تردد المولد ليس إعدادًا عشوائيًا يمكنك الاتصال به ببساطة على شاشة رقمية. إنها نتيجة فيزيائية مباشرة لسرعة المحرك الميكانيكي. إذا كان العمود المرفقي للمحرك يدور بشكل أسرع، فإن التردد يرتفع؛ إذا تباطأ، ينخفض التردد. ويعني هذا القفل الميكانيكي أن الأداء الكهربائي مرتبط تمامًا بسلامة المحرك ومعايرة الحاكم.
إن مخاطر تجاهل هذه العلاقة كبيرة. التردد غير الصحيح يسبب أكثر من مجرد ضعف أداء المعدات. ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحولات واحتراق ملفات المحرك وفشل دوائر التوقيت الحساسة في الإلكترونيات الحديثة. غالبًا ما يلقي المشغلون اللوم على منظم الجهد، ولكن السبب الجذري غالبًا ما يكون عدم تطابق السرعة بشكل عميق في ميكانيكا المحرك.
يغطي هذا الدليل النطاق التشغيلي الكامل لإدارة الترددات. سنقوم بتفصيل الحساب النظري لمواصفات الحجم، وتفاصيل عملية القياس الفيزيائي للتحقق، وشرح المنطق الكامن وراء التعديل. سوف تتعلم كيفية محاذاة عدد الدورات في الدقيقة الميكانيكية مع الإخراج الكهربائي لضمان بقاء نظام الطاقة الخاص بك مستقرًا وآمنًا.
القاعدة الذهبية: التردد ($f$) مقيد بشكل صارم بعدد دورات المحرك في الدقيقة ($N$) والأقطاب المغناطيسية ($P$). لا يمكنك تغيير واحد دون التأثير على الآخرين إلا إذا كنت تستخدم العاكس.
الخطر الخفي: غالبًا ما يؤدي ضبط عدد الدورات في الدقيقة لإصلاح التردد إلى تغيير الجهد. يجب ضبط منظم الجهد التلقائي (AVR) في وقت واحد.
مسائل القياس: غالبًا ما تعطي المقاييس المتعددة القياسية قراءات خاطئة على المولدات بسبب التشوه التوافقي (THD)؛ معرفة كيفية التحقق من صحة القراءة أمر بالغ الأهمية.
قبل أن تلمس برغي الحاكم، يجب أن تفهم الرياضيات التي تحدد تشغيل المولد الخاص بك. يعد خط الأساس النظري هذا ضروريًا للتحقق من مواصفات لوحة الاسم أو تكوين وحدة تحكم جديدة في المحرك (ECU). العلاقة بين الدوران والكهرباء علاقة مطلقة.
تصف كيفية صيغة سرعة وتردد المولد تحويل الدوران الميكانيكي إلى دورات كهربائية. المعادلة هي:
$$التردد (f) = rac{N imes P}{120}$$
في هذه المعادلة، تمثل N سرعة المحرك بوحدة عدد الدورات في الدقيقة (RPM). يشير P إلى عدد الأقطاب المغناطيسية، وهي قيمة ثابتة للأجهزة يتم تحديدها من خلال كيفية لف المولد. الرقم 120 هو ثابت زمني مشتق من تحويل الدقائق إلى ثواني وحساب القطبين (الشمالي والجنوبي) اللازمين لدورة واحدة.
تعتمد معظم التطبيقات الصناعية على الاقتران القياسي للأعمدة وعدد الدورات في الدقيقة لتحقيق الإخراج المطلوب 50 هرتز أو 60 هرتز. يوضح الجدول أدناه هذه التكوينات القياسية.
| مخرج التردد | مولد ثنائي القطب RPM | سرعة مولد 4 أقطاب |
|---|---|---|
| 50 هرتز (أوروبا/آسيا) | 3,000 دورة في الدقيقة | 1500 دورة في الدقيقة |
| 60 هرتز (الأمريكتان) | 3600 دورة في الدقيقة | 1,800 دورة في الدقيقة |
قد تتساءل لماذا تختار المنشأة وحدة أثقل ذات 4 أقطاب عندما تكون عدد دورات المولد ثنائي القطب في الدقيقة أعلى وغالبًا ما تأتي في حزمة أصغر. القرار يأتي إلى المتانة. سرعة المولد رباعي الأقطاب أقل بكثير (1800 دورة في الدقيقة مقابل 3600 دورة في الدقيقة عند 60 هرتز). تعمل هذه السرعة المنخفضة على تقليل سرعة المكبس، وتقليل الاهتزاز، وإطالة عمر المحرك. بالنسبة للوحدات الاحتياطية، يكون ثنائي القطب مقبولًا، ولكن بالنسبة للطاقة الأولية، فإن عدد الدورات في الدقيقة الأقل للوحدة ذات 4 أقطاب هو المعيار الصناعي.
