المكثفات الحرارية لحماية المحركات من التحميل الزائد: المبادئ والاختيار والتطبيق
في أنظمة التحكم في المحركات، تستخدم المقاومات القصوى أساساً للحماية من قصر الدائرة. ومع ذلك، لا يمكنها حماية المحرك من التسخين الناتج عن التحميل الزائد المستمر أو التشغيل المتكرر للأمام والخلف أو التشغيل بجهد منخفض. حالياً، يتم استخدام المكثفات الحرارية على نطاق واسع لحماية المحركات من التحميل الزائد. المكثف الحراري هو جهاز حماية يعمل بناءً على التأثير الحراري للتيار الكهربائي، وهو نوع من أنواع مكثفات التيار. يعمل هذا الجهاز بتوليد حرارة عبر التيار الذي يتدفق في عنصر التسخين الخاص به، مما يؤدي إلى تشوه الشريط ثنائي المعدن (المكون من معدنين لهما معاملات تمدد مختلفة). عندما يصل التشوه إلى حد معين، ينشط آلية الربط، مما يفتح دائرة التحكم. وهذا يفصل الكونتاكتور ويقطع الدائرة الرئيسية، مما يحمي المحرك من التحميل الزائد.
تُصنف المكثفات الحرارية حسب عدد عناصر التسخين: ثنائية القطب وثلاثية القطب. تنقسم المكثفات ثلاثية الأقطاب إلى نماذج مع وبدون حماية فقدان المرحلة. تتضمن السلسلة الشائعة JR0 وJR9 وJR14 وJR16. عادة ما يكون خصائص التيار الزمني (خاصية الأمبير-الثانية) للمكثفات الحرارية ذات سلوك عكسي يتطابق مع منحنى الحمل الزائد المسموح به للمحرك: كلما زاد التيار الزائد، قل وقت القطع؛ وبالعكس، كلما قل التيار الزائد، ازداد وقت القطع. عند اختيار صحيح، يمكن للمكثف أن يقطع قبل أن يصل المحرك إلى حدوده الحرارية، مما يستخدم قدرة المحرك على تحمل الحمل الزائد بشكل كامل ويمنع التلف.
بسبب حجمها الصغير وبنيتها البسيطة وتكلفتها المنخفضة، تستخدم المكثفات الحرارية بشكل واسع في التطبيقات الصناعية لحماية المحركات.
I. حماية المحركات بواسطة المكثفات الحرارية
تحدد طريقة ربط ملفات المحرك الثابتة خصائص التحميل الزائد والفقدان الطوري، والتي بدورها تحدد نوع المكثف الحراري المناسب.
الربط النجمي (Y) لملفات المحرك الثابتة
في الربط النجمي، يساوي التيار الخطي التيار الطوري. أثناء تحميل المحرك الزائد، يزداد عادة التيار في الثلاث مراحل. عندما يكون الجهد الثلاثي متوازنًا والتيارات في المحرك متناظرة، يمكن لمكثف حراري ثنائي القطب أن يحمي المحرك الثلاثي الفاز بشكل فعال. ومع ذلك، إذا كان الجهد الثلاثي غير متوازن بشدة (مثل 4% عدم توازن في الجهد يمكن أن يتسبب في عدم توازن في التيار بنسبة تصل إلى 25%)، أو إذا حدث قصر دارة أحادي الفاز حيث لا يمر التيار المعيب عبر عنصر التسخين، قد يفشل المكثف الثنائي القطب في توفير الحماية الكافية. في هذه الحالات، يجب استخدام مكثف حراري ثلاثي القطب.
الربط المثلثي (Δ) لملفات المحرك الثابتة
في حالة التشغيل العادي، يساوي التيار الخطي (I) 0.58 × التيار الطوري (Iφ)، والتيار الطوري Iφ = 0.58 × التيار الخطي I. عندما يفقد أحد مراحل التغذية (مثل انفجار مقاومة واحدة)، كما هو موضح في الشكل 1 (مع فتح مرحلة B)، بسبب المقاومة المتساوية للملفات، Ic = Ia + Ib = 1.5Iφ، وIb = (2/3)Ic. هذا يظهر أن التيار الخطي لم يعد يعكس بدقة التيار الطوري، وبالتالي فإن استخدام التيار الخطي للحماية لا يكشف عن التحميل الزائد الحقيقي للملفات.
عند حدوث فقدان المرحلة تحت الحمل الكامل، Ia = 0.58Ie، Ib = 1.16Ie—هذا التيار الزائد كافٍ لتشغيل مكثف حراري ثلاثي القطب قياسي. ومع ذلك، تحت 64% من الحمل المقنن مع فقدان المرحلة، Ia = 0.37Ie، Ib = 0.75Ie. التيار الزائد بسبب فقدان المرحلة أقل من 20%، لذا قد لا يشغل المكثف الحراري الثلاثي القطب القياسي، ولكن أحد المراحل يحمل أكثر من 58% من التيار الطبيعي، مما يعرض المحرك لخطر الاحتراق. لذلك، بالنسبة للمحركات المرتبطة بالمثلث، لا يمكن لمكثفات حرارية ثلاثية الأقطاب قياسية توفير حماية فعالة؛ يجب استخدام مكثفات حرارية ذات حماية ضد فقدان المرحلة.
