في الصناعات الكبيرة، كصناعات الحديد والصلب والتعدين والهندسة الكيميائية، تُستخدم محركات التيار المتردد بقدرات تتراوح بين مئات الكيلوواط وميغاواط على نطاق واسع. مع ذلك، نادرًا ما تعتمد عملية بدء تشغيلها على طريقة "التشغيل بالجهد الكامل" مباشرةً؛ بل تُجهز عادةً بمُشغِّلات بدء تشغيل ناعمة. لماذا لا يمكن تشغيل هذه المحركات الكبيرة بالتيار المتردد مباشرةً كما هو الحال في المحركات المنزلية الصغيرة؟ ما الدور المحوري الذي يلعبه مُشغِّل بدء التشغيل الناعم في عملية بدء التشغيل؟
يكمن السبب الرئيسي وراء حاجة محركات التيار المتردد الصناعية الكبيرة إلى مُشغِّلات بدء التشغيل الناعم في التناقض بين خصائص بدء تشغيلها ونظام إمداد الطاقة الصناعي. تعمل مُشغِّلات بدء التشغيل الناعم على حل المخاطر المتعددة الناجمة عن بدء التشغيل بكامل الجهد من خلال ضبط معايير بدء التشغيل تدريجيًا، وهو ما يمكن تحليله من ثلاثة جوانب: المحرك نفسه، ونظام إمداد الطاقة، وعملية الإنتاج.
1. كبح تيار بدء التشغيل وحماية ملفات المحرك والعزل
يبلغ تيار بدء التشغيل (المعروف أيضًا بتيار الاندفاع) لمحرك التيار المتردد من 5 إلى 7 أضعاف تياره المقنن. وتعود هذه الخاصية إلى المبدأ الكهرومغناطيسي لحظة بدء تشغيل المحرك: فعند بدء التشغيل، لا يكون الدوار قد دار بعد، وتكون سرعة قطع ملفات الجزء الثابت للمجال المغناطيسي صفرًا، ولا يمكن توليد القوة الدافعة الكهربائية العكسية. في هذه الحالة، تعتمد الملفات فقط على مقاومتها الذاتية للحد من التيار، وعادةً ما تكون مقاومة التيار المستمر لملفات المحرك صغيرة للغاية، مما يؤدي إلى ارتفاع حاد في التيار. بالنسبة للمحركات الصغيرة (مثل محركات المراوح التي تبلغ قدرتها بضع مئات من الواط)، لن يتسبب تيار الاندفاع قصير المدى هذا في حدوث ضرر واضح. ومع ذلك، فإن أسلاك ملفات المحركات الكبيرة تكون أكثر سمكًا وتحتوي على عدد لفات أكبر، وسيؤدي تيار الاندفاع الهائل إلى توليد قوة كهربائية قوية، مما قد يتسبب في تشوه الملفات وانهيار موضعي لطبقة العزل. في الوقت نفسه، سيؤدي التأثير الحراري للتيار إلى ارتفاع درجة حرارة الملفات على الفور، مما يؤدي إلى تسريع شيخوخة العزل وتقصير عمر خدمة المحرك.
تعمل بادئات التشغيل الناعمة على زيادة الجهد المطبق على ملفات الجزء الثابت للمحرك تدريجيًا عبر مكونات إلكترونية مثل الثايرستورات و IGBTs، مما يؤدي إلى زيادة سرعة الدوار ببطء، وبالتالي توليد القوة الدافعة الكهربائية العكسية تدريجيًا. وبذلك، يتم التحكم في تيار البدء ضمن نطاق يتراوح بين 1.5 و 2.5 ضعف التيار المقنن، مما يجنب تلف هيكل المحرك والعزل الناتج عن تأثير التيار.
