محرك تيار متردد مُسنن مقابل محرك تيار متردد قياسي: الاختلافات الرئيسية

محرك تيار متردد مُسنن مقابل محرك تيار متردد قياسي: الاختلافات الرئيسية

تُعد محركات التيار المتردد (AC) شائعةً جداً في العديد من الأنظمة الكهربائية. وليس فقط معرفة أي المكونات تناسبك بشكل أفضل، بل إن معرفة الفرق بين محركات التيار المتردد ذات التروس (AC gear motors) ومحركات التيار المتردد القياسية مهمة بالغة الأهمية. صحيح أن كلا الجهازين يقومان بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، لكن تصميمها والوظائف التي تؤديها واستخداماتها تختلف بشكل كبير. في هذه المقالة، سنناقش أهم الاختلافات بين هذه الأنظمة سواءً كانت تُستخدم في أنظمة التدفئة أو التهوية وتكييف الهواء (HVAC)، أو في الآلات الصناعية، أو في الأجهزة الإلكترونية المنزلية.

التعريف الأساسي والتصميم الأساسي

تأتي محركات التيار المتردد (AC) القياسية مزودة بجزأين رئيسيين يشملان الدوار (الروتور) والثابت (الستاتور). الدوار هو الجزء القادر على الدوران، بينما يمر التيار المتردد عبر ملفات الثابت في المحرك. يتمحور تصميم المحرك حول توليد حركة دورانية عند وصول التيار الكهربائي إليه، ولا يتضمن المحرك أجزاء إضافية لتقليل السرعة أو تعزيز العزم. يعمل المحرك بشكل مستقل. محرك التيار المتردد مع علبة التروس هو عبارة عن مزيج بين محرك تيار متردد وعلبة تروس مثبتة على العمود الناتج. تحتوي علبة التروس على مجموعة من التروس المستقيمة والمسننة والكواكبية، والتي تساعد المحرك على تحقيق السرعة والعزم المطلوبين على الجانب الناتج. هذا يوفر حلاً كاملاً لتطبيقات تتطلب سرعات وعزوم متفاوتة.

خصائص السرعة والعزم

من الجدير بالذكر أن محرك التيار المتردد مصمم بسرعات ثابتة مثل سرعة واحدة أو متعددة السرعات ومحرك ترددي متغير، في حين أن المحرك المسنن يعمل على تبديل السرعة بالعزم باستخدام صندوق التروس الخاص به. فخذ على سبيل المثال محرك تيار متردد مثبت في مروحة منزلية، فهو يعمل بسرعة نسبية عالية تبلغ 1800 دورة في الدقيقة، ومحرك التيار المتردد بسرعة 1800 دورة في الدقيقة متصل بصندوق تروس بنسبة 10:1 يعمل بسرعة 180 دورة في الدقيقة مع عزم يساوي 10 أضعاف العزم الأصلي. وبالتالي، تم تصميم المحركات المسننة لتطبيقات ذات سرعة منخفضة وعزم مرتفع، ويمكن لتلك المحركات أن تتجه نحو سرعة 180 دورة في الدقيقة مع عائد نسبي مرتفع. المحركات المسننة أكثر كفاءة بكثير عند استخدامها مع محركات التيار المتردد للدوران البطيء الذي يكون منخفض السرعة. هذا، لا يمكن للمحركات القياسية أن تصل إلى السرعات البطيئة والعزم المرتفع، لذا تُستخدم المحركات المسننة القياسية.

