تطبيق وصيانة المفاتيح الكهربائية | تحليل شامل لمعالجة الأعطال الشائعة، اتقانها في مقالة واحدة

1 تحليل المكونات الرئيسية لمحولات التلامس البديلة

محول التلامس البديل هو مفتاح كهرومغناطيسي آلي يستخدم للتبديل طويل الأمد وعالي التردد لدوائر الطاقة والتحكم البديلة. يتميز بمزايا مثل التشغيل الآلي، والحماية من انخفاض الجهد وعدم وجود جهد، والتشغيل عالي السعة، والاستقرار القوي، وقلة متطلبات الصيانة. في دوائر التحكم الكهربائية للمعدات الآلية، تُستخدم محولات التلامس البديلة بشكل أساسي لتحكم المحركات الكهربائية والأحمال الأخرى.

تشمل المكونات الرئيسية لمحول التلامس البديل النظام الكهرومغناطيسي، ونظام التلامس، وجهاز إخماد القوس الكهربائي، وغيرها. يتكون بشكل أساسي من أجزاء هيكلية مثل التلامس الرئيسي، وحديد القلب المتحرك، واللفيفة، والحديد الثابت، والتلامس المساعد.

1.1 النظام الكهرومغناطيسي

يتكون النظام الكهرومغناطيسي لمحول التلامس البديل بشكل أساسي من لفيفة، وحديد قلب متحرك، والحديد الثابت، وحلقة القصر. عندما يتم تغذية اللفيفة بالطاقة أو قطعها، سيكمل الإجراء السحب أو الإطلاق على التوالي، مما يمكن أن يحافظ على التلامس المتحرك والتلامس الثابت في حالة الفتح أو الإغلاق على التوالي، وذلك لتحقيق غرض التبديل في الدائرة.

لتقليل خسائر التيار الدوامي والتأخير، يتم تصنيع الحديد القلبي والذراع في محول التلامس البديل بشكل أساسي عن طريق تراص صفائح السيليكون ذات الشكل E أثناء الإنتاج. لزيادة منطقة التبريد ومنع الاحتراق، يتم صنع اللفيفة على شكل أسطوانة سميكة وصغيرة ملفوفة حول إطار عازل، مع الحفاظ على مسافة معينة بينها وبين الحديد القلبي لمنع التداخل. يحتفظ الحديد القلبي بفراغ يبلغ 0.1 - 0.2 مم على الوجه النهائي للأسطوانة الوسطى لتقليل تأثير المجال المغناطيسي المتبقّي ومنع ارتفاع الذراع.

عندما يعمل محول التلامس البديل، يشكل التيار البديل في اللفيفة مجالاً مغناطيسياً بديلاً في الحديد القلبي، مما يسبب اهتزاز الذراع وإنتاج الضوضاء. يتم توفير فتحة في كل طرف من الحديد القلبي والذراع، ويتم تثبيت حلقة قصر مصنوعة من النحاس أو سبيكة النيكل-الكروم في الفتحة لحل المشكلة المذكورة. بعد تثبيت حلقة القصر، عندما يتدفق التيار البديل عبر اللفيفة، سيتم تشكيل تدفقات مغناطيسية Φ₁ وΦ₂ بأطوار مختلفة، مما يضمن دائماً وجود قوة جذب بين الحديد القلبي والذراع، مما يقلل بشكل كبير من الاهتزاز والضوضاء.

1.2 نظام التلامس

هناك ثلاثة أنواع من تلامس محول التلامس البديل، وهي نوع التلامس النقطي، والنوع الخطي، والنوع السطحي، كما هو موضح في الشكل التالي. حسب الشكل الهيكلي، يمكن تقسيمها إلى تلامس الجسر وتلامس الأصابع. تتضمن تلامس الجسر النوع النقطي للجسر والنوع السطحي للجسر، والتي تناسب المناسبات المختلفة للتيار. تلامس الأصابع تكون غالباً في وضع التلامس الخطي، ومجال التلامس يكون خط مستقيم، وهو مناسب للمناسبات المتكررة والتيارات العالية. حسب قدرة الفتح والإغلاق، يمكن تقسيمها إلى تلامس رئيسية وتلامس مساعدة. تلامس رئيسية مناسبة للدوائر الرئيسية ذات التيار العالي، وهناك عادة 3 أزواج من التلامس المفتوحة. تلامس مساعدة مناسبة للدوائر التحكم ذات التيار المنخفض، وهناك عادة 2 أزواج من التلامس المفتوحة و2 أزواج من التلامس المغلقة.

