تحكم المحرك

تعد الأنواع والمتطلبات والتشخيصات والإصلاحات من بين جوانب وحدات التحكم في المحركات التي تتناولها هذه النظرة العامة.

يحدد القانون الوطني للكهرباء (NEC) ، الذي يتمتع بسلطة قضائية على الموضوعات التي تم سنها في القانون ، أن أي محرك كهربائي يجب أن يكون له جهاز تحكم. قد تؤدي وحدة التحكم في المحرك العديد من الوظائف. الغرض الأساسي هو توفير وسيلة لفصل المحرك عن the source من القوة. يمكن أن يحدث هذا إما تلقائيًا أو يدويًا في اتجاه المشغل. يمكن أن يحدث في حالة ارتفاع درجة حرارة المحرك ، أو التدفق الحالي في موصلات الإمداد ، أو الارتباط أو عطل في الحمل ، أو لأي سبب تم تحديده من أجله. في تركيب المصعد ، على سبيل المثال ، لن يعمل المحرك عندما يشير مستشعر الباب إلى فتح باب السيارة.

إلى جانب بدء تشغيل المحرك وإيقافه ، تشمل وظائف جهاز التحكم اختيار الدوران الأمامي أو الخلفي ، والتحكم في السرعة وعزم الدوران ، والحماية من الأحمال الزائدة والأعطال. هذه مجرد قائمة جزئية. يمكن أن يضاهي تعقيد ومقدار الوظائف التي تظهرها وحدة التحكم في المحرك تلك الموجودة في الكمبيوتر الشخصي. أحد الأمثلة هو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ، والآخر هو وحدة التحكم في حركة المصعد. لا يوجد خط فاصل صارم وسريع بين أي منهما وبين وحدة التحكم في المحرك.

بغض النظر عن مستوى التطور ، يجب أن تتوافق جميع هذه المعدات ، في الولايات المتحدة والمناطق الأخرى التي تتمتع فيها بالسلطة القضائية ، مع NEC. نظرًا لأن هذه نقطة انطلاق جيدة لتصميم تركيب محرك ، ستلقي هذه المقالة نظرة على المتطلبات الأساسية.

دوائر التحكم في المحركات مغطاة في الجزء السادس من "المادة 430 من NEC: المحركات ودوائر المحركات وأجهزة التحكم." يغطي الجزء السابع أجهزة التحكم في المحركات. موضوع فرعي مهم في القسم الخاص بدوائر التحكم في المحركات هو حماية التيار الزائد. من المهم أن يتم حساب الأمبيرية بشكل صحيح عند تحديد الموصلات التي تزود وحدة التحكم في المحرك بالطاقة. بطبيعة الحال ، فإن مقدار التيار المسحوب بواسطة وحدة التحكم أقل من كمية التيار التي يسحبها المحرك ، ولكن إذا كانت الموصلات صغيرة الحجم ، فقد يكون هناك خطر نشوب حريق. وإذا فشلت وحدة التحكم بسبب مصدر طاقة مصمم بشكل غير صحيح ، فسيواجه المحرك انقطاعًا. يمكن أن تتراوح النتائج من الإزعاج وفقدان الإنتاجية إلى الخطر العميق ، كما في حالة محرك مضخة الحريق الذي لا يعمل كما هو متوقع. لهذا السبب ، ينص استثناء في NEC على أنه بالنسبة لدارات التحكم التي قد تخلق فتحاتها خطرًا ، لا تتطلب الموصلات سوى حماية ماس كهربائى وخطأ أرضي ، ويسمح لها بالحماية بواسطة دائرة فرعية للمحرك ، قصيرة - أجهزة حماية الدائرة الكهربائية والخطأ الأرضي. هذا بافتراض السيناريو المعتاد ، وهو أن مصدر طاقة وحدة التحكم في المحرك يتم استغلاله من جانب الحمل لجهاز حماية الدائرة الفرعية للمحرك.

