كيفية التحكم في سرعة محرك التيار المتردد

يكمن جوهر التحكم في سرعة محرك التيار المتردد في ضبط معلمات الإدخال الرئيسية للمحرك، مثل الجهد، والتردد، والتيار، أو المجال المغناطيسي، بناءً على نوع المحرك (محرك غير متزامن/محرك متزامن) وظروف الاستخدام (مثل دقة تنظيم السرعة، والتكلفة، واستهلاك الطاقة). فيما يلي تحليل مفصل لطرق التحكم الشائعة، مُصنفة حسب النضج التقني ونطاق التطبيق:

1. تنظيم السرعة بناءً على "تنسيق الجهد والتردد" (السائد في المحركات غير المتزامنة)

صيغة سرعة المحرك غير المتزامن هي: ن = 60ف(1-س)/ص (حيث f = تردد مصدر الطاقة، s = نسبة الانزلاق، p = عدد أزواج أقطاب المحرك). من خلال الضبط المتزامن لـ "التردد f" و"جهد الجزء الثابت U"، يُمكن تحقيق تنظيم واسع النطاق للسرعة مع انخفاض الفقد، مما يجعله الحل الأكثر شيوعًا في الصناعة.

1. تنظيم سرعة التردد المتغير (VVVF، الجهد المتغير والتردد المتغير)

مبدأ:تحويل طاقة التيار المتردد ذات التردد الصناعي (على سبيل المثال، 220 فولت/50 هرتز، 380 فولت/50 هرتز) إلى طاقة تيار متردد ذات "جهد وتردد قابلين للتعديل" من خلال "محول تردد" لتلبية متطلبات المحرك لسرعات مختلفة (زيادة التردد تؤدي إلى زيادة السرعة، والعكس صحيح).
المنطق الرئيسيعند تثبيت معاوقة الجزء الثابت للمحرك، يجب أن تبقى نسبة U/f ثابتة. وإلا، سيؤدي ذلك إلى تشبع أو نقص في التدفق المغناطيسي، مما يؤدي إلى احتراق المحرك أو انخفاض عزم الدوران. لذلك، يجب على محول التردد تنسيق الجهد والتردد آنيًا.
تصنيف:
- التحكم القياسي: يتحكم فقط في سعة الجهد والتردد. يتميز ببنية بسيطة وتكلفة منخفضة، وهو مناسب للحالات التي تتطلب دقة تنظيم السرعة بشكل منخفض، مثل المراوح ومضخات المياه (مثل الوحدات الخارجية لمكيفات الهواء المنزلية).
- مكافحة النواقل:يقوم بتحليل تيار المحرك إلى "تيار الإثارة" و"تيار عزم الدوران"، ويتحكم فيهما بدقة على التوالي لتحقيق استجابة ديناميكية عالية مماثلة لتلك الخاصة بمحركات التيار المستمر (على سبيل المثال، أدوات الآلات ذات التحكم الرقمي، وآلات الجر للمصاعد).
- التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC): يتخطى تحليل التيار ويتحكم مباشرةً في عزم دوران المحرك وارتباط التدفق. يتميز بسرعة استجابة أعلى، وهو مناسب للاستخدامات عالية الديناميكية، مثل مصانع الدرفلة وأنظمة السيرفو.
المزايا: نطاق واسع لتنظيم السرعة (من 0 إلى السرعة المقدرة، حتى تجاوز السرعة المقدرة)، وكفاءة عالية (قريبة من الكفاءة المقدرة)، وعزم دوران مستقر.
العيوب:التكلفة العالية لمحول التردد؛ قد يحدث تداخل توافقي عند الترددات العالية (يجب إضافة مرشح).

2. تنظيم سرعة التشغيل الناعم (تنظيم السرعة المساعد، تنظيم السرعة المتقطع)

مبدأ: زد جهد الجزء الثابت للمحرك تدريجيًا عبر الثايرستور (SCR) لتحقيق "بدء تشغيل سلس" وتجنب تأثير تيار كبير أثناء التشغيل. تدعم بعض أجهزة بدء التشغيل الناعمة "تنظيم السرعة من خلال تنظيم الجهد" (تقليل نسبة الانزلاق عن طريق خفض الجهد لتقليل السرعة بشكل غير مباشر).
طلب: ينطبق فقط على "مرحلة بدء التشغيل" أو "خفض السرعة قصير المدى وبدقة منخفضة" (مثل تنظيم سرعة سيور النقل ذات الحمل الخفيف). لا يُمكن تحقيق تنظيم مستمر للسرعة على نطاق واسع (فانخفاض الجهد بشكل مفرط سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك).
المزايا:تكلفة أقل من محولات التردد؛ وظائف حماية كاملة (التيار الزائد، الحمل الزائد).
العيوب: نطاق تنظيم السرعة ضيق (عادةً ما يمكن تخفيضه إلى 70% فقط من السرعة المقدرة)؛ عامل قدرة منخفض عند السرعات المنخفضة.

