لماذا يتوجب تشفير محركات المغناطيس الدائم للمصاعد

أصبحت المحركات ذات المغناطيس الدائم (PM)  خيارا شائعا في تطبيقات المصاعد نظرًا لزيادة كفاءتها ولما توفره من خصائص فى الاداء وبما أن العضو الدوار لهذه النوعية من المحركات يتم مغنطته بواسطة مغناطيس دائم بدلاً من حثه لذا يجب أن يتعرف مغير التردد (VFD) على موضع العضو الدوار بالنسبة للأقطاب ليتم التعديل على الزاوية بشكل يتناسب مع انتاج خرج يحقق أقصى عزم ويمكن تحديد موضع العضو الدوار بواسطة مشفر موضع مطلق (انكودر) مركب على عمود المحرك وفى هذا الجانب تشرح هذه التدوينة كيف يتم تحديد موضع العضو الدوار لمحرك بمغناطيس دائم PM يدار بمغير تردد VFD كما سنوضح لبعض المشاكل الشائعة المرتبطة بربط الانكودر مع هذا المحرك ومغير التردد

لماذا يحتاج مغير التردد VFD إلى معرفة موضع العضو الدوار؟

تتكون المحركات ذات المغناطيس الدائم من العضو الدوار الذى يثبت على سطحه -باستخدام مواد لاصقة خاصة- مغانط بترتيب محدد لقطبيتها المغناطيسية وهذا المكون لا يوجد فى الانواع التقليدية من محركات المصاعد ولكن يوجد الجزء الثابت للمحرك وهو عبارة عن ملفات حثية كأى ملفات موجودة فى محرك اخر من محركات المصاعد وهذه الملفات يتم ممغنطتها عن طريق خرج مغير التردد VFD

إن التفاعل بين المجال المغناطيسى للعضو الدوار مع المجال المغناطيسى للعضو الثابت يتبع القوانين العامة للمغناطيسية حيث تنجذب الاقطاب المختلفة وتتباعد الاقطاب المتشابهة ولكن عندما يتحكم مغير التردد فى الخرج سيتم عندها تكوين مجال مغناطيسي يؤدى الى إنتاج عزم الدوران إلا ان هناك زاوية معينة تحقيقها يكون ضروريا لتحقيق اقصى عزم دوران ويحدث أقصى عزم دوران عندما تكون الحقول المغناطيسية للدوار والثابت بزاوية 90 درجة من بعضها البعض كما يظهر بالشكل التالى

إذا كانت الزاوية أكبر أو أقل من 90 درجة سيلزمنا تطبيق تيار أكبر على الجزء الثابت لإنشاء حقل مغناطيسي أقوى لإنتاج نفس مقدار عزم الدوران لذلك يجب أن تتم مزامنة دوران التيار المتردد ثلاثي الاوجه الذي يتم تطبيقه على ملفات الجزء الثابت بشكل متزامن مع قطبية المغانط الدائمة PM على الجزء الدوار

 يمكن تحقيق ذلك عن طريق استخدام جهاز تشفير موضعي مطلق (انكودر) مثبت مباشرة على عمود المحرك هذا وتحتوي المشفرات المطلقة للموضع على زوج من القنوات  بالإضافة إلى قنوات السرعة النموذجية التى تشير الى دوران محور الدوران دورة واحدة كاملة لتستخدم كمقياس للإزاحة كما تعتبر العلاقة الفيزيائية بين عمود المحرك والانكودر علاقة حاسمة فى توفير زواية صحيحة للمجال المغناطيسى

ماذا يحدث عندما يكون موضع الجزء الدوار غير صحيح؟

فيما يلي بعض المؤشرات التي تشير إلى أن موضع العضو الدوار المقاس قد يكون غير صحيحا:

• سحب تيار اكبر

• عدم السيطرة على الحمولة وسيغلب الاتجاه الاكثر وزنا رغما عنا

• لن يتحرك المحرك او سيتحرك ببطء شديد

إذا كان موضع العضو الدوار غير صحيح فسيقوم مغير التردد (الانفرتر) بتغيير موضع الحقل للعضو الثابت بزاوية خاطئة أو ربما يكون خارج التزامن مع حقل العضو الدوار كما سينتج عن الخطأ في زاوية التحويل سحب المزيد من التيار في الجزء الثابت لإنشاء مجال كهرومغناطيسي أقوى لإنتاج نفس مقدار عزم الدوران وبالنسبة للدرجات الكبيرة من الخطأ فقد تؤدي الى سحب تيار مرتفع مع عدم وجود عزم دوران كافي لتحريك المحرك أو الحموله حيث انه كلما زادت كمية الخطأ في الزاوية سيزداد السحب للتيار بمعدل أسي

في الشكل السابق "Iqds" هو إجمالي تيار الجزء الثابت أو الطور للمحرك فكلما زادت درجة الخطأ في زاوية الاستخدام سيلزم المحرك سحب تيار أكثر لتوليد عزم الدوران المطلوب فمن الضروري ألا يتغير وضع المشفر على عمود المحرك ليحافظ على تبديل الحقل الثابت بدقه