حماية التيار الزائد

تعتبر حماية التيار الزائد للمحركات أكثر تعقيدًا إلى حد ما من الأنواع الأخرى من الأحمال ، نظرًا لوجود تيار بدء تشغيل ثقيل. كل الأحمال من هذا القبيل ، لكن المحركات أكثر من ذلك. يجب التغلب على القصور الذاتي للراحة ورفع الدوار إلى السرعة قبل استقرار تدفق التيار في الدوار و / أو الجزء الثابت. هذه مهمة أكبر بكثير من إحضار المصباح المتوهج إلى السطوع الكامل. وبالتالي ، هناك معضلة شديدة تتعلق بحماية التيار الزائد. إذا تم توفير حماية التيار الزائد التقليدية ، كما هو الحال بالنسبة للأحمال غير الآلية ، بعد ثوانٍ قليلة من بدء التشغيل الأولي (قبل أن يصل المحرك إلى السرعة المقدرة) ، فإن القاطع سيتحرك.

لحل هذا الموقف الصعب ، تم تطوير نظام حماية من التيار الزائد ثنائي المستوى ، مسموح به للمحركات فقط. يُسمح لجهاز التيار الزائد في نهاية المنبع للدائرة الفرعية ، إما في لوحة المدخل أو في نهاية المصب من وحدة التغذية في صندوق التوزيع ، أن يكون عند مستوى أعلى (أقل حساسية) بكثير مما يمكن استخدامه للأنواع الأخرى من الأحمال. يهدف هذا القاطع أو المصهر إلى حماية موصلات الدائرة الفرعية في حالة حدوث ماس كهربائي أو عطل أرضي فقط. إذن ، ماذا يحدث إذا كان هناك خطأ منخفض المستوى (أي زيادة في الحمل على المحرك)؟ في هذه الحالة ، يتم توفير الحماية بواسطة جهاز التيار الزائد منخفض المستوى (الأكثر حساسية) والذي يقع عادةً بالقرب من المحرك. إنه بطيء المفعول ، لذا فإن المحرك قادر على البدء دون الحاجة إلى رحلة الدائرة. غالبًا ما يتم دمج جهاز التحميل الزائد هذا في وحدة التحكم في المحرك ويقع داخل تلك العلبة. لن يوفر أي من هذين الجهازين للتيار الزائد وحده حماية جيدة للمحرك ، لكنهما مناسبان تمامًا في تركيبة. في بيئة صناعية ، من الممارسات الجيدة تركيب موصلات الدائرة الفرعية للمحرك في قناة معدنية لتوفير حماية إضافية ضد مخاطر الحريق والصدمات.

لتحديد الحد الأقصى لتصنيف جهاز حماية التيار الزائد المرتبط بدائرة التحكم في المحرك ، يحدد الجدول 430.72 (B) في 2014 NEC القيم بالأمبير. ترتبط أحجام موصلات دائرة التحكم 18-10 AWG بأقصى تقديرات لأجهزة التيار الزائد بالأمبير. هناك فئة إضافية حيث يكون حجم الموصل أكبر من 10 AWG. تم تحديد ثلاثة شروط في أعمدة منفصلة:

1. العمود أ: يتم توفير حماية منفصلة.
2. العمود B: موصلات جهاز التحكم في المحرك موجودة داخل حاوية حيث يتم توفير الحماية بواسطة جهاز حماية الدائرة الفرعية للمحرك.
3. العمود ج: تمتد موصلات التحكم في المحرك إلى ما وراء العلبة حيث يتم توفير الحماية بواسطة جهاز حماية الدائرة الفرعية للمحرك.

يتم تقسيم كل حالة بشكل إضافي إلى أعمدة تغطي موصلات النحاس والألمنيوم (أو النحاس المكسو). لاحظ أنه لم يتم إعطاء أي رقم لموصلات الألومنيوم 18 و 16 و 14 AWG ، لأنه يُسمح فقط بالنحاس لوحدات التحكم في المحركات بهذه الأحجام.

