شرح المحرك التزامنى Synchronous Motor

سنتكلم اليوم عن احد المواتير ذو اتيار المتردد وهى اكثر شهره و استخداما فى المجالات الصناعية الا وهو :

Synchronous Motor

هو محرك كهربى يقوم بتحويل الطاقة الكهربية الى طاقة حركية و يتكون من عضو ثابت (Stator) و عضو دوار(Rotor) ,  

عندما يتم تغذية العضو الثابت بمصدر جهد ثلاثى الاوجه سيمر فيه تيار ثلاثى الاوجه فيتولد مجالا مغناطيسيا منتظما ,وعندما 

تتغذى ملفات المجال بالتيار المستمر سيتولد مجال مغناطيسى ثابت فى العضو الدوار و فابالتالى سيتواجد مجالان مغناطيسيان 

هما Br - Bs فمجال العضو الدوار Br سيحاول ان يكون متعامدا مع مجال العضو الثابت Bs فحيث ان مجال العضو الثابت يدور

 فان مجال العضو الدوار سيحاول اللحاق به و معه العضو الداور نفسه ولكن لن يتمكن من ذلك بسبب اتساع الزاوية بينهم لذا 

يجب ان يدار العضو الدوار بالسرعة التزامنية او القرب منها قبل توصيل التيار فى ملفاته فعند التوصيل ستكون الزاوية صغيره 

فسيدوران بنفس السرعة ولا تتغير مهما تغير حمل المحرك مدام  ضمن الحمل المقنن له .

طرق بدء حركة المحرك التزامنى :

• باستخدام محرك خارجى : يدار المحرك التزامنى بواسطة محرك بدء يتم تركيبة على عمود الدوران بحيث تصل السرعة                                    الى السرعة التزامنية فعندما يتم تغذية ملفات المجال بالتيار المستمر ويفصل محرك البدء                                          ينتج عزم ذو اتجاه واحد فيتم بذلك الحفاظ على سرعة المحرك التزامنية مهما تغير الحمل                                          مدام  ضمن الحمل المقنن له .
  
  كما علمنا ان المحرك التزامنى يتم توصيل العضو 
  الثابت(Stator ) منه بمصدر تيار مستمر
   (Ac supply) , ويتم توصيل العضو المتحرك  
  (Rotor)  بمصدر تيار مستمر (Dc Supply) .
  
  
  
  
  
  
  
   
• باستخدام مصدر جهد متغير التردد : يمكن بدء دوران المحرك التزامنى بمصدر جهد متغير التردد فيتم ذلك بخفض التردد                                                 الى ان تصبح سرعة المجال المغناطيسى الدوار قليله جدا بحيث يتمكن العضو الدوار                                               ان يلحق به فعندما يبدا العضو الدوار فى الدوران يتم رفع التردد تدريجيا حتى يصل                                                 المحرك الى السرعة المطلوبة فيستمر العضو الدوار الدوران بنفس سرعة المجال .
   
• باستخدام ظاهرة التيارات الدوامية : توجد محركات تزامنية ذات عضو دوار مصمت تبدا حركتها بحيث ان التيارات                                                         الداومية المتولدة فى العضو الدوار المصمت  لها عزم مشابة العزم فى المحرك الحثى                                               فعندما يدور العضو الدوار وتصل سرعتة قرب السرعة التزامنية سيعلق بالمجال                                                    المغناطيسى الناتج من العضو الثابت وسيدور معه بنفس السرعة وعندئذ تتلاشى                                                   التيارات الدوامية .
  

ويلاحظ فى الطرق السابقة اثناء عمليه البدء و قبل توصيل التيار المتردد الى ملفات المجال لابد ان تكون ملفات المجال

 مقصوره عبر مقاومة لان تعرضها للمجال المغناطيسى الناتج من العضو الثابت سيؤدى الى تولد جهد عالى جداعلى اطرافها مما 

يؤدى الى انهيار العزل او تولد شرارة بين حلقات الانزلاق .

استخدامات المحرك التزامنى :

استخدامات المحرك التزامنى يتواجد بشكل ضيق وذلك فى التطبيقات التى تتطلب ثبات فى السرعة  و فى حالة عدم تطلب ثبات 

السرعة يتم الاستغناء عنه نظرا لارتفاع سعره حيث انه يحتاج لاثارة خارجية (External excitation) ونظام بدء حركة ومن 

اشهر استخدماته (Synchronnous Condenser) .

 فما هو ال ( Synchronnous Condenser):

هو من احد التطبيقات الهامه للمحرك التزامنى ,  وذلك من اجل تحسين معامل القدرة فلهذا الغرض يصنع المحرك التزامنى بدون

 عمود خارج منه و ذلك لانه يعمل بدون حمل , كان متواجد بكثرة فى الانظمة الكهربية ولكن الان قل استخدامه لان اصبح ال  

Static capacitor يستخدم بدلا منه فى الوقت الحاضر وذلك لقلة ثمنه و قله متطلبات صيانته .

المحاضرة الثانية فى شرح المحول ويتم فيها شرح االاختبارات فى كلا حالة وجود الحمل وحالة عدم وجود الحمل .

