إذا كنت تدير شركة تعتمد على مغيرات تردد التيار المتردد (وتسمى أيضًا محركات التردد المتغيرة، أو VFDs، باختصار)، فمن المحتمل أنك تعاملت مع الصداع الناتج عن ارتفاع درجة حرارة المعدات في مرحلة ما. أقوم بتوريد مغيرات تردد التيار المتردد للمصانع ومحلات التصنيع الصغيرة وحتى المنشآت التجارية منذ أكثر من 10 سنوات، وأحد الأسئلة الأكثر شيوعًا التي أتلقاها من العملاء هو: "ما مقدار التبريد الذي أحتاجه بالفعل لهذا الشيء؟" إنه ليس مجرد سؤال عابر - تخطي تبديد الحرارة الصحيح، وستشاهد فشلًا مبكرًا للأجزاء، ووقت توقف غير مخطط له، وفاتورة إصلاح أكبر بكثير مما لو كنت تخطط للتبريد مقدمًا. دعونا نحلل هذا بعبارات واضحة، بدون تحميل زائد للمصطلحات الهندسية، ونربط ما تعلمته من العمل مع كل نوع من تطبيقات المحركات المتوفرة.
أولاً، لنبدأ بالأساسيات: ما هو مغير تردد التيار المتردد، ولماذا يولد الحرارة في المقام الأول؟ إذا كنت جديدًا على هذا، يقوم مغير تردد التيار المتردد بضبط سرعة المحرك الكهربائي عن طريق تعديل تردد وجهد الطاقة المتجهة إليه. يعد هذا أكثر كفاءة من تشغيل المحرك بأقصى سرعة طوال الوقت للمهام التي لا تحتاج إليها، مثل الحزام الناقل الذي يحتاج فقط إلى نصف السرعة للأحمال الخفيفة، أو المروحة التي تتباطأ في الأيام المعتدلة. ولكن هنا تكمن المشكلة: لا يوجد جهاز كهربائي فعال بنسبة 100%. حتى أفضل مغيرات تردد التيار المتردد تفقد حوالي 2-5% من الطاقة التي تستهلكها على شكل حرارة. للسياق، إذا كان لديك محرك بقوة 10 حصان (HP) يعمل بأقصى سرعة، فإن مغير التردد سوف يسحب حوالي 7457 واط من الطاقة (بما أن 1 حصان = ~ 745.7 واط)، ويضيع ما يقرب من 150-370 واط كحرارة. إذا قمت بتوسيع ذلك إلى نظام يصل إلى 100 حصان، فإن ذلك يعني 1500-3700 واط من الحرارة من محرك الأقراص نفسه فقط. اضرب ذلك بعدد الساعات التي يعمل فيها محرك الأقراص يوميًا، وستزداد هذه الحرارة بسرعة.
ولهذا السبب فإن تحقيق متطلبات تبديد الحرارة بشكل صحيح لا يقتصر فقط على "الحفاظ على برودة محرك الأقراص" - بل يتعلق أيضًا بحماية النظام بأكمله. لقد رأيت عملاء يقطعون الطريق هنا من قبل: مخبز صغير عملت معه منذ بضع سنوات قام بتركيب جهاز VFD رخيص على خلاط العجين الخاص بهم، ووضعه في خزانة كهربائية ضيقة بدون تهوية إضافية، وفي غضون 6 أشهر، احترق IGBT الخاص بالمحرك (الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة، مكون الطاقة الرئيسي) بسبب ارتفاع درجة الحرارة. لقد انتهى بهم الأمر إلى استبدال ليس فقط محرك الأقراص، بل محرك الخلاط أيضًا، الأمر الذي كلفهم أكثر بكثير مما لو كانوا قد أضافوا مروحة صغيرة أو مشتتًا حراريًا إلى الخزانة عند تثبيته.
