قيادة السيارات والتحكم

مقدمة لمحركات المصاعد الرئيسية ، بما في ذلك التاريخ والأساسيات والمستقبل

هذا المقال مقتطف من كتاب مؤلفك القادم ، المصعد: من الأساسيات إلى حساب التفاضل والتكامل، الذي يناقش العناصر الرئيسية في أنظمة المصاعد ، مع التركيز على موضوعات المحركات والتحكم في المحركات ، وتحليل المسار ، والحبال والجر. الغرض منه هو توفير مرجع سريع للمهنيين ذوي الخبرة والمعرفة الأساسية لأنظمة المصاعد لأولئك الجدد في محرر الصناعة

هذا المقال مقتطف من كتاب مؤلفك القادم ، المصعد: من الأساسيات إلى حساب التفاضل والتكامل، الذي يناقش العناصر الرئيسية في أنظمة المصاعد ، مع التركيز على موضوعات المحركات والتحكم في المحركات ، وتحليل المسار ، والحبال والجر. الغرض منه هو توفير مرجع سريع للمهنيين ذوي الخبرة والمعرفة الأساسية لأنظمة المصاعد لأولئك الجدد في محرر الصناعة الأمان (أي الحبال المكسورة) ، والتي لم يكن حلها متاحًا إلا بعد حوالي 2,100 عام. في عام 1852 ، اخترع إليشا جريفز أوتيس معدات السلامة البدائية ، والتي يمكنها قفل كابينة المصعد في مكانها عند كسر حبال الرفع. أظهر ذلك علنًا بعد عام واحد في New York Crystal Palace في مدينة نيويورك ، المدينة التي تم فيها تركيب أول مصعد آمن في العالم في عام 1857.

أهداف التعلم

بعد قراءة هذا المقال ، يجب عليك:
♦ تم تعريفك بتاريخ تطور المصاعد والهيكل الأساسي لمحرك الجر أو المصعد الكهربائي
♦ فهم أساسيات محرك AC-2 التقليدي
♦ فهم أساسيات محرك DC (كلا النوعين MG و TL)
♦ فهم أساسيات محرك ACVV ومحرك ACVVVF المعاصر
♦ تم إدخالها إلى محركات أقراص أخرى ، بما في ذلك المحركات الهيدروليكية ، PMSM ، محركات الممانعة والمحركات الخطية الحثية

يتكون الهيكل الأساسي للمصعد من كابينة أو سيارة لها أبواب سيارة مرتبطة بالكابينة وأبواب هبوط في أماكن الإنزال. عندما تصل السيارة إلى الأرض ، يتم فتح وإغلاق أبواب الهبوط بواسطة أبواب السيارة التي يتم تشغيلها بواسطة مشغلي الأبواب (بشكل أساسي ، المحركات ذات الروابط الميكانيكية). يسافر الركاب بين الطوابق عن طريق الصعود والخروج من الكابينة التي تتحرك لأعلى ولأسفل بواسطة حبال الرفع ، أو الغطاس الهيدروليكي ، أو التركيبات الخاصة مثل محركات الجريدة المسننة ، أو الآلات الخطية الأكثر تقدمًا في المستقبل.

تتحرك معظم المصاعد بواسطة حبال الرفع التي توضع على أخاديد حزم الدفع التي تحركها المحركات ميكانيكيًا عن طريق الفرامل و / أو صندوق التروس الدودي (الشكل 1). وهذا ما يسمى بمصعد الجر: يتم تثبيت أحد طرفي حبل الرفع بالكابينة ، بينما يتم تثبيت طرف آخر بالثقل الموازن. تقليديًا ، هناك ، بشكل عام ، ثلاثة أنواع من المحركات المستخدمة في أنظمة المصاعد: التيار المتردد والتيار المستمر والهجين بين الاثنين.

محرك AC-2

يعد محرك AC-2 محركًا بدائيًا شائعًا منذ نصف قرن على الأقل للمصاعد منخفضة السرعة. عادة ما يقترن بترس دودي لتقليل السرعة وزيادة عزم الدوران. يحمل المحرك الحثي القياسي ثلاثي الطور مجموعة واحدة من ثلاث لفات موضوعة بزاوية 60 درجة جنبًا إلى جنب على الجزء الثابت (الشكل 2). تتدفق التيارات ثلاثية الطور عبر ثلاث مجموعات من الملفات (الشكل 2: "1" - "2" ، "3" - "4" و "5" - "6"). خلال المرحلة "أ)" ، يتدفق تيار عند الموصل "1" من الورقة (ممثلة بنقطة) ، وهذا في الموصل "2" يتدفق إلى الورقة (يمثله تقاطع). حجم التيار على طول الملف "1" - "2" هو الحد الأقصى ، كما يتضح من نقطة سوداء صلبة وصليب كبير.