يمكنك استخدام هذه الصيغة في الاتجاه المعاكس لتشخيص صحة المحرك. إذا كان من المفترض أن ينتج المولد رباعي الأقطاب 60 هرتز ولكن عدادك يقرأ 58 هرتز، فيمكنك حساب سرعة المحرك بدقة. تكشف إعادة ترتيب الصيغة ($N = 120 imes f / P$) أن المحرك يعمل بسرعة 1740 دورة في الدقيقة. وهذا يؤكد أن المشكلة هي 'تأخر' ميكانيكي أو انخفاض في السرعة، وليست عطلًا كهربائيًا في المولد.
حساب القيمة النظرية هو الجزء السهل. يتطلب قياس تردد المولد بدقة في الميدان التغلب على الضوضاء الكهربائية ومخاطر السلامة. غالبًا ما تفشل الأدوات القياسية في بيئات المولدات بسبب التشوه التوافقي الكلي (THD).
لا يتم إنشاء جميع العدادات بشكل متساوٍ عند التعامل مع طاقة المولد الخام.
مقياس متعدد قياسي: يعد هذا مفيدًا لإجراء فحوصات عامة على طاقة المرافق. ومع ذلك، في المولدات، فهي عرضة للأخطاء. إذا كان المولد ينتج طاقة 'قذرة' ذات محتوى توافقي عالي، فقد يحسب المقياس الرقمي المتعدد القياسي التوافقيات على أنها تقاطعات صفرية، ويعرض قيمًا غير منتظمة مثل 180 هرتز بدلاً من 60 هرتز.
مقياس المشبك: يعد مقياس المشبك عالي الجودة أكثر أمانًا للبيئات ذات التيار العالي. ابحث عن الموديلات التي تحتوي على وضع 'مرشح التمرير المنخفض' (LPF). يحجب هذا الفلتر الضوضاء عالية التردد، مما يسمح لجهاز القياس برؤية الإشارة الأساسية 50 هرتز أو 60 هرتز بوضوح.
راسم الذبذبات: هذا هو المعيار الذهبي. انها تسمح لك لتصور الصحة الموجي. يمكنك معرفة ما إذا كانت الموجة الجيبية مقطوعة أو مشوهة، مما يساعد في التحقق مما إذا كانت قراءة التردد صحيحة أم نتيجة للضوضاء.
غالبًا ما يقيد الامتثال للسلامة فتح اللوحات الحية لفحص المحطات الطرفية مباشرة. في هذه الحالات، يمكنك استخدام فيزياء التدفق المغناطيسي لصالحك.
قم بإنشاء مسبار حلقة سلكية بسيط متصل بعداد التردد أو راسم الذبذبات. أمسك هذه الحلقة بالقرب من غلاف المولد أو قناة الإخراج. يصدر المولد تسرب التدفق المغناطيسي الذي يتأرجح عند تردد التوليد الدقيق. يتيح لك اختراق 'H-Field' قياس التردد بدقة دون لمس طرف الجهد العالي.
يواجه المشغلون في كثير من الأحيان قراءات 'شبح'. قد يُظهر المقياس الرقمي 1.3 كيلو هرتز على خط قياسي 60 هرتز. يحدث هذا لأن جهاز القياس حساس للضوضاء عالية التردد الناتجة عن مجال الإثارة أو الأحمال غير الخطية. لإصلاح ذلك، قم بتمكين مرشح الترددات المنخفضة على جهاز القياس الخاص بك. إذا كان جهاز القياس الخاص بك يفتقر إلى هذه الميزة، فإن استخدام مخفف مقاومة بسيط يمكن أن يخفف الضوضاء بدرجة كافية للحصول على قفل ثابت على التردد الأساسي.
بمجرد حساب الهدف والتحقق من التناقض، يجب عليك ضبط المحرك. تعديل تردد مولد الديزل هو عملية ميكانيكية ذات عواقب كهربائية. يتطلب الأمر يدًا ثابتة وفهمًا للعلاقة بين الوقود والجهد.
بالنسبة للمحركات الأقدم أو الأبسط، يتم التحكم في السرعة بواسطة حاكم ميكانيكي. تتضمن العملية تحديد موقع المسمار الذي ينظم السرعة، والذي يوجد عادةً في مضخة الحقن أو جسم المكربن.
