طرق تبريد المحرك الكهربائي: IC411 وIC416 وIC410 وأثر مكان التركيب

عندما يعمل محرك بقدرة 22 kW بحمل كامل فإنه يسحب من الشبكة أكثر من 22 kW. ففي الفئة IE3، وعند هذه القدرة رباعية الأقطاب، يكون حد الكفاءة 93.0%؛ أي أن المحرك يأخذ نحو 23.7 kW ويحوّل الفرق البالغ 1.66 kW إلى حرارة. وهذا يشبه تشغيل سخان كهربائي صغير باستمرار داخل الهيكل. وإذا لم يمكن نقل هذه الحرارة من الملف والدوّار والصفائح إلى الهيكل، ومنه إلى الهواء، ترتفع الحرارة ويقصر عمر العزل.

طريقة التبريد هي وصف لكيفية طرد هذه الحرارة إلى الخارج. ويعطي رمز IC في الكتالوج هذا الوصف بصيغة مختصرة. لكن الرمز وحده لا يكفي؛ فالمكان الذي يُوضع فيه المحرك هو ما يحدد هل سيعمل التبريد بالجودة نفسها التي على الورق أم لا.

من أين تخرج الحرارة وإلى أين تذهب؟

يتكون الجزء الأكبر من الفواقد في المحرك غير المتزامن من فواقد النحاس في ملف الجزء الثابت، والفواقد في قفص الدوّار، وفواقد الحديد في الصفائح. ويأخذ احتكاك المحامل والمروحة نفسها حصة صغيرة أيضاً. وفي المحرك ذي الهيكل المغلق يكون مسار هذه الحرارة كما يلي: ينقل الملف والصفائح الحرارة إلى الهيكل، وتعطي الزعانف على السطح الخارجي للهيكل الحرارة إلى الهواء، وتمرّر المروحة الخلفية الهواء باستمرار بين هذه الزعانف.

كلما ارتفعت فئة الكفاءة قلّت الحرارة الواجب طردها. ففي المحرك نفسه 22 kW رباعي الأقطاب يكون حد IE4 هو 94.5% وينخفض الفقد إلى نحو 1.28 kW. وفي IE5 ينخفض بنسبة 95.5% إلى نحو 1.04 kW. وهذا الفرق يريح نظام التبريد، لكنه لا يجعله غير ضروري. أما حساب فئات الكفاءة من جانب الطاقة فقد تناولناه في مقارنة الاستثمار بين IE3 وIE4.

كيف يُقرأ رمز IC؟

تشرح الأرقام التي تلي الحرفين IC كيفية تدوير الهواء على المحرك وما الذي يوفر هذه الحركة. والرموز الثلاثة الأكثر شيوعاً في الميدان هي:

• IC411: هيكل مغلق، وزعانف من الخارج، ومروحة على الطرف الخلفي للعمود. يجري الهواء على امتداد الزعانف بتوجيه غطاء المروحة. ولأن المروحة تدور مع المحرك فإن التبريد مرتبط بالسرعة. وهذه هي طريقة التبريد القياسية في سلاسل HEM Motor ثلاثية الطور.
• IC416: بنية الهيكل نفسها، لكن المروحة يديرها محرك صغير منفصل. ويكون تدفق الهواء مستقلاً عن سرعة المحرك الرئيسي.
• IC410: لا توجد مروحة. يبرد الهيكل بالحمل الحراري الطبيعي أو بتيار الهواء الذي يُحدثه المعدّة التي يديرها. وعلى سبيل المثال تُستخدم هذه البنية في بعض محركات المراوح المحورية الموضوعة داخل تيار الهواء.

سبب أهمية الرمز كسطر في الطلب هو أن القدرة الاسمية للمحرك تُعطى بافتراض تبريد معين. فالقدرة في الكتالوج معرّفة لـ IC411 وفق شرط تركيب تكون فيه حرارة المحيط 40 °C كحد أقصى، والارتفاع 1000 m كحد أقصى، والمروحة قادرة على أخذ الهواء بحرية.