سنستكمل دراستنا عن المحولات , ولكن اليوم سنتحدث عن المحول فى حالة عدم وجود حمل على الملف الثانوى (At No Load) و فى حاله وجود الحمل (On Load)  :

فى حالة عدم وجود حمل (At No Load) :

 اى ان لم يتم تحميل المحول باحمال وكما نعرف بانها تكون على الملفات الثانوية , اى ان يعتبر فى الجزء الثانوى دائرتة مفتوحة

 (Open Circuit)  , والهدف منه هو تحديد نسبة الجهد للملفين والفاقد في الطاقة في حالة اللاحمل حيث يتم توصيل أحد

 ملفات المحول بمصدر كهربي ذي جهد وتردد يساوي الجهد والتردد المقنن للمحول ويترك الملف الآخر مفتوح . ويتم توصيل 

فولتميتر – أميتر – واتميتر Voltmeter , Ammeter , Wattmeter في الدائرة المتصلة بالمصدر الكهربي كما هو مبين 

بالشكل التالي كذلك فولتميتر في الدائرة الثانوية المفتوحة . ومن قراءات أجهزة القياس يمكن تحديد التالي : K=V1 / V2 

نجد ان المحول فى هذه الحالة يحدث ليه فقد فى الطاقة مع ان لم يتواجد حمل و تنقسم انواع الفقد الى :

•  copper losses  :  اى I^2 .R

• Iron Losses (Core Losses) :  تحدث بسبب التيارات الدوامية (Eddy Current)

• Hysterisis Losses :  يعنى هذا النوع ان فى حاله وجود مصدر جهد يمغنط القالب الحديدى الى ان تصل كثافة الفيض 

                                         (B)  الى قيمه اكبر اى الى (B1) , وعند فصل التيار ينعدم شده المجال (H) ويظل وجود   

                                         كثافة الفيض فى القالب الحديدى فتظل تنخفض الى ان تصل ال (B2) اى قيمة اقل من (B) 

                                        وعند تشغيله مره اخرى يعود لل (B1) لذلك فهو لا يرجع الى الصفر . 

 فى حالة وجود حمل على المحول (ِAt On Load) يهدف هذا الاختبار الى :

• تحديد قيمة الممانعة المكافئة للمحول ( المقاومة المكافئة والمفاعلة المكافئة ) 

• تحديد قيمة الفقد في النحاس في حالة الحمل الكلي ، وبالتالي يمكن تحديد كفاءة المحول Efficiency 

• تحديد قيمة الفقد في الجهد في المحول وبالتالي تحديد نسبة التغير في الجهد  Voltage regulation

وفى هذه الأختبار يتم توصيل طرفي الملف الثانوي بقضيب سميك (Short ct. ) ويتم تطبيق جهد منخفض القيمة على الملف 
 

الابتدائي (حوالي 10% ) بحيث يمر في الدائرة تقريبًا قيمة تيار الحمل الكلي full load current ، كما هو موضح بالشكل 
  

التالي وحيث أن قيمة الجهد منخفض وبالتالي يقل الفيض في القلب الحديدي ويقل معه الفقد في الحديد ، لذلك يمكن اعتبار أن 

قراءة جهاز القدرة W (واتميتر ) تعبر عن الفقد في النحاس .
 

شرح المحول _ تكوينة _ فكره عمله و انواعة .

سندرس الان موضوع فى غاية الاهمية فى عالم الهندسة الكهربية الا وهو المحولات (Transformer).

المحول : هو عباة عن (Electromagnetic Machine) غير متحرك , يستخدم فى تحويل التيار المتردد بقيمة فولت 

معينة الى تيار متردد بقيمة فولت اخرى مختلفة بدون التغير فى التردد , كما يستخدم فى نقل الطاقة الكهربية من اماكن التويد الى 

اماكن الاستهلاك , و يتم تقسيم المحولات الى محولات رفع و محولات خفض .

يتكون المحول من :

ملف ابتدائى : ملف من سلك نحاس معزول يتصل طرفاه بمصدر التغذية .

ملف ثانوى : ملف من سلك نحاس معزول يتصل طرفاه بالحمل الكهربائى او الجهة المستهلكة.

قالب حديدى :  مصنوع من الحديد المطاوع السيليكوني على شكل شرائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض  لتقليل التيارات        الدوامية 

فكرة العمل :

يعتمد على الحث الكهرومغناطيسي , من احدى المزايا الهامة للتيار المتردد مقارنة بالتيار المستمر هي أن المتردد يمكن تغيير

جهده بسهولة بواسطة الحث الكهرومغناطيسي في حين أن التيار المستمر يحتاج الى طرق معقدة حتى يمكن تغيير جهده . 

تعتمد قيمها على عدد اللفات في كلا الملفين إذ ان العلاقة بينها طردية كماهي موضحة في المعادلة التالية:

(E1/E2 = N1/N2) .

 نظرية عمل المحول :

1- مرور التيار المتردد في الملفات الابتدائية ينشئ مجالا مغناطيسيا متغيراً. 

2- يقطع الفيض المغناطيسي المتغير لفات الملف الثانوى فيتولد فيها – بالحث – جهدا كهربيا يعارض التغير في شدة واتجاه المجال المغناطيسي.

3- الجهد المستحث المتولد في الملفات الثانوية يسبب تدفق التيار من هذه الملفات عندما توصل بحمل ما .

 كفاءة المحول:

هى النسبة بين أقصى قدرة يمكن سحبها من الملف الثانوى الى قدرة الملف الابتدائى.

انواع المحولات :

محولات التردد المنخفض ( low frequancy) :  هذا النوع كل الملفات فى قلب حديدى مغناطيسى وهى عبارة عن مجموعة من

 الشرائح مختلفة الشكل نجد جزءا منها يشبة حرف (E) و الاخر يشبة حرف (I) .

