواء.

مثال افتراضي: مروحة شفط 75 kW تفصل حرارياً عند البدء

هذا المثال مُعدّ لأغراض التوضيح. لنفترض أن مروحة شفط رباعية الأقطاب بقدرة 75 kW في نظام لتجميع الغبار تبدأ بطريقة نجمة-دلتا، وتفصل حرارياً أحياناً بعد الانتقال إلى الدلتا مباشرة.

• يُظهر الفحص أن المرحل الزمني يُجري الانتقال والمحرك لا يزال أدنى بكثير من سرعته الاسمية؛ فتتكون صدمة تيار كبيرة عند الانتقال إلى الدلتا.
• ويتبين أيضاً أن مخمد السحب يبقى مفتوحاً عند البدء.
• يُعدَّل الترتيب بحيث يبقى المخمد مغلقاً عند البدء، ويُضبط زمن الانتقال ليتم بعد انخفاض التيار واستقرار السرعة. ويُراجَع ضبط الحماية وفق فئة الفصل المناسبة لزمن البدء.
• لا حاجة إلى تغيير المحرك؛ فالمشكلة كانت في ترتيب بدء التشغيل.

الخلاصة والمعلومات الواجب إرسالها للطلب

زمن البدء الطويل هو النتيجة المشتركة للمحرك والقصور الذاتي للمروحة وطريقة بدء التشغيل. وللتقييم الصحيح أرسلوا ما يلي:

• قدرة عمود المروحة وسرعتها وقيمة قصورها الذاتي (J، kgm²)
• طريقة بدء التشغيل المستخدمة أو المخطط لها وعنصر الحماية
• زمن البدء وتيار البدء إن قيسا
• عدد مرات البدء في الساعة، وترتيب المخمد
• جهد الشبكة وقدرة المحول؛ وصورة لوحة بيانات المحرك الحالي

الطرازات والأسعار الحالية موجودة في صفحة المتجر لدينا. أرسلوا صورة لوحة بيانات محرككم الحالي وسرعته ومعلومات تركيبه من صفحة إرسال لوحة البيانات؛ واطلبوا عرض سعر للطراز المناسب. ولأسئلتكم الأخرى يمكنكم استخدام صفحة الاتصال لدينا.

الأسئلة الشائعة

لماذا يطول زمن بدء محرك المروحة؟

في أغلب الأحيان يكون القصور الذاتي للدافعة كبيراً، أو تكون طريقة بدء التشغيل خافضة لعزم دوران المحرك. وإذا كانت المروحة تتحمل الحمل عند البدء والمخمد مفتوح، يطول الزمن أكثر.

هل تقصّر وحدة البدء الناعم زمن البدء؟

لا، بل تطيله عادةً. فهي تخفض التيار لكنها تقلل عزم الدوران أيضاً؛ فيسخن المحرك مدة أطول عند البدء. وفي المراوح عالية القصور الذاتي يجب ضبط حد التيار بعناية.

هل تكفي طريقة نجمة-دلتا في المراوح الكبيرة؟

تكفي في الغالب لأن عزم دوران المروحة صغير عند السرعة المنخفضة. والمهم أن يتم الانتقال إلى الدلتا بعد أن يقترب المحرك من سرعته الاسمية.

هل يجب أن أرفع المحرك إلى القدرة الأعلى التالية لحل مشكلة البدء؟

يجب أولاً فحص طريقة بدء التشغيل والمخمد وضبط الحماية. فتكبير المحرك لأجل البدء فقط يعني محركاً يعمل بحمل منخفض أثناء التشغيل.