عند تصميم موصلات إمداد الطاقة وحماية التيار الزائد لدائرة التحكم في المحرك ، يجب اتباع الجدول المذكور أعلاه والملاحظات المصاحبة بعناية لضمان توافق التركيب. إذا تم استخدام محول دائرة التحكم في المحرك ، فيجب حماية المحول وفقًا للإرشادات التالية:

• عندما يزود المحول دائرة محدودة الطاقة من الفئة 1 ، أو دائرة من الفئة 2 أو دائرة تحكم عن بعد من الفئة 3 ، يجب أن تتوافق الحماية مع المادة 725 ، وهي معالجة عامة لهذه الأنواع من دوائر التحكم عن بعد والإشارات ، بغض النظر عن عما إذا كانت مرتبطة بالمحركات.
• يُسمح بتوفير الحماية (على عكس ما هو مطلوب) وفقًا للمادة 450.3 ، التي تتعلق بالمحولات في الفولتية والمواقع المختلفة.
• يمكن حماية محولات دائرة التحكم المصنفة أقل من 50 فولت أمبير والتي تعد جزءًا لا يتجزأ من حاوية وحدة التحكم في المحرك بواسطة أجهزة التيار الزائد الأولية أو وسائل الحد من الممانعة أو غيرها من وسائل الحماية الملازمة.
• عندما يكون التيار الأولي المقنن لمحول دائرة التحكم أقل من 2 أ وجهاز التيار الزائد مصنّف أو مضبوط على ما لا يزيد عن 500٪ من التيار الأولي المقنن ، تكفي حماية التيار الزائد في الدائرة الأولية.                 

إذا تم تأريض موصل واحد لدائرة التحكم في المحرك ، فسيتم ترتيب دائرة التحكم في المحرك بحيث لا يبدأ المحرك في تشغيل عطل أرضي في دائرة التحكم عن بُعد من وحدة التحكم في المحرك ، أو تجاوز أجهزة إيقاف التشغيل التي يتم تشغيلها يدويًا أو تشغيلها تلقائيًا أجهزة اغلاق السلامة.

أنواع وحدات التحكم المطلوبة

عند تغطية وحدات التحكم الفعلية في المحرك ، تبدأ NEC 2014 ببيان عام بدون استثناءات ، وتتطلب وحدات تحكم مناسبة لجميع المحركات. نظرًا لأن جميع الأحمال تقريبًا (مع استثناءات قليلة ، مثل المحرك الذي يقود عداد المرافق) لها حماية ضد التيار الزائد ، فإن جهاز حماية التيار الزائد ، إذا كان في شكل قاطع دارة معكوس ، سيكون كافياً في ظروف محدودة معينة. نوع آخر من أجهزة التحكم في المحرك هو موصل التوصيل والمقبس البسيط أو موصل السلك المرتبط بمحركات متصلة بسلك.

للتأكد مما إذا كان التثبيت متوافقًا ، من الضروري النظر إلى قوة المحرك وموقعه. بالنسبة لمحرك ثابت يبلغ قوته 1/8 حصان أو أقل والذي يتم تركه في العادة قيد التشغيل ، مثل الساعة المثبتة على الحائط والتي تعمل بالتيار المتردد والتي لا يمكن أن تتلف بسبب الحمل الزائد أو الفشل في البدء ، يُسمح بوسائل فصل الدائرة الفرعية للعمل كساعة المتحكم. غالبًا ما يكون هذا قاطعًا أو فتيلًا بسيطًا. يُسمح أيضًا بمفتاح الحالة المصبوبة للعمل كوحدة تحكم في المحرك في هذه الحالة. هذا النوع من المفاتيح له مظهر قاطع الدائرة ، وهو مركب في صندوق توزيع ويستقبل طاقته من شريط الناقل ، ولكن ، على عكس قاطع الدائرة ، ليس لديه قدرة حماية ضد التيار الزائد.

الخطوة التالية ، إذا جاز التعبير ، هي المحرك المحمول بقوة 1/3 حصان أو أقل. مثال على ذلك هو صنفرة النجار أو المثقاب. يعتبر موصل التوصيل والمقبس أو موصل السلك مناسبًا لوحدة التحكم في المحرك. يعمل هذا الترتيب جيدًا ، لأن القابس عادة ما يكون في الأفق وفي متناول اليد وقادر على إيقاف تشغيل المحرك بسرعة. من السهل التأكد بصريًا من فصل المحرك the source من السلطة ولن تبدأ عن طريق الخطأ.

ينص جزء من تصميم وحدة التحكم على أن وحدة التحكم يجب أن تكون قادرة على بدء وإيقاف المحرك الذي تتحكم فيه وأنه سيكون قادرًا على مقاطعة تيار الدوار المغلق للمحرك. بمعنى آخر ، يجب تكوين وحدة التحكم في المحرك للمحرك الذي تهدف إلى التحكم فيه.