1.3 جهاز إخماد القوس الكهربائي

بالنسبة للدوائر ذات التيار العالي أو الجهد العالي، ستظهر القوس الكهربائي حتماً عند فتح محولات التلامس البديلة، مما يؤدي إلى حرق التلامس وتلف الجهاز، مما يؤثر على عمره العملي، وحتى قد يعيق وقت قطع الدائرة؛ وفي الحالات الشديدة، قد يؤدي إلى حرائق. لأسباب السلامة، يجب أن يتم تجهيز جميع محولات التلامس التي تتجاوز قدرتها 10 أمبير بجهاز إخماد قوس كهربائي. تتضمن الطرق الشائعة لإخماد القوس الكهربائي في محولات التلامس البديلة القواطع الكهربائية ثنائية الفصل، وفتحات الإخماد الطولي، وأجهزة الإخماد الشبكية.

يجعل جهاز إخماد القوس الكهربائي ذو القواطع الكهربائية ثنائية الفصل القوس مقسمًا إلى جزأين، ويقوم بتمديد القوس بواسطة القوة الكهربائية للدائرة نفسها، مما يحقق تبديد الحرارة والتبريد للقوس ويحقق الغرض من إخماده. يتكون جهاز إخماد القوس الكهربائي ذو الفتحات الطولية من مواد مقاومة للقوس الكهربائي مثل الطين المقاوم للقوس والأسمنت الأسbestos، مع فتحة أو أكثر طولية على جانبه الداخلي، مما يمكن أن يوسع مساحة التلامس بين القوس وجدار غرفة إخماد القوس، ويحقق تأثير إخماد القوس من خلال ضغطه. عندما تكون التلامس في حالة الفصل، يتم إرسال القوس إلى الفتحات بواسطة المجال المغناطيسي الخارجي أو القوة الكهربائية، ويتم نقل الطاقة الحرارية إلى جدار غرفة إخماد القوس بحيث يتم إخماد القوس بسرعة.

بناءً على هذا الأساس، تم اقتراح بنية جديدة لجهاز إخماد القوس الشبكي. يتم استخدام شبكة معدنية على شكل حرف V مغطاة بالنحاس أو الزنك ويتم إدخالها في غطاء إخماد القوس. القوس الذي يتشكل نتيجة فصل التلامس يولد مجالاً مغناطيسياً قوياً، ووجود مقاومة مغناطيسية يجعل شدة المجال الكهربائي في هذه المنطقة غير متساوية، مما يسحب القوس إلى الفجوات في الشبكة ليصبح قوساً قصير. كل شبكة تعمل كإلكترود، مما يقسم الانخفاض الكلي لجهد القوس إلى عدة أقسام، ويشكل الجهد بين كل قسم أقل من جهد الاشتعال للقوس. في نفس الوقت، تقوم الشبكة بتوزيع الحرارة لإخماد القوس بسرعة، مما يحقق تأثير الإخماد [3-5].

1.4 المكونات المساعدة

تشمل المكونات المساعدة لمحول التلامس البديل ربيع الاستجابة، وربيع المخمد، وربيع ضغط التلامس، وآلية النقل، والقاعدة، وغيرها. يقوم ربيع الاستجابة بدفع الذراع لإطلاق الطاقة بعد فقدان الطاقة، بحيث تعود التلامس إلى حالتها الأصلية. يمكن أن يخفف ربيع المخمد من قوة الصدمة. يمكن أن يزيد ربيع ضغط التلامس بشكل كبير من ضغط التلامس ويقلل من مقاومة التلامس. يتم تشغيل التلامس بواسطة الذراع أو ربيع الاستجابة لتحكم في توصيلها أو قطعها.