سيناريوهات التطبيق

الاختلاف الرئيسي بين محركات التروس التيار المتردد (AC gear motors) ومحركات التيار المتردد (AC motors) هو أن الأولى تسمح بتحديد سرعات ثابتة أو متغيرة مثل السرعة الواحدة أو المتعددة. محركات التروس AC تضحي بالسرعة من أجل عزم الدوران باستخدام صندوق التروس، لكن محرك التيار المتردد... خذ محرك تيار متردد بسرعة 1800 دورة في الدقيقة مزود بصندوق تروس 10:1. محرك يوفر عزم دوران يزيد 10 مرات عن الأصلي وسرعة مخرجة تزيد 10 مرات عن الأصلية. مروحة منزلية هي مثال على محرك تيار متردد. تعمل بسرعة 1800 دورة في الدقيقة، ولكن محركات التيار المتردد المصممة للتطبيقات عالية العائد تحقق الغرض من سرعات منخفضة مع عزم دوران مرتفع عند 180 دورة في الدقيقة. تكون أكثر كفاءة عند استخدامها مع محركات التيار المتردد للدوران بسرعات منخفضة والتي تحقق محركات التروس الغرض من عزم دوران مرتفع. محركات التروس القياسية، رغم كونها أكثر كفاءة، لا يمكنها الوصول إلى مستوى عزم الدوران المرتفع.

الحجم والوزن والتركيب

الاختلاف الرئيسي بين محركات التروس التيار المتردد (AC gear motors) ومحركات التيار المتردد (AC motors) هو أن الأولى تسمح بتحديد سرعات ثابتة أو متغيرة مثل السرعة الواحدة أو المتعددة. محركات التروس AC تضحي بالسرعة من أجل عزم الدوران باستخدام صندوق التروس، لكن محرك التيار المتردد... خذ محرك تيار متردد بسرعة 1800 دورة في الدقيقة مزود بصندوق تروس 10:1. محرك يوفر عزم دوران يزيد 10 مرات عن الأصلي وسرعة مخرجة تزيد 10 مرات عن الأصلية. مروحة منزلية هي مثال على محرك تيار متردد. تعمل بسرعة 1800 دورة في الدقيقة، ولكن محركات التيار المتردد المصممة للتطبيقات عالية العائد تحقق الغرض من سرعات منخفضة مع عزم دوران مرتفع عند 180 دورة في الدقيقة. تكون أكثر كفاءة عند استخدامها مع محركات التيار المتردد للدوران بسرعات منخفضة والتي تحقق محركات التروس الغرض من عزم دوران مرتفع. محركات التروس القياسية، رغم كونها أكثر كفاءة، لا يمكنها الوصول إلى مستوى عزم الدوران المرتفع.

الكفاءة واستهلاك الطاقة

تختلف محركات التروس التيار المتردد عن محركات التيار المتردد من حيث الكفاءة، ويعود السبب في ذلك بشكل رئيسي إلى صندوق التروس في محركات التروس التيار المتردد. تكون الكفاءة الميكانيكية لمحرك التيار المتردد أعلى (70-90%) لأن الخسائر الرئيسية تنتج عن مقاومة كهربائية في الملفات والاحتكاك في المحامل. من المتوقع أن تكون محركات التروس التيار المتردد أقل كفاءة (60-85%) لأن الطاقة الإضافية تضيع بسبب الاحتكاك في التروس، وكذلك مقاومة التشحيم والحركة الميكانيكية العكسية. لا تزال المحركات ذات التروس فعالة من حيث استخدام الطاقة بالنسبة للعمل الذي صُمّمت من أجله. في أغلب الأحيان، يتطلب محرك ذو تروس طاقة أقل من محرك قياسي بنفس الحجم، والذي يُفترض أن يولّد نفس عزم الدوران. على سبيل المثال، مقارنة بمحرك قياسي كبير يزوّد نفس عزم الدوران دون استخدام تروس، فإن محرك التروس التيار المتردد يزوّد نفس عزم الدوران باستخدام إدخال طاقة أقل.