باستخدام "قاعدة قبضة اليد اليمنى" الشهيرة (يشير الإبهام إلى اتجاه المجال المغناطيسي بأصابع أخرى تظهر اتجاه تدفق التيار) يظهر المجال المغناطيسي الناتج يشير إلى اليمين. ينتقل المجال المغناطيسي الناتج عن النقاط "3" - "4" لأعلى جهة اليمين ، بينما ينتقل المجال المغناطيسي الناتج عن النقاط "5" - "6" لأسفل جهة اليمين. لذلك ، لا يزال المجال المغناطيسي الناتج يشير إلى اليمين. مع مرور الوقت ، خلال المرحلة "ب)" المجال المغناطيسي الناتج يشير إلى أسفل اليمين وهكذا. يوضح ذلك توليد مجال مغناطيسي دوار بسعة ثابتة بواسطة مصدر كهربائي ثلاثي الطور. وفقًا لقانون فاراداي للحث ، عندما يقطع المجال المغناطيسي الدوار الجزء المتحرك من المحرك ، تتولد قوة كهرومغناطيسية ، وبالتالي ، يحدث تيار. هذا المجال المغناطيسي المستحث يتعارض مع المجال من الجزء الثابت. ينتج عن المجالين المغناطيسيين المتفاعلين عزم دوران. هذا لأن العضو الذي ينتج عن الجزء الثابت يدور ، ويتم دفع الجزء المتحرك للدوران ، لأن الجزء الثابت ثابت.

يمكن توضيح أن سرعة الدوران ، وتسمى أيضًا السرعة المتزامنة ، Ns (في دورة في الدقيقة) ، للحقل المغناطيسي للجزء الثابت يتناسب طرديًا مع التردد ، f (بالهرتز) للإمداد بالكهرباء ويتناسب عكسياً مع عدد الأقطاب ، pمن اللفات:

الجزء الثابت المبسط الموضح في الشكل 2 عبارة عن آلة ذات قطبين ، أي p = 2. لذا ، إذا f = 60 هرتز ، N_s = 3,600 دورة في الدقيقة = 60 دورة في الثانية. يوضح الشكل 2 أنه في دورة واحدة من 1/60 ثانية ، يدور الحقل دائرة واحدة حول الجزء الثابت. بعبارة أخرى ، في غضون ثانية واحدة ، يمكن أن يدور المجال المغناطيسي 1 دائرة. في محرك عملي ، الحد الأدنى لقيمة p عادة ما تكون مساوية لـ 4 أو 6. يتم تحفيز التيار في الجزء المتحرك عن طريق الحث الكهرومغناطيسي لإنتاج مجال مغناطيسي لمقاومة المجال المغناطيسي للجزء الثابت (كما هو موضح أعلاه). لذلك ، يجب أن تكون سرعة دوران الجزء المتحرك أقل من سرعة المجال المغناطيسي للجزء الثابت. تتطابق سرعتا الدوران مع بعضهما البعض فقط في حالة عدم وجود عزم مقاومة على جانب الدوار ، وهي حالة مثالية فقط. وبالتالي، N_s تسمى أيضًا السرعة المتزامنة للمحرك ، وهي الحد النظري.

في المحرك التعريفي لمصعد AC-2 ، توجد مجموعتان مختلفتان من اللفات ثلاثية الطور: على سبيل المثال ، واحدة مع p = 6 وواحد مع p = 24. سرعة دوران الدوار عندما يتم تنشيط لفات القطب المنخفض ، وبالتالي ، أربعة أضعاف عندما يتم تنشيط اللفات ذات القطب العالي. أثناء التشغيل العادي ، تُستخدم لفات القطب المنخفض عادةً للتسريع وتشغيل السرعة المقدرة ، بينما تُستخدم اللفات ذات القطب المرتفع بشكل أساسي للتباطؤ وأثناء الصيانة عندما يكون شخص ما على قمة السيارة. لعكس اتجاه الدوران ، يتم تبادل مرحلتين من ثلاث مراحل لجهد الإمداد مع بعضها البعض ، ويدور المحرك في اتجاه معاكس.

DC موتور

تم استخدام محركات AC-2 في الأيام الخوالي للمصاعد منخفضة السرعة بمساعدة علبة التروس الدودية. بالنسبة للمصاعد عالية السرعة ، تم استخدام محركات التيار المستمر. هذا لأن محركات التيار المستمر عادة ما يكون لها عزم دوران أعلى من محركات التيار المتردد. يظهر المقطع العرضي لمحرك التيار المستمر في الشكل 3. يمر التيار المستمر عبر لفات المجال المعنية على أقطاب الجزء الثابت لإنتاج تدفق مغناطيسي حول القطب ، Φ و. توجد موصلات على سطح الدوار حيث يمر تيار مستمر آخر من خلالها ، مما ينتج عنه تدفق مغناطيسي للمُحرك ، Φ حول القطب. Φ و و Φ مرتبة بحيث لا تتطابق أبدًا مع بعضها البعض ، أي أن هناك دائمًا زاوية فصل بينهما. يتفاعل هذان التدفقان المغناطيسي مع بعضهما البعض ، عادةً عن طريق التنافر ، لإنتاج عزم دوران يعتمد على قوة كل تدفق وزاوية الفصل بينهما.