2 الاستخدام الصحيح لمحولات التلامس البديلة

2.1 مبادئ اختيار محولات التلامس البديلة

يجب ألا يكون الجهد المقنن للتلامس الرئيسية أقل من الجهد المقنن للدائرة التحكم. يجب أن يلبي التيار المقنن للتلامس الرئيسية متطلبات الحمل: بالنسبة للأحمال المقاومة، يجب أن يكون مساوياً للتيار المقنن؛ وللأحمال المحركة، يجب أن يكون أكبر قليلاً من التيار المقنن. يتم اختيار جهد اللفيفة الجاذبة وفقاً لتعقيد دائرة التحكم: يمكن اختيار 380 فولت أو 220 فولت للدوائر البسيطة، و36 فولت أو 110 فولت للدوائر المعقدة. يجب أن يلبي عدد وأنواع التلامس المعايير الأساسية للدائرة التحكم.

2.2 تركيب وصيانة محولات التلامس البديلة

للتفتيش قبل التركيب، يجب التأكد من أن البيانات التقنية لمحول التلامس (مثل الجهد المقنن، والتيار، وتواتر التشغيل، وما إلى ذلك) تتوافق مع المعايير، وفحص ما إذا كانت المظهر مكسور والحركة مرنة، وقياس قيمة المقاومة المباشرة ومقاومة العزل لللفيفة. يجب أن يكون موقع التركيب عموديًا، مع ميل لا يتجاوز 5 درجات، وأن يكون الجانب ذي فتحات التبريد متجهًا إلى الاتجاه العمودي. أثناء التركيب والتوصيل، يجب منع سقوط أجزاء مثل البراغي والغسالات والأطراف، والتي قد تؤدي إلى انسداد أو قصر محول التلامس البديل.

بعد التركيب، يجب التأكد من صحة التوصيل. دون تغذية التلامس الرئيسية بالطاقة، قم بتغذية وقطع محول التلامس عدة مرات للتحقق من حركة التلامس الرئيسية وما إذا كان هناك ضوضاء بعد سحب الحديد القلبي. يمكن استخدامه فقط إذا لم يكن هناك أي خطأ. لا يُسمح بتوصيل محول التلامس البديل بقوة مستمرة، وإلا سيتم حرق اللفيفة.

3 الأعطال الشائعة وطرق الصيانة لمحولات التلامس البديلة

3.1 أعطال التلامس الرئيسية

3.1.1 الشرار القوي عند لحظة توصيل وفصل التلامس الرئيسية المتحركة والسكونية

عندما يعمل الحمل بشكل طبيعي، يحدث الشرار عند لحظة توصيل وفصل التلامس. يشكل سطح التلامس ثقوبًا غير منتظمة صغيرة بسبب درجة الحرارة العالية للقوس الكهربائي، مما يؤدي إلى تقليل مساحة التلامس، وزيادة التيار، والشرار القوي. لتصحيح التلامس التالفة، يجب فحص درجة التلف على سطح التلامس؛ يمكن تصحيح التلامس فقط إذا كان سمكها أكثر من 2/3 من السمك الأصلي. عند تصحيح التلامس، ضع أولاً ورق الصنفرة الدقيق على سطح أفقي، ثم امسح التلامس التالفة على ورق الصنفرة حتى تصبح مسطحة، وتحقق من حالة التصحيح حتى يتم إزالة جميع النقاط التالفة، وأخيراً تعالج الأشواك.

3.1.2 ذوبان، حرق، وتلاصق التلامس الرئيسية المتحركة والسكونية

تشمل الأسباب الرئيسية لذوبان، حرق، وتلاصق التلامس الرئيسية المتحركة والسكونية حدوث قصر في الحمل، أو قصر في الدائرة الرئيسية، أو انخفاض في ممانعة الحمل. من بينها، حدوث قصر في الدائرة الرئيسية والدائرة الرئيسية في الوقت نفسه هو العامل الرئيسي. بسبب الحاجة للعمل، يتراوح تواتر تشغيل محول التلامس البديل من المنخفض إلى العالي؛ أثناء التوصيل والفصل المتكرر للتلامس، ترتفع درجة حرارة السطح، وتحت تأثير القوس الكهربائي، ستحدث التلامس الرئيسية المتحركة والسكونية ذوبانًا، حرقًا، وتلاصقًا في النهاية.

هناك عادةً طريقتان للعلاج: الأولى هي استبدال محول التلامس البديل بواحد بجهد وتيار أعلى؛ الثانية هي تصحيح محول التلامس البديل: استبدال التلامس بنفس المواصفات، تنظيف الرواسب الكربونية حول التلامس المتحركة والسكونية، وما إلى ذلك، وربط أجهزة إخماد القوس الكهربائي R-C بالتوازي مع كل من الثلاثة أزواج من التلامس الرئيسية.