كيف يُفسد مكان التركيب التبريد؟

في معظم حالات السخونة الزائدة التي نصادفها في الميدان يكون رمز تبريد المحرك صحيحاً، لكن المحرك وُضع في مكان لا يستطيع فيه أخذ الهواء. ومن الأمثلة الشائعة:

• غطاء المروحة ملاصق للجدار: لإدخال المحرك في هيكل الآلة يُوضع بحيث يكاد جانب المروحة يلامس لوحاً معدنياً. فتدير المروحة هواءها الساخن بدلاً من سحب الهواء. ويجب ترك المسافة المحددة في تعليمات التركيب خلف غطاء المروحة.
• الكابينة المغلقة: لتقليل الضجيج يُوضع المحرك داخل كابينة، لكن الكابينة بلا تهوية. فيرتفع الهواء داخلها خلال بضع ساعات إلى 50–55 °C. ولم يعد المحرك يعمل في بيئة 40 °C، بل داخل الحرارة التي يُنتجها هو.
• الغبار والألياف على الزعانف: في المطاحن ومنشآت النسيج ومعالجة الأخشاب والأعلاف تمتلئ الفراغات بين الزعانف ويُغطى السطح بطبقة عازلة. فلا يتغير التيار، لكن حرارة الملف ترتفع.
• الشمس المباشرة: الهيكل الموضوع على السطح أو في موقع مكشوف، وخاصة إذا كان داكن اللون، يكون في ظهيرة الصيف أسخن بوضوح من الوسط الخارجي.
• بجوار مصدر هواء ساخن: إذا كان فم فرن أو مخرج ضاغط أو هواء عادم محرك آخر متجهاً نحو سحب المروحة فإن حرارة المحيط تكون فعلياً أعلى.

لا تظهر أي من هذه الحالات على لوحة بيانات المحرك. والمرحّل الحراري أيضاً لا يلاحظ شيئاً في الغالب، لأن التيار طبيعي. وإذا أردتم قياس الحرارة من داخل الملف فيجب تحديد حساس PTC أو PT100 الاختياري في مرحلة الطلب.

ما بعد حدّ 40 °C و1000 m

تسري القيم الاسمية في الكتالوج لحرارة محيط بين −15 °C و+40 °C ولارتفاع حتى 1000 m. وكلما زاد الارتفاع يخفّ الهواء وتنقل المروحة نفسها حرارة أقل. وعندما تتجاوز حرارة المحيط 40 °C يقل فرق الحرارة بين الهواء والملف. وفي الحالتين هناك خياران: تحميل المحرك بأقل من قدرته الاسمية أو اختيار محرك بقدرة أعلى بدرجة. ويعتمد الطريق الصحيح على نمط الحمل. ويجب الإبلاغ عن البيئات التي تتجاوز 40 °C قبل الطلب. ودور فئة العزل ومادة الهيكل في البيئة الحارة والمغبرة مشروح في مقال اختيار المحرك للبيئة الحارة والمغبرة.

متى تلزم المروحة القسرية؟

في محرك IC411 تدور المروحة بسرعة المحرك نفسها. وهذا ليس مشكلة لمحرك يعمل مباشرة من الشبكة. لكن إذا خُفضت السرعة لفترة طويلة بعاكس التردد وبقي عزم الحمل ثابتاً، يبقى التيار أيضاً شبه ثابت؛ في حين يقل الهواء الذي تنقله المروحة بوضوح. والناقل والبثّاقة ومضخة الإزاحة الموجبة أمثلة نموذجية على هذه الحالة. وفي مثل هذا التطبيق قد تلزم مروحة بتغذية منفصلة، أي بنية IC416؛ ويجب السؤال عن هذا الخيار في مرحلة الطلب. أما في المضخات والمراوح الطاردة المركزية فلأن العزم يقل بسرعة مع انخفاض السرعة فلا تظهر المشكلة عادة. وهذا التمييز حسب نوع الحمل مشروح بالتفصيل في مقارنة العزم الثابت والعزم المتغير، وقرار رمز التبريد عند السرعة المنخفضة في مقال رمز التبريد IC411 وIC416.