نظرًا لأن التيار يجب أن يتدفق إلى الدوار الدوار ، فهناك حاجة إلى آلية ومبدل وفرشاة لتسهيل ذلك. الفرشاة ، المصنوعة عادةً من الكربون ، ثابتة مع الجزء الثابت ، بينما يدور المبدل مع الدوار. بعد ذلك ، يمكن أن ينتقل التيار من مصدر الطاقة إلى الفرشاة إلى المبدل ، وأخيراً إلى ملف الدوار. يمكن تحديد اتجاه القوة على الموصل الدوار من خلال "قاعدة محرك اليد اليسرى" الشهيرة لفليمينغ: يشير الإصبع الأول من اليد اليسرى إلى اتجاه تدفق المجال الناتج عن الجزء الثابت ، ويشير الإصبع الأوسط إلى الاتجاه من تدفق التيار على طول موصل الدوار ، يشير الإبهام في اتجاه القوة الناتجة. يوضح هذا بسهولة أن العزم النهائي للشكل 3 في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة ، بما يتماشى مع القوة الطاردة بين Φ و Φ و. وتجدر الإشارة إلى أنه بمساعدة المبدل الدوار ، يظل كل من تدفق المجال من الجزء الثابت وتدفق المحرك من الجزء المتحرك دون تغيير بشكل عام. لذلك ، فإن عزم الدوران مستمر.

في حين أن هناك طريقتان أساسيتان لإنتاج مصدر طاقة لملفات الجزء الثابت لمحرك DC ، فإن تدفق الجزء المتحرك يتم توفيره من خلال نفس المبدأ العام. كانت الطريقة الأكثر بدائية تسمى مجموعة Ward-Leonard أو مجموعة المولدات (MG) (الشكل 4) حيث يقترن محرك الحث ثلاثي الطور ميكانيكيًا بمولد DC. سرعة دوران المحرك التعريفي ثابتة نوعًا ما. إن جهد إمداد التيار المستمر من المولد متغير (عن طريق تغيير تيار المجال الخاص به). ستتم مناقشة النموذج الرياضي لمحرك DC في مقال قادم. يتم تطبيق جهد التغذية القابل للتعديل على محرك DC للمحرك. ينتج عن الجهد العالي دوران أسرع والعكس صحيح. مع عزم دوران عالي ، هذا النوع من القيادة مناسب لتطبيقات المصاعد عالية السرعة.

بالنظر إلى البدائل الحديثة ، فإنه من الضخم تركيب مجموعات MG ويتطلب عمالة مكثفة للغاية لصيانتها ؛ من الأساليب الحديثة نسبيًا التي تم تطويرها في أوائل السبعينيات من القرن الماضي استبدال مجموعة MG بمحولين إلكترونيين للطاقة. يسمى "مجموعة Thyristor-Leonard (TL)" ، يتكون كل محول من ستة ثايرستور (مقومات يتحكم فيها السيليكون [SCRs]) (الشكل 1970). مرة أخرى ، يمكن إنشاء مصدر متغير للتيار المستمر عن طريق إطلاق ستة SCRs بشكل صحيح لتحويل إمداد التيار المتردد ثلاثي الأطوار إلى DC ، والذي يتم تطبيقه أيضًا على محرك DC ("M" في الشكل 5) من خلال خنق لتنعيم النبض تأثير. يشبه الثايرستور ، أو SCR ، صمام اتجاهي للتيار الكهربائي. له ثلاثة أطراف: الأنود ("A" في الشكل 5) ، الكاثود ("C في الشكل 5) والبوابة (" G "في الشكل 5).