محولات التردد المتوسط (normal Frequance ) : محولات  ذات قلوب مصنوعة من المسحوق الحديدى او ماده الفيرريت 

AFT , تستخدم فى الربط بين مكبرات التردد المتوسط فى اجهزة الراديو و لتلفزيون حيث تسمح لاشارة التردد المتوسط أن تنتقل

 من مرحلة الى أخرى وتحول دون انتقال الجهود المستمرة , فهى محولات صغيرة الحجم عدد لفاتها صغيرة نسبيا  و قلوبها 

تتحرك الى اعلى و الى اسفل بواسطة مفكات بلاستكية لتغير الحث .

محولات التردد العالى (High frequance ) : محولات ذات القلوب الهوائية و تستخدم فى الراديو لانها تحقق اقل نسبة فقد 

عكس القلب الحديدى .

سنشرح فى المحاضره الثانية اختبارات المحول فى وجود الحمل و الا حمل

المحاضره الاولى عن الPower Factor وطرق تحسينه

سندرس اليوم مصطلح فى غاية الاهميه فى مجال الهندسة الكهربية ( power factor )

فى البداية لابد معرفة بعض المصطلحات لدراسة ال (power factor) :

  active power (P): وهى القدره المستهلكة كليا فى المقاومات فى الدائرة الكهربية .

reactive power (Q) : هى القدرة الممتصة او المعاده بواسطة الملفات (coils) او المكثفات ( capacitance) .

( S) apparent power : هى القدرة الكهربية الكلية التى يغذى المصدر بها الدوائر الكهربية .
                                                            S =P +jQ  

• P=P<90   
• QL=QL<90    
• Qc=Qc<-90  
• Cos φ =P/S

•       power factor = active power / apparent power 

يوجد فئتين اساسيتين من احمال شبكة التيار AC :

Resistive loads :

 وهى الاجهزة التى تحتوى على مقاومة فقط , التيار المسحوب يتحول الى حرارة او اضاءة , بحيث ان  

 
    الجهد ثابت فأن active power = apparent power , فى هذة الحالة يكون P.F =1 , الجهد و التيار فى نفس الطور φ=0

 inductive loads :

جميع المحركات و المحولات تعتمد على المغناطيسية المتغيرة وليست الدائمة كاساس عملها .

التيار الكهربى اللازم لهذا الغرض لا يستفاد منها بالكامل , بعد ان ينتج القوة المغناطيسية يعود التيار لمحطة توليد القدرة

 الكهربية و يسمى ب reactive power  والتيار الذى ينفذ عمله ويستفاد منه بالكامل يسمى ب active power , يسبق الجهد

التيار بزاوية 90 لذا فا  φ=90

 Cosφ :المجموع الاتجاهى او النسبة بين كلا من active and reactive power لانتاج ال apparent power .

  

تحسين ال power factor :

المكثف هو الجهاز الاكثر عمليا و اقتصاديا لتحسينها , كما ذكرنا ال

reactive power or inductive power ينتج من الاحمال inductive loads .

فالمكثفات تنتج قدرة معاكسة لها تماما فتلاشيها و تسمى ال capacitive reactive power , لمنع تدفق التيار الغير فعال فى

الخطوط بين الحمل و محطة القدرة فيتم توصيل المكثف على التوازى مع الحمل كجهاز تخزين للتيار الغير فعال , فالتيار

reactive current عند توصيل الحمل لا يعود الى محطة القدرة بل الى المكثف و يتداول بين المكثف و الحمل . 

محاضرة عن Timer

Timer

تعريف التايمر :

هو جهاز يتحكم في زمن التشغيل والايقاف الاحمال الكهربائية من خلال ظبطه Setting time الخاص به للوصول لوقت المطلوب.

انواعه :

1- تايمر تأخير التشغيل (On Delay Timer):

يتم تأخير التشغيل علي حسب الموقت المحدد له ثم بعد انتهاء الوقت يبدأ في العمل.

وكما نري بالشكل عند الضغط علي مفتاح التشغيل لا يعمل الخرج مباشرة الا بعد الوقت الذي تم تحديده من خلال التايمر وهو 3 second .

2- تايمر تأخير الايقاف (Off Delay Timer):

هوتايمر اشهر استخدامه في السلالم لتأخير ايقاف إنارة السلم هو يعمل عند لحظة ضغط علي المفتاح وعند فصل او رفع الضغط علي مفتاح يظل الخرج يعمل لوقت معين الذي تم ظبته .

كما موضح بالشكل التالي:

 الرموز المستخدمة للتايمر :

محاضرة الثالثة عن Sensors و يتم شرح كلا من Ultrasonic و Limit Switch

سنستكمل الان شرح انواع ال (Sensors) , سندرس الان نوع هام جدا جدا من انواع الحساسات وهو

Ultrasonic:

فكرة العمل : 

يرسل موجة فوق صوتية (Ultrasonic) ذو ترددات عالية وينتظر ارتدادها عند الاصطدام بجسم ما فترتد على شكل صدى 

Echo , ثم يقوم بحساب الزمن المستغرق حتى ارتداد هذه الموجة , فلابد ان نعلم ان سرعة الموجات فى الفراغ 

345 متر/ الثانية عند 25  ْ و تختلف من وسط لاخر حسب الوسط الناقل اذا كان غازات او سوائل او صلب .

  لمعرفة المسافة لابد معرفة سرعة الموجة و زمن كلا من الارسال و زمن الارتداد. 

 من ذلك نستطيع معرفة المسافة تبعا لقانون نيوتن : 

• المسافة = سرعة * زمن .

1. المسافة الكليه = السرعة * الزمن .       (ذهابا و ايابا )

1.  المسافة المطلوبة = ( الزمن * السرعة ) /2   .