الآن، كيف يمكنك حساب تبديد الحرارة الدقيق الذي تحتاجه لمغير تردد التيار المتردد الخاص بك؟ إنه ليس رقمًا واحدًا يناسب الجميع، ولهذا السبب أقول للعملاء دائمًا أن يبدأوا بعاملين رئيسيين: تصنيف قوة محرك الأقراص وكفاءته التشغيلية. تمتلك معظم مغيرات تردد التيار المتردد الحديثة معدل كفاءة يتراوح بين 95% و98%، لذا فإن معادلة فقدان الحرارة بسيطة جدًا: فقدان الحرارة = (طاقة إدخال المحرك) × (1 - الكفاءة). دعونا نسير عبر ذلك بمثال حقيقي. لنفترض أن لديك مغير تردد تيار متردد بقدرة 5 حصان يعمل على تشغيل مضخة (يمكنك مراجعة نموذجنا الصغير الذي يركز على المحرك على /vector-frequency-converter/ Economy-frequency-converter/vfd-for-small-motors.html كمرجع حول الوحدات منخفضة الطاقة). تبلغ طاقة الإدخال لمحرك بقوة 5 حصان حوالي 3728 واط. إذا كانت كفاءتها بنسبة 96%، فهذا يعني أنها تفقد 4% من تلك الطاقة كحرارة: 3,728 × 0.04 = ~149 واط. هذه هي كمية الحرارة التي يصدرها محرك الأقراص نفسه. لكن مهلا، لم ننته بعد. عليك أيضًا أن تأخذ في الاعتبار الحرارة المنبعثة من المحرك وأي مكونات كهربائية أخرى قريبة في نفس العلبة. على سبيل المثال، يفقد المحرك التعريفي بقوة 5 حصان حوالي 1-3% من قوته كحرارة عند تشغيله بحمولة كاملة، لذا أضف 37-111 واط أخرى هناك، بالإضافة إلى أي حرارة من الأسلاك أو أدوات التحكم الأخرى في الخزانة. أخيرًا، يبلغ إجمالي الحرارة المطلوب تبديدها حوالي 200-260 واط لهذا النظام الصغير.
بالنسبة للأنظمة الأكبر حجمًا - على سبيل المثال، مبدل تردد تيار متردد بقدرة 100 حصان يعمل على تشغيل نظام ناقل في أحد المستودعات - تتغير الرياضيات، لكن المنطق يظل كما هو. يتمتع محرك بقوة 100 حصان بقدرة إدخال تصل إلى 74.570 واط تقريبًا. بكفاءة تبلغ 97%، أي 2237 واط من الحرارة المنبعثة من المحرك وحده. أضف إلى ذلك محرك بقوة 100 حصان من 745 إلى 2237 واطًا من فقدان الحرارة، وسترى أن إجمالي 3000+ واط سيتبدد. وهذا رقم كبير، ولهذا السبب تحتاج محركات الأقراص الكبيرة عادةً إلى تبريد مخصص بدلاً من مجرد مروحة صندوقية في نفس الغرفة.
ولكن هناك خطأ يرتكبه الكثير من الأشخاص: فهم يستخدمون الطاقة المقدرة لمحرك الأقراص بأقصى سرعة لحساب فقدان الحرارة، ولكن معظم التطبيقات لا تعمل بأقصى سرعة بنسبة 100% من الوقت. إذا كان VFD الخاص بك يعمل بسرعة 50% فقط، فإن كفاءته ترتفع قليلاً (إلى حوالي 97-98%)، وتنخفض طاقة الإدخال الخاصة به، وبالتالي ينخفض فقدان الحرارة أيضًا. على سبيل المثال، إذا كان محرك الأقراص بقوة 5 حصان يعمل بسرعة 50%، فإن طاقة الإدخال الخاصة به تكون ~1,864 واط، والكفاءة 97%، وبالتالي فإن فقدان الحرارة يبلغ ~56 واط فقط. ولهذا السبب، أطلب من العملاء دائمًا استخدام متوسط حمل التشغيل الفعلي، وليس الحد الأقصى للتقييم، عند تحديد احتياجات التبريد. من السهل زيادة حجم التبريد، ولكن ذلك يهدر الطاقة والمال، فعند تقليل حجمه، ستواجه نفس مشكلات السخونة الزائدة التي تحدثنا عنها سابقًا.