في ظل الظروف العادية ، يتم إغلاق الصمام أو SCR ولا يمكن لأي تيار أن يمر عبره. عندما يتم تطبيق إشارة كهربائية على البوابة "G" الخاصة بـ SCR ، يتم تشغيلها وتقدم مقاومة منخفضة جدًا لتدفق التيار. هذا على طول اتجاه رمز السهم ، من "أ" إلى "ج" ، ولكن ليس من "ج" إلى "أ" أبدًا. عندما يمر تيار عبر SCR ، يوجد جهد إيجابي منخفض عبره ، مع جهد عند "A" أعلى قليلاً من الجهد عند "C." لإيقاف تشغيل الصمام ، يجب أولاً إيقاف تشغيل الإشارة إلى البوابة ، متبوعًا بتقليل التيار عبر SCR إلى الصفر بوسائل أخرى ، وأخيرًا ، عن طريق تطبيق جهد سلبي صغير ، يسمى "التحيز العكسي" ، عبر SCR . هذه العملية تجعل الجهد عند "C" أعلى قليلاً من الجهد عند "A" ويسمى "التخفيف". لذلك ، من المثالي استخدام SCR لتصحيح التيار المتردد إلى التيار المستمر ، لأنه عندما يتغير التيار المتردد من الدورة الموجبة إلى السلبية أو العكس ، يتم قطع SCR ذات الصلة تلقائيًا.

AC متغير الجهد االكهربى (ACVV) محرك

حتى الآن ، يبدو أن محركات التيار المستمر يمكن أن تخدم كلاً من المصاعد عالية السرعة ومنخفضة السرعة بشكل جيد. ومع ذلك ، فإن محركات التيار المستمر لها متطلبات صيانة مكثفة ، حيث يجب صيانة ترتيب الفرشاة / المبدل من وقت لآخر. أيضًا ، تكلفة محركات التيار المستمر أعلى بكثير من تكلفة محركات التيار المتردد من نفس التصنيف. إن الجزء المتحرك لمحرك التيار المتردد هو مجرد قفص سنجاب أو به بعض اللفات ذات الدائرة القصيرة دون أي اتصال بالبيئة الخارجية الثابتة. لكن AC-2 ليس هو الحل بالتأكيد ، حيث لا يمكن تعديل السرعة بحرية.

الحس السليم هو أنه في حالة اختلاف جهد إمداد الطاقة ثلاثي الطور لمحرك تحريضي التيار المتردد كما هو موضح في الشكل 2 ، يتغير عزم الدوران في نفس الوقت ، وبالتالي يكون هناك تسارع أو تباطؤ لاحق. يطلق عليه محرك AC Variable Voltage (ACVV). علاقة بسيطة بين عزم القيادة ، Γ_D، يقاس بالنيوتن ، وعزم دوران الحمل ، Γ_L، لجميع أنواع المحركات موضح في المعادلة 2 ، حيث J هي اللحظة المكافئة المجمعة للقصور الذاتي ، مقاسة بالكيلو جرام م 2 ، لجميع الأجزاء الدوارة الميكانيكية ، و ω هي سرعة الدوران اللحظية للدوار ، وتُقاس بالراديان في الثانية. دائرة واحدة كاملة بزاوية 360 درجة تساوي 2π راديان.

وتجدر الإشارة إلى أن لحظة القصور الذاتي تشمل جميع الأجزاء الدوارة ، مثل الدوار ، والمحامل ، والعمود ، والقص ، وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، فإن عزم الحمل يشمل الاحتكاك على المحامل ، أيضًا ، وليس فقط عزم التوازن الموازن من المصعد السيارة والحبال. يوضح الشكل 6 مبدأ تشغيل محرك ACVV النموذجي. تظهر منحنيات سرعة عزم الدوران لثلاثة جهود مختلفة مطبقة في المكان V_s > V_s1 > V_s2. تجارة الرقيق عبر الأطلسي هو عزم دوران البداية تحت V_s; T_st1 هو عزم دوران البداية تحت V_s1 وما إلى ذلك وهلم جرا. T_L هو عزم الحمل. من الناحية العملية ، يكون عزم تحميل المصاعد مسطحًا إلى حد ما ، لأنه مستقل تمامًا عن سرعة التشغيل. ω هي سرعة الحالة المستقرة (بالتقدير الدائري في الثانية) أقل من V_s, ω₁ مع V_s1 وما إلى ذلك وهلم جرا. ω_s هي السرعة المتزامنة (بالتقدير الدائري في الثانية) ، والتي تتطابق من الناحية المفاهيمية مع N_s ولكن تقاس بوحدات مختلفة. N_m or ω_m، هي السرعة اللحظية للمحرك. تنخفض سرعة التشغيل تدريجياً مع انخفاض جهد الإمداد ؛ وبالتالي ، فإن المصطلح "ACVV". ومع ذلك ، فإن نطاق التحكم في السرعة ، كما هو موضح في الشكل 6 ، محدود نوعًا ما. علاوة على ذلك ، هناك معلمة ، S، كما هو موضح في الشكل 6. ويسمى "القسيمة" ، ويتم تعريفه على النحو التالي:

بالتالي، S = 0 بسرعة متزامنة ، و S = 1 عندما يكون الدوار ثابتًا. عندما يتم تحليل النموذج الرياضي للمحرك الحثي AC ، S يستخدم عادة بدلا من ω or N. قيمة التشغيل العادية لـ S حوالي 5٪.