التعديلات الصغيرة هي المعيار. يؤدي تدوير المسمار إلى تغيير التوتر في زنبرك التحكم، مما يسمح للمحرك بالاستقرار عند دورة جديدة في الدقيقة. يعد التغيير بمقدار ± 2-3 هرتز مهمة صيانة عادية. ومع ذلك، إذا كنت بحاجة إلى القيام بقفزات كبيرة، مثل تحويل وحدة من 50 هرتز إلى 60 هرتز، فلا يمكنك ببساطة ربط المسمار. يتطلب هذا عادةً استبدال زنبرك الحاكم الداخلي للتعامل مع متطلبات القوة المختلفة بسرعات أعلى.
تستخدم المولدات الحديثة وحدة التحكم الإلكترونية (ECU). يتم تعديل تردد المولد في هذه الوحدات عبر برنامج أو مقاييس فرق الجهد (POTS) الموجودة على لوحة التحكم. توفر هذه الأنظمة تحكمًا 'متزامنًا' في السرعة، مما يعني أن المحرك يحافظ على عدد الدورات في الدقيقة المستهدف بالضبط بغض النظر عن الحمل، على عكس الضوابط الميكانيكية التي قد تتدلى قليلاً.
هناك فخ في هذه العملية. سيؤدي خفض عدد الدورات في الدقيقة لإسقاط التردد من 62 هرتز إلى 60 هرتز إلى انخفاض جهد الخرج بطبيعته. يُعرف هذا بخاصية فولت لكل هرتز (V/هرتز).
لتجنب إتلاف المعدات، استخدم طريقة الضبط 'اليدين'. أولاً، قم بتعديل حاكم المحرك للوصول إلى التردد المطلوب. ثانيا، تحقق على الفور من الجهد. ستحتاج على الأرجح إلى تعديل منظم الجهد التلقائي (AVR) لإعادة الجهد إلى المواصفات. لا تقم أبدًا بضبط التردد دون الرجوع إلى الجهد.
في بعض الأحيان، لا يستطيع المحرك ببساطة توفير التردد الذي تحتاجه. في هذه السيناريوهات، يجب عليك الاختيار بين التعديل الميكانيكي والتحويل الإلكتروني.
يعد تغيير سرعة المحرك الفعلية الطريقة الأكثر شيوعًا. ليس لديها أي تكلفة إضافية وهي فورية. ومع ذلك، فهو محدود بمنحنى قوة المحرك. قد يؤدي تشغيل محرك الديزل ببطء شديد لتحقيق تردد منخفض إلى حدوث 'تكديس رطب'، حيث يتراكم الوقود غير المحترق في العادم. وعلى العكس من ذلك، فإن تشغيله بسرعة كبيرة جدًا لزيادة التردد قد يؤدي إلى حدوث عطل ميكانيكي كارثي. يعتبر هذا الأسلوب هو الأفضل للتصحيحات الطفيفة أو التبديل بين 50/60 هرتز على المحركات المخصصة خصيصًا 'ثنائية السرعة'.
إذا كنت بحاجة إلى تردد متخصص، مثل 400 هرتز للطيران أو استقرار صارم للمختبرات الحساسة، فسيفشل التعديل الميكانيكي. هو محول تردد المولد الحل.
تقوم هذه الأجهزة بتصحيح طاقة التيار المتردد الواردة إلى تيار مستمر، ثم عكسها مرة أخرى إلى تيار متردد عند التردد المستهدف الدقيق. الإخراج مستقل تمامًا عن RPM المدخلات. على الرغم من أن النفقات الرأسمالية الأولية مرتفعة، إلا أنها توفر استقرارًا مثاليًا وهي الخيار الوحيد لتشغيل المعدات المستوردة التي لا تتوافق مع معايير الشبكة المحلية لديك.
إذا كانت حساباتك صحيحة ولكن القراءة متقلبة، فهذا يعني أن المولد ليس معطلاً، بل إنه يتفاعل مع عوامل خارجية. يساعدك فهم تردد المولد في سياق عدم الاستقرار على تشخيص السبب الجذري.
يظهر صيد المحرك على شكل تذبذب إيقاعي، حيث يتأرجح التردد ذهابًا وإيابًا (على سبيل المثال، 58 هرتز إلى 62 هرتز). نادرا ما تكون هذه مشكلة كهربائية. يتعلق الأمر دائمًا بالوقود أو الهواء. مرشحات الوقود المتسخة، أو تسرب الهواء في خطوط الوقود، أو النوابض الحاكمة البالية تمنع المحرك من التثبيت على عدد دورات ثابت في الدقيقة. يقوم المحرك بإفراط في الوقود، ويزيد سرعته، ويقطع الوقود، ويتباطأ في حلقة مستمرة.