نجد تطبيقات عديده متواجد كثيرا فى حياتنا مثل:      الخفاش - الغواصات - الردارات .

 التكوين :

يتكون من 4 pins:

• vcc : توصل على 5v. 
• GND.
• Trig : Output pin .
• Echo : input pin .

limit switch :

هي مفاتيح عادية لها نقط تلامس مفتوحة و مغلقة و تتغير هذة النقط عند اصطدامه جسم ما  وله اشكال عدة تختلف تبعا لنوعية التشغيل ووظيفتة .

فكرة العمل :

يتكون الحساس من عدة نقاط توصيل مفتوحة ومغلقة وتتغير بمجرد اصطدامها بجسم ما لتعمل على تشغيل حمل ما على سبيل المثال تشغيل المحرك  او ايقافة او اعطاء انزار .

التركيب :

1-actuator : و هو الجزء الذى يصطدم به الحمل الميكانيكى ( مثل كابينة المصعد ) مما يؤدى الى الضغط على نقاط التوصيل و تغيير حالتها و قد يكون مزود بسسته spring ليرجع لوضعه بعد ابتعاد الحمل الميكانيكى الضاغط عليه و قد لا يكون مزود بهذه السسته و يتم الاختيار من بينهما حسب التطبيق.

2- head : هذا الجزء العلوى من المفتاح يحتوى ال actuator و يقوم بنقل اشاراة الحركة منه الى نقاط التوصيل .

3- contacts : مجموعة من نقاط التوصيل ممكن ان تكون Normally closed او Normally opened.

4- terminals : و هى مكان تركيب اسلاك التحكم الواصلة بنقاط التوصيل و بالطبع توجد مسامير ربط لتثبيت هذه الاسلاك.

5- body : جسم مفتاح نهاية الشوط و يحتوى جميع اجزاءه و عادة يصنع من البلاستيك المقوى او من المعدن .

6- switch base : قاعدة ال limit switch و تحتوى على مسامير ربط لتثبيته فى المكان المخصص له.

تختلف انواعه فى الاساس حسب نوع و شكل actuator لتنقسم لثلاث اشكال مختلفة :

1- Solid rotary limit switch :

و هنا يكون ال actuator عبارة عن عمود صلب موجود اعلى الجهاز و عند تحركه يغير من وضع نقاط التوصيل و يمكن ان يتحرك فى اتجاه واحد uni-direction او فى اتجاهين bi-direction .

2- Top push limit switch : 

و يكون ال actuator هنا عبارة عن زر قصير موجود اعلى المفتاح و عند الضغط عليه تتبدل اوضاع النقاط

3- wobble stick or cat whisker limit switch : 

عبارة عن ذراع طويل و رفيع مصنوع من سلك مرن جدا يمكن ان يتحرك فى اى اتجاه بكل مرونة ليقوم بتبديل نقاط المفتاح 

مميزات و عيوب Limit switch : 

المميزات :

•    مقاوم للعوامل البيئية السيئة و التلوث لذلك يسهل استخدامه فى المصانع و الماكينات .

•    لا يتأثر بالمجالات المغناطيسية المحيطه ( حيث انه مفتاح ميكانيكى و لا يحتوى على اى ملفات او دوائر الكترونية ) .

•    لا يحتاج الى مصدر جهد كهربى .

العيوب :

•    وجود اجزاء ميكانيكية به فتتلف بعد فتره مما يقلل من العمر الافتراضى .

•  لا يصلح فى بعض التطبيقات .
   

 

لمتابعة صفحتنا على الفيس بوك [ World Of Engineering  ]

محاضرة عن Soft Starter

Soft Starter

ماهو الـ Soft Starter :

كل من يتعامل مع المحركات  يعى جيدا طرق بدء التشغيل التقليديه  مثل " مباشر على الخط " و " ستار / دلتا " وما لها من بعض الجوانب السيئه غير المرغوب فيها على كل من ... الشبكه الكهربيه - المحركات – والمعدات الميكانيكيه .

 كما أن هناك بعض التطبيقات التى لا تصلح لها الطرق السابقه تماما . حيث بالنسبه لطريقة " التشغيل مباشرة على الخط تكون قيمة تيار البدء فى المدى من 4 – 8 مرات التيار المقنن مما يمثل عبئا على كل من شبكة التغذيه والمحرك وهو مايوضع فى الاعتبار عند التصميم والاختيار لمكونات الشبكه مثل المغذيات ووسائل الحمايه اللازمه.

 كذلك فان قيمة عزم البدء تقدر بحوالى مره ونصف القيمه المقننه لعزم المحرك مما يشكل أيضا عبئا ميكانيكيا على جميع الأجزاء الميكانيكيه للمحركات والمعدات .أما بالنسبه لطريقة البدء ستار / دلتا فتكون قيمة تيار البدء من 2 – 3 مرات التيار المقنن .. وقيمة عزم البدء أقل من العزم المقنن للمحرك .

وعلى الرغم من ذلك فمعروف أنه فى اللحظه التى يتم فيها تغيير طريقة توصيل ملفات المحرك من "ستار" إلى "دلتا" فإن ذلك يكون مصحوبا بحدوث تيارات عابره Transient Currents ذات قيم قصوى عاليه جدا ... مما سبق يتضح مدى الحاجه لإستخدام وسائل جديده لبدء حركة المحركات تؤدى الغرض المطلوب مع تفادى الآثار الجانبيه للطرق التقليديه ... ومن هنا نشأت فكرة إستخدام أشباه الموصلات لعمل بادئات التشغيل الهادئه .