خل التفاح ومحرك التردد المتغير (ACVVVF)

على الرغم من أن محرك ACVV يمكنه ضبط سرعة تشغيل المصعد ويتطلب صيانة أقل من محرك التيار المستمر ، إلا أن هناك ثلاث مشكلات رئيسية. أولاً ، كما تمت مناقشته من قبل ، فإن نطاق التحكم في السرعة ضيق نسبيًا. ثانياً ، يجب أن يكون عزم الحمل أقل بكثير من الحد الأقصى لعزم الدوران تحت إمداد الجهد المقنن. ثالثًا ، إنه ليس محافظًا على الطاقة ، حيث أن فقدان الطاقة مرتفع جدًا. لذلك ، منذ 25 عامًا ، سيطرت محركات ACVVVF على السوق ، لدرجة أنه لم يعد من السهل الحصول على محركات AC-2 و DC و ACVV.

كما يقول الاسم ، يتم ضبط كل من الجهد والتردد للإمداد. يوضح الشكل 7 منحنيات سرعة عزم الدوران لمحرك ACVVVF نموذجي. المنحنيات نحو الجانب الأيسر تنتمي إلى جهد أقل ، Vوتردد أقل ، f، مع الخامس / و عادةً ما يتم الاحتفاظ بها ثابتة ، على الرغم من وجود استثناءات. على سبيل المثال ، إذا تم تصنيفها

الجهد ثلاثي الأطوار هو 480 فولت والتردد المقدر 60 هرتز ، V / f حوالي 8. كما هو موضح في الشكل 7 ، فإن عزم الحمل ثابت تمامًا بالنسبة للمصعد. عندما V or f تستمر في الزيادة ، وتستمر السرعة في الزيادة أيضًا ، حتى يتم تحقيق القيمة المقدرة. هذا نموذج جيد جدًا للتحكم في السرعة. يوضح الشكل 8 مخطط الدائرة للمحرك. يتم أولاً تصحيح الإمداد العادي ثلاثي الطور بواسطة محول إلى تيار مستمر على ناقل التيار المستمر ، والذي يتم تحويله مرة أخرى إلى تيار متردد بواسطة العاكس مع ضبط مجاني في V و f. المكونات المستخدمة في المحول هي صمامات ثنائية الطاقة ، في حين أن تلك المستخدمة في العاكس عادة ما تكون عبارة عن ترانزستورات ثنائية القطب معزولة بالبوابة.

عندما ينزل المصعد بحمل سيارة أثقل من حمل الثقل الموازن ، يجب أن يحاول نظام التحكم كبح المصعد. في هذه اللحظة ، يتم إعادة الطاقة من المحرك إلى العاكس وناقل التيار المستمر. هذه الطاقة لا يمكن أن تعود إلى

إمداد ثلاثي الطور بسبب الخصائص الاتجاهية لثنائيات الطاقة ، ويجب تبديدها في مكان ما. مقاوم الكبح ضروري لاستهلاك الطاقة للتأكد من أن محرك الأقراص بالكامل يعمل بأمان. هذا مصدر قلق للسلامة وبالتأكيد غير مرغوب فيه من وجهة نظر الحفاظ على الطاقة. لذا ، فإن فكرة "الكبح المتجدد" شائعة بحيث يمكن إعادة الطاقة إلى شبكة الطاقة عبر مسار مختلف.

يُطلق على مبدأ التشغيل في الشكل 7 "التحكم القياسي" ، وهو أمر جيد للتحكم في السرعة في ظل حالة ثابتة ومنخفضة السرعة وحلقة مفتوحة. هنا ، تشير "الحلقة المفتوحة" إلى عدم وجود التحكم الحالي في التغذية الراجعة ، وليس ردود الفعل السريعة ، وهو أمر ضروري دائمًا في تشغيل المصعد.

تتفوق المحركات الحثية على محركات التيار المستمر من حيث الحجم والوزن والقصور الذاتي والتكلفة والسرعة ، لكن محركات التيار المستمر متفوقة في سهولة التحكم. إذا كانت هناك حاجة إلى التحكم الديناميكي الدقيق في الحلقة المغلقة لتوفير التسارع والتباطؤ المريح وتسوية السرعة المنخفضة جدًا ، وما إلى ذلك ، فإن التحكم في ناقل التدفق لمحرك ACVVVF ضروري. الفكرة الأساسية لـ "التحكم في ناقلات التدفق" هي سلسلة من التحولات الرياضية حيث يتم تحويل الفولتية والتيارات ثلاثية الطور (بعيدًا عن بعضها كهربائياً 120 درجة) إلى نظام ثنائي الطور (بزاوية 90 درجة كهربائياً). وتسمى هذه متجهات المحور المباشر وناقلات المحور التربيعي ، على التوالي. نظرًا لأن المرحلتين الآن متعامدتان مع بعضهما البعض ، فلا يوجد تأثير متبادل بينهما ، ويمكن التحكم فيهما بشكل مستقل. أحد المتجهات مسؤول عن مكون التدفق (مشابه للحقل الذي ينتجه الجزء الثابت في محرك DC) ، بينما يكون ناقل آخر مسؤولًا عن مكون عزم الدوران (مشابه لمجال المحرك الناتج عن الدوار في محرك DC).

