كيف يتعاون محرك التزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM) الخاص بضواغط الهواء مع محولات التردد لتحقيق ضبط سلس ومستقر للسرعة المتغيرة؟

عندما يتغير الطلب على الهواء المضغوط في المنشأة خلال اليوم، لا يكفي أن يقوم نظام القيادة بالتشغيل أو الإيقاف فقط. بل يمكن لضاغط الهواء ذي المغناطيس الدائم المزود بمحول تردد أن يُكيّف سرعة المحرك باستمرار مع الإنتاج المطلوب من طرف الهواء. والنتيجة هي منهج تحكم يهدف إلى استقرار الضغط، وتقليل التحولات المفاجئة، وتحقيق توافق أدق بين الطاقة الكهربائية الداخلة والطلب الفعلي.

من زاوية هندسة التطبيقات، السؤال المفيد ليس ما إذا كان ضاغط الهواء ذا المغناطيس الدائم أفضل بطبيعته في كل تركيب. بل هو ما إذا كانت المطابقة صحيحة بين المحرك ومحول التردد وطرف الهواء وأجهزة الاستشعار وإعدادات التحكم ودورة التشغيل الخاصة بالموقع. وتشرح هذه المقالة كيفية عمل هذا التنسيق، وما يجب التحقق منه قبل التشغيل الأول.

لماذا يهم التحكم المتغير في السرعة أثناء تشغيل الهواء المضغوط

لا تستهلك أنظمة الهواء العديدة نفس حجم الهواء كل دقيقة. فاستخدام الأدوات، وتناوب الورديات، وتغيُّرات العمليات، والتسريبات، والتخزين في الجزء السفلي من النظام تؤثِّر جميعها في الحمل. وعادةً ما تتعامل الضواغط ذات السرعة الثابتة مع هذه التغيرات عبر عمليات التحميل أو التفريغ أو التحكم في مدخل الهواء أو دورات التشغيل والإيقاف. وقد يكون هذا عمليًّا في التطبيق المناسب، لكنه لا يجعل سرعة المحرك تتبع الطلب باستمرار.

أحد  محرك كهربائي دائم المغناطيس لضواغط الهواء يغيِّر المحرك المتغير السرعة خيار التحكم. إذ يستقبل المحول إشارة طلبٍ، غالبًا ما تُستمد من ضغط النظام المقاس، ثم يوجِّه سرعة المحرك بحيث يُقرِّب تدفق الهواء الذي تضخّه الضاغطة من الحاجة الفعلية الحالية. أما التحوُّل الجوهري فهو الانتقال من محاولة تحقيق إنتاج مسمَّى محدَّد مسبقًا إلى مواءمة الإنتاج مع دورة العمل الفعلية.

المهام المُناطة بكلٍّ من المحرك الدائم المغنطيسية (PMSM) والمحول الترددي

توفر المحرك عزم دوران مضبوط

يستخدم محرك المغناطيس الدائم (PMSM) مغناطيسات دائمة على دوّاره بدلًا من تيار الدوّار لتوليد المجال المغناطيسي. وفي تطبيقات ضواغط الهواء من نوع PMSM، يجب أن يُنتج المحرك عزم دوران كافٍ عبر نطاق السرعة المطلوب مع البقاء ضمن حدوده الحرارية والجهدية والتيارية. وتسمح خصائصه بتشغيل فعّال عند الأحمال الجزئية، لكن النتيجة الفعلية ما زالت تعتمد على وحدة نهاية الضغط (air end) وترتيب التبريد وملف الحمل وتكوين المحرك.

تُشكّل معلومة موقع الدوّار جوهر التحكم في محركات PMSM. وباعتمادٍ على التصميم، يحصل وحدة التحكم إما على هذه المعلومة من مستشعر أو تقدّرها. وتتيح هذه المعلومة لوحدة القيادة توجيه تيار المستقر بشكل مناسب بالنسبة إلى المجال المغناطيسي للدوّار، مما يجعل تنظيم العزم ممكنًا بدلًا من تركه يتحدد تلقائيًّا وفق تردد الشبكة الكهربائية.

يحوّل المحول طلب التشغيل إلى أوامر كهربائية

يقوم محول التردد بتصحيح التيار الداخل إلى رابط تيار مستمر، ثم يُولِّد مخرجاً متغير التردد ومتغير الجهد للمحرك. وباستخدام التحكم المتجهي، يفصل المحول بين مكونات التيار المرتبطة بالتدفق المغناطيسي والعزم. وفي حالة محرك التيار المستمر ذي المغناطيس الدائم الخاص بمكبس الهواء، يسمح هذا التحكم للدارة بالتسارع بسلاسة، والحفاظ على السرعة المطلوبة، والاستجابة لإشارة ضغط متغيرة دون ربط كل تغيير في السرعة مباشرةً بتكرار التيار الداخل.

ومن الأدق القول إن المحول يُنظِّم العزم الكهرومغناطيسي للمحرك وسرعته، بينما يقرّر نظام تحكم المكبس السرعة المطلوبة. ولا يُعَدّ المحول حلاً منفصلاً لمشاكل مثل سوء تصميم أنابيب التوصيل، أو التسريب المفرط، أو صغر سعة خزان التخزين، أو اختيار رأس المكبس بشكل غير مناسب.