قد يبدو الأمر واضحًا ، ولكن بالنسبة للسجل ، فإن 2014 NEC تنص على أن وحدات التحكم ، بخلاف قواطع الدائرة ذات الوقت العكسي ومفاتيح الحالة المصبوبة ، يجب أن يكون لها تصنيفات حصانية عند جهد التطبيق لا يقل عن تصنيف القدرة الحصانية للمحرك.

يُسمح باستخدام قاطع دارة معكوس للدارة الفرعية المصنف بالأمبير كوحدة تحكم لجميع المحركات. هذا لا يعني ، مع ذلك ، أن قاطعًا منفردًا ، يعمل كجهاز التيار الزائد للدائرة الفرعية ، يمكن أن يكون مؤهلًا ليكون بمثابة وحدة تحكم في المحرك. المقصود هو أنه ، بتكوينه وتحديد موقعه بشكل صحيح ، يُسمح لهذا النوع من الكسارة بالعمل كوحدة تحكم في المحرك. يجب أن تتوافق أيضًا ، عند الضرورة ، مع متطلبات الحماية من الحمل الزائد. وبالمثل ، يُسمح لمفتاح الحالة المصبوبة المصنف بشكل صحيح بالأمبير للعمل كوحدة تحكم لأي محرك.

بالنسبة للمحركات الثابتة المصنفة بقوة 2 حصان أو أقل و 300 فولت أو أقل ، يمكن أن تكون وحدة التحكم في المحرك:

• مفتاح للاستخدام العام له معدل أمبير لا يقل عن ضعف معدل الحمل الكامل للمحرك
• في دوائر التيار المتردد ، مفتاح سريع للاستخدام العام مناسب فقط للاستخدام في التيار المتردد (وليس مفتاح المفاجئة AC / DC للاستخدام العام) حيث لا يزيد معدل تيار الحمل الكامل للمحرك عن 80٪ من معدل الأمبير للمفتاح

بالنسبة لمحركات عزم الدوران ، يجب أن يكون لوحدة التحكم تصنيف تيار مستمر للخدمة ، وحمل كامل لا يقل عن التصنيف الحالي للوحة المحرك.

متطلبات أجهزة التحكم

قد يبدو الأمر غريبًا بالنسبة لأولئك الذين اعتادوا على مفاتيح الأسلاك وأجهزة التيار الزائد في تكوينات ثنائية القطب ، لكن وحدة التحكم ليست مطلوبة لفتح جميع الموصلات (غير المؤرضة) للمحرك. وذلك لأن الوظيفة الأساسية لوحدة التحكم في المحرك هي بدء تشغيل المحرك وإيقافه ، ولكن ليس بالضرورة أن تكون بمثابة وسيلة فصل.

ويذكر كذلك أنه يجب تزويد كل محرك بوحدة تحكم فردية. ومع ذلك، هناك استثناءات لهذه القاعدة. بالنسبة للمحركات المصنفة 1,000 فولت أو أقل ، قد تخدم وحدة تحكم واحدة تركيبًا جماعيًا حيث:

• العديد من المحركات تقود عدة أجزاء من آلة واحدة أو قطعة من الجهاز ، مثل آلة النجارة.
• مجموعة من المحركات محمية بجهاز واحد للتيار الزائد.
• توجد مجموعة من المحركات في غرفة واحدة على مرمى البصر من جهاز التحكم.

التشخيص والإصلاح

يمكن أن تتراوح معدات التحكم في المحرك من مفتاح واحد أو اتصال بسلك وقابس إلى PLC معقد أو وحدة تحكم في حركة المصعد أو آلة طيران متسلسلة محوسبة. لإجراء التشخيص أو الإصلاح ، من الصعب جدًا فحص الدوائر على أمل العثور على واحد أو أكثر من المكونات المعيبة بصريًا في جميع الأجهزة باستثناء أبسطها. ما هو مطلوب هو الوثائق ، التي يتم توفيرها بشكل عام من قبل الشركة المصنعة. يمكن أن يتكون هذا من وصف شامل للمعدات ، وقائمة بالمواصفات ، ودليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها ، بالإضافة إلى عدة أنواع من مخططات الأسلاك.

