يتم استخدام العاكسات ، المعروفة أيضًا باسم محركات التردد المتغيرة (VFDs) ، على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية للتحكم في سرعة المحركات. وهي مصممة لتلبية خصائص الحمل المحددة لآلات الإنتاج ، مثل نطاق السرعة المطلوب ، ودقة السرعة الثابتة ، وعزم الدوران. تعمل المحولات المستخدمة بشكل شائع باستخدام طريقة التحكم V/F (الجهد/التردد) أو طريقة التحكم في المتجه. عادةً ما تدفع هذه المحولات المحركات التي تسيطر عليها التردد ، والتي تختلف عن المحركات القياسية بسبب قدرتها على العمل على نطاق واسع من الترددات.

بالنظر إلى هذه المرونة ، قد يتساءل الكثيرون عما إذا كانت عملية التردد المنخفض على المدى الطويل قد تسبب أي ضرر للعاكس نفسه. الجواب ليس واضحا تماما. في حين أن عملية التردد المنخفض على المدى الطويل يمكن أن تكون ضارة في ظل ظروف معينة ، مثل سوء التهوية أو التثبيت غير الكافي ، فإنه ليس خطيرًا بطبيعته إذا تم اتخاذ الاحتياطات المناسبة.

فهم السيطرة V/F.

لفهم تأثيرات التشغيل منخفض التردد بشكل أفضل على العاكس ، من المفيد أن ننظر إلى كيفية التحكم في سرعة المحرك عادةً. طريقة التحكم V/F ، واحدة من أكثر تقنيات التحكم شيوعًا ، تقوم في وقت واحد بضبط الجهد والتردد المقدم إلى المحرك للحفاظ على ثابت التدفق المغناطيسي للمحرك. هذا يضمن أنه ، ضمن نطاق سرعة واسع ، تظل كفاءة المحرك وعامل الطاقة مستقرة نسبيًا.

يعمل التحكم V/F ، المعروف أيضًا باسم التحكم في الجهد إلى التردد ، من خلال الحفاظ على نسبة ثابتة بين الجهد (V) والتردد (F). تحتوي هذه الطريقة على العديد من المزايا ، بما في ذلك بنية دائرة التحكم البسيطة نسبيًا ، وتكاليف أقل ، وصياغة ميكانيكية جيدة بشكل معقول. هذا يجعلها مناسبة للتحكم السلس للسرعة في معظم التطبيقات للأغراض العامة.

في التحكم V/F ، مع زيادة تردد إخراج العاكس من 0 هرتز إلى التردد الأساسي (عادةً 50 هرتز أو 60 هرتز ، اعتمادًا على المنطقة) ، يزداد جهد الخرج بالتناسب من 0 فولت إلى جهد الخرج الأقصى. هذه العلاقة بين التردد والجهد تشكل ما يعرف باسم منحنى V/F الأساسي.

يتم تطبيق خاصية V/F على نطاق واسع في الإعدادات الصناعية. على سبيل المثال ، عندما يزداد تردد إخراج العاكس من 0 هرتز إلى 50 هرتز ، يرتفع جهد الخرج بالمثل من 0 فولت إلى 380 فولت (أو 480 فولت ، اعتمادًا على تصنيف الجهد). الميزة الأساسية لهذا النهج هي أنه يسمح للمحرك بالعمل بكفاءة عبر نطاق سرعة واسع دون انخفاض كبير في الأداء.

معلمات V/F ودورها في التشغيل

أحد الجوانب الرئيسية لعنصر التحكم في V/F هو إعدادات المعلمة المستخدمة لضبط أداء العاكس. تتضمن هذه المعلمات FL (حد التردد المنخفض) ، FH (حد التردد العلوي) ، FB (التردد الأساسي) ، و FMAX (الحد الأقصى للتردد). على سبيل المثال ، قد يكون للعاكس V/F نموذجي نطاق تردد يتراوح بين 50 هرتز إلى 500 هرتز ، وتردد أساسي قدره 50 هرتز ، وجهد إخراج أقصى قدره 480 فولت.

