اختيار المحرك الكهربائي المتردد ذو التروس المناسب: دليل الأحجام والطاقة

انتقل إلى أي مدونة إلكترونية تتحدث عن محركات التروس التيار المتردد (AC) وسوف تسمع عن محركات التروس التيار المتردد وإهمال الاستخدام الأكثر أهمية لهذه المحركات. لن يكون التركيز هنا على المحركات بل على استخدام المحركات في نظام تكييف الهواء. تشكل هذه المحركات مركز نظام التكييف. الأفضل من ذلك أنها تأتي بالحجم والطاقة المثلى المطلوبة للحفاظ على استهلاك الطاقة بكفاءة عالية وطول عمر الجهاز. تذكّر أن جميع الوحدات تعمل على نفس المبادئ. إذا لم تتطابق محركات التروس مع الوحدات أو تم تركيبها بشكل غير صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع تكاليف الطاقة، وزيادة تكرار أعطال الوحدة، وأيضًا ارتفاع درجة الحرارة إلى حد كبير.

هذا بالضبط موضوع المناقشة في هذا الدليل. سنستعرض مكونات الحجم والطاقة بالتفصيل لتحديد الأنسب لاحتياجاتك من التكييف. بالنسبة لمعظم الأشخاص الذين يبحثون عن وحدات تكييف أو أنظمة تكييف هواء، لا توجد حاجة لقضاء الوقت في فهم محركات التروس بشكل عميق، ولكن واحد من بين كل عشرة أشخاص قد يصبح مهتمًا جدًا بكفاءة الطاقة ويبحث عن هذه التفاصيل.

عند اختيار محركات التيار المتردد (AC) في البداية، من المهم تحديد النظام الذي ستكون هذه المحركات جزءًا منه، حيث يقوم كل نظام بتشغيل محركات تقوم بمهام معينة. بعض المحركات تُدير مراوح السحب لتوزيع الهواء، أو مراوح المكثف لتفريق الحرارة، أو تُشغل السدائح لضبط تدفق الهواء، أو تُحرك محركات الضاغط في بعض النماذج. ولكل من هذه المهام متطلبات مختلفة؛ فمراوح السحب تحتاج إلى عزم دوران وسرعة ثابتة، بينما يجب أن تعمل مراوح المكثف في درجات حرارة خارجية قصوى. كما يجب أخذ ظروف التشغيل بعين الاعتبار أيضًا؛ فالمحركات الداخلية تكون أقل عرضة للتغيرات الجوية، بينما يجب أن تكون المحركات الخارجية مقاومة للرطوبة والغبار ودرجات الحرارة القصوى. ومعرفة هذه التفاصيل تساعد في تحديد متطلبات الطاقة والحجم بدقة.

العزم هو مقدار القوة الدورانية التي يحتاج المحرك إلى إنتاجها لتشغيل وحدة التكييف، وهو أحد الجوانب الأكثر أهمية في تحديد الحجم المناسب. سيتوقف المحرك عن العمل إذا لم يكن هناك عزم كافٍ، وعلى العكس من ذلك، فإن وجود عزم زائد سيؤدي إلى هدر الطاقة. ولحساب العزم، يجب معرفة قوة الحمل وهي القوة المعاكسة للمكون (في حالة المروحة، هي قوة السحب) ونصف قطر عمود المحرك الذي تؤثر منه القوة. العزم = قوة الحمل × نصف قطر العمود. على سبيل المثال، إذا كانت مروحة السحب имеют نصف قطر عمود 2 بوصة وقوة حمل تبلغ 10 أرطال، فإن العزم سيكون 20 رطلاً-بوصة (lb-in). أما بالنسبة للمكونات الأكثر تطوراً، مثل السدادات، فسيكون من الضروري الرجوع إلى ورقة المواصفات الفنية الخاصة بالمكون لمعرفة العزم الموصى به.

يتم تسجيل القوة بالواط (W) أو بالحصان (HP) وهي تشير إلى كمية الطاقة التي يلزم على المحرك إنفاقها لتحقيق عزم دوران معين عند سرعة محددة. العلاقة بين القوة والعزم والسرعة (RPM) هي العلاقة المهمة هنا. يمكن حساب قوة الشفرة بالواط لمحرك باستخدام المعادلة التالية: قوة الشفرة (W) = (العزم (N·m) × السرعة (RPM) × π) ÷ 60. بغض النظر عن النكت، في النظام الإمبراطوري، 1 حصان يساوي 746 واط. على سبيل المثال، محرك يحتاج إلى توصيل 1500 دورة في الدقيقة عند عزم دوران يبلغ 10 نيوتن·متر سيحتاج إلى حوالي 2.1 حصان أو 1570 واط من القوة. تنطبق هذه الحسابات على المحركات الدوارة الخطية. لا أحد يريد أن يكون غير مستعد لمواقف غير متوقعة. ولذلك فإن وجود هامش معقول يتراوح بين 10 إلى 15% إضافي من القوة يكون مفيدًا عند حدوث زيادات غير متوقعة في الحمل مثل ارتفاعات مؤقتة في المقاومة أو الغبار على شفرات المروحة.