تصور مخططات الكتلة الأجزاء المكونة الوظيفية للمعدات. إنها بوابات ممتازة لاكتساب فهم شامل للوحدة وتحديد مكان البدء في عملية الإصلاح. غالبًا ما يكون من الممكن عزل الخطأ في منطقة واحدة من خلال التفكير في طبيعة الخلل والنظر في مخطط الكتلة.

عادة ، تتضمن وثائق الشركة المصنعة مخططًا تصويريًا. ستكون هذه صورًا فوتوغرافية أو رسومات تصور وتوسم المعدات كما تظهر بصريًا. لا تُظهر المخططات التصويرية عادةً التوصيلات الكهربائية للمكون ، ولكنها مفيدة بالاقتران مع المخططات في تحديد موقع الأجزاء المعيبة التي من المحتمل أن يتم اختبارها. علاوة على ذلك ، إذا كانت هناك مشكلة في إعادة الوحدة معًا بعد الإصلاح ، فقد توفر الصورة إرشادات.

نوع آخر من الرسم التخطيطي هو التخطيطي. يظهر جزء أو كل المعدات. إنها تصور المكونات ليس كما تظهر على لوحة الدوائر المطبوعة الفعلية أو الهيكل ، ولكن في سياق العلاقات الكهربائية. يتم رسم التخطيطي وفقًا للاتفاقيات المختلفة التي تكون عالمية إلى حد ما. يأتي مصدر الطاقة على اليسار والمخرجات على اليمين. توجد مدخلات الإشارة في أعلى أو يسار الرسم التخطيطي ، ويكون الناقل الأرضي أو المحطة الطرفية في الأسفل. كل هذا بغض النظر عن الموقع الفعلي الفعلي للمكونات كما هو موضح في الرسوم البيانية التصويرية. بالنسبة للفني ، يعد التخطيط هو أهم جزء في التوثيق. في دوائر التحكم في المحركات ، غالبًا ما يتم إهمال مصدر الطاقة ووصلاته بالمحرك ومرحل التحكم من أجل البساطة.

هناك نوع آخر من المخططات ذات صلة كبيرة بمعدات التحكم في المحركات وهو مخطط السلم ، ويسمى بذلك لأنه يشبه سلمًا نموذجيًا. على اليسار واليمين (أحيانًا أعلى وأسفل) يوجد قضبان. بالنسبة لدائرة 240 فولت ، يكون السكة اليسرى هي "L1" ، والقضيب الأيمن هو "L2". بالنسبة لدائرة 120 فولت ، يكون السكة اليسرى هي "Line" ، والسكك الحديدية اليمنى "أرضي". ربط القضبان هي درجة واحدة أو أكثر. تمثل كل درجة عنصرًا واحدًا من دائرة التحكم. في التحكم في المحرك القائم على الترحيل الكهروميكانيكي ، تعمل جميع الدرجات في وقت واحد. في PLC ، يتم فحصها باستمرار بالتتابع ، بمعدل سريع جدًا (مللي ثانية). في كلتا الحالتين ، المبادئ الأساسية هي نفسها.

حسب الاصطلاح ، يتم عرض أجهزة الإدخال والإخراج على الدرجات. توجد أجهزة الإدخال على اليسار وأجهزة الإخراج على اليمين ، بغض النظر عن موقعها الفعلي في الجهاز. المكونات داخل كل درجة في سلسلة. الدرجات متصلة بالتوازي. من الممكن أن يكون إخراج إحدى الدرجات هو مدخلات أخرى. عند وجود جهاز إدخال على درجة معينة ، يجب أن يكون هناك جهاز إخراج واحد على الأقل. خلاف ذلك ، عندما يصبح جهاز الإدخال موصل ، سيكون هناك قصر ميت. تظهر أجهزة التحميل الزائد ، إن وجدت ، على يمين أجهزة الإخراج. بشكل عام ، لن يكون هناك جهاز إخراج يقف بمفرده في درجة ، ما لم يكن مصباح طاقة ، يعمل دائمًا عند تشغيل الجهاز. أيضًا ، لا توجد عادةً أجهزة في القضبان ، باستثناء مفتاح الطاقة الرئيسي أو فصل ودمج الحماية من التيار الزائد. العديد من أنواع أجهزة الإدخال هي في الأساس مفاتيح تشغيل / إيقاف. تندرج الموقتات ومفاتيح الحد ومستشعرات درجة الحرارة (بخلاف المزدوجات الحرارية) والثرموستات ضمن هذه الفئة.

