الفرق بين بدء التشغيل الناعم ومحرك التردد المتغير VFD

تعد محركات التردد المتغير (VFDs) والمحركات ذات البداية الناعمة أنواعًا مختلفة من أجهزة بدء المحركات، رغم أن استخدامها لمكونات الأشباه الموصلات غالبًا ما يسبب الالتباس. بينما تسمح كلتا التقنيتين ببدء وإيقاف المحركات الحثية بأمان، إلا أنها تختلف بشكل كبير في المبادئ التشغيلية والوظائف ومزايا التطبيقات.

تقوم VFDs بتنظيم الجهد والتكرار لتحكم في سرعة المحرك بشكل ديناميكي، مما يجعلها مناسبة للسيناريوهات ذات الحمل المتغير. ومع ذلك، فإن المحركات ذات البداية الناعمة تستعمل زيادة الجهد لتقليل التيار الزائد أثناء بدء التشغيل دون تعديل السرعة بعد التنشيط. هذا الاختلاف الأساسي يحدد أدوارهما: تتفوق VFDs في التطبيقات الحساسة للسرعة والفعالة من حيث الطاقة، بينما توفر المحركات ذات البداية الناعمة بدءًا مبسطًا واقتصاديًا للمحركات ذات السرعة الثابتة.

قبل الغوص في الاختلافات بين VFDs والمحركات ذات البداية الناعمة، من الضروري تعريف جهاز بدء المحرك.

جهاز بدء المحرك

يعتبر جهاز بدء المحرك جهازًا أساسيًا صمم لإطلاق وإيقاف تشغيل المحرك الحثي بأمان. خلال بدء التشغيل، يسحب المحرك الحثي تيارًا زائدًا كبيرًا - حوالي 8 مرات التيار المقنن - بسبب مقاومة اللف المنخفضة. يمكن لهذا التدفق أن يضر باللف الداخلي ويقصر عمر المحرك أو حتى يتسبب في حرقه.

تعمل أجهزة بدء المحرك على تخفيف هذا الخطر بتقليل التيار الزائد، وحماية المحرك من الإجهاد الميكانيكي (مثل الارتجاجات المفاجئة) والأضرار الكهربائية. كما تسهل إيقاف التشغيل بأمان، وتتضمن غالبًا حماية مدمجة ضد الجهد المنخفض والتيار الزائد - مما يجعلها ضرورية لتشغيل المحرك بشكل موثوق.

المحرك ذو البداية الناعمة

هو جهاز بدء محرك متخصص يحد من التيار الزائد عن طريق تقليل الجهد الممده إلى المحرك. يستخدم أشباه الموصلات الثايستورات للتحكم في الجهد:

• تكوين الثايستورات: أزواج من الثايستورات المتقابلة تدير تدفق التيار في كلا الاتجاهين.

• أنظمة ثلاثية الأطوار: تتطلب 6 ثايستورات لتقليل الجهد عبر جميع الأطوار الثلاثة في الوقت نفسه، مما يضمن بدء متوازن.

يحتوي الثايستور على ثلاثة طرفات: الأنود، الكاثود، والبوابة. يتم حجب تدفق التيار حتى يتم تطبيق نبضة جهد على البوابة، مما يثير الثايستور والسماح بمرور التيار. يتم التحكم في كمية التيار أو الجهد الذي ينظمه الثايستور عن طريق تعديل زاوية الإشعال للإشارة المرسلة إلى البوابة - هذا الآلية تقلل من التيار الزائد الممده إلى المحرك أثناء بدء التشغيل.

عند بدء تشغيل المحرك، يتم ضبط زاوية الإشعال لتزويد جهد منخفض، والذي يزداد تدريجيًا مع تسريع المحرك. عندما يصل الجهد إلى الجهد الخط، يبلغ المحرك سرعته المقننة. عادةً ما يتم استخدام مفتاح تجاوز لتزويد الجهد الخط مباشرة أثناء التشغيل العادي.

خلال إيقاف المحرك، يتم عكس العملية: يتم تقليل الجهد تدريجيًا لتباطؤ المحرك قبل قطع التيار المدخل. بما أن المحرك ذو البداية الناعمة يعدل فقط الجهد الممده أثناء بدء التشغيل وإيقافه، فإنه لا يمكنه ضبط سرعة المحرك أثناء التشغيل العادي، مما يحد استخدامه للتطبيقات ذات السرعة الثابتة.

من أهم مزايا المحركات ذات البداية الناعمة:

• عدم إنتاج التوافقيات: يلغي الحاجة إلى مرشحات التوافقيات الإضافية.

• تصميم مضغوط: مساحة أقل من VFDs بسبب عدد أقل من المكونات، مما يقلل من الكلفة الكلية.

VFD (محرك التردد المتغير)

محرك التردد المتغير (VFD) هو جهاز بدء محرك يستند إلى أشباه الموصلات يمكّن من بدء وإيقاف المحرك بأمان بالإضافة إلى توفير السيطرة الكاملة على السرعة أثناء التشغيل. على عكس المحركات ذات البداية الناعمة، تقوم VFDs بتنظيم الجهد والتكرار. بما أن سرعة المحرك الحثي مرتبطة مباشرة بالتكرار الممده، فإن VFDs تعتبر مثالية للتطبيقات التي تتطلب تعديل السرعة الديناميكي.

يتكون VFD من ثلاثة دوائر أساسية: مستقيم، مرشح DC، ومبدل. تبدأ العملية بتحويل المستقيم لجهد الخط AC إلى DC، ثم يتم تسوية الجهد بواسطة مرشح DC. يقوم دائرة المبدل بعد ذلك بتحويل الجهد DC المستقر مرة أخرى إلى AC، مع نظام التحكم المنطقي الذي يمكّن من ضبط دقيق لكل من الجهد والتكرار الخارجيين. هذا يسمح بزيادة سرعة المحرك بشكل سلس من 0 دورة في الدقيقة إلى سرعته المقننة - وحتى زيادة السرعة عن طريق زيادة التكرار - مما يوفر سيطرة شاملة على خصائص عزم السرعة للمحرك.

عن طريق تغيير التكرار الممده، يمكن لـ VFD تحقيق تعديل السرعة الديناميكي أثناء التشغيل، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب تنظيم السرعة في الوقت الفعلي. مثل المراوح التي تضبط سرعتها بناءً على درجة الحرارة وأجهزة الضخ التي تستجيب للضغط المائي الوارد. بما أن عزم المحرك يتناسب بشكل مباشر مع التيار والجهد الممده، فإن قدرة VFD على تنظيم كلا المعلمين تسمح بتحكم دقيق في العزم.

على عكس البدائل التقليدية مثل DOL (المباشر على الخط) والمحركات ذات البداية الناعمة - والتي يمكنها فقط تشغيل المحرك بسرعته الكاملة أو إيقافه - تمكن VFDs من تحسين استهلاك الطاقة من خلال السماح للمحرك بالعمل بسرعات مبرمجه. ومع ذلك، يأتي هذا التنوع مع تنازلات: تنتج VFDs توافقيات خطية، مما يتطلب مرشحات إضافية، وتعقيد دوائرها (المكونة من مستقيم، مرشحات، ومبدلات) يؤدي إلى حجم أكبر وتكلفة أعلى - عادةً ما تكون ثلاثة أضعاف تكلفة المحرك ذو البداية الناعمة.