نطاق تطبيق المحرك الكهربائي

من بين الأنواع المختلفة للمحركات الكهربائية، الأكثر استخدامًا هو المحرك غير المتزامن الذي يعمل بالتيار المتردد (المعروف أيضًا باسم المحرك التعريفي). فهو سهل التشغيل، وموثوق في الأداء، وفعال من حيث التكلفة-، وقوي من الناحية الهيكلية، ولكنه يتميز بعامل طاقة منخفض نسبيًا ويصعب تنظيم السرعة. بالنسبة لتطبيقات الطاقة ذات السعة العالية- والسرعة المنخفضة-، يتم استخدام المحركات المتزامنة (انظر المحرك المتزامن) بشكل شائع. لا تتمتع المحركات المتزامنة بعامل طاقة عالي فحسب، بل تحافظ أيضًا على سرعة مستقلة عن حجم الحمل، والتي يتم تحديدها فقط من خلال تردد الشبكة. أنها تعمل مع قدر أكبر من الاستقرار. في السيناريوهات التي تتطلب التحكم في السرعة على نطاق واسع-، يتم استخدام محركات التيار المستمر بشكل متكرر. ومع ذلك، فهي تتميز بمبدلات، وهياكل معقدة، وتكاليف عالية، وتحديات الصيانة، مما يجعلها غير مناسبة للبيئات القاسية. منذ سبعينيات القرن العشرين، أدت التطورات في مجال إلكترونيات الطاقة إلى نضج تقنية تنظيم سرعة محرك التيار المتردد، مما أدى إلى خفض تكاليف المعدات وتمكين اعتمادها على نطاق واسع. تشير الطاقة المقدرة للمحرك إلى الحد الأقصى من الخرج الميكانيكي الذي يمكن أن يتحمله في ظل دورات عمل محددة (وقت مستمر، أو قصير-، أو تشغيل دوري متقطع) دون ارتفاع درجة الحرارة، ويجب أن تلتزم المعلمات التشغيلية بمواصفات لوحة الاسم. أثناء التشغيل، من الضروري مطابقة خصائص الحمل مع أداء المحرك لمنع الهروب أو التوقف. تمتد المحركات الكهربائية على نطاق واسع من الطاقة، من المللي واط إلى الميغاواط. ويتميز تشغيلها والتحكم فيها بسهولة كبيرة، حيث تتميز بقدرات التشغيل الذاتي والتسارع والفرملة والرجوع إلى الخلف والثبات. عادة، تختلف طاقة خرج المحرك مع سرعة الدوران أثناء تنظيم السرعة.

يمكن للمحركات عالية الكفاءة-استبدال محركات سلسلة JO2 بمحركات غير متزامنة تعمل بالتيار المتردد من سلسلة Y دون التقيد بشكل كبير بأنواع المحركات. لذلك، يمكن استبدال جميع التطبيقات التي تتضمن محركات غير متزامنة تعمل بالتيار المتردد بمحركات من السلسلة Y. إن إمكانات السوق لمحركات سلسلة Yx محدودة بقدرتها. من حيث المبدأ، يمكن استبدال المحركات غير المتزامنة ذات التيار المتردد التي تقل عن 90 كيلو وات بمحركات سلسلة Yx عالية الكفاءة. تمثل السعة المركبة لمحركات التيار المتردد غير المتزامن التي تقل عن 90 كيلو وات حوالي 30٪ من إجمالي سعة المحرك غير المتزامن للتيار المتردد.

على مدى العقد الماضي، التزمت الحكومة الصينية بتعزيز تكنولوجيا تنظيم سرعة المحرك، والتي تم اعتمادها بدرجات متفاوتة في مختلف الصناعات. وفقًا لمسوحات العينات التي أجرتها قطاعات مثل البترول والطاقة ومواد البناء والصلب والمعادن غير الحديدية والفحم والمواد الكيميائية وصناعة الورق والمنسوجات، حققت الصناعات البترولية ومواد البناء والصناعات الكيماوية تطبيقات أفضل نسبيًا لتنظيم سرعة المحرك. من بين 400 مليون كيلووات من أحمال المحركات، يعاني ما يقرب من 50% من تقلبات الأحمال، مع إمكانية معالجة 30% من هذه التقلبات من خلال تنظيم سرعة المحرك. لذلك، وبالنظر إلى سعة السوق وحدها، هناك سوق محتمل لحوالي 60 مليون كيلووات من المحركات الخاضعة للتنظيم ذات السرعة. تجاوز إجمالي القدرة المركبة للمحركات المختلفة في الصين 400 مليون كيلووات، حيث تمثل المحركات غير المتزامنة حوالي 90%، وتشكل المحركات الصغيرة والمتوسطة الحجم حوالي 80%، والمحركات التي تحرك المراوح والمضخات والضواغط والآلات المماثلة يبلغ إجماليها حوالي 130 مليون كيلووات. تشتمل المحركات الصغيرة والمتوسطة-الآن على أكثر من 152 سلسلة و842 نوعًا وأكثر من 4000 مواصفات. في السنوات الأخيرة، قامت الإدارات ذات الصلة، مثل صناعة الآلات، بتعزيز جهود الحفاظ على طاقة المحركات بقوة، وتنظيم معاهد البحوث والمؤسسات لتصميم وتطوير مختلف-المحركات الموفرة للطاقة. تم إصدار إجراءات تنظيمية للتخلص التدريجي من 63 نموذجًا من المحركات عالية-استهلاك الطاقة-وترويج 24 نموذجًا من المحركات الموفرة للطاقة-، لتحقيق نتائج معينة. تنقسم هذه المنتجات الموفرة للطاقة- بشكل أساسي إلى فئتين: إحداهما محركات ذات كفاءة عالية-مصممة لتحسين كفاءة المحرك، والأخرى هي المحركات التي يتم تنظيم سرعتها-.