في نظام من ثلاث مراحل ، ما لم يتم الحفاظ على وضع متوازن تمامًا ، فإن أي شيء مختلف في مرحلة ما له بعض التأثير على المراحل الأخرى. لذا ، فإن "وضع التحكم القياسي" يتطلب عملية متوازنة طوال الوقت. بهذه الطريقة ، يمكن التحكم في عزم الدوران تحت "التحكم في ناقلات التدفق" مع التغييرات والتكيفات السريعة بسهولة. تحت هذه الفئة ، هناك فرعين: التحكم الميداني والتحكم المباشر في عزم الدوران.

محرك هجين: محرك PMSM

عند استخدام محرك تحريضي ، حتى عند استخدام التحكم في ناقلات التدفق ، لا يزال يتعين إنتاج المجال المغناطيسي للعضو الدوار بواسطة المجال المغناطيسي للجزء الثابت ، مما يؤدي إلى استجابة أبطأ وأضعف. إذا كان من الممكن توليد المجال المغناطيسي الدوار بشكل مستقل ولكن ليس عن طريق الفرشاة / المبدل كما هو الحال في محرك DC ، يمكن زيادة نسبة حجم عزم الدوران إلى المحرك بشكل كبير. هذه هي تقنية المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM). في هذه المحركات ، يتم استبدال اللفات أو القضبان الدوارة بمغناطيس دائم ، مع المزايا التالية:

• القضاء على فقدان النحاس
• كثافة وكفاءة طاقة أعلى
• انخفاض الجمود الدوار
• إمكانية وجود فجوة هوائية أكبر بسبب كثافة القوة القسرية الأكبر

طبعا هناك عيوب ايضا وهي كالآتي:

• فقدان مرونة التحكم في تدفق مجال الدوار
• ارتفاع تكلفة المغناطيس الدائم بكثافة تدفق عالية
• تدهور الخصائص المغناطيسية بمرور الوقت
• فقدان المغنطة عندما تكون درجة حرارة التشغيل أعلى من درجة حرارة كوري.

عند درجات حرارة أقل من نقطة كوري ، تكون اللحظات المغناطيسية محاذاة تمامًا داخل المجالات المغناطيسية في المواد المغناطيسية. فوق درجة الحرارة هذه ، يتم تدمير هذه المحاذاة تدريجياً. نظرًا لوجود كل هذه السلبيات ، فإنها لا تزال تكتسب شعبية في تطبيقات المصاعد الحديثة نظرًا لارتفاع نسب عزم الدوران إلى الحجم وعزم الدوران إلى الوزن ، فضلاً عن الأمل في خفض التكاليف مع إمكانية استبدال المعادن الأرضية النادرة بمعدن اصطناعي المعادن. أيضًا ، يمكن ترتيب المغناطيس الدائم بشكل مناسب لتشكيل محركات المجال المحوري. في المحركات التقليدية ، عادة ما تكون المجالات المغناطيسية متعامدة مع محور دوران الجزء المتحرك. في محركات المجال المحوري ، تكون الحقول كلها موازية لمحور الدوران ، مما ينتج عنه مظهر رقيق للغاية. وهذا يجعلها مناسبة للتطبيقات التي لا تحتوي على غرفة آلة (الشكل 9).

نوع آخر من المحركات ذات المغناطيس الدائم هو محرك DC بدون فرشات (BLDC) ، ولكن هذا النوع لا يستخدم بشكل شائع في صناعة المصاعد. من خلال استبدال محرك تقليدي بـ PMSM واحد من نفس التصنيف ، يمكن تحقيق متوسط ​​توفير في الطاقة بنسبة 25-30 ٪ على الأقل. بالنسبة للتطبيقات ذات السرعات العالية جدًا ، على سبيل المثال ، 15 ميجا في الثانية (3,000 إطار في الدقيقة) أو أعلى ، من المستحيل استخدام المحركات التقليدية ، ويصبح PMSM هو الخيار الوحيد.