بعد ذلك، دعونا نتحدث عن الطرق المختلفة لتبديد تلك الحرارة، لأن الطريقة التي تستخدمها تعتمد على الإعداد الخاص بك. أبسطها هو التبريد السلبي: وهو عبارة عن مشتت حراري متصل بالمكونات الداخلية للمحرك، والذي يسمح للحرارة بالإشعاع في الهواء المحيط. يعمل هذا بشكل رائع مع محركات الأقراص الصغيرة منخفضة الطاقة (أقل من 5 حصان) والتي يتم تركيبها في أماكن مفتوحة جيدة التهوية. ولكن إذا كان لديك محرك صغير مثبتًا في لوحة تحكم محكمة مع معدات أخرى، فإن التبريد السلبي ليس كافيًا. وهنا يأتي دور تبريد الهواء القسري: مروحة صغيرة مثبتة على محرك الأقراص أو بالقرب منه والتي تنفخ الهواء البارد فوق المشتت الحراري، أو تسحب الهواء الساخن من العلبة. بالنسبة لمحركات الأقراص متوسطة الحجم (5-50 حصان)، يعد الهواء القسري هو الخيار الأمثل - فهو ميسور التكلفة وسهل التثبيت ويعمل مع معظم الإعدادات التجارية والصناعية الخفيفة.
بالنسبة لمحركات الأقراص الأكبر حجمًا (أكثر من 50 حصانًا)، أو محركات الأقراص المثبتة في أماكن مغلقة ذات درجات حرارة محيطة عالية (مثل غرفة فرن أو مستودع في أريزونا خلال فصل الصيف)، ستحتاج إلى التبريد السائل. يستخدم هذا حلقة تبريد لسحب الحرارة بعيدًا عن المكونات الداخلية لمحرك الأقراص، ثم يمرر سائل التبريد من خلال مبادل حراري لتحرير الحرارة إلى الهواء الخارجي. يعد التبريد السائل أكثر تكلفة مقدمًا، ولكنه أكثر كفاءة بالنسبة للأنظمة عالية الطاقة، ويحافظ على محرك الأقراص في درجة حرارة ثابتة بغض النظر عن درجة حرارة الجو في الخارج. لقد رأيت عملاء لديهم أكثر من 100 محرك أقراص HP في مستودعات غير مكيفة يوفرون الآلاف من تكاليف الإصلاح عن طريق التحول من الهواء القسري إلى التبريد السائل.
شيء آخر يجب مراعاته هو درجة الحرارة المحيطة. تتضاعف متطلبات تبديد الحرارة إذا كان متوسط درجة الحرارة في غرفة التحكم الخاصة بك أعلى بمقدار 10 درجات فهرنهايت عن المعيار (77 درجة فهرنهايت، أو 25 درجة مئوية، وهو معيار الصناعة لتشغيل المحرك). إذا كانت مساحتك ساخنة معظم أيام العام، فستحتاج إلى سعة تبريد إضافية للتعويض عن ذلك. على سبيل المثال، إذا كنت في مصنع حيث تظل درجة حرارة غرف التحكم حوالي 90 درجة فهرنهايت (32 درجة مئوية) على مدار العام، فإن محرك الأقراص بقوة 5 حصان الذي ذكرته سابقًا والذي يحتاج فقط إلى 150 واط من فقدان الحرارة عند 77 درجة فهرنهايت سيحتاج الآن إلى حوالي 200 واط من التبريد. تتراكم التعديلات الصغيرة مثل تلك، خاصة بالنسبة للأنظمة التي تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.