3.2 أعطال التلامس المساعدة

3.2.1 مقاومة التلامس المرتفعة للتلامس المساعدة المتحركة والسكونية

ستؤدي مقاومة التلامس المرتفعة للتلامس المساعدة المتحركة والسكونية إلى زيادة ممانعة الحلقة في دائرة التحكم وانخفاض الجهد. هناك سببين رئيسيين لهذا الظاهرة: الأول هو تراكم كمية كبيرة من الزيوت والأوساخ على التلامس؛ الثاني هو تكوين طبقة أكسيد على سطح التلامس. بناءً على آلية الحماية من انخفاض الجهد لمحول التلامس البديل، عندما يكون الجهد عبر لفيفة محول التلامس البديل أقل من 85٪ من الجهد المقنن، ستتوقف دائرة التحكم عن العمل. الحل هو إخراج التلامس، ومسحها بقطعة قماش نظيفة، ومعالجة سطح التلامس بلطف باستخدام ورق الصنفرة الدقيق.

3.2.2 الشرار القوي عند لحظة توصيل وفصل التلامس المساعدة المتحركة والسكونية

قد تكون الأسباب الرئيسية لهذا العطل هي حدوث قصر في الدائرة الخاضعة للتحكم، أو انخفاض قيمة ممانعة المكونات المستهلكة للطاقة في دائرة التحكم، وما إلى ذلك.

3.3 أعطال اللفيفة

3.3.1 انقطاع اللفيفة

سيؤدي انقطاع اللفيفة لمحول التلامس البديل إلى عدم عمل دائرة التحكم. هذه الظاهرة نادرة نسبياً، وهي عادةً ناتجة عن مشاكل في جودة محول التلامس أو التركيب غير الصحيح أثناء التجميع.

3.3.2 قصر اللفيفة

سيؤدي قصر اللفيفة لمحول التلامس البديل إلى انفجار مفتاح التأمين لحماية القصر في دائرة التحكم. حالة شائعة لقصور اللفيفة هي أن الجهد البديل المطبق عبر اللفيفة ليس 0.85-1.05 مرة الجهد المقنن؛ التشغيل الطويل الأمد لللفيفة تحت جهد منخفض أو عالٍ قد يؤدي إلى قصر. يجب استبدال اللفيفة التالفة لمحول التلامس البديل؛ عند استبدال اللفيفة، يجب الانتباه إلى حجم اللفيفة، والجهد المقنن، ومواصفات محول التلامس البديل.

3.4 أعطال سطوح التلامس للحديد القلبي المتحرك والسكوني

3.4.1 تلاصق سطوح التلامس للحديد القلبي المتحرك والسكوني

السبب الرئيسي لهذا العطل هو وجود زيوت على سطوح التلامس للحديد القلبي المتحرك والسكوني. بعد الضغط على زر التشغيل، يعمل المحرك بشكل طبيعي، ولكن عند الضغط على زر الإيقاف، تفقد اللفيفة لمحول التلامس البديل الطاقة، ولا تعود التلامس إلى حالتها الأصلية، ويستمر المحرك في العمل. بعد رفع اليد عن زر الإيقاف، تظل اللفيفة مشحونة، ويستمر المحرك في العمل. الطريقة العلاجية هي تنظيف سطوح التلامس للحديد القلبي المتحرك والسكوني.

3.4.2 الضوضاء العالية من الحديد القلبي

الأسباب الرئيسية للضوضاء العالية من الحديد القلبي هي انقطاع حلقة القصر، أو تآكل كبير على سطوح التلامس للحديد القلبي المتحرك والسكوني. في حالة التآكل الكبير، يمكن استخدام ورق الصنفرة الدقيق لمعالجة سطح التلامس. إذا كان حلقة القصر مكسورة، يتم عادة استبدال الحديد القلبي لإصلاح العطل.

4 الخاتمة

الاستخدام الصحيح، وتشخيص الأعطال، ومهارات الصيانة لمحولات التلامس البديلة أمر حاسم لعمل أنظمة التحكم الكهربائية بشكل مستقر. من أجل تحسين كفاءة خدمة محولات التلامس البديلة وتمديد عمرها العملي، يجب إصلاح الأعطال الشائعة في الوقت المناسب لتقليل معدل الفشل أثناء الإنتاج.