يوضح الشكل 10 نوعين من PMSM: كلاهما آلات ثنائية القطب ولكنهما مختلفتان في تصميم العضو الدوار. جميع المجالات المغناطيسية التي يولدها الدوار ناتجة عن مغناطيس دائم متصل به. يتم إنشاء حقل مغناطيسي دوار في الجزء الثابت من خلال إمداد ثلاثي الطور بتردد متغير وجهد متغير ، وهو جيبي تمامًا مع شكل الموجة. هذا يشبه ترتيب المحول / العاكس في الشكل 8. ويسمى "هجين" لأن المجال المغناطيسي في الجزء المتحرك ثابت من حيث الحجم ، وهو مشابه لموتور التيار المستمر. عندما يدور حقل الجزء الثابت ، يتبع حقل الجزء المتحرك الجذب أو التنافر ، وبالتالي الجزء المتحرك المادي. بالنسبة لمحركات BLDC ، حتى حقل الجزء الثابت ليس جيبيًا بحتًا.

مصعد هيدروليكي

على الرغم من هيمنة مصاعد الجر على السوق ، إلا أن المصاعد الهيدروليكية لا تزال مثبتة ، وتم تحديث تقنيتها خلال العقد الأخير. لكي تكون بسيطة ، يتكون المصعد الهيدروليكي من أسطوانة مملوءة بالزيت بمكبس / مكبس / مكبس أعلى الزيت. يدعم الكباس كابينة المصعد أو ، في بعض التصميمات ، يسحب مجموعة من حبال الرفع التي تعلق كابينة المصعد. عندما يتم حقن الزيت تحت المكبس ، ترتفع الكابينة ، وعندما ينطلق الزيت ، تسقط الكابينة. عادة ما يتم غمر مضخة الزيت بمحركها في خزان الزيت ، بالتنسيق مع صمام الزيت لتشغيل المصعد. الزيت عازل ، ويمكن للمحرك المغمور أن يعمل بشكل طبيعي. نظرًا لأن التسرب الطفيف للزيت والتغير في درجة حرارة الزيت أمر لا مفر منه في بعض الأحيان ، فإن إعادة التسوية التلقائية تحدث من وقت لآخر. وبالتالي ، قد تعمل المضخة حتى عندما تتوقف الكابينة على الأرض. بشكل عام ، المصعد الهيدروليكي يستهلك طاقة أكثر بكثير من مصعد الجر. في كثير من الأحيان ، يجب أن تكون غرفة آلة المصعد الهيدروليكي مكيفة الهواء. نظرًا لأن حركة كابينة المصعد تعتمد على تعبئة الزيت وإطلاقه من الأسطوانة وإليها ، فإن المحرك التعريفي البسيط للتيار المتردد الذي يحرك المضخة جيد بما فيه الكفاية.

في العقد الماضي ، تم إجراء بحث لتحويل المصاعد الهيدروليكية إلى بيئة خضراء من خلال الحفاظ على الطاقة. يتم تحقيق ذلك من خلال إدخال محولات إلى محركات المحركات ، مثل محرك المصعد الهيدروليكي ACVVVF. علاوة على ذلك ، عند إطلاق الزيت لخفض كابينة المصعد ، يتم ترتيب محرك المضخة بشكل مناسب لاستخراج الطاقة من الزيت المتدفق إلى شبكة الطاقة.

محركات ممانعة

هيكل الجزء الثابت متطابق تقريبًا في أنواع محركات التيار المتردد المذكورة سابقًا. اختلافاتهم بشكل رئيسي في الدوار. الفكرة الأساسية هي السماح للعضو الدوار بتتبع المجال المغناطيسي الدوار الناتج عن الجزء الثابت ، إما عن طريق الحث الكهرومغناطيسي أو بواسطة المغناطيس الدائم. هناك وسيلة أو طريقة أخرى ، وهي تصميم الجزء المتحرك بطريقة تمكن التدفق المغناطيسي من الجزء الثابت من اختراق الجزء المتحرك بسهولة عندما يكون الجزء المتحرك في موضع معين بالنسبة للحقل. بمعنى آخر ، يمكن للدوار أن يحاذي نفسه تلقائيًا عندما يكون هناك حد أدنى من التردد في مجال الجزء الثابت. لذلك ، عندما يدور المجال المغناطيسي للجزء الثابت ، يتبعه الدوار. هذا هو تطوير "محركات ممانعة متزامنة". مع التصميم المناسب ، يمكن أن يقترب أداء محرك الممانعة من أداء المحرك التعريفي ، على الرغم من أن محرك الممانعة قد يكون أثقل قليلاً وله عامل قدرة أقل. عامل القدرة هو معلمة كهربائية تستخدم لقياس مدى جودة استخدام الحمل لمصدر الطاقة ، ويتراوح بين 1 و 0. تعتبر القيمة الأعلى من 0.85 مقبولة بشكل طبيعي.