كيف يحقّق حلقة التحكم بالضغط تعديلًا مستقرًا

مجموعة نموذجية محرك كهربائي دائم المغناطيس لضواغط الهواء يستخدم النظام محول ضغط في الجزء المعني من الشبكة. ويقارن وحدة التحكم الضغط المقاس بالقيمة المرجعية أو النطاق المسموح به للضغط. وعندما يزداد الطلب ويبدأ الضغط في الانخفاض، ترفع وحدة التحكم طلب السرعة. وعندما ينخفض الطلب ويرتفع الضغط، تقلل الطلب. ثم يتبع المحول الترددي هذا الطلب ضمن حدود السرعة والتيار والانحناء المُبرمجة.

• القياس: تأخذ وحدة التحكم عيّنات من ضغط النظام وقد تراقب أيضًا درجة الحرارة والتيار ومدخلات الحماية.
• اتخاذ القرار: تحسب خوارزمية تحكُّم من نوع PID أو ما يشابهها مقدار التصحيح اللازم للسرعة.
• الإيعاز: تُرسل مرجع السرعة إلى المحول.
• التنظيم: يتحكم المحول في عزم محرك التيار المتردد الدائم (PMSM) الخاص بمكبس الهواء وفي سرعته.
• التحقق: يُراقب استجابة الضغط وتتكرر الحلقة.

يتفاعل المصطلح النسبي مع الخطأ الحالي، بينما يعالج المصطلح التكاملي الانحراف المستمر، ويمكن للمصطلح التفاضلي أن يخفف الاستجابة للتغيرات السريعة عند استخدامه بشكل مناسب. وقد تؤدي الإعدادات المبالغ فيها إلى ظاهرة «التنقل المتكرر»: حيث تتخطى السرعة القيمة المطلوبة ثم تنقص عنها مرارًا وتكرارًا بينما يتذبذب الضغط. أما الإعدادات البطيئة جدًّا فقد تسمح بتذبذب ضغط واسعٍ دون داعٍ. ولذلك، تتحقق الاستقرار في التعديل المتغير للسرعة عبر ضبط منسَّق، وليس فقط عبر تركيب محول تردد.

حيث تحد سلوك الضاغط من مدى التحكم

لكل حزمة محرك تزامني دائم المغناطيس (PMSM) الخاصة بضواغط الهواء نطاق تشغيل فعلي. ويجب ألا تقل السرعة الدنيا عن الحد الذي يضمن التزييت والتبريد وتشغيل رأس الهواء باستقرار. كما يجب ألا تتجاوز السرعة القصوى الحدود الميكانيكية والحرارية والكهربائية والمحددة من قِبل الشركة المصنِّعة. وتحتاج وحدة التحكم أيضًا إلى منحدرات معقولة للتسارع والتباطؤ لكي لا تطلب عزم دوران يفوق الحدود المُهيَّأة لنظام المحرك-المحرِّك أو تُحدث تغيرات مفاجئة في الضغط.

في الواقع، قد لا يعني فترة الطلب المنخفض أن الضاغط يجب أن يعمل باستمرار بأقل سرعة ممكنة. فإذا انخفض الطلب دون نطاق السعة المستقرة، فقد يلزم إخراج الوحدة من الخدمة أو إيقافها وفقًا للمنطق المُبرمَج فيها. وعلى العكس من ذلك، فإن استمرار الطلب على مستوى أعلى من السعة المتاحة ذات السرعة المتغيرة يتطلّب تشغيل ضاغط إضافي، أو استخدام وحدات التخزين، أو خفض الطلب، أو إعادة تقييم استراتيجية التحكم—وليس محاولة إجبار المحرك على العمل فوق طاقته.

ميزة التخصيص الخاصة بشركة ENNENG

لا تتشابه أي منشأتين صناعيتين من حيث القيود المكانية أو الميكانيكية. تتميّز شركة ENNENG بأنها لا تقتصر على توريد منتجات جاهزة من الكتالوجات؛ بل إن تخصصها يكمن في توصيل محرّك مغناطيسي دائم مُصمَّم خصيصًا مُصمَّم خصيصًا لتطبيقك المحدَّد.

يدعم عملنا فريق بحثٍ وتطويرٍ رائدٌ يضم مهندسين من المركز الوطني لهندسة المغناطيسات الدائمة المستخلصة من العناصر الأرضية النادرة، ونمتلك عشرات البراءات. ونقدِّم حلولًا مخصصةً للجهود العالية (٦ كيلوفولت‏/١٠ كيلوفولت) والجهود المنخفضة (٣٨٠ فولت‏/٦٦٠ فولت‏/١١٤٠ فولت) لتتناسب مع البنية التحتية القائمة لديك. فسواء أكانت محطات معالجة المياه أو آبار النفط أو البيئات التعدينية المقاومة للانفجارات، فإننا نضمن الأداء الأمثل في الحالات التي تفشل فيها المحركات العامة الغرض.

إذا كنت تقيّم محركات المغناطيس الدائم التجارية للبيع وتحتاج إلى حل محرك مهندس يضمن الكفاءة والمتانة، فإن شركة إينينج شريكك الموثوق به. اتصل بشركة إينينج اليوم .تحدث إلى فريقنا الهندسي التقني لتتلقى اقتراحًا مخصصًا للنظام المحرك.

• واتساب: +٨٦ ١٨٥٦٢٧٨٠٢٢٨
• البريد الإلكتروني:  [email protected]
• هاتف:  +86 532 66000559