تضمن هذه الإعدادات أن العاكس يمكنه العمل بفعالية عبر مجموعة واسعة من السرعات والأحمال. ومع ذلك ، فإنها تحتاج أيضًا إلى تعديلها بعناية وفقًا للخصائص المحددة للحمل الذي يتم قيادته. قد تتطلب أنواع مختلفة من الأحمال إعدادات منحنى V/F مختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تخصيص إعدادات الجهد متعدد النقاط لتناسب التطبيق المحدد. قد لا تكون إعدادات المصنع الافتراضية للعاكس دائمًا مثالية لجميع المواقف ، خاصة في التطبيقات الأكثر تخصصًا.

آثار عملية التردد منخفضة الأجل على المدى الطويل

على الرغم من أن طريقة التحكم V/F تنوع للغاية ، إلا أن التشغيل المطول عند الترددات المنخفضة يمكن أن يكون له بعض العواقب السلبية إن لم يتم إدارته بشكل صحيح. فيما يلي نظرة فاحصة على بعض المشكلات المحتملة التي يمكن أن تنشأ من تشغيل التردد المنخفض على المدى الطويل لعاكس:

1. انخفاض كفاءة التبريد

أحد الشواغل الرئيسية مع تشغيل العاكس في ترددات منخفضة لفترات طويلة هو تقليل كفاءة التبريد. تعتمد معظم المحركات والمزولات على تداول الهواء للتبريد ، الذي يقوده مروحة مدمجة. عند الترددات المنخفضة ، تنخفض سرعة المحرك ، مما يقلل بدوره من فعالية المروحة عند تبريد المحرك. إذا لم يتلقى المحرك والعاكس تبريدًا مناسبًا ، فقد يكونون يسخنون ، مما قد يؤدي إلى تدهور العزل أو فشل المكون السابق لأوانه أو حتى انهيار كامل للمحرك أو العاكس.

2. زيادة الضغط الحراري

يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمسألة التبريد هو زيادة الضغط الحراري الذي يمكن أن يحدث أثناء تشغيل التردد المنخفض. عندما يعمل العاكس بترددات منخفضة ، لا يزال يحتاج إلى توفير طاقة كافية للمحرك. ومع ذلك ، نظرًا لأن سرعة المحرك أقل ، فقد لا تكون قادرة على تبديد الحرارة بكفاءة كما هو الحال في سرعات أعلى. يمكن أن يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعية في كل من المحرك والعاكس ، وخاصة في مناطق مثل اللفات ، أشباه الموصلات ، وغيرها من المكونات الحساسة للحرارة. بمرور الوقت ، يمكن لهذا الإجهاد الحراري تقصير عمر المعدات.

3. التأثير على عزم الدوران

في الترددات المنخفضة ، يمكن أن تتأثر خصائص عزم دوران المحرك. في التحكم V/F ، يقوم العاكس بضبط الجهد والتردد بشكل متناسب للحفاظ على تدفق ثابت في المحرك. ومع ذلك ، في الترددات المنخفضة للغاية ، قد يكون من الصعب الحفاظ على عزم الدوران الكافي ، خاصة في التطبيقات التي تتطلب عزم دوران مرتفع أو عزم دوران بسرعات منخفضة. إذا أصبح عزم الدوران منخفضًا جدًا ، فقد يؤدي ذلك إلى انخفاض الأداء أو الانزلاق أو عدم القدرة على بدء تشغيل المحرك تحت الحمل. هذا يمثل مشكلة خاصة في التطبيقات التي يلزم فيها التحكم الدقيق في سرعة المحرك وعزم الدوران.

4. إمكانية زيادة التوافقيات

هناك مشكلة محتملة أخرى مع عملية التردد المنخفض على المدى الطويل وهي زيادة خطر التشويه التوافقي. في الترددات المنخفضة ، قد يولد العاكس المزيد من الضوضاء الكهربائية أو التوافقيات ، والتي يمكن أن تتداخل مع المعدات الأخرى أو تسبب مشكلات في الأداء في المحرك نفسه. يمكن أن تؤدي التوافقيات إلى الاهتزاز المفرط والضوضاء وتوليد الحرارة في المحرك ، مما يساهم بشكل أكبر في البلى بمرور الوقت.

