ما العوامل التي قد تؤدّي إلى مخاطر فقدان المغنطة في المحرك الدائم المغنط (PMSM) أثناء التشغيل الصناعي

يمكن لمحرّك مغناطيسي دائم من نوع بي إم إس إم أن يوفّر عزم دوران مدمج وكفاءة عالية والتحكم الدقيق في السرعة، لكن المغناطيسات الموجودة في الدوار ليست محصنة ضد ظروف التشغيل. ويصبح التَّشَكُّل المغناطيسي مصدر قلق جاد عندما تدفع الحرارة أو المجال المغناطيسي المعاكس أو الأضرار الميكانيكية المغناطيس إلى ما وراء نقطة التشغيل الآمنة له. والفرق الجوهري هنا هو بين انخفاض مؤقّت في التدفق المغناطيسي عند ارتفاع درجة الحرارة، وبين فقدان لا رجعة فيه للتَّمغنط بعد أن يبرد الجهاز.

بالنسبة لفرق الصيانة، السؤال العملي ليس ما إذا كان المحرك يعمل أم لا، بل ما إذا كانت الهوامش الحرارية والكهربائية والميكانيكية له تظل سليمة خلال أشد أجزاء دورة التشغيل عليه. ويمكن لمotor متزامن مزود بمغناطيس دائم مُختار بدقة أن يعمل بموثوقية عالية لفترة طويلة، بينما قد يتعرّض التصميم نفسه لخطر متزايدٍ إذا بقيت تغيّرات في الحمل أو إعدادات محول التردد المتغير (VFD) أو مسار التبريد أو عطل في اللفات دون اكتشافٍ أو معالجة.

لماذا يُغيّر فقدان المغنطة سلوك المحرك

تُنشئ المغناطيسات الدوارة التدفق المغناطيسي في الفجوة الهوائية الذي يمكّن محرك المغناطيس الدائم (PMSM) من إنتاج العزم. وإذا ضعُف هذا التدفق، فقد يأمر المحرك الإلكتروني بزيادة التيار للحفاظ على السرعة أو العزم المطلوبين. وهذا التيار الإضافي يزيد من الفقد في الجزء الثابت والحرارة الناتجة عنه، ما يؤدي بدوره إلى زيادة الضغط على المحرك. ولهذا السبب بالذات، يجب التحقيق في أي انخفاض طفيف في الهامش المغناطيسي بدلًا من اعتباره مشكلة أداء معزولة.

في الخدمة الصناعية، قد تشمل الأعراض المبكرة انخفاض احتياطي العزم، وطلب غير متوقع للتيار عند حملٍ مألوف، وارتفاع درجة حرارة لفائف المحرك، أو تغيرات في الاهتزاز، أو نظام تحكمٍ يبلغ حد التيار المسموح به بشكلٍ أكثر تكرارًا. ولا يُثبت أيٌّ من هذه الأعراض بحد ذاته حدوث إزالة المغناطيسية. بل هي إشاراتٌ تدعو إلى مقارنة بيانات التشغيل مع خط أساس صحي معروف، واستبعاد المشكلات الناجمة عن الحمل أو المحامل أو أنظمة التبريد أو المحولات أو أجهزة الاستشعار.

١. ارتفاع درجة حرارة المغناطيس بشكل مفرط

تُعد درجة الحرارة أكثر النقاط شيوعًا التي تبدأ منها مخاطر إزالة المغناطيسية. فمع ارتفاع درجة حرارة الدوار، تنخفض قوة التحمل المغناطيسي للمغناطيس. وفي نقطة تشغيل غير مواتية كافية، يمكن أن يولِّد المجال المعاكس داخل المحرك فقدانًا دائمًا في التدفق المغناطيسي. ويعتمد هامش درجة الحرارة الدقيق على درجة جودة المغناطيس وهندسة الدوار ودورة العمل وتصميم نظام التبريد والدائرة المغناطيسية؛ لذا فإن درجة الحرارة المذكورة على لوحة البيانات لا تغني عن التحليل الحراري للدوار.