عندما يكون الجزء الثابت مشابهًا لمحرك تحريضي متناوب ، فلا يوجد مغناطيس أو قفص سنجابي في الجزء المتحرك (الشكل 11). هناك حاجة إلى التحكم الميداني لقيادة مثل هذا المحرك. يتم فصل صفائح الحديد الموجودة فيه بواسطة مواد غير مغناطيسية ، مما يزيد من تدفق الممانعة في المحور التربيعي. ومع ذلك ، لا يزال استخدام هذه المحركات في أنظمة المصاعد قيد البحث.

محرك خطي

منذ اختراع المصاعد في أواخر القرن التاسع عشر ، لم يتغير التصميم الأساسي على الإطلاق. أي أن عدد المصاعد في رافعة أو عمود عمودي واحد عادة ما يكون واحدًا وغالبًا ما يصل إلى اثنين. لدينا طابقين عندما تكون الكابينة مفصلية معًا ، واحدة فوق الأخرى ، تخدم طابقين متتاليين. هذا يعادل تقريبًا كابينة واحدة كبيرة ذات سعة مزدوجة. يمكن اعتبار هذا التصميم التقليدي لمصعد واحد إلى مصعدين لكل رافعة ، إهدارًا للرافعة ، على سبيل المثال ، تخيل أن هناك قطارًا واحدًا فقط يتحرك على سكة حديدية طويلة. على الرغم من بدء تشغيل أول نظام تيسين كروب TWIN في ألمانيا في عام 19 حيث يمكن لمقصورتين أن تتحرك بشكل مستقل ، واحدة دائمًا فوق الأخرى ، لا تزال التقنية تحد من عدد الكابينة إلى اثنتين. عندما يتم استخدام الحبال أو الغطاس ، لا يمكن أن يتجاوز عدد المصاعد هذا الحد.

تزداد المباني طولاً وطولاً، حيث يبلغ ارتفاعها 500 متر (1,640 قدمًا) أو أكثر. سيكون من المثالي أن يكون لدينا، على سبيل المثال، أربع إلى خمس كبائن تعمل على طول نفس العمود في نفس الوقت، لخدمة الركاب في مناطق مختلفة من المبنى الشاهق. لتحقيق هذا الحلم، يجب أن تكون كبائن المصاعد قادرة على التحرك من تلقاء نفسها، مثل القطارات على القضبان. وبالتالي، يجب أن نتخلص من الحبال والمكابس. إن استخدام المحركات الخطية ليس جديدًا، حيث يمكننا أن نجد تطبيقات في صناعات السكك الحديدية والناقلات. هناك أيضًا محركات متزامنة خطية ومحركات ممانعة خطية. في صناعة المصاعد، نتوقع أن يكون التطبيق الرئيسي في المستقبل القريب هو محركات PMSM الخطية. اقترحت شركة Otis وMitsubishi لأول مرة فكرة استخدام المحركات الخطية في أنظمة المصاعد في أوائل التسعينيات.[1990] منذ ذلك الحين، لم يتم وضع أي نموذج عملي في التشغيل الفعلي بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة: لا يمكن لأحد أن يخاطر بانقطاع التيار الكهربائي حيث تطفو الكابينة في الهواء بدون مرفق عند استخدام محرك متزامن خطي. أظهر النموذج التجريبي الأولي لنظام MULTI من شركة thyssenkrupp (ELEVATOR WORLD، فبراير 1) محركًا خطيًا داخل معدات التوجيه المثبتة في الجزء الخلفي من كل كابينة مصعد. يرفع هذا المحرك الكابينة ليس فقط لأعلى ولأسفل، بل وأيضًا إلى اليمين واليسار. تتحرك الكابينة على سكة حديدية، مما يوفر هامش أمان مرتفعًا.

أسئلة تعزيز التعلم

استخدم أسئلة تعزيز التعلم أدناه للدراسة لامتحان تقييم التعليم المستمر المتاح عبر الإنترنت على www.elevatorbooks.com أو على p. 117 من هذا العدد.
♦ لماذا تم استخدام محركات AC-2 وليس محركات AC-1 في الأيام الخوالي؟
♦ لماذا لا تستخدم محركات التيار المستمر في تركيبات المصاعد الجديدة؟
♦ ما هي إيجابيات وسلبيات استخدام محركات ACVV في أنظمة المصاعد؟
♦ ما هو الاختلاف الرئيسي بين محرك ACVVVF تحت التحكم العددي والتحكم في النواقل ، على التوالي؟
ما محرك الأقراص الذي تنصح به للتثبيت الذي يخدم مبنى من أربعة طوابق (ارتفاع 50 قدمًا) باستخدام تصنيف
سرعة 100 fpm؟

الرقم المرجعي
[1] Janovsky، L. Elevator Mechanical Design، IAEE، Ellis Horwood، New York، Chapter 1 (1993)، available at www.elevatorbooks.com.