5. البلى الميكانيكية والدموع

التآكل الميكانيكي هو مصدر قلق آخر عند تشغيل المحركات بترددات منخفضة لفترات طويلة. في السرعات المنخفضة ، قد تواجه المكونات الميكانيكية مثل المحامل والتروس مشكلات غير متساوية في التحميل أو التشحيم. هذا يمكن أن يؤدي إلى زيادة الاحتكاك والارتداء والفشل الميكانيكي في نهاية المطاف. تعتبر التزييت المناسبة والصيانة المنتظمة ضرورية للتخفيف من هذه المخاطر.

تخفيف مخاطر عملية التردد المنخفض

على الرغم من هذه المشكلات المحتملة ، من الممكن تشغيل العاكس بأمان بترددات منخفضة لفترات طويلة إذا تم اتخاذ بعض الاحتياطات. فيما يلي بعض الاستراتيجيات لتقليل المخاطر المرتبطة بعملية التردد المنخفض على المدى الطويل:

1. تحسين التهوية والتبريد

واحدة من أهم الخطوات هي التأكد من تبريد العاكس والمحرك بشكل كاف. قد يتضمن ذلك تحسين التهوية في بيئة التثبيت ، أو باستخدام المعجبين الخارجيين أو الأحواض الحرارية ، أو ترقية نظام التبريد في المحرك نفسه. في بعض الحالات ، قد يكون من الضروري استخدام محرك مصمم خصيصًا للتشغيل منخفض السرعة ، والذي يتضمن آليات تبريد محسّنة.

2. ضبط معلمات V/F

يمكن أن يساعد التعديل الدقيق لمعلمات V/F في تخفيف بعض المشكلات المرتبطة بتشغيل التردد المنخفض. على سبيل المثال ، يمكن أن تساعد زيادة الجهد قليلاً في الترددات المنخفضة في الحفاظ على عزم الدوران الكافي وتقليل الإجهاد الحراري على المحرك. من المهم أيضًا تخصيص منحنى V/F لخصائص الحمل المحددة والتأكد من تحسين إعدادات الجهد متعدد النقاط للتطبيق.

3. المراقبة والصيانة

تعد المراقبة والصيانة المنتظمة ضرورية لضمان الموثوقية طويلة الأجل للعاكس والمحرك. ويشمل ذلك التحقق من علامات ارتفاع درجة الحرارة ، أو الاهتزاز المفرط ، أو التشويه التوافقي ، وكذلك ضمان تزييت المكونات الميكانيكية بشكل صحيح وفي حالة عمل جيدة. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون من الضروري ضبط إعدادات V/F بشكل دوري بناءً على ظروف التشغيل وأداء النظام.

4. باستخدام التحكم في المتجه

بالنسبة للتطبيقات التي تكون هناك حاجة إلى التحكم الدقيق في السرعة وعزم الدوران ، قد يكون من المفيد استخدام العاكس مع التحكم في المتجه بدلاً من التحكم V/F. يوفر التحكم في المتجه تنظيمًا أكثر دقة لعزم الدوران والسرعة ، خاصة في الترددات المنخفضة. يمكن أن يساعد ذلك في منع مشكلات مثل عدم استقرار عزم الدوران أو تقليل كفاءة التبريد ، مما يجعلها حلاً أكثر قوة لتشغيل التردد المنخفض على المدى الطويل.

خاتمة

في الختام ، على الرغم من أن عملية التردد المنخفض على المدى الطويل يمكن أن تشكل بعض التحديات للمحولات والمحركات ، إلا أن هذه التحديات يمكن إدارتها بفعالية مع الاحتياطات المناسبة. يعد ضمان التبريد الكافي ، وتعديل المعلمات V/F بعناية ، ومراقبة النظام بانتظام خطوات رئيسية في منع الأضرار المحتملة. في بعض التطبيقات ، قد يوفر التحول إلى التحكم في المتجهات مزايا إضافية.

في النهاية ، لا يمكن التغلب على المخاطر المرتبطة بتشغيل التردد المنخفض ، لكنها تتطلب دراسة متأنية وإدارة استباقية لضمان الموثوقية وكفاءة نظام العاكس على المدى الطويل.