كيف تعمل المحركات الكهربائية؟

ما هو المحرك الكهربائي وكيف يعمل؟

المحرك الكهربائي هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية للتحكم في الصمامات أو المخمدات أو المكونات الصناعية الأخرى. في جوهره، يعمل باستخدام محرك كهربائي لتوليد عزم الدوران أو القوة الخطية، والتي يتم بعد ذلك نقلها من خلال نظام التروس لتحريك صمام أو آلية إلى الموضع المطلوب.

تسلسل التشغيل الأساسي واضح ومباشر:

1. يتم إرسال إشارة التحكم (عادة 4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت، أو رقمية) إلى المشغل.
2. يستقبل المحرك الإشارة ويبدأ في الدوران.
3. تعمل التروس على تقليل سرعة المحرك وزيادة عزم الدوران الناتج.
4. يقوم عمود الإخراج بتحريك الصمام إلى الموضع المتحكم فيه.
5. يوفر مستشعر الموضع (المشفر أو مقياس الجهد) ملاحظات لتأكيد الموضع.

تسمح عملية الحلقة المغلقة هذه تحديد المواقع بدقة في حدود ± 0.1 درجة في النماذج المتطورة ، مما يجعل المحركات الكهربائية مناسبة لتطبيقات التحكم في التشغيل / الإيقاف والتعديل.

المكونات الرئيسية داخل المحرك الكهربائي

يساعد فهم المكونات الداخلية في تفسير سبب أداء المحركات الكهربائية بشكل موثوق على مدى آلاف دورات التشغيل.

• محرك كهربائي: عادة محرك AC أو DC. تعد محركات التيار المتردد شائعة في البيئات الصناعية بسبب متانتها. توفر محركات التيار المستمر تحكمًا أفضل في السرعة.
• قطار التروس: يقلل من سرعة المحرك ويضاعف عزم الدوران. تُستخدم التروس الدودية على نطاق واسع لقدرتها على القفل الذاتي، مما يمنع الرجوع للخلف عند انقطاع التيار الكهربائي.
• مستشعر الموضع: تقوم أجهزة قياس الجهد أو أجهزة التشفير بتتبع موضع العمود الدقيق وتغذية البيانات مرة أخرى إلى وحدة التحكم.
• لوحة التحكم (ثنائي الفينيل متعدد الكلور): يعالج إشارات الإدخال، ويدير تشغيل المحرك، ويتعامل مع منطق التبديل المحدد.
• مفاتيح الحد: أوقف المشغل ميكانيكيًا أو إلكترونيًا في مواضعه النهائية لمنع حدوث ضرر أثناء السفر الزائد.
• التجاوز اليدوي: آلية عقارب أو آلية تفكيك تسمح بالتشغيل أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
• الضميمة: تم تصنيفه إلى IP67 أو IP68 في العديد من النماذج الصناعية، مما يحمي المكونات الداخلية من دخول الغبار والماء.

أنواع المحركات الكهربائية المستخدمة في الصناعة

تتطلب التطبيقات المختلفة أنواعًا مختلفة من الحركة. الفئات الثلاث الرئيسية هي:

المحركات الدوارة ربع دورة هي النوع الأكثر شيوعًا في الصناعات التحويلية، حيث تتعامل مع حركة الصمامات بزاوية 90 درجة للصمامات الكروية والفراشية. تعد المحركات متعددة الدورات ضرورية لصمامات البوابة التي تتطلب العديد من الدورات لفتحها أو إغلاقها بالكامل.

كيف يتحكم مشغل الصمام الكهربائي الصناعي في التدفق

ان مشغل الصمامات الكهربائية الصناعية تم تصميمه خصيصًا لتشغيل الصمامات في خطوط الأنابيب التي تحمل السوائل أو الغازات أو الملاط تحت الضغط. يتم تركيب المشغل مباشرة على ساق الصمام أو شفة الصمام ويدفعه مفتوحًا أو مغلقًا أو إلى أي موضع متوسط.

