ما الذي يسبب التردد المنخفض في المولدات؟

لا شيء يوقف عملية حرجة بشكل أسرع من تعطل المولد عند إنذار 'تدني التردد'. قد ترى رمز ANSI مثل 81U على لوحة التحكم الخاصة بك، أو تسمع المحرك يتعطل فعليًا، أو تلاحظ وميض الأضواء على المعدات الحساسة. هذه الأعراض مرهقة، لكنها مؤشرات قابلة للتنفيذ على أن نظام الطاقة لديك غير مستقر. في حين أن تقلبات الجهد تشير في كثير من الأحيان إلى مشاكل التنظيم الإلكتروني، فإن مشاكل التردد تحكي قصة مختلفة. وهي تشير إلى أن المحرك نفسه يكافح من أجل الحفاظ على سرعة الدوران اللازمة في مواجهة الحمل الكهربائي.

الحقيقة الأساسية لتشخيص المولد بسيطة: يرتبط التردد (هرتز) مباشرة بسرعة المحرك (دورة في الدقيقة). على عكس الجهد، الذي يمكن لمنظم الجهد التلقائي (AVR) معالجته إلكترونيًا، فإن التردد هو ثابت ميكانيكي مشتق من الدوران الفيزيائي. إذا كان التردد منخفضًا، فهذا يعني أن المحرك يدور ببطء شديد. وهذا ليس مجرد مصدر إزعاج. إنه تحذير ميكانيكي شديد.

تجاهل هذه العلامات يمكن أن يؤدي إلى فشل كارثي. يؤدي التردد المنخفض إلى ارتفاع درجة حرارة المحولات والمحركات بسرعة بسبب تشبع التدفق. كما أنه يسبب اختلالًا في الأجهزة الإلكترونية الحساسة مثل أنظمة UPS ومحركات التردد المتغير (VFDs). في هذا الدليل، سنستكشف الأسباب الجذرية لهذه القطرات، بدءًا من التآكل الميكانيكي وتجويع الوقود وحتى معايرة الحاكم والحمل الكهربائي الزائد.

الوجبات الرئيسية

• دورة في الدقيقة = هرتز: التردد هو مجرد وظيفة لسرعة المحرك وأقطاب المولد. إذا كان الهرتز منخفضًا، فهذا يعني أن المحرك يتحرك ببطء شديد.

• عابر مقابل ثابت: التمييز بين الانخفاضات المؤقتة أثناء بدء التشغيل (العادي) والتردد المنخفض المستمر (الفشل).

• الحاكم هو المفتاح: يتحكم AVR في الجهد. يتحكم الحاكم في السرعة (وبالتالي التردد). لا تخلط بينهم.

• الأسباب الخفية: بعيدًا عن الحمولة الزائدة، ابحث عن تجويع الوقود، أو انسدادات سحب الهواء، أو 'التكدس الرطب' في وحدات الديزل.

• منطق الحماية: يؤدي تعطيل الإنذارات منخفضة التردد إلى المخاطرة بالفشل الكارثي للأصول النهائية مثل أجهزة التشغيل الناعمة ووحدات UPS.

فيزياء التردد في المولد

لتشخيص المشكلة بشكل فعال، يجب عليك فهم الفيزياء التي تحكم الآلة. لا يوجد 'سحر' داخل المولد يولد التردد؛ إنه نتاج صارم للدوران والأقطاب المغناطيسية. يتم تحديد العلاقة من خلال صيغة محددة يجب على كل فني حفظها.

صيغة الارتباط المباشر

يتم حساب تردد المولد باستخدام المعادلة التالية:

التردد (هرتز) = (دورة في الدقيقة × الأقطاب) / 120

في هذه الصيغة، يشير 'RPM' إلى عدد الدورات في الدقيقة، ويشير 'Poles' إلى عدد الأقطاب المغناطيسية في المولد. الرقم 120 هو ثابت مشتق من عوامل الزمن والطور. ويعني هذا القفل الرياضي أنه إذا انخفض عدد الدورات في الدقيقة، فيجب أن ينخفض ​​التردد.