نظرية العمل :

يتم التحكم فى عمليتى فصل وتوصيل المحركات عن طريق ثايروسترات ( thyristors ) بحيث يتم تسليط جهد المصدر بالتدريج على فتره زمنيه محدده حتى يصل إلى كامل قيمته مع نهاية فترة التشغيل . وبالمثل يمكن التحكم فى فترة توقف المحرك عن طريق تقليل جهد المصدر تدريجيا من كامل قيمته حتى الصفر خلال فتره زمنيه محدده . وبذلك يمكن عمل الإيقاف والتشغيل بدون حدوث تغيرات فجائيه وحاده فى أى من التيار أوالعزم  مما يؤدى إلى تجنب صعوبات كثيره كهربيه وميكانيكيه .

يوضح الشكل التالى تركيب جهاز البدء الناعم   Soft Starter

كما يوضح الشكل التالى طريقة عمله حيث يتم ادخال اشارتى السرعه والتيار للمحرك لدائرة تحكم  وبناءا على قيمتى السرعه والتيار تقوم هذه الدائره بالتحكم فى زاوية الإشعال ( firing angles ) للثايرستورات وبالتالى يتم تغيير قيمة الجهد .

ويوضح الشكل التالى منحنى تغير الجهد مع الزمن لبادئات التشغيل والإيقاف الهادئه مع إمكانية التحكم فى كل من زمن التشغيل وزمن الإيقاف وعزم البدء ليتناسب مع التطبيقات المختلفه .

وبإستخدام عملية البدء الناعم يتم ضبط الجهد بحيث تكون قيم تيارات المحرك عند البدء بالقدر الكافى فقط لأن تعطى المحرك عزما يساوى عزم الحمل عند البدء .. وهذه القيم بالطبع لن تؤدى إلى دوران المحرك والحمل ولكنها تؤدى إلى البدء بدون إجهادات ميكانيكيه أو كهربيه .. ثم يقوم جهاز البدء بزيادة الجهد المسلط على المحرك مع الزمن حتى تتزايد السرعه إلى أن تصل إلى أعلى قيمه حيث يكون الجهد قد وصل إلى قيمته المقننه . 

مميزات استخدام الـ Soft Starter :

1- إنقاص تيار البدء إلى قيمه تتحملها ملفات المحرك.

2- المحافظه على ثبات جهد الشبكه لأن تيار البدء العالى يؤدى إلى خفض جهد الشبكه مما يسبب مشاكل لبقية الأحمال

3- توفير الطاقه الكهربيه خلال فترات البدء – ويمكن لبعض أجهزة البدء الناعم توفير الطاقه طوال فترات تشغيل المحرك

4- إستخدام مساحة مقطع صغير للكابلات المتصله من الشبكه للمحرك .

5- بإستخدام طريقة بدء مفتاح " ستار / دلتا " نحتاج إلى كابلين كل منهما ثلاثة أطراف من المحرك حتى المفتاح .. ولكن بإستخدام جهاز البدء الناعم تحتاج فقط إلى كابل ثلاثة أطراف .

6- نادرا ما يحتاج إلى صيانه لأنه لا يحتوى على أجزاء متحركه .

7- يساعد على بدء دوران المحرك بدون حدوث إجهادات ميكانيكيه أو كهربيه للمحرك أو الأحمال .

التطبيقات :

 مما سبق نستطيع أن ندرك المدى الواسع للتطبيقات التى تستخدم فيها بادئات التشغيل والإيقاف الهادئه وعلى سبيل المثال .... ففى حالة السيور الناقله  Conveyer Belts والمستخدمه بكثره فى خطوط النقل والتعبئه – يتضح ضرورة أن تتم عملية الإيقاف والتشغيل بدون أى حركات فجائيه وإلا أدى ذلك إلى حدوث خسائر فى المنتج وهنا يصبح إستخدام هذا النوع من بادئات التشغيل ضروره وليس إختيارا وأيضا تستخدم بكفاءه فى الأوناش والروافع حتى نضمن حركه هادئه أثناء رفع وإنزال الأحمال وأيضا تستخدم فى آلات التغليف بالبلاستيك وكذلك مع المضخات والضواغط حيث يؤدى ذلك إلى تلافى التغيرات الفجائيه فى ضغط الغازات والسوائل داخل المواسير مما يقضى على ظاهرة الطرق hammering  داخل المواسير . 

المحاضرة التانية والاخيرة عن Inverter

المحاضرة الثانية سنتكمل دراسة الانفرتر وبرمجة وتوصيل الانفرتر :

لقد تحدثنا في المحاضرة السابقة تركيب وانواعه وسنتكلم عن عنصر مهم جدا في الانفرتر وهو الفلتر .

وظيفة الفلترفي الانفرتر(Output Line Filters For PWM Inverter Fed Induction Motor) :

من المعروف ان الانفرتر يمكنه انتاج تيار مقارب جدا للشكل الجيبي (sinusoidal) ولكن الجهد الخارج من الانفرتر ليس بالشكل الجيبي حيث يتعرض لتقطيع عالي مما قد يسبب انهيار عزل المحرك مباشرة بسبب الجهد العالي الذي قد ينتج بسب الـ switching او يسبب ايضا انهيار العزل بعد فترة من التشغيل.

اذا من الواضح ان تردد الـ switching يؤثر مباشرة علي العزل المحرك والكابل المغذي ايضاً.

عملياً التقطيع يصل الي تردد 12KHz والذي يؤدي الي معدل عالي جدا في تغير الجهد مع الزمن dv/dt والذي يسبب بدوره في اجتهاد شديد للعزل.