يشير حجم المحرك إلى الحجم المادي للمحرك مثل الطول والقطر وحجم عمود المحرك، وكذلك المعلومات الكهربائية ذات الصلة مثل رقم الإطار، والذي يتم اعتماده وفقًا للمعايير الصناعية مثل معايير NEMA في أمريكا الشمالية وIEC في بقية العالم، إلخ. وكما ذكر سابقًا، يجب أن يتوافق الحجم المادي مع المساحة المخصصة في وحدة التكييف. يجب التحقق من أبعاد المحرك المقترحة وكذلك قطر العمود باستخدام مواصفات تصميم نظام التكييف. هذه هي الأبعاد التي يتوقع أن تكون عليها قطر العمود وأبعاد المحرك. كما أن المحركات ذات الأحجام الكبيرة تعتبر أيضًا مصدر قلق. يتوافق رقم الإطار مثل NEMA 56 وIEC 112 مع الأقواس والوصلات الخاصة بالتركيب. أي أن محركًا من الفئة NEMA 56 مزود بارتفاع عمود معين وأنماط براغي تلائم بشكل قياسي عددًا لا يحصى من وحدات المراوح المنزلية لتكييف الهواء. إذا لم يتم التحقق من المسافات بشكل كافٍ، فمن المرجح أن تؤدي التشوهات في الإطار وعيوب المسافات إلى عدم استقرار.

تُستخدم المحركات الكهربائية التيار المتردد (AC) في المحركات المسننة (Gear Motors) لدمج المحرك مع صندوق تروس يُعدّل وظائف سرعة المحرك وعزم الدوران. باستخدام نسبة التروس لقياس السرعة المدخلة إلى السرعة المخرجة، يمكن استنتاج مقدار تقليل السرعة الإجمالي للمحرك المُعطى ومعزز العزم. إذا كانت نسبة التروس 10 إلى 1، تكون السرعة المخرجة 180 دورة في الدقيقة (RPM) مع عزم دوران مضاعف يساوي 10، وكل ذلك بينما يعمل المحرك بسرعة 1800 دورة في الدقيقة. ستؤدي النسبة الأعلى إلى سرعات مخرجة أقل وبالتالي عزم دوران أعلى، وهو ما يكون مثاليًا للاستخدام في التطبيقات ذات الأحمال الثقيلة مثل مراوح المكثف الكبيرة. من ناحية أخرى، فإن النسبة الأقل ستكون مناسبة للتطبيقات التي تتطلب سرعة عالية وعزم دوران منخفض، كمثال مراوح النفخ الصغيرة. كل هذا يُظهر سبب ضرورة مطابقة نسبة التروس مع السرعة المطلوبة لمكوّن معين. وللتخلص من أي شك، يمكن الرجوع إلى ورقة المواصفات (Datasheet) الخاصة بمكون التيار المتردد (AC) واستخدام السرعات الموصى بها لتحديد القيمة المثلى المقترحة.

تصنف تكاليف تشغيل محركات التيار المتردد تحت خدمتها باعتبارها أجزاء أساسية، بينما يتم تصنيف وسادات التعليق تحت المحركات المتبقية من الفئة E، ويتم تقسيم المحركات المحددة إلى معايير IE1 وIE2 وIE3 وIE4، وبالتالي تحقيق كفاءة 1 قياسية و2 عالية و3 ممتازة و4 ممتازة جداً على التوالي لمحركاتها. من المرجح أن تستهلك المحركات التي تم ضبطها على IE3 ما نسبته 10% أقل من الاستهلاك المعتاد في المعايير المنخفضة 1، وبالتالي توفير طاقة أكبر لإنتاجية أعلى. تكون المحركات ذات الكفاءة العالية أكثر فعالية من حيث التكلفة لأن مصاريفها تُسترد عبر أنظمة التيار المتردد مع مرور الوقت، خاصةً عند استخدامها في المنشآت التجارية. تحدد اللوائح التنظيمية في الدول ضرورة استخدام المحركات المعتمدة من قبل أنظمة الطاقة ومجموعات توفير الطاقة المماثلة.

يجب أن يكون مصدر الطاقة الكهربائية للنظام الكهربائي متوافقًا مع نظام المحرك نفسه. لذا تأكد من أن جهد المحرك (110، 220، 380) وعدد الطور المطلوب (المنزلي يكون أحاديًا والتجاري يكون ثلاثيًا) متطابق مع مصدر الطاقة المتاح. استخدام محرك كهربائي بجهد غير صحيح، إذا لم يكن كذلك، سيتلف المحرك على الفور أو يقلل من الأداء. تشمل عوامل موثوقية المحرك درجة العزل (B، F، H) وفئة المحرك التي تحدد قدرة المحرك على تحمل الحرارة. يُعتبر عزل الفئة F هو الأكثر شيوعًا في التطبيقات الكهربائية، حيث يتحمل درجة حرارة قصوى تصل إلى 155°م. بالإضافة إلى ذلك، هناك ضمان المحرك الذي يعكس السمعة، حيث تتميز الضمانات الأطول للمحرك (سنتان إلى خمس سنوات) بدعم أفضل ما بعد البيع، مما يقلل من خطر الأعطال غير المتوقعة التي تقدمها العلامات التجارية الموثوقة.

كما هو الحال دائمًا، قم بمراجعة مواصفات المصنّع، وتوازن حمل المعدات المُقَوْدة، وتفقّد خصائص التحكم في سرعة المحرك. تحتاج الأنظمة التي تمتلك قوة دفع أعلى من المتطلبات المُعتمدة إلى توازن دقيق بين ضغط السوائل الهيدروليكية أو الضغط الهوائي مع الآلية التوريدية. يساعد تسعير المصنّع وتقدير الوقت في مجال تجميع المحركات وإدارتها في اختيار محرك يتمتع بتوفرية عالية. في التكوين الذي يحتاج فيه المحرك إلى الدمج مع مولدات غير متزامنة مزدوجة التغذية، يُوصى بالحصول على مساعدة من خبير لضمان التزامن المثالي مع المعدات الدوّارة.