من الطبيعي أن ينخفض التردد للحظات عند توصيل حمل ثقيل. وهذا ما يسمى 'Governor Droop'. إذا انخفض التردد إلى 59 هرتز وظل هناك تحت الحمل، فقد يكون هذا إعدادًا مقصودًا لمشاركة الحمل بين المولدات المتوازية. تتمثل نقطة القرار بالنسبة للمشغل في تحديد ما إذا كان الانخفاض يقع ضمن معايير التشغيل ISO 8528 (الفئة G1 أو G2 أو G3) أو ما إذا كان حجم المولد صغيرًا بالنسبة للتطبيق.
نوع الحمل مهم. تتعامل أحمال عامل القدرة الرائدة (السعوية) وأحمال عامل القدرة المتأخرة (الحثية) مع المجال المغناطيسي للمولد بشكل مختلف. تسبب الأحمال الحثية انخفاضًا في الجهد يمكن أن يؤدي إلى سحب المحرك. يمكن أن تؤدي الأحمال السعوية في الواقع إلى زيادة الجهد، مما قد يتسبب في زيادة سرعة المحرك إذا أصبح نظام التنظيم غير مستقر. يعد التعرف على نوع الحمل أمرًا ضروريًا لحل انجرافات التردد الغامضة.
إن حساب تردد المولد هو عملية حسابية بسيطة بشكل أساسي: اضرب عدد الدورات في الدقيقة في الأقطاب واقسمها على 120. ومع ذلك، فإن إدارة هذا التردد في العالم الحقيقي هي عملية موازنة معقدة بين ميكانيكا المحرك والتنظيم الكهربائي. سواء كنت تقوم بتعديل تردد مولد الديزل أو تغيير حجم وحدة جديدة، تذكر أن RPM هو الأساس.
بالنسبة للأحمال الحرجة، لا تعتمد أبدًا على مقاييس لوحة القيادة فقط، والتي يمكن أن تكون بطيئة أو غير دقيقة. استخدم أدوات قياس معايرة مثل أجهزة القياس المشبكية ذات مرشحات الترددات المنخفضة. والأهم من ذلك، احترم دائمًا العلاقة بين السرعة والجهد. يتطلب أي تغيير في المنظم التحقق من AVR لضمان بقاء الطاقة الخاصة بك آمنة ومستقرة وجاهزة للتحميل.
ج: الصيغة هي $f = (N imes P) / 120$. هنا، $f$ هو التردد بالهرتز (هرتز)، و$N$ هو سرعة المحرك بعدد الدورات في الدقيقة، و$P$ هو عدد الأقطاب المغناطيسية في المولد. تربط هذه المعادلة الدوران الميكانيكي مباشرة بدورات الخرج الكهربائي.
ج: نعم، ولكن مع الاحتراز. يجب عليك تقليل سرعة المحرك (على سبيل المثال، 1800 دورة في الدقيقة إلى 1500 دورة في الدقيقة لوحدة ذات 4 أقطاب). وهذا يقلل من قوة المحرك وكفاءة التبريد. يجب عليك أيضًا ضبط AVR لخفض الجهد، ومنع ارتفاع درجة حرارة المولد بسبب التشبع المغناطيسي (نسبة V / هرتز).
ج: التقلب أو 'الصيد' عادة ما يكون ميكانيكيًا. تشمل الأسباب الشائعة اتساخ مرشحات الوقود، أو دخول الهواء إلى خطوط الوقود، أو وصلات الحاكم البالية. ويمكن أن يكون سبب ذلك أيضًا هو تغير الأحمال بسرعة تتجاوز قدرات الاستجابة العابرة للمولد، مما يتسبب في انخفاض سرعة المحرك واستردادها بشكل متكرر.
ج: مولد يعمل بسرعة 1800 دورة في الدقيقة لإنتاج 60 هرتز له 4 أقطاب. إذا تم تصميم نفس المولد لإخراج 50 هرتز، فسيتم تشغيل تكوين رباعي الأقطاب عند 1500 دورة في الدقيقة. يعتبر التصميم ذو الأربعة أقطاب قياسيًا لمولدات الديزل الصناعية نظرًا لتوازن السرعة وعزم الدوران.
ج: نعم. تم تصميم المولدات الكهربائية بخاصية فولت لكل هرتز محددة. إذا قمت بخفض السرعة (التردد)، فسوف ينخفض الجهد بشكل طبيعي. إذا قمت بزيادة السرعة، يرتفع الجهد. يجب عليك ضبط منظم الجهد التلقائي (AVR) كلما قمت بتغيير سرعة المحرك للحفاظ على جهد الخرج الصحيح.