والشكل التالي علي سبيل المثال يوضح شكل موجه الجهد الخارجه من الانفرتر يعمل بمعدل تقطيع 6KHz وعلي تردد 50Hz والمسافة بين الانفرتر والمحرك 750ft والجهد 400 فولت. وقد لوحظ ان هناك موجات للجهد تصل الي 1460 فولت.

في هذا المثال تمثل الكابلات الموصلة من الانفرتر الي المحرك وكانها خطوط نقل T.L فذالك الجهد العالي علي اطراف المحرك يسبب ظاهرة معروفة وهي الموجات المرتدة Reflected waves. 

وقد لوحظ ايضاً ان المحرك يتعرض الي تغيرات في الجهد عالية dv/dt اي نبضات الجهد تتغير بقيمة عالية جدا في زمن صغير جدا. وعدد هذه النبضات في زمن معين يحدده switching frequency او معدل التقطيع المستخدم في الانفرتر. وهذا قد يؤدي بدوره الي انهيار عزل المحرك.

وهذا ما دفع مصممي المحركات الي مرعاة ذالك عند التصميم المحرك نفسه فمثلا محرك NEMA category B صمم ليتحمل جهد لحظي حتي 1000 فولت بزمن ارتفاع Rise time ليس اقل من 2 ميكروثانية او dv/dt اقل من 500 فولت لكل واحد ميكروثانية.

وهنا ظهرت الحاجه الملحة لاستخدام الفلاتر لتقليل من قيمة dv/dt التي يتعرض لها المحرك.

عندما يتغذى المحرك بكابلات طويلة فانها تعمل كخطوط نقل والدارة المكافئة له هي كما موضح بالشكل التالي. وتعتمد قيمة الـ C capacitance ,L inductance علي طول الكابل.

وباسترجاع خصائص خطوط النقل عندما تكون المعاوقة خط النقل اقل من معاوقة الحمل فيحدث ظاهرة الارتداد Reflection للجهد والتيار وذلك ي حالات الـ Switching ويكون الجهد علي اطراف الحمل اكبر. والجدول التالي يوضح علاقة معامل الزيادة الجهد المرتد p مع قدرة المحرك :

انواع الفلاتر:


1-المرشح الجيبي :
الطريقة الثانية وهي ما يسمي low pass sine wave filter وتتكون من مفاعلة حثية reactor ومفاعلة حثية capacitor imp علي اظراف الانفرتر. كما في الشكل التالي 

وبتركيب هذا الفلتر يمكن الحصول علي جهد بعد الفلتر كما هو موضح بالشكل ويقارب جدا الشكل الجيبي.

2-المرشح ذو ممانعة حثية Reactor :
الطريقة الثالثة هي استخدام reactor فقط علي التوالي مع اطراف الانفرتر ويوضح الشكل التالي طريقة التوصيل والجهد بعد الفلتر. ويلاحظ ان موجه الجهد بدات تتأثر بتأثيرPWM ويكون زمن ارتفاع الجهد اكبر من 4 ميكروثانية وهذا مستحب جدا.

فوائد الفلتر :

1- حماية المحرك من التأثير السئ لطول الكابلات التوصيل.
2- تقليل dv/dt للجهد علي اطراف المحرك.
3- إطالة عمر المكونات القدرة للانفرتر.4- تقليل الـ harmonic.
5- تقليل التيارات العالية الفجائية surge current.
6- تقليل درجة حرارة تشغيل المحرك.
7- تحسين معامل القدرة تشغيل المحرك.

والشكل التالي يوضح توصيل الفلتر علي اطراف الانفرتر

توصيل الـ Inverter مع المحرك :

اولا شرح طرق برمجته والـ Key Pad  الخاصة به :

النوع AC DRIVE MICRO MASTER 420

التعرف علي Key Pad 

AC DRIVE MICRO MASTER 420 TERMINALS 

AC DRIVE MICRO MASTER 420 PARAMETERS

المحاضره الثانية ل( Sensors ) ويتم شرح بها P.E.C و انواعه

سنستكمل شرح ال (Sensors ) .

كما سبق فى المحاضره الماضية تم شرح (Inductive Sensor) و (Capacitive Sensor) , فكلا منهم يصنف الى صنفين :

Flush : هو الجء الخاص بالاستشعار وهو الجزء البارز من الحساس , لكى يشعر من الامام ومن الجوانب .

Nun-Flush : الجزء الخاص بالاستشعار وهو مغمور فلا يستطيع ان يشعر بالاشياء الا اذا كانت امامه .



  3. سندرس الان النوع الثالث من الحساسات الا هو ( Photoelectric Cell ) و يسمى اختصارا (P.E.C).

وهذا النوع ينقسم الى ثلاثة انواع :

1- Through Beam .
2-Reflector.
3- Proximity Photoelectric Cell.

• سنشرح نوع ال (Through Beam ):
  

يتم تغذية كلا من المرسل و المستقبل ب 24 V , فيقوم المرسل بارسال اشعة ضوئية للمستقبل فيظل الحساس كما هو فى وضعيته

 الا ان يتم قطع هذا الشعاش الضوئى باى جسم مار فتتغير حالته فى حاله انقطاع هذه الاشعة عن المستقبل . 

 E.X : يتم استخدامه فى السلم المتحرك . 

•  النوع الثانى ( Reflector) :

نفس النوع السابق و لكن المرسل و المستقبل فى جسم واحد و يقوم هذا الجسم بارسال اشعة من المرسل  و عندما تصتطدم 

بالسطح العاكس يتم انعكاسها للجسم مره اخرى اى للمستقبل .