من أسباب ارتفاع الحرارة الشائعة: انسداد تدفق الهواء، وتلوث مبادل الحرارة، وارتفاع درجة حرارة البيئة المحيطة، وضعف تهوية الخزانة، والأحمال الزائدة المتكررة، والعملية التي باتت تعمل الآن بسرعة أو عزم دوران أعلى مما كانت عليه عند التشغيل الأولي. كما أن التشغيل بتواتر عالٍ قد يزيد من الفقدان وارتفاع درجة الحرارة. وبعبارة أخرى، قد يكون محرك المغناطيس الدائم (PMSM) مقبولًا حراريًّا عند نقطة تشغيل معينة، لكن هامش الأمان لديه يصبح ضئيلًا جدًّا أثناء التشغيل عالي السرعة أو عالي العزم أو أثناء التغيرات المؤقتة المتكررة.

من السهل أن نُخطئ في تصنيف مشكلة التبريد على أنها تتعلق بالجزء الثابت فقط. وفي الواقع، فإن هذا التشخيص يكون ناقصًا. فحرارة الجزء الدوار يصعب ملاحظتها مباشرةً، لا سيما في المعدات المغلقة. لذا يجب تتبع درجات الحرارة المتاحة، والتحقق من وسط التبريد ومسار تدفقه، واستخدام الحدود المحددة من قِبل مورد الجهاز بالنسبة لدرجة المغناطيس الفعلية وتصميم الجزء الدوار.

٢. إضعاف التدفق بشكل مفرط أو التحكم الخاطئ في تيار المحور d

في محركات التحكم المتجهي، تُستخدم تيار المحور السالب (d-axis) لتخفيف التدفق المغناطيسي عندما يجب أن يتجاوز السرعة منطقة السرعة الأساسية. ويُعد هذا الأسلوب طريقة تحكم طبيعية ما دام يستخدم ضمن الحدود المصممة للمحرك والمحرك الكهربائي. وتزداد المخاطر عند ارتفاع قيمة تيار المحور السالب بشكل مفرط، أو عند ضعف حدّه، أو عند تطبيقه في درجات حرارة مرتفعة، أو عند دمجه مع تصميم مغناطيسي لا يوفّر هامشًا كافياً ضد فقدان المغنطة.

عند تشغيل محرك التزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM)، يجب التأكّد من حدود التيار وقيم معاملات المحرك وقطبية المشفر أو الريزولفر وجدول تخفيف التدفق. وقد يؤدي إدخال بيانات خاطئة عن المحرك أو إجراء تغيير في ضبط النظام إلى تطبيق ظروف مجال مغناطيسي تختلف عمّا قصده المصمم. لذا يجدر مراجعة سجلات الأعطال وتحليل اتجاه تيار المحور (d-axis) أثناء التسارع وأحداث التشغيل فوق السرعة وعمليات تخفيف المجال واستعادة الاستقرار بعد اضطراب في العملية. ولا ينبغي افتراض أن قالب محرك التحكم المتغير (VFD) العام يوفّر حماية كافية لكل محركات المغناطيس الدائم (PMSM).

٣. الدوائر القصيرة، والتيارات الزائدة، والظواهر العابرة غير الطبيعية

يمكن أن تؤدي الأعطال الكهربائية إلى ارتفاع حراري محلي مصحوبًا بحقل معاكس قوي. وتكتسب الأعطال القصيرة بين اللفات أهمية خاصةً لأن التيار العالي قد يمر في قسم صغير من اللف، ما يؤدي إلى تشكل بقعة ساخنة مركزة. كما يمكن أن تسبب الأعطال بين الطورين، أو أعطال العاكس، أو حماية غير منسقة جيدًا، أو تكرار أحداث توقف الدوار فجأة، تيارات تفوق بكثير الظروف الحرارية الاعتيادية.

هذه الحالة لا تقتصر على انقطاع مفاجئ دراماتيكي. بل إن التكرار المتكرر لانقطاعات التشغيل غير المبررة، أو عدم توازن التيار دون تفسير، أو تدهور قياسات العزل، أو ازدياد متطلبات التيار عند حمل ثابت، كلُّها أمور تستدعي مراجعة هندسية. وعليك تسجيل موجات الأحداث حين يتيح العامل ذلك. ثم فحص السبب على مستوى النظام: حالة الكابلات، وسلامة طرفي المحرك، وإعدادات حماية العامل، وجودة التغذية الكهربائية، وما إذا كانت المعدات المشغَّلة تُحدث حملًا زائدًا أو انعكاسات سريعة متكررة.