على سبيل المثال، في أمريكا الشمالية حيث يكون 60 هرتز هو المعيار، عادة ما يكون للمولد الصناعي القياسي أربعة أقطاب. ومن خلال إدخال هذه الأرقام في الصيغة، يمكننا تحديد سرعة المولد ذات الأربعة أقطاب المطلوبة . لتحقيق 60 هرتز، يجب أن يدور المحرك عند 1800 دورة في الدقيقة بالضبط. إذا تباطأ هذا المحرك إلى 1740 دورة في الدقيقة بسبب خطأ، سينخفض ​​التردد إلى 58 هرتز. في المناطق التي تستخدم 50 هرتز، يجب أن تعمل نفس الوحدة ذات 4 أقطاب بسرعة 1500 دورة في الدقيقة. غالبًا ما تستخدم الوحدات المحمولة الأصغر قطبين، مما يتطلب منهما الدوران بسرعة مضاعفة (3600 دورة في الدقيقة) لإنتاج نفس خرج 60 هرتز.

التردد مقابل الجهد: تمييز حاسم

من الأخطاء الشائعة أثناء استكشاف الأخطاء وإصلاحها الخلط بين مشكلات الجهد ومشكلات التردد. وفي حين أنها يمكن أن تحدث في وقت واحد، إلا أنه يتم التحكم فيها من خلال أنظمة مختلفة. يساعد التمييز بينهما على عزل المكون المعيب.

• السرعة المنخفضة = التردد المنخفض والجهد المنخفض: إذا تباطأ المحرك، فإن المولد يقطع عددًا أقل من خطوط القوة المغناطيسية في الثانية. يؤدي هذا إلى انخفاض كل من الهرتز والفولت معًا. يشير هذا إلى مشكلة ميكانيكية أو حاكمة.

• السرعة العادية + الجهد المنخفض: إذا كان المحرك يعمل عند عدد الدورات في الدقيقة الصحيح (يتم التحقق منه بواسطة مقياس سرعة الدوران) ولكن الجهد منخفض، فمن المحتمل أن تكون المشكلة في AVR أو ملفات الإثارة. هذه ليست مسألة تردد.

استثناء التشويه التوافقي

هناك سيناريو واحد نادر حيث يمكن خداع العدادات. إذا قام المولد بتشغيل أحمال غير خطية للغاية (مثل بنوك الخوادم الكبيرة أو كوابح الإضاءة القديمة)، فقد يصبح التشوه التوافقي الإجمالي (THD) مفرطًا. يمكن أن يؤدي ارتفاع THD إلى تشويه الموجة الجيبية للتيار المتردد بشكل سيئ لدرجة أن أجهزة القياس الرقمية المتعددة تفشل في حساب المعابر الصفرية بشكل صحيح. قد يؤدي ذلك إلى قيام المقياس بعرض خطأ 'التردد المنخفض' حتى لو كان عدد دورات المحرك في الدقيقة مستقرًا تمامًا. تحقق دائمًا من عدد الدورات في الدقيقة باستخدام مقياس سرعة الدوران المنفصل لاستبعاد ذلك.

الأسباب الميكانيكية وأسباب نظام الوقود (عوامل 'المحرك الرئيسي')

عندما تتأكد من أن سرعة المحرك تنخفض بالفعل، فإن الخطوة التالية هي أن تسأل: 'لماذا يفقد المحرك الطاقة؟' يجب أن يولد المحرك، الذي يطلق عليه غالبًا المحرك الرئيسي، عزم دوران كافٍ للحفاظ على السرعة تحت الحمل. إذا كان يفتقر إلى الوقود أو الهواء، فسوف يخسر تلك المعركة، مما يؤدي إلى تردد غير طبيعي في خرج المولد.

قيود إمدادات الوقود

تعد مشكلات الوقود السبب الأكثر شيوعًا لفقدان الطاقة في مولدات الديزل والغاز. إذا لم يتمكن المحرك من الحصول على كمية الوقود التي يحتاجها، فلن يتمكن من إنتاج القدرة الحصانية اللازمة لتحمل الحمل الكهربائي.

اختبار 'الجرة الزجاجية':
غالبًا ما يتم التغاضي عن جودة الوقود. بالنسبة لوحدات الديزل، خذ عينة من قاع الخزان وضعها في وعاء زجاجي شفاف. دعها تجلس لمدة 30 دقيقة. أنت تبحث عن فصل الماء (طبقة شفافة في الأسفل) أو الرواسب. بالنسبة للبنزين المخلوط بالإيثانول، ابحث عن فصل الطور حيث يغوص الماء والإيثانول إلى القاع. يحترق الوقود السيئ بشكل سيئ، مما يقلل من إنتاج الطاقة.

مشكلات التدفق:
حتى مع وجود