مدى الدقة فى تحديد الموضع 

يقابل 360 درجة (كهربائي) دورة واحدة من شكل موجة الجهد AC بتردد معين يتم تطبيقه على لفائف الجزء الثابت في المحرك  وهذا يترجم إلى القطب الكهرومغناطيسي الشمالي خلال نصف دورة موجبة والقطب الكهرومغناطيسي الجنوبي خلال دورة نصف سلبية وهكذا

 يمكن استخدام المعادلة 1 لتحديد العلاقة بين الدرجات الميكانيكية والكهربائية:

مع زيادة عدد أقطاب المحرك ، فإن الدرجات الميكانيكية التي يجب أن يدور بها الدوار تتناقص بمقدار 360 درجة (كهربائي) فعلى سبيل المثال  سيكون للمحرك ذي الستة أقطاب 120 درجة (ميكانيكية) بين أزواج القطب ، في حين أن المحرك ذو 20 سيكون له 36 درجة (ميكانيكية) بين أزواج القطب

يمكن التعبير عن الموضع المشفر في حدود من 0-360 درجة (كهربائية) واذا اعتبرنا ان دقة المشفر هى 16 بت ففي هذه الحالة يمكن أن يتطابق الموضع بين أزواج القطب مع نطاق يتراوح من 0 إلى 65.535 هذا ويمكن بعد ذلك التعبير عن العلاقة بين الأعداد والدرجات الميكانيكية على النحو التالي:

أو

مع زيادة عدد الاقطاب يزداد عدد التعداد لكل درجة ميكانيكية أي أن درجة الخطأ الميكانيكي تترجم إلى الدرجة المقابلة في الخطأ الكهربائي وتزداد كلما زاد عدد أقطاب المحرك هذا يجعل المحاذاة الميكانيكية للمشفر أكثر أهمية للتشغيل السليم ويمكن تسليط الضوء على هذا من خلال الاستمرار في المثال السابق ؛ سيكون لمحرك من ستة أقطاب 546 عدا لكل درجة ميكانيكية في حين أن محرك 20 قطب سيكون 1،820 لكل درجة ميكانيكية

بالنسبة لمحركات PM يمكن زيادة عزم الدوران إلى أقصى حد عندما يكون المجال المغناطيسي للثابت وللدوار بمقدار زاوية تساوى 90 درجة وبالتالي فإن الدرجة الكهربائية للخطأ هي التي تحدد العزم الأقصى لتيار معين يتم توفيره للمحرك وتظهر الدرجة الكهربائية للخطأ في المعادلة 4 ، وتظهر النسبة المئوية للعزم الأقصى للخطأ الكهربائي المعطى في المعادلة 5:

سيحدث هذا الحد الأقصى لعزم الدوران في إطار ما يقرب من 4000 تعداد ( ± 2،000 تعداد). خطأ من 2000 تعداد يقابل خطأ من 11 ° كهربائي على زاوية تخفيف موجة جيبية المجال المغناطيسي الثابت من المعادلة 6:

خطأ في 10.98 ° (كهربائي) في زاوية تبديل الحقل الثابت يعني أن هناك خطأ 1.83٪ فقط في عزم الدوران:

ولكن ، كما هو مبين في الشكل 2 ، هناك علاقة غير خطية بين درجة الخطأ الكهربائية (بسبب درجة الخطأ الميكانيكية) والتيار (وبالتالي ، عزم الدوران ، لأن هذا يرتبط خطيًا بالتيار لمحركات PM) بسبب وظيفة الجيب في المعادلة 5.

مزيد من الاستمرار في الأمثلة السابقة لتمثيل ذلك فإن 1 ° من خطأ التركيب الميكانيكي لجهاز التشفير على عمود المحرك لمحرك ذي 20 قطب يترجم إلى 1،820 من الخطأ الكهربائي ، مما يؤدي إلى فقدان 1.52٪ لعزم دوران المحرك لتيار معين في حين أن 2 ° من التركيب الميكانيكي على نفس المحرك تعادل خسارة عزم دوران المحرك بنسبة 6.0٪  و 3 درجات من الخطأ تعادل خسارة عزم دوران المحرك 13.4٪ وهكذا

استكشاف الاخطاء 

 اصبحنا الان على دراية بمدى دقة القياسات وتاثير انحراف الانكودر عن موضعه او انزلاقه او تركيبه بشكل خاطئ على العزم وسحب التيار لذا سنورد فى الفقرات التالية بعض الأسباب التي قد تؤدي إلى تغيير موضع الانكودر على عمود المحرك وسيركز الجزء الأول على محرك كان يعمل سابقًا وبدون مشاكل بينما يركز الجزء الثاني على المشكلات التي يحتمل مواجهتها أثناء مرحلة التركيبات ووبدء التشغيل