تشغيل/إيقاف التحكم

في وضع التشغيل/الإيقاف، يقوم المشغل بتشغيل الصمام مفتوحًا بالكامل أو مغلقًا بالكامل بناءً على إشارة ثنائية بسيطة. ويستخدم هذا في تطبيقات مثل صمامات العزل في معالجة المياه، حيث أوقات الاستجابة من 5 إلى 30 ثانية نموذجية اعتمادًا على حجم الصمام.

تعديل التحكم

في وضع التعديل، يقوم المشغل باستمرار بضبط موضع الصمام للحفاظ على نقطة الضبط - على سبيل المثال، الحفاظ على ضغط الأنبوب عند 4.5 بار. تقوم إشارة التحكم (عادةً 4-20 مللي أمبير) بتعيين مسار الصمام مباشرةً (0-100%). وهذا يتيح التحكم الدقيق في العملية في جرعات المواد الكيميائية، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وتوليد الطاقة.

عملية آمنة من الفشل

تشتمل العديد من مشغلات الصمامات الكهربائية الصناعية على بطارية احتياطية أو آلية إرجاع الزنبرك. وفي حالة انقطاع التيار الكهربائي، يتحرك الصمام تلقائيًا إلى الوضع الآمن المحدد مسبقًا (مفتوح بالكامل أو مغلق بالكامل) خلال ثوانٍ، مما يحمي العملية والمعدات.

مزايا المحركات الكهربائية مقارنة بالأنواع الهوائية والهيدروليكية

كل تقنية مشغل لها مقايضات. فيما يلي مقارنة مباشرة بين عوامل الأداء الرئيسية:

تستهلك المحركات الكهربائية الطاقة فقط أثناء الحركة ، والتي يمكن أن تقلل من تكاليف طاقة التشغيل بنسبة تصل إلى 70% مقارنة بأنظمة الضاغط الهوائي التي تعمل بشكل مستمر في المنشآت التي تحتوي على العديد من المحركات.

كيفية اختيار مشغل الصمام الكهربائي المناسب

يؤدي الاختيار غير الصحيح إلى الفشل المبكر أو عدم كفاية التحكم. استخدم المعايير التالية بشكل منهجي:

الخطوة 1 - تحديد عزم الدوران المطلوب

احسب عزم الدوران الانفصالي للصمام (القوة اللازمة لتحريكه في البداية) وعزم الدوران الجاري. قم دائمًا باختيار مشغل مُقدر بما لا يقل عن 25-30% أعلى من الحد الأقصى لعزم الدوران المطلوب للصمام لحساب التآكل وارتفاع الضغط وهامش الأمان.

الخطوة 2 - حدد نوع الحركة

قم بمطابقة نوع حركة المشغل مع الصمام: ربع دورة للصمامات الكروية والفراشة، ودورات متعددة لصمامات البوابة والكرة الأرضية، وخطية للصمامات ذات السيقان المرتفعة.

الخطوة 3 - اختر إشارة التحكم

تأكد من نوع إشارة خرج نظام التحكم. تشمل الخيارات الشائعة ما يلي:

• 4-20 مللي أمبير (الأكثر شيوعًا في الصناعات التحويلية)
• 0-10 فولت تيار مستمر
• بروتوكولات ناقل المجال الرقمي (HART، Modbus، PROFIBUS، FOUNDATION Fieldbus)
• تشغيل/إيقاف (24 فولت تيار مستمر أو 120/240 فولت تيار متردد)

الخطوة 4 - التحقق من المتطلبات البيئية

بالنسبة للبيئات الخارجية أو البيئات المغسولة، حدد المحركات التي تحتوي على الأقل حماية دخول IP67 . بالنسبة للمناطق الخطرة التي تحتوي على غازات قابلة للاشتعال، يجب الحصول على شهادة ATEX أو IECEx. بالنسبة لدرجات الحرارة القصوى، تحقق من نطاق التشغيل المقدر — تعمل بعض الطرازات من -40 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية.