٤. التلف الميكانيكي، والاهتزاز، ومشاكل سلامة الدوار

يُناقَش إضعاف المغنطة عادةً كمشكلة حرارية أو كهرومغناطيسية، لكن الأعطال الميكانيكية قد تزيل الهامش الذي يحافظ على تلك الآليات تحت السيطرة. فتدهور المحامل، أو احتكاك الدوار، أو سوء المحاذاة، أو عدم التوازن، أو الأضرار الناجمة عن الصدمات قد تؤدي إلى زيادة الاهتزاز والحرارة. وقد تتسبب أيضاً في إتلاف تثبيت المغناطيسات أو تغيير فجوة الهواء. وبمجرد تغيُّر هندسة الدوار، تصبح الأحمال المغناطيسية المحلية والتسخين المحلي أقل قابلية للتنبؤ.

عادة صيانة مفيدة هي التحري في التسلسل الزمني، وليس الإنذار وحده فقط. هل ازداد الاهتزاز قبل ارتفاع درجة الحرارة؟ هل أدّى استبدال محملٍ ما إلى تغيُّر في المحاذاة؟ هل تغيّرت إشارة التيار بعد انسداد في العملية؟ ويمكن لهذا التسلسل الزمني أن يميّز السبب الجذري عن العرض اللاحق الذي يظهر على شاشة المحرك.

٥. التقدم في العمر، والتلوث، وتغيُّرات طبيعة التشغيل غير الملائمة

الوقت وحده لا يضمن فشل المغناطيس، لكن التعرُّض الطويل للحرارة أو الملوِّثات التآكلية أو دخول الرطوبة أو التقلُّبات الحرارية الشديدة المتكرِّرة قد يقلِّل من موثوقية الأداء. ويحتاج محرك المغناطيس الدائم (PMSM) المُركَّب في موقعٍ أشد قسوةً مما وُصف أصلاً إلى تقييمٍ جديدٍ لمستوى الإحكام والتدفئة والتوصيل العازل ودورة التشغيل. وينطبق الأمر نفسه عند إدخال عمليات إنتاجية تتضمَّن فترات تشغيل طويلة تحت حملٍ عالٍ أو دورات تشغيل/إيقاف متزايدة أو موسم بيئي أكثر حرارة.

احفظ التحكم في التكوين لكلٍّ من المحرك ووحدة القيادة. فقد يؤدي استبدال المحرك بمغناطيسٍ من درجةٍ مختلفة أو تعديل إعدادات برنامج وحدة التحكم بالتردد المتغير (VFD) أو تغيير نوع الإشارة المرتدة من المشعّاع (encoder) إلى تغيير الهامش التشغيلي الفعلي. ويجب أن يشمل التطابق مع المواصفات النظام الكامل المكوَّن من المحرك ووحدة القيادة والحمل، وليس القدرة الاسمية وحدها.

نقطة قرار عمليةٌ أمام الفرق الصناعية

مَخاطِرُ إزالة المغناطيسية نادِرًا ما تنشأ من رَقْمٍ واحِدٍ على لوحة التحكُّم. بل تظهر عندما يتعرَّض محرك المغناطيس الدائم (PMSM) لمزيجٍ من ارتفاع درجة حرارة الدوّار، وحقل تحكُّمٍ غير ملائم، وتيار عطل، وضعف التبريد أو سلامة البنية الميكانيكية. فعليك أن تتعامل مع حدود المغناطيس وحدود وحدة التحكُّم المُحدَّدة من قِبل الصانع باعتبارها البيانات التصميمية الحاكمة، ثم تتحقق منها مقابل دورة التشغيل الفعلية.

في المعدات الجديدة، يجدر بك إشراك مورِّد المحرك في مرحلة مبكرة إذا كانت متطلبات التطبيق تشمل التشغيل في بيئات ذات درجات حرارة محيطة عالية، أو حدوث زيادات تحميل متكرِّرة، أو تخفيف التدفق المغناطيسي لفترات طويلة، أو التعرُّض لملوِّثات شديدة، أو انعكاسات سريعة جدًّا. أما في المعدات المُركَّبة فعلاً، فيجب استخدام الاتجاهات التاريخية وسجل الأعطال لتحديد الهامش المفقود قبل أن يؤدي الانخفاض في العزم إلى تعطيل الإنتاج. وبذلك تمنح المحرك المتزامن بالمغناطيس الظروف التشغيلية التي صُمِّم ليتحمَّلها، دون أن تدَّعي أن أي جهاز قادرٌ على احتمال كل الاضطرابات الصناعية.

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