الجزء الأول: مشاكل قد تطرأ على انكودر تم تركيبه وتجريبه من قبل

يمكن أن يحدث انزلاق المشفر او انحرافه عندما يتغير موضع المشفر على عمود المحرك بمرور الوقت ويمكن أن يكون ذلك نتيجة للتركيب الضعيف أو غير السليم أو الشحم على عمود التثبيت أو حدوث كسور وللتأكد من عدم انسياب الانكودر يمكن تشغيل عربة المصعد في اتجاه النزول ثم التحقق من مرات التعداد وبعد ذلك يمكن تشغيل العربة صعودا والتحقق من مرات التعداد بعدها يمكن مقارنة القيم مع بعضها البعض فإذا كانت القيمتين مختلفتين بشكل جذري (≥ ± 2،000 تعداد) فمن المحتمل أن يرجع ذلك إلى التغيير في العلاقة الفيزيائية بين المشفر ومحور المحرك

 في بعض الحالات النادرة  يمكن أن يحدث الانزلاق بين محور المحرك بسبب حشوة سائبة او اللحام المكسور  فاحيانا تكون درجة انزلاق الانكودر غير قابلة للاكتشاف بصريًا

تأكد من أن عمود المحرك خاليًا من الأوساخ والحطام الذي قد يتسبب في مشاكل متزايدة وتحقق من أن كل المسامير مربوطة جيدا وأن الانكودر تم تركبه بشكل مباشر على عمود المحرك هذا وتحتوي بعض المشفرات على مسمار يوضع داخل نهاية عمود المحرك بدلاً من الاعتماد على مسمار تثبيت للتركيب فإذا كان البرغي المستخدم لتركيب المشفر طويلًا جدًا فقد يؤدي إلى اتصال ضعيف / فضفاض
توضح الأشكال 5-8 أمثلة على انزلاق المشفر ومشاكل التركيب

الجزء الثاني: مشاكل التشفير أثناء بدء التشغيل

ترتيب عير صحيح للقنوات

بعد الانتهاء من تركيب الانكودر  وكان المحرك لا يتحرك او يسحب تيارًا مرتفعًا  فقد يحتاج إلى تغيير ترتيب القنوات ومراجعة وضبط القيم الخاصة بها فى برنامج الانفرتر او تغيير ترتيب القنوات من داخل البرمجة

بعد إجراء عملية الضبط جرب من جديد فإذا كان المحرك يعمل بدون سحب تيار مرتفع ولكن يعمل في الاتجاه الخاطئ في كلا من الاتجاهين فعندئذ يجب تغيير اتجاه الدوران فقط

بيانات محرك غير صحيحة

إذا كان موضع العضو الدوار يتغير بشكل كبير (≥ ± 2،000 تعداد)  وتم التحقق من البرمجة  فقد تكون بيانات المحرك التي تم إدخالها في برمجة الانفرتر غير صحيحة
المعادلة 8 تنطبق على جميع محركات PM ويجب التحقق منها مقابل بيانات محرك اللوحة:

قد تقوم بعض الشركات المصنعة للمحركات بإزالة بعض بيانات المحركات اعتمادًا على التطبيق لذا يجب أن يتم توضيح بعض البيانات مثل عدد الاقطاب
 باستخدام بيانات المحرك من الشكل 9 ، يمكن استخدام المحرك الذي كان من المفترض أصلا أن يعمل بمعدل 200 fpm للتشغيل في تطبيق بسرعة 100 fpm عن طريق تقليل السرعة والتردد بمقدار عاملين ومن المهم أن يتم قياس كل من التردد والسرعة بنفس العامل لضمان تناسق عدد الاقطاب

توصيل غير صحيح للمحرك

في تطبيقات المحركات AC ثلاثية الطور يحدد طور المحرك UVW اتجاه الدوران فإذا تم تشغيل المحرك في الاتجاه الخاطئ يمكن تبديل فازتين لتشغيل الاتجاه الصحيح وهذا لا يمثل مشكلة في تطبيقات لا تحتاج للانكودر فى عملها بينما يتأثر الانكودر بهذا الاختلاف لاختلاف ترتيب القنوات A,B وعادة ما يشار الى الترتيب الصحيح للقنوات على عبوة او جسم الانكودر كما يلى

خاتمة

نظرًا لتصميمها الخاص تتطلب محركات PM تحديد الموضع والزاوية بين الثابت والمتحرك كما يعد التركيب السليم والمحاذاة والتطابق على القنوات وتوفير بيانات للمحرك والانكودر أمرًا ضروريًا لتحقيق أقصى إنتاج لعزم الدوران والتشغيل بدون مشاكل وقد يصعب احيانا تشخيص مشاكل التشفير مثل الانحراف حيث قد تحدث بشكل تدريجي مع مرور الوقت أو لا تكون مرئية للمستخدم الا ان استكشاف الأخطاء وإصلاحها باستخدام الخطوات المذكورة أعلاه يمكن أن يحدد بسرعة مشكلات الانكودر