الخطوة 5 – تقييم الاحتياجات الآمنة من الفشل

قرر ما إذا كان الصمام يجب أن يفتح أو يغلق بشكل افتراضي عند فقدان الطاقة. إذا لزم الأمر، حدد المحركات المزودة ببطارية احتياطية مدمجة (ESD) أو وحدات إرجاع الزنبرك.

التطبيقات الصناعية المشتركة

يتم نشر مشغلات الصمامات الكهربائية عبر مجموعة واسعة من الصناعات نظرًا لدقتها ومتطلبات الصيانة المنخفضة:

• معالجة المياه ومياه الصرف الصحي: التحكم في التدفق في أنظمة الترشيح والجرعات والتوزيع.
• النفط والغاز: عزل خطوط الأنابيب والتحكم فيها في منشآت المراحل الأولية والوسطى، وغالبًا ما تتطلب وحدات مصنفة من ATEX.
• توليد الطاقة: التحكم في مياه التبريد وعزل البخار وتنظيم مياه التغذية في المحطات الحرارية والنووية.
• المعالجة الكيميائية: التحكم في التعديل للمفاعلات والمبادلات الحرارية وأنظمة الجرعات حيث تكون نسب التدفق الدقيقة حاسمة.
• التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: التحكم في الماء المبرد وملف التسخين في المباني التجارية والصناعية.
• الأطعمة والمشروبات: التحكم في الصمام الصحي حيث يلزم التوافق مع النظافة وCIP (التنظيف في المكان).

الأسئلة المتداولة

ما هو العمر الافتراضي لمشغل الصمام الكهربائي الصناعي؟

يتم تصنيف معظم المحركات الكهربائية الصناعية 10.000 إلى 50.000 دورة تشغيل . مع الصيانة المناسبة، يمكن تحقيق عمر خدمة يتراوح من 10 إلى 20 عامًا في التطبيقات النموذجية.

هل يمكن استخدام المحركات الكهربائية في المناطق الخطرة؟

نعم. تتوفر النماذج المعتمدة وفقًا لمعايير ATEX (أوروبا) أو IECEx (الدولية) للمناطق ذات الأجواء الغازية أو الغبارية المتفجرة.

ماذا يحدث للمشغل الكهربائي أثناء انقطاع التيار الكهربائي؟

تحتفظ المحركات القياسية بموضعها الأخير باستخدام مجموعة التروس ذاتية القفل. تستخدم النماذج الآمنة من الفشل بطارية داخلية أو آلية زنبركية لدفع الصمام إلى وضع آمن محدد مسبقًا.

كيف يتم توصيل المحرك بنظام التحكم؟

عبر الإشارات السلكية (4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت، أو الإدخال/الإخراج المنفصل) أو بروتوكولات ناقل المجال الرقمي مثل Modbus RTU، أو PROFIBUS، أو HART، اعتمادًا على النموذج ومتطلبات النظام.

هل تحتاج المحركات الكهربائية إلى صيانة دورية؟

الصيانة ضئيلة مقارنة بالأنواع الهوائية أو الهيدروليكية. تتضمن الفحوصات الدورية فحص توصيلات الكابلات، والتحقق من دقة ردود فعل الموضع، وتشحيم التروس وفقًا لجدول الشركة المصنعة - عادةً كل 2-5 سنوات.

ما هو الفرق بين تشغيل/إيقاف وتعديل المحركات الكهربائية؟

تتحرك مشغلات التشغيل/الإيقاف فقط إلى المواضع المفتوحة أو المغلقة بالكامل. يمكن لمشغلات التعديل وضع الصمام في أي نقطة بين 0% و100% مفتوحًا، مما يتيح التحكم المستمر في العملية.