ثانيًا: تنظيم السرعة بناءً على "ضبط زوج الأقطاب" (تنظيم سرعة الأقطاب المتغيرة)

مبدأ:وفقًا لصيغة سرعة المحرك غير المتزامن ن = 60ف(1-س)/صتتغير السرعة المتزامنة للمحرك مباشرةً بتغيير "عدد أزواج الأقطاب p" في لفّ الجزء الثابت (مثلاً: قطبان → أربعة أقطاب). عند تردد 50 هرتز، تبلغ السرعة المتزامنة للمحرك ثنائي القطب 3000 دورة في الدقيقة، وللمحرك رباعي الأقطاب 1500 دورة في الدقيقة.
طريقة التنفيذ:تغيير الاتجاه الحالي للملف من خلال "مفتاح التبديل" (على سبيل المثال، التبديل النجمي-الدلتي، التبديل النجمي المزدوج) للملف المحرك، وبالتالي تغيير عدد أزواج الأقطاب.
طلبينطبق فقط على سيناريوهات "التنظيم التدريجي للسرعة" (مثل مكابس الثقب، والضواغط، والمراوح). يجب تصميم المحرك لدعم أزواج أقطاب متعددة (مثل محركات ثنائية السرعة بأربعة أقطاب أو أربعة أقطاب أو ستة أقطاب).
المزايا:هيكل بسيط، وتكلفة منخفضة، وتشغيل موثوق به، وعدم فقدان الكفاءة أثناء تنظيم السرعة.
العيوب:لا يمكن تحقيق تنظيم السرعة "ذات الترس الثابت" إلا (على سبيل المثال، 2 تروس، 3 تروس)؛ ولا يمكن تحقيق تنظيم السرعة المستمر والسلس.

ثالثًا. تنظيم السرعة بناءً على "ضبط نسبة الانزلاق" (في حالات انخفاض الدقة وانخفاض القدرة)

يتم تنظيم السرعة بتغيير "نسبة انزلاق المحرك" (معدل الفرق بين السرعة الفعلية والسرعة المتزامنة). وهو مناسب للمحركات ذات متطلبات الدقة المنخفضة والقدرة المنخفضة (مثل المراوح المنزلية، والناقلات الصغيرة).

1. تنظيم جهد الجزء الثابت وتنظيم السرعة

مبدأ: يُخفَّض جهد الجزء الثابت U باستخدام مُنظِّم جهد (مثل مُحوِّل ذاتي، أو دائرة تنظيم جهد الثايرستور)، مما يُخفِّض عزم دوران المحرك T (T يتناسب طرديًا مع U²). عند ثبات عزم الحمل، تزداد نسبة الانزلاق s، وتنخفض السرعة الفعلية.
المزايا:دائرة بسيطة وتكلفة منخفضة للغاية.
العيوب: نطاق تنظيم السرعة الضيق (يمكن تحقيق خفض السرعة بنسبة 10% - 30% فقط)؛ تسخين شديد للمحرك عند السرعات المنخفضة (فقدان كبير لقوة الانزلاق) وعزم دوران غير كافٍ.

2. تنظيم سرعة مقاومة الدوار المتسلسلة (ينطبق فقط على المحركات غير المتزامنة ذات الدوار الملفوف)

مبدأيمكن توصيل لفّات الدوار في محرك غير متزامن ذي دوار ملفوف بمقاوم خارجي. بزيادة مقاومة دائرة الدوار R2، تزداد نسبة الانزلاق s (s تتناسب طرديًا مع R2)، مما يقلل السرعة الفعلية (تبقى السرعة المتزامنة ثابتة، وزيادة الانزلاق تؤدي إلى انخفاض السرعة الفعلية).
طلبمناسب لحالات "تنظيم السرعة على المدى القصير" أو "تنظيم سرعة بدء التشغيل" (مثل الرافعات والونشات). يجب أن يكون مزودًا بـ "مقاوم دوار" لضبط قيمة المقاومة يدويًا أو تلقائيًا.
المزايا:هيكل بسيط، وتكلفة منخفضة، وعزم دوران مستقر أثناء تنظيم السرعة (عزم بدء كبير).
العيوب:خسارة كبيرة في مقاومة الدوار عند السرعات المنخفضة (يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية)، وكفاءة منخفضة، ودقة ضعيفة في تنظيم السرعة (تروس ذات مقاومة محدودة).