• النوع الثالت ( Proximity Photoelectric Cell) :

ايضا كالذى سبق ولكن يعكس الشعاع من على اى جسم معدنى او غير معدنى , ,يتميز هذا الحساس بوجود (Two Bottuon) 

الاول ل (On Delay) و الثانى (Off Delay) و هذا لضبط المفتاحين , فيتاخرالباب قليلا فى الفتح لعدد معين لكى يتاكد ان 

الشخص بالفعل امام الباب و يريد الخروج او الدخول وليس شخصا مارا و يتاخر فى الاغلاق ايضا ليتاكد ان تم المرور بامان . 

E.X : الابواب الاوماتيكية .  

لمتابعة صفحتنا على الفيس بوك [ World Of Engineering  ]

المحاضرة الاولى عن ال (Sensors) و يتم شرح اهم انواع الحساسات استخداما و فكره عملها

سنقوم بشرح الان اهم انواع (Sensors) و هى الاكثر تواجدا فى العمليات الصناعية و لكل حساس له

خصائص و فكره عمل و استخدام معين يتناسب مع طبيعة الوظيفة التى سيقوم بها فلابد معرفة وظيفة كل

حساس لنقوم بتحديد اى من الحساسات سنقوم باستخدماها و لابد ايضا معرفة فكره عمل كل نوع .

• capacitive proximity sensor.
• indactive proximity sensor. 
• limit switch.
• altrasonic proximity sensor.
• photoelectric sensor.
• else

جميع انواع الحساسات لها خصائص و مواصفات :

• Sensing distance : هى المسافة المحدده الى يستطيع الحساس العمل فيها و لها حدود معينه يتم كتابتها     على  الحساس.

• Hysteresis : نقيس الفرق بين المسافة القصوى التى يعمل فيها الحساس و بداية عدم احساسة بذلك المؤثر.

• repeatability : هى قدره الحساس ان يشعر بالمؤثر بنفس المسافة كل مرة.

• response time : هو الزمن الذى يستغرقة الحساس فى تغير وضعيتة من (On) الى (Off) و العكس.

 لابد معرفة المصطلح الاكثر استخداما و شيوعا فى العمل , عمليه ربط (Sensor) مع (Power Supply) و

ال (Load) تسمى " Interface circuit ".

لتحديد قيم التيارات لكل حساس :

• photoelectric sensor :35mA
• ultrasonic : 70mA
• capacitive :15mA
• inductive :15mA

1. نبدا بشرح اول حساس فى هذه المحاضره الا وهو (  Inductive Proximity Sensor  )

 
شكل (1) يوضح شكل لنوع الحساس .

شكل (2) يوضح تكوين الحساس من الداخل و سنتعرف 

وظيفة كل منهم حتى يعمل الحساس بضوره المطلوب .

فكره العمل :

يتولد مجال مغناطيسى وعندما يقطع المعدن ذلك المجال تتولد

 تيارات دوامية (eddy current) فتؤدى الى فقد الطاقة فى

 دائره ال (Oscillator) فتقل سعة (Amplitude) للمجال 

المغناطيسى , فيقوم (Detector ) بملاحظة التغير فى سعة 

المجال فتولد اشارة تقوم بتغير نقط التلامس .

 2.  النوع الثانى من الحساس سندرسه الا وهو ( capacitive proximity sensor )

هذا الشكل يوضح نوع الحساس .

فكره العمل :

فهو شبيه لل(Inductive Sensor) لكنة يولد مجالا كهربيا

(Field electrostatic) و هذا الحساس يقوم بوظيفته مع المعادن و غير المعادن 

حتى السوائل يشعر بها , فيقوم بتوليد مجال كهربى و عندما يخترق اى جسم يحدث 

تغير فى ال (Capacitance) لل ( Oscillator) فتزداد السعة فيشعر بها

 ال ( Detector) و عندما تصل الى سعة معنية يغير نقطة تلامسه فتقل السعة مره اخرى عند ابتعاد الجسم.

  

لمتابعة صفحتنا على الفيس بوك [ World Of Engineering  ]

محاضرة الاولي عن ال Inverter

سندرس الان في المحاضرة الاولي أساسيات ومكونات الـ Inverter:- 

تعريف الـ Inverter ؟

• هو جهاز متكامل مخصص للتحكم بالمحركات التي تعمل علي التيار المتناوب مهما كانت قدرة المحرك تصل بتبدأ من نصف حصان الي 120 حصان.
• وادى ظهوره الي إلغاء جميع الطرق السابق في قيادة المحركات (ستار-دلتا , المقاومات لتحكم في تنظيم السرعة , الفرملة ...) وبستخدام الانفرتر استطعنا التحكم بالتردد والجهد.

مميزات الـ Inverter:

 1- وجود برامج ضمن الجهاز للتحكم بسرعة المحرك من دورة واحدة بالدقيقة الي   أعلي من طاقة المحرك أحياناً تصل الي 10 اضعاف من سرعة المحرك الاساسية. 

 2- وجود برامج ضمن الجهاز تقوم بحماية المحرك من الكثير من الاخطاء أشهرها:

• انقطاع احد الفازات.

• تغير في احد الفازات.

• حمل ذائد علي قدرة المحرك.

• ارتفاع درجة حرارة المحرك فوق الحد المسموح الذي تم ظبطه من خلال الجهاز.

3- وجود شاشة علي الجهاز تقوم باظهار الكثير من القياسات للمحرك أشهرها:

• سرعة الدوران الحالية.