الآن، دعنا نعود إلى سبب أهمية هذا بالنسبة لك كمشتري. سواء كنت تقوم باستبدال مغير تردد تيار متردد قديم أو تجهيز جهاز جديد، فإن الحصول على تبديد الحرارة بشكل صحيح سوف يطيل عمر محرك الأقراص الخاص بك ويتجنب التوقف غير المخطط له. أطلب من العملاء دائمًا أن يسألوا أنفسهم ثلاثة أسئلة قبل الانتهاء من الإعداد: 1) ما هو إجمالي ناتج الحرارة من المحرك والمحرك وأي مكونات أخرى في نفس العلبة؟ 2) ما هي درجة الحرارة المحيطة حيث سيتم تركيب محرك الأقراص؟ 3) ما هو عدد المرات التي يعمل فيها محرك الأقراص عند التحميل الكامل، مقابل التحميل الجزئي؟ إذا تمكنت من الإجابة على هذه الأسئلة، فستعرف بالضبط نوع التبريد الذي تحتاجه.
وإذا لم تكن متأكدًا من أين تبدأ، فهذا ما أنا هنا من أجله. لقد عملت مع كل أنواع التطبيقات، بدءًا من خلاطات المخابز الصغيرة وحتى أنظمة النقل بقدرة 200 حصان، ويمكنني مساعدتك في تحديد حجم محرك الأقراص الخاص بك وحساب احتياجات التبريد الخاصة بك دون أي صداع. فريقنا متخصص في مغيرات تردد التيار المتردد لجميع أحجام المحركات، بما في ذلك الوحدات الصغيرة التي تركز على المحرك والمرتبطة بـ /vector-frequency-converter/ Economy-frequency-converter/ac-frequency-changer.html، حتى تعرف أنك تحصل على محرك مصمم للتعامل مع ظروف الحرارة الحقيقية.
انتظر، ملاحظة سريعة لتجنب خطأ شائع آخر: لا تنس أن تأخذ في الاعتبار المساحة المحيطة بمحرك الأقراص. حتى لو كان لديك الكمية المناسبة من التبريد، إذا كان VFD محشورًا في لوحة بدون مساحة لتدوير الهواء، فسوف تتراكم الحرارة. أوصي عادةً بترك مساحة لا تقل عن 6 بوصات على جميع جوانب محرك الأقراص لتدفق الهواء. قد لا تبدو هذه الـ 6 بوصات مشكلة كبيرة، ولكنها يمكن أن تُحدث فرقًا بين محرك يعمل لمدة 10 سنوات ومحرك يموت خلال عامين.
في نهاية المطاف، الحرارة هي أكبر عدو لمغيرات تردد التيار المتردد. لقد رأيت الكثير من العملاء يبخلون في التبريد لتوفير بضعة دولارات مقدمًا، فقط لينتهي بهم الأمر بالدفع مقابل محرك أقراص جديد ووقت التوقف عن العمل. إذا كنت في السوق للحصول على مغير تردد تيار متردد جديد أو كنت بحاجة إلى مساعدة في معرفة احتياجاتك في مجال تبديد الحرارة، فتواصل مع فريقنا للتحدث عن مشروعك - لا يوجد عرض مبيعات، فقط نصيحة مباشرة بناءً على سنوات من العمل مع معدات مثل تلك تمامًا. لا تدع سوء إدارة الحرارة يعرقل عملياتك؛ دعونا نصحح الأمر في المرة الأولى.
مراجع
- محركات المحركات: فهم أساسيات محرك التردد المتغير للتيار المتردد، الرابطة الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية (NEMA)
- إرشادات تبديد الحرارة لمحركات التردد الصناعية المتغيرة، معيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) رقم 61800-5-1
- دليل تطبيق VFD للمحركات الصغيرة، جمعية المحركات الصناعية والتحكم (IMCA)