متطلبات الصيانة

تؤدي أنواع التصاميم المختلفة إلى احتياجات صيانة مختلفة. يحتاج المحرك الكهربائي القياسي من نوع التيار المتردد إلى الحد الأدنى من الصيانة. تقتصر أعمال الصيانة على تزييت المحامل التي تستخدم الزيت، وإزالة الغبار عن الملفات، وفحص الوصلات الكهربائية. تكون حالات الأعطال في الصيانة أقل، وتكون فترات الخدمة أطول. تحتاج المحركات ذات التروس من نوع التيار المتردد إلى فترات صيانة أكثر ديمومه بسبب وجود صندوق التروس. وتشمل هذه الصيانة استبدال زيت صندوق التروس بشكل دوري، وفحص أسنان التروس لتحديد درجة البلى، وضبط مسافة اللعب بينها. إن وجود أجزاء متحركة داخل صندوق التروس يزيد من فرص حدوث أعطال. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي التروس البالية إلى زيادة الضوضاء والاهتزازات الناتجة عن المحرك، مما قد يؤدي إلى زيادة في عزم الدوران وبالتالي الحاجة إلى استبدال الأذن (Ear Replacement).

اعتبارات التكلفة

تظهر الاختلافات في التكلفة بشكل واضح في سعر الشراء وتكاليف الملكية على المدى الطويل. تتراوح تكاليف المحركات الكهربائية القياسية من بضع دولارات إلى مئات الدولارات، وذلك اعتمادًا على الحجم والقوة، في حين أن المحركات الأقل تطورًا تكون أسهل من حيث التكلفة بسبب تصميمها البسيط ومكوناتها. المحركات الكهربائية القياسية تكون أرخص ثمنًا بسبب تصميماتها الأساسية. ومع ذلك، تظل تكاليف محركات التروس الكهربائية أعلى، إذ إنها تُكلف ضعف إلى ثلاثة أضعاف سعر المحرك القياسي المماثل بسبب وجود علبة التروس المدمجة ومعقدة التصميم. من الجدير بالذكر، مع ذلك، أن تحليل التكلفة الإجمالية للملكية أمر ضروري أيضًا. في التطبيقات ذات العزم العالي، يحتاج المحرك القياسي إلى علبة تروس، مما يزيد من تكاليف الشراء والتركيب ويسبب مشاكل في التوافق. يحل محرك التروس هذه التكاليف الإضافية، مما يجعله أكثر اقتصادية في التطبيقات التي تتطلب عزمًا مرتفعًا على المدى الطويل. كما تُعوّض تكاليف الطاقة المدخرة نتيجة استخدام محركات التروس الاستثمار الأعلى في هذه المحركات على المدى الطويل.

التحكم والدقة

تتطلب بعض التطبيقات التي تحتاج إلى التحكم في السرعة أو الموضع تحكمًا ودقة كبيرين. على سبيل المثال، الدقة تحت السيطرة سيئة لدرجة أن المحركات الكهربائية ذات السرعة الواحدة تصنف على أنها ذات "دقة محدودة". مع أنظمة التحكم بتردد متغير (VFDs)، يتم الترويج للمحركات الكهربائية على أنها "محركات سرعة متغيرة"، وهو تقدير مبالغ فيه بشكل كبير حيث أن هذه المحركات لا تستطيع أبدًا التحكم بدقة في العزم من أجل التحكم في الموضع. وتُعرف أيضًا باسم محركات التروس الكهربائية (AC gear motors)، حيث تمتلك هذه المحركات ميزة في التحكم والدقة لأن صناديق التروس تقدم تحكمًا في السرعة وتكبيرًا للعزم في نظام المحرك الكهربائي. يوفر نسبة التروس الثابتة في صندوق التروس سرعة قابلة للتنبؤ لفتح وغلق السدوات (dampers) عند زوايا معينة، أو لتنسيق سرعة بطيئة لسيور النقل. بالنسبة للتطبيقات ذات الدقة العالية، يُزود بعض محركات التروس بترس حلزوني أو كوكبي، والتي توفر تقليلًا متفوقًا وانزلاقًا أقل مقارنة بالمخفضات الخارجية التي تُشغل المحركات القياسية.