• أمبير الحمل للمحرك أثناء العمل.

• اتجاه دوران المحرك لليمين او لليسار. 

• استبيان لاخطاء التي حدثت أثناء العمل.

4- دخل 220V والخرج 380V.

5- يعمل الجهاز من 220V الي 460V.

6-إذا اخطأ المبرمج يمكن ارجاع القيم الي ضبط المصنع بسهولة.

استخدامات الـ Inverter:

• يستخدم في المطارات حيث تقوم بالتحكم بمضخات الوقود آلياً بحيث تضخ الي الخزانات كميات تتناسب مع عدد الطيارات وحجمها وكل ذالك يكون معير عن طريق مبرمجة الانفرتر.
• يستخدم في الفنادق عند المضخات المائية بحيث تطفئ او تعدل فتحة المضخات حسب كمية الاستهلاك في الفندق.
• في المعامل التي تتطلب الحفاظ علي مجال حراري معين عن طريق وصلها مع حساسات حرارية.
• تستخدم الانفرترات بشكل عام للحصول علي خرج ثلاثي الطور من تغذية احادية الطور.

أنواع الـ Inverters:

1. LG والمسمى صناعياً LS
2. Siemens
3. Lenze
4. Moller
5. Omron
6. Black & Decker
7. Aims
8. Vector
9. Xantrex

تغذية الـ Inverter:

تستخدم تقنية التغذية التقطيعية في تأمين التغذية المناسبة للأنفرتر وبحجم مناسب وسوف نذكر شرحها فيما يلي تقنية التغذية التقطيعية:

وحدة التغذية التقطيعية (Switching power Supply):

Switching Power Supply هي نفس فكرة عمل الـ Power Supply العادي وما يميز  Switching Power Supply عن Power Supply العادي ان Power Supply العادي اذا انخفض الجهد من الشبكة يقل جهد الخرج عن القيمة المطلوبة وان المنظمات الجهد لا تستطيع تعويض انخفاض الجهد.
واما Switching Power Supply يتكون من مكثف كبير وترانزيستور ومحول ثاني ودائرة توحيد ثانية .... الخ . وفي حالة انخفاض الجهد يوجد feedback متوصل علي طرفي الترانزيستور ويقوم الطرف البوابة من الترانزيستور بعمل Pulses ويسمح بتعويض انخفاض الجهد من الجهد المشحون في المكثف الكبير. كما يوضح بالشكل التالي ويستخدم في الاجهزة الذي لا يجب انخفاض الجهد فيها
 مثل ( ......PLC , Inverter )

مميزات وحدة التغذية التقطيعية:

1. تعمل في مجال واسع من الجهود الدخل 80 الي 265 V-AC.
2. وزنها اخف من وحدات Power Supply العادي.
3. ضد تدخل الراديوي (Radio Frequency Interference)
4. استخدام ترنزستور ثنائي القطبية ذو البوابة المعزولة (IGBT) والذي يتميزبما يلي:

• ثنائية قطبية (BJT) تعتمد علي التيار (حساسية عالية للتيار).
• ثنائية الحقلية (FET) تعتمد بوابتها علي الجهد (حساسية عالية للجهد).

 IGBT:
 دمجت بين الاثنين[BJT & FET] معاً فالبنسبة لـ Gate تعتمد علي الجهد والتيار ذو التردد العالي.

(Insulated gate bipolar transistor) توفر قدرا عاليا من السرعة في عملية 

التبديل Switching اللازمة ل PWM, فهي قادرة على التبديل بين وضعية العمل و

 وضعية الاطفاء الاف المرات خلال الثانية, و ذلك خلال اقل من 400 نانوثانية, و هي

 سرعة عالية جدا, يتكون ال IGBT من البوابة Gate, المجمع Collector, الباعث

 Emitter, عندما تتطبق فولتية موجبة (حوالي 15 V DC) على البوابة فان ال IGB

سيكون في وضعية العمل, حيث سيمر التيار من المجمع الى الباعث, و عندما يتم ازالة 

الفولتية الموجبة عن البوابة فان ال IGBT سينتقل الى وضعية الاطفاء, و يفضل تطبيق 

فولتية سالبة (-15 V DC) لمنعه من العمل.

والشكل التالي يبين البنية الداخلية لوحدة التغذية التقطيعية:

مميزات التي يجب ان تتوفر في المحرك الذي يعمل علي الانفرتر:

المحرك مصمم للعمل علي الانفرتر يسمح بتشغيله بسرعات أعلي من السرعة المقننة له ولذالك فإن المواصفات التالية يجب ان تتوفر فيه :-

• قابلية العزل الملفات للعمل مع الجهد الخارج من الانفرتر من حيث درجه العزل ضد التغيرات السريعة في الجهد Voltage Transient dv/dt والتي تسبب اجتهادات متكررة علي العزل قد تؤدي الي انهياره.
• يحتاج المحرك الي فلتر وذلك لتقليل dv/dt وايضاً للسماحية بطول اكبر للكابل المغذي للمحرك.
• المحرك مصمم لتحمل اهتزازات ميكانيكية اعلى Mechanical Vibration من ناحية التصميم الميكانيكي لتثبيت الملفات فلا يوجد فرق بينهما. 

المحاضرة القادمة  سنتكلم عن وظيفة الفلتر وطريقة برمجة الـ Inverter 

لمتابعة المزيد من المعلومات و كل جديد اضغط على World Of Engineering للاشتراك بالصفحه على الصفحه على الفيس بوك :

                        [ World Of Engineering ]