2. تثبيت جهد شبكة الطاقة وتجنب التأثير على تشغيل المعدات الأخرى
قد يصل تيار بدء التشغيل الكامل لمحركات التيار المتردد الصناعية الكبيرة إلى آلاف أو حتى عشرات الآلاف من الأمبيرات. يتسبب هذا التيار الهائل في انخفاض كبير في جهد خط التغذية الكهربائية. ووفقًا لقانون أوم، فإن انخفاض جهد الخط ΔU = I × R (حيث I هو تيار بدء التشغيل، وR هي مقاومة الخط). يؤدي انخفاض الجهد الكبير في فترة وجيزة إلى انخفاض مفاجئ في جهد الشبكة الكهربائية في ورشة العمل بأكملها أو حتى في منطقة المصنع. ويؤثر هذا التذبذب في الجهد بشكل خطير على المعدات الأخرى المتصلة بنفس شبكة الطاقة: فقد تتعرض الأجهزة الدقيقة لأخطاء في القياس أو تتوقف عن العمل بسبب عدم استقرار الجهد؛ ويخفت نظام الإضاءة فجأة؛ وقد تتوقف محركات أخرى بسبب عدم كفاية الجهد، مما قد يؤدي إلى احتراق ملفاتها. في البيئات الصناعية ذات الأحمال الحساسة (مثل أنظمة التحكم PLC ومحولات التردد)، قد تتسبب التقلبات الحادة في جهد الشبكة أيضًا في اضطرابات في نظام التحكم وتؤدي إلى حوادث إنتاجية.
من خلال ضبط جهد الخرج بسلاسة، يقوم جهاز التشغيل الناعم بزيادة تيار البدء ببطء، مما يقلل بشكل فعال من تأثير تيار البدء على شبكة الطاقة، والتحكم في انخفاض جهد الخط ضمن النطاق المسموح به (عادة لا يتجاوز 10٪)، وضمان استقرار جهد الشبكة والتشغيل الطبيعي للمعدات الكهربائية الأخرى.
3. تخفيف الصدمات الميكانيكية وحماية نظام النقل وعملية الإنتاج
عادةً ما تُشغّل محركات التيار المتردد الكبيرة أحمالًا ثقيلة مثل المراوح ومضخات المياه والكسارات والناقلات. أثناء بدء التشغيل بكامل الجهد، تقفز سرعة المحرك من حالة السكون إلى السرعة المقدرة بشكل فوري، مما يُحدث صدمة ميكانيكية قوية على المعدات. تؤثر هذه الصدمة على مكونات النقل مثل الوصلات والمخفضات والمحامل، مُسببةً تآكلًا شديدًا أو ارتخاءً أو حتى كسرًا لهذه المكونات، مما يزيد من تكاليف صيانة المعدات ووقت التوقف. في الوقت نفسه، تؤثر الصدمة الميكانيكية أيضًا على استقرار عملية الإنتاج: على سبيل المثال، في الإنتاج الكيميائي، قد يتسبب بدء تشغيل مضخة المياه فجأةً في زيادة مفاجئة في الضغط في خط الأنابيب، مما يؤدي إلى تمزقه أو تسرب المواد؛ وفي التعدين، قد تتسبب الصدمة الفورية للكسارة في انسداد المواد وتؤثر على كفاءة الإنتاج.
يعمل جهاز التشغيل الناعم على زيادة سرعة المحرك بسلاسة من الصفر، ويبدأ تشغيل معدات الحمل ببطء وفقًا لذلك، مما يتجنب حدوث الصدمات الميكانيكية، ويطيل عمر خدمة نظام النقل، ويضمن استمرارية واستقرار عملية الإنتاج.
ملخص
لا يُعدّ جهاز التشغيل الناعم لمحركات التيار المتردد الصناعية الكبيرة مجرد جهاز مساعد يمكن الاستغناء عنه، بل هو جهاز أساسي لحلّ التناقض بين خصائص بدء تشغيل المحرك والنظام الصناعي. فمن خلال وظائفه الرئيسية الثلاث المتمثلة في كبح تأثير التيار، وتثبيت جهد شبكة الطاقة، وتخفيف الصدمات الميكانيكية، لا يحمي هذا الجهاز التشغيل الآمن للمحرك والمعدات ذات الصلة فحسب، بل يضمن أيضًا استقرار عملية الإنتاج. وهو ضمانة مهمة للتشغيل الآمن والفعّال لمحركات التيار المتردد في البيئات الصناعية الكبيرة.