يظهر الرسم التخطيطي الأكثر عمومية للسلم في الشكل 1. جهاز الإدخال عبارة عن مفتاح بسيط أحادي القطب ورمية واحدة. جهاز الخرج ، لغرض التوضيح ، هو مصباح طاقة منخفض الأمبير للجهد المناسب. في هذا المثال ، يتم تشغيل دائرة التحكم بجهد 120 فولت مشتق من خدمة أحادية الطور.

يوضح الشكل 2 إعدادًا شائعًا جدًا. تسمح محطة التشغيل / الإيقاف ، التي قد تكون بعيدة عن وحدة التحكم ، للمشغل ببدء تشغيل المحرك أو إيقافه. عادةً ما يكون زر الإيقاف مغلقًا ، ويكون زر البدء مفتوحًا بشكل طبيعي ، مما يعني أن هذه هي حالة كل جهاز عندما لا يتم التعامل معه. عند الضغط على زر الإيقاف ، يتم مقاطعة التيار إلى مرحل المحرك ، ويتوقف المحرك. في نفس الوقت ، تفتح جهات الاتصال وتظل مفتوحة حتى يتم الضغط على زر البدء مرة أخرى. لهذا السبب ، يظل المحرك متوقفًا حتى عند تحرير زر الإيقاف. من أجل التبسيط ، من المعتاد إظهار دائرة التحكم التي تذهب إلى المحرك بدون مرحل المحرك أو الطاقة (التي قد تكون ثلاثية الطور) متصلة بالمرحل وتغذية المحرك.

يوضح الشكل 3 إعدادًا شائعًا آخر مع دائرة تحكم 24 فولت تنتهي عند المحرك. هنا ، مرة أخرى ، لا يتم عرض المرحل ومصدر الطاقة الرئيسي المتصلين بالمرحل (ومن ثم بالمحرك).

خاتمة

لقد تناولت هذه المقالة بعض وحدات التحكم في المحركات الأولية نسبيًا. المبادئ الأساسية هي نفسها، ولكن حجم وتعقيد هذه المعدات يزدادان بشكل كبير مع الحاجة إلى المزيد من الوظائف. تتطلب وحدات التحكم في حركة المصاعد وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ومحركات التردد المتغير (ELEVATOR WORLD، فبراير 2014)، غالبًا في تركيبة، قدرًا هائلاً من المعرفة والخبرة لتصميمها وتثبيتها وصيانتها عندما يحدث خطأ ما. تكون المخططات أحيانًا بطول الكتاب، ويتطلب الأمر نوعًا خاصًا من العقل لفهم التفاصيل.

في أوقات أخرى ، هناك حل بسيط. عندما يفشل الجهاز في العمل ، تحقق أولاً من توصيلات الطاقة ، ثم أسلاك التحكم وأجهزة الاستشعار. للحصول على وحدة تحكم في حركة المصعد ، انظر إلى القراءة الأبجدية الرقمية. إذا كان هناك رمز خطأ مشفر على ما يبدو (مثل "E-8") ، فانتقل إلى وثائق الشركة المصنعة لمعرفة ما يحدث. انظر إلى المستشعرات - هناك مشكلة شائعة جدًا داخل مستشعر الباب. نظرًا لوجود أجزاء متحركة ثقيلة ، جنبًا إلى جنب مع الأجهزة الإلكترونية الحساسة ، فقد ينخفض ​​جهاز الأمان الحيوي هذا. تحقق من طاقة الإدخال وحالة المرحل والطاقة في المحرك. تحقق من جودة الطاقة في المحرك باستخدام راسم الذبذبات. سيكشف مقياس متعدد في وظيفة "AC volts" تموج غير مرغوب فيه في ناقل DC VFD.

لا تعمل "فوق رأسك" - خارج نطاق معرفتك. من المعروف أن الأسلاك التي أعيد توصيلها عن غير قصد بالأطراف الخاطئة في وحدة التحكم في حركة المصعد تتغلب على قفل الباب ، مما يؤدي إلى الوفاة.