عندما ينكسر أحد ملفات المحرك الثابت (مثل اتصال فضفاض بين أسلاك ملف التوصيل والطرف، مثل فتح بين A وB، كما هو موضح في الشكل 2)، ثم Ia = Ic = Iφ، وIb = Iφ. هنا، يساوي أحد التيار الخطي التيار الطوري، كما في التشغيل العادي. في هذه الحالة، لا يزال بإمكان مكثف حراري ذو حماية ضد فقدان المرحلة تقديم الحماية، بينما ستفشل أجهزة حماية فقدان المرحلة التي تعتمد على اكتشاف فقدان المرحلة على الجانب المغذي في العمل.
II. اختيار المكثفات الحرارية
رغم أن اختيار واستخدام المكثفات الحرارية بشكل صحيح هو موضوع معروف، إلا أن حوادث الاحتراق الناتجة عن الاختيار والاستخدام غير الصحيح لا تزال تحدث بشكل متكرر. لذا، يجب على المبتدئين الانتباه للنقاط التالية بالإضافة إلى اتباع الإرشادات القياسية:
فهم النموذج والمواصفات والخصائص للمحرك المراد حمايته.
اختيار النوع: في المناطق الريفية التي تواجه توازن جهد ثلاثي غير مستقر بشكل متكرر، استخدم مكثفات حرارية ثلاثية الأقطاب قياسية للمحركات المرتبطة بالنجمة، ومكثفات حرارية ذات حماية ضد فقدان المرحلة للمحركات المرتبطة بالمثلث.
اختيار التقييد الحالي: اختر التقييد الحالي للمكثف الحراري بناءً على التقييد الحالي للمحرك، ثم اختر التقييد الحالي لعنصر التسخين. يمكن العثور على نطاق التعديل لتيار ضبط عنصر التسخين في الجداول المقدمة من الشركة المصنعة. إذا كان تيار بدء المحرك حوالي 6 أضعاف التقييد الحالي ووقت البدء أقل من 5 ثوانٍ، ضع تيار عنصر التسخين مساوياً للتقييد الحالي للمحرك. للمحركات ذات أوقات بدء أطول أو الأحمال الصدمة أو التي لا يمكن إيقافها، ضع التيار بـ 1.1-1.15 مرة التقييد الحالي للمحرك.
مثال: محرك بقيمة تيار مقننة 30.3 أمبير، تيار بدء 6 أضعاف التقييد، وقت بدء قصير، ولا يوجد حمولة صدمة. النماذج المناسبة تشمل JR0-40 وJR0-60 أو JR16-60. باستخدام JR16-60: التقييد الحالي للمكثف 60 أمبير، نوع ثلاثي القطب. اختر عنصر تسخين بقيمة 32 أمبير، قابل للتعديل إلى حوالي 30.3 أمبير.
اختيار الأسلاك المتصلة: استخدام أسلاك سميكة جداً أو رقيقة جداً يؤثر على التبريد وبالتالي على أداء المكثف الحراري. يجب أن تكون حجم الأسلاك وفقاً لتوجيهات الشركة المصنعة أو الكتب الهندسية.
محركات ذات قدرة تحميل زائد ضعيفة أو تبريد سيء: ضع التقييد الحالي للمكثف الحراري بـ 60٪-80٪ من التقييد الحالي للمحرك.
نمط إعادة الضبط: توفر المكثفات الحرارية عادة نمط إعادة ضبط يدوي وأوتوماتيكي، يمكن التحويل بينهما عبر برغي التعديل. عادة ما يتم شحنها في وضع إعادة الضبط الأوتوماتيكي. يعتمد الخيار على دارة التحكم. كقاعدة عامة، حتى إذا تم إعادة الضبط تلقائياً، يجب ألا يقوم المحرك المحمي بإعادة التشغيل تلقائياً—خلاف ذلك، ضع المكثف في وضع إعادة الضبط اليدوي لمنع إعادة التشغيل المتكرر تحت ظروف العطل والتلف المعدات. على سبيل المثال، في دارات التشغيل والإيقاف اليدوي باستخدام الأزرار، يمكن قبول إعادة الضبط الأوتوماتيكية؛ في دارات التشغيل الأوتوماتيكية، استخدم إعادة الضبط اليدوي.
III. الاحتياطات أثناء الاستخدام
لزيادة عمر الخدمة للمكثفات الحرارية ولضمان أداء مثالي، يجب مراعاة ما يلي:
استخدام أسلاك التوصيل في مخارج المكثف الحراري بأقطار تتوافق تماماً مع المواصفات.
لا يمكن للمكثفات الحرارية توفير حماية ضد قصر الدائرة—يجب تركيب مقاومات قصوى بشكل منفصل. فهي غير مناسبة للمحركات ذات أوقات بدء طويلة جداً أو التشغيل المتكرر أو الدورات المتقطعة.
عند التركيب مع أجهزة أخرى، يجب تركيب المكثف الحراري أسفل هذه الأجهزة لتجنب التداخل الحراري. قم بتنظيف الغبار والأوساخ بانتظام.
بعد القطع، يحدث إعادة الضبط الأوتوماتيكي خلال 5 ثوانٍ؛ يحتاج إعادة الضبط اليدوي إلى الانتظار لمدة دقيقتين قبل الضغط على زر إعادة الضبط.
بعد حدوث عطل قصر دارة، تحقق من تلف عنصر التسخين ومن تشوه الشريط ثنائي المعدن (ولا تقم بثني الشريط ثنائي المعدن)، ولكن لا تقم بإزالة المكونات.
عند استبدال المكثف الحراري، تأكد من أن الجديد يتطابق مع المواصفات الأصلية.
الخاتمة
فقط من خلال اختيار صحيح وتوصيل صحيح واستخدام صحيح للمكثفات الحرارية يمكن تحقيق حماية فعالة ضد التحميل الزائد للمحركات.