فحص قصير قبل التركيب

1. هل يوجد خلف غطاء المروحة وحول الزعانف لوح أو جدار يعيق دوران الهواء؟
2. إذا كان المحرك داخل كابينة، فهل صُمّم دخول الهواء وخروجه في الكابينة؟
3. هل يأتي الهواء المسحوب من مصدر حرارة آخر؟
4. هل تتجاوز حرارة المحيط 40 °C في أشهر الصيف، أو الارتفاع 1000 m؟
5. هل في البيئة غبار أو ألياف تملأ الزعانف؟ وإن وُجدت، فهل فترة التنظيف مدرجة في خطة الصيانة؟
6. هل سيعمل المحرك بالمشغّل بعزم ثابت ولفترة طويلة بسرعة منخفضة؟

في التركيب العمودي، وخاصة في وضع العمود إلى الأسفل والمروحة إلى الأعلى، قد تسد القطع والماء الساقطة على غطاء المروحة من الأعلى مدخل الهواء أيضاً. ويجب تناول هذه الحالات مع شكل التركيب.

الخلاصة

عند اختيار طريقة التبريد يجب أن يكون السؤال «إلى أين ستذهب الحرارة التي يُنتجها هذا المحرك في هذا المكان؟» أكثر من «أي رمز IC؟». فالبنية القياسية IC411 تلبي نطاقاً واسعاً من التطبيقات ما دامت تجد الهواء أمامها وخلفها. أما ظروف مثل الكابينة والشمس والغبار والسرعة المنخفضة فهي مواضيع يجب مناقشتها قبل الطلب. وللبيئات الثقيلة يمكن تقييم المحركات الكهربائية ذات الهيكل من حديد الزهر. وإذا شاركتمونا مكان التركيب وظروف التشغيل لديكم يمكننا تحديد البنية المناسبة معاً.

الأسئلة الشائعة

إذا كان هيكل المحرك ساخناً لدرجة لا يمكن لمسه، فهل هو معطل؟

ليس دائماً. فهيكل المحرك العامل بحمل كامل قد يصل بسهولة إلى 60–70 °C، وهذه القيمة أقل من حرارة الملف. وللمقارنة قارنوا بقياساتكم السابقة عند الحمل نفسه؛ وإذا وُجدت زيادة واضحة فافحصوا الزعانف وغطاء المروحة والحمل.

هل يزيد نزع غطاء المروحة وتشغيل المحرك مكشوفاً من التبريد؟

لا، بل يقلله. فغطاء المروحة يوجّه الهواء بين الزعانف؛ ومن دون الغطاء يتشتت الهواء ولا يصل إلى الجزء الأكبر من الهيكل. كما أن المروحة الدائرة مكشوفة تشكّل خطراً جدياً على السلامة المهنية.

ما العمل للمحرك داخل كابينة مغلقة؟

يجب تصميم ترتيب دخول وخروج للكابينة يطرد الهواء الساخن، والتأكد من أن يأتي الهواء الذي يسحبه المحرك من خارج الكابينة. وإذا لم يكن ذلك ممكناً فيجب قياس الحرارة الفعلية داخل الكابينة واختيار المحرك وفقاً لها بتخفيض القدرة أو بقدرة أعلى بدرجة.

هل يمكن استخدام محرك IC410 بلا مروحة في كل مكان؟

لا. فالمحرك بلا مروحة مصمم ليأخذ التبريد اللازم من تيار هواء قادم من الخارج. ومن دون هذا التيار لا يستطيع أن يعطي باستمرار القدرة التي يعطيها محرك بمروحة بالهيكل نفسه.