يتكون محرك DC بدون فرش من جسم المحرك ووحدة القيادة، مما يجعله منتجًا كهروميكانيكيًا نموذجيًا متكاملاً. ترتبط ملفات الجزء الثابت للمحرك في الغالب بتكوين نجمي متناظر ثلاثي الطور-، وهو مشابه جدًا لتكوين محرك غير متزامن ثلاثي الطور-. تم تجهيز الجزء الدوار للمحرك بمغناطيس ممغنط بشكل دائم. للكشف عن قطبية دوار المحرك، يتم تثبيت مستشعر موضع داخل المحرك. تتكون وحدة القيادة من أجهزة إلكترونية للطاقة ودوائر متكاملة وغيرها، وتشمل وظائفها: استقبال إشارات التشغيل والتوقف والفرامل من المحرك للتحكم في تشغيله؛ قبول إشارات مستشعر الموضع والإشارات الأمامية/الخلفية لتنظيم تبديل أنابيب الطاقة في الجسر العاكس، وبالتالي توليد عزم دوران مستمر؛ تلقي أوامر السرعة وإشارات التغذية المرتدة للتحكم في سرعة الدوران وضبطها؛ وتوفير وظائف الحماية والعرض، من بين أمور أخرى.

نظرًا لأن محركات التيار المستمر بدون فرش تعمل في وضع التحكم الذاتي، فإنها لا تتطلب ملفات تشغيل إضافية على الدوار مثل المحركات المتزامنة تحت تنظيم سرعة التردد المتغير، كما أنها لا تواجه تذبذبات أو خطوات أثناء تغيرات الحمل. بالنسبة لمحركات التيار المستمر بدون فرش ذات السعة المتوسطة والصغيرة-، يتم تصنيع المغناطيس الدائم عادةً من مواد -مغناطيسية-نادرة-من حديد النيوديميوم الأرضي (Nd-Fe-B) عالية. ونتيجة لذلك، فإن المحركات الأرضية النادرة التي لا تحتوي على فرش ذات المغناطيس الدائم هي بحجم إطار واحد أصغر من ثلاث-محركات غير متزامنة الطور لها نفس السعة. على مدى العقود الثلاثة الماضية، ركزت الأبحاث حول تنظيم سرعة التردد المتغير للمحركات غير المتزامنة بشكل أساسي على إيجاد طرق للتحكم في عزم الدوران. لا شك أن محركات-الأرضية النادرة التي تعمل بالتيار المستمر والتي لا تحتوي على فرشات ذات المغناطيس الدائم ستظهر مزايا في تنظيم السرعة نظرًا لنطاق سرعتها الواسع وحجمها الصغير وكفاءتها العالية وأدنى حد من الأخطاء في سرعة الحالة-الثابتة. محركات التيار المستمر بدون فرش، التي ترث خصائص محركات التيار المستمر المصقولة بينما تعمل أيضًا كأجهزة تحويل التردد، تُعرف أيضًا باسم محولات تردد التيار المستمر، والمصطلح المعترف به دوليًا هو BLDC. فيما يتعلق بالكفاءة التشغيلية، وعزم الدوران منخفض السرعة-، ودقة السرعة، تتفوق محركات التيار المستمر بدون فرش في الأداء على أي محول تردد مزود بتكنولوجيا التحكم، مما يجعلها جديرة باهتمام الصناعة. لقد تم تصنيع المنتج بالفعل بقدرات تتجاوز 55 كيلووات ويمكن تصميمه بقدرة تصل إلى 400 كيلووات، مما يلبي الاحتياجات الصناعية لتوفير الطاقة-وحلول المحركات عالية الأداء.