حماية المحرك: الأنواع والأعطال والأجهزة
تعتبر نظام حماية المحرك مجموعة من الأجهزة والطرق التي تحمي المحرك الكهربائي من الأعطال والأضرار المختلفة. المحرك الكهربائي هو مكون أساسي في العديد من التطبيقات الصناعية والمنزلية، بدءًا من الأجهزة الصغيرة وحتى الآلات الكبيرة. لذلك، من المهم التأكد من أن المحرك ودارة التيار الكهربائي تعمل بشكل صحيح وأمان.
في هذا المقال، سنناقش أنواع أعطال المحركات وأنواع أجهزة حماية المحرك وكيفية اختيارها وفقًا للكود الوطني للكهرباء (NEC) وخصائص المحرك.
ما هو عطل المحرك؟
يعتبر عطل المحرك حالة تسبب في تشغيل المحرك بشكل غير طبيعي أو فشله. يمكن تصنيف أعطال المحرك إلى فئتين رئيسيتين:
الأعطال الخارجية: هذه الأعطال تنشأ من شبكة التغذية الكهربائية أو الحمل المتصل بالمحرك. بعض الأمثلة على الأعطال الخارجية هي:
توتر التغذية غير المتوازن: يحدث هذا عندما تكون جهود الطور الثلاثة ليست متساوية في القيمة أو الزاوية. يمكن أن يسبب هذا تيارات سلسلة سلبية في المحرك، مما يؤدي إلى خسائر إضافية وتسخين وتقلبات في العزم.
انخفاض الجهد: يحدث هذا عندما ينخفض جهد التغذية عن القيمة المعينة للمحرك. يمكن أن يسبب هذا انخفاض العزم وتزايد التيار وارتفاع درجة حرارة المحرك.
عكس تسلسل الطور: يحدث هذا عندما يتم عكس ترتيب الطور. يمكن أن يسبب هذا دوران المحرك في الاتجاه المعاكس، مما قد يضر بالحمل أو المحرك نفسه.
فقدان التزامن: يحدث هذا عندما يفقد المحرك المتزامن قفله المغناطيسي مع تردد التغذية. يمكن أن يسبب هذا زحفًا مفرطًا وتذبذبًا واستقرارًا ضعيفًا للمحرك.
الأعطال الداخلية: هذه الأعطال تنشأ من المحرك أو الجهاز المندفع. بعض الأمثلة على الأعطال الداخلية هي:
فشل الدوار: يحدث هذا عندما يتأكل الدوار الذي يدعم محور المحرك أو يتوقف بسبب الاحتكاك أو مشاكل التشحيم أو الإجهاد الميكانيكي. يمكن أن يسبب هذا الضوضاء والاهتزاز وانحراف المحور وتوقف المحرك.
التسخين الزائد: يحدث هذا عندما تتخطى درجة حرارة المحرك حدودها الحرارية بسبب زيادة الحمل أو عدم كفاية التبريد أو الظروف البيئية أو انهيار العزل. يمكن أن يسبب هذا تدهور العزل وتلف اللفائف وتقليل كفاءة المحرك.
فشل اللفائف: يحدث هذا عندما تكون اللفائف للمحرك متصلاً قصيرًا أو مفتوحة بسبب انهيار العزل أو الإجهاد الميكانيكي أو الأعطال الخارجية. يمكن أن يسبب هذا الشرارات والدخان والحريق وفقدان العزم في المحرك.
عطل الأرض: يحدث هذا عندما يأتي أحد أطراف المحرك في اتصال بجزء متماس بالأرض من الدارة أو المعدات. يمكن أن يسبب هذا تيارات عطل عالية وتلف العزل والمعدات ومخاطر الصدمات الكهربائية المحتملة.
يمكن لأعطال المحرك أن يكون لها عواقب خطيرة على الأداء والأمان ومدة الحياة للمحرك ودارته. لذلك، من الضروري اكتشافها وحمايتها باستخدام الأجهزة والطرق المناسبة.
ما هو جهاز حماية المحرك؟
يعتبر جهاز حماية المحرك جهازًا يقوم بمراقبة وتحكم في واحد أو أكثر من معلمات المحرك أو دارته، مثل التيار والجهد والحرارة والسرعة أو العزم. الغرض من جهاز حماية المحرك هو منع أو تقليل الأضرار التي تصيب المحرك ودارته في حالة وجود عطل أو حالة غير طبيعية.
هناك أنواع مختلفة من أجهزة حماية المحركات حسب وظيفتها ومبدأها وتطبيقها. بعض الأنواع الشائعة هي:
المقاومات القابلة للانصهار: هذه الأجهزة تقوم بقطع الدارة عند مرور تيار عالي عبرها بسبب قصر الدارة أو زيادة الحمل. تتكون من شريط أو سلك معدني يذوب عند تسخينه بواسطة تيار العطل. تعتبر المقاومات القابلة للانصهار بسيطة ومنخفضة التكلفة وموثوقة توفر حماية سريعة ضد قصر الدارة. ومع ذلك، لديها بعض العيوب، مثل:
لا يمكن إعادة استخدامها ويجب استبدالها بعد كل عملية.
لا توفر حماية ضد زيادة الحمل أو انخفاض الجهد.
لا توفر إشارة أو عزل لموقع العطل.
قواطع الدائرة: هذه الأجهزة تقوم بقطع الدارة عند مرور تيار عالي عبرها بسبب قصر الدارة أو زيادة الحمل. تتكون من زوج من نقاط الاتصال التي تفتح أو تغلق بواسطة آليات كهروميكانيكية محفزة بواسطة عنصر استشعار. قواطع الدائرة أكثر تطورًا من المقاومات القابلة للانصهار حيث توفر ما يلي:
إمكانية الاستخدام مرة أخرى وإعادة الضبط بعد كل عملية.
حماية ضد زيادة الحمل وانخفاض الجهد من خلال تعديل إعدادات القطع.
إشارة والعزل لموقع العطل بواسطة التشغيل اليدوي أو التلقائي.
الملفات الحرارية: هذه الأجهزة تقوم بقطع الدارة عند مرور تيار عالي عبرها بسبب زيادة الحمل. تتكون من عنصر استشعار يقيس التيار ونقطة اتصال تفتح أو تغلق بواسطة آليات كهروميكانيكية أو إلكترونية. صممت الملفات الحرارية لحماية المحركات من التسخين الزائد وتلف العزل بسبب زيادة الحمل المستمرة أو التوتر غير المتوازن. هناك نوعان رئيسيان من الملفات الحرارية:
رد فعل أسرع وحماية أفضل ضد تيارات قصر الدارة أو الأعطال الأرضية.
مناعة ضد درجة الحرارة المحيطة ولا تحتاج إلى تعديل.
دقة أعلى وقابلية للتكرار بسبب المعالجة الرقمية.
ميزات إضافية مثل اكتشاف فقدان الطور وكشف الدوران العكسي والتواصل والتشخيص.
تكون بطيئة في الرد وقد لا توفر حماية ضد تيارات قصر الدارة أو الأعطال الأرضية.
تتأثر بدرجة الحرارة المحيطة وقد تحتاج إلى التعديل وفقًا لذلك.
تتميز بدقة محدودة وتكرار محدود بسبب التآكل الميكانيكي.
ملفات الحرارة الحرارية: هذه الأجهزة تستخدم شريط ثنائي المعدن أو عنصر تسخين لقياس ارتفاع درجة حرارة تيار المحرك. عندما يتجاوز التيار القيمة المحددة مسبقًا، ينحني العنصر الحراري أو يذوب، مما يؤدي إلى فتح أو إغلاق نقطة الاتصال. ملفات الحرارة الحرارية بسيطة ومنخفضة التكلفة وموثوقة توفر حماية زمنية عكسية، مما يعني أنها تقطع أسرع للزيادات الأعلى في الحمل. ومع ذلك، لديها بعض العيوب، مثل:
الملفات الحرارية الإلكترونية أو الرقمية: هذه الأجهزة تستخدم محول تيار أو مقاومة شونت لقياس تيار المحرك ووحدة معالجة دقيقة أو دارة ذات حالة صلبة لتحكم في نقطة الاتصال. عندما يتجاوز التيار القيمة المحددة مسبقًا، يرسل العنصر الإلكتروني إشارة لفتح أو إغلاق نقطة الاتصال. الملفات الحرارية الإلكترونية أو الرقمية أكثر تطورًا من الملفات الحرارية الحرارية حيث توفر:
أجهزة الحماية التفاضلية: هذه الأجهزة تقوم بمقارنة التيار في طرفي الدخول والخروج للمحرك أو لفائفه. عندما يتجاوز الفرق بين التيار قيمة معينة، مما يشير إلى عطل في اللفائف، تقوم الأجهزة بقطع الدارة. تعتبر أجهزة الحماية التفاضلية حساسة وموثوقة توفر حماية سريعة ضد الأعطال بين الطور والأرض في المحركات ذات الجهد المنخفض والمرتفع.
أجهزة حماية الدوران العكسي: هذه الأجهزة تقوم باكتشاف اتجاه دوران المحرك ومنعه من الدوران في الاتجاه المعاكس. يمكن أن يضر الدوران العكسي المحرك أو الحمل، خاصة في التطبيقات مثل أحزمة النقل أو المضخات أو المراوح. يمكن لأجهزة حماية الدوران العكسي استخدام طرق مختلفة لاستشعار اتجاه الدوران، مثل:
اكتشاف تسلسل الطور: يستخدم هذا الأسلوب مفتاح جهد أو مفتاح قوة لقياس تسلسل الطور لجهد التغذية. إذا تم عكس تسلسل الطور، مما يشير إلى الدوران العكسي، تقوم الأجهزة بقطع الدارة.
اكتشاف السلسلة السالبة: يستخدم هذا الأسلوب مفتاح تيار أو مفتاح قوة لقياس المكون السلبي لتيار المحرك. إذا كان المكون السلبي عاليًا، مما يشير إلى الدوران العكسي، تقوم الأجهزة بقطع الدارة.
اكتشاف السرعة: يستخدم هذا الأسلوب مستشعر سرعة أو تاشوميتر لقياس سرعة محور المحرك. إذا كانت السرعة سالبة، مما يشير إلى الدوران العكسي، تقوم الأجهزة بقطع الدارة.
كيفية اختيار أجهزة حماية المحرك؟
يعتمد اختيار أجهزة حماية المحرك على عدة عوامل، مثل:
نوع وحجم المحرك
خصائص ومواصفات المحرك
نوع وشدة الأعطال المحتملة
متطلبات NEC وغيرها من المعايير
تكلفة وتوفر الأجهزة
يوفر مادة NEC 430 قواعد وإرشادات عامة لاختيار أجهزة حماية المحرك بناءً على هذه العوامل. ومع ذلك، من المهم أيضًا استشارة توصيات ومواصفات الشركة المصنعة لكل محرك وجهاز.
بعض الخطوات العامة لاختيار أجهزة حماية المحرك هي:
تحديد التيار الكامل للأحمال (FLC) للمحرك من لوحته أو من جدول NEC 430.250 للمحركات البديلة أو جدول 430.251(B) للمحركات المباشرة.
اختيار جهاز حماية من زيادة الحمل يمكنه التعامل مع ما لا يقل عن 115٪ من FLC للمحركات ذات عامل الخدمة 1.15 أو أعلى أو بارتفاع حرارة 40°C أو أقل؛ أو 125٪ من FLC للمحركات الأخرى. يمكن أن يكون جهاز حماية من زيادة الحمل ملفًا حراريًا أو ملفًا حراريًا إلكترونيًا أو رقميًا أو جهاز حماية تفاضليًا، حسب نوع وحجم المحرك.
اختيار جهاز حماية من قصر الدارة والأعطال الأرضية يمكنه التعامل مع ما لا يقل عن 150٪ من FLC للمحركات ذات عامل الخدمة 1.15 أو أعلى أو بارتفاع حرارة 40°C أو أقل؛ أو 175٪ من FLC للمحركات الأخرى. يمكن أن يكون جهاز حماية من قصر الدارة والأعطال الأرضية مقاومة قابلة للانصهار أو قاطع دائرة، حسب نوع وحجم المحرك.
اختيار جهاز حماية من الدوران العكسي إذا لم يكن المحرك أو الحمل يمكنهما تحمل الدوران العكسي. يمكن أن يكون جهاز حماية من الدوران العكسي مفتاح تسلسل الطور أو مفتاح السلسلة السالبة أو مفتاح السرعة، حسب نوع وحجم المحرك.
اختيار أحجام الموصلات لدارة المحرك وفقًا لجدول NEC 310.15(B)(16) للتوصيل العام وجدول NEC 430.250 لفروع دارة المحرك. يجب أن يكون للموصلات قدرة على التحمل لا تقل عن 125٪ من FLC للمحركات ذات عامل الخدمة 1.15 أو أعلى أو بارتفاع حرارة 40°C أو أقل؛ أو 115٪ من FLC للمحركات الأخرى.
اختيار الأجهزة والطرق المناسبة لتحكم المحرك وبدء التشغيل وإيقاف التشغيل وتنظيم السرعة والتواصل وفقًا لنوع وتطبيق المحرك.
خاتمة
تعتبر حماية المحرك جانبًا مهمًا من الهندسة الكهربائية يضمن سلامة وكفاءة المحركات الكهربائية ودارة التيار الكهربائي. يتم اختيار أجهزة حماية المحرك بناءً على نوع وحجم المحرك، ونوع وشدة الأعطال المحتملة، ومتطلبات NEC وغيرها من المعايير، وتكلفة وتوفر الأجهزة. تشمل أجهزة حماية المحرك المقاومات القابلة للانصهار وقواطع الدائرة والملفات الحرارية وأجهزة الحماية التفاضلية وأجهزة حماية الدوران العكسي. تقوم أجهزة حماية المحرك بمراقبة وتحكم في معلمات مثل التيار والجهد والحرارة والسرعة والعزم لمنع أو تقليل الأضرار التي تصيب المحرك ودارة التيار الكهربائي في حالة وجود عطل أو حالة غير طبيعية.
بيان: احترام الأصلي، المقالات الجيدة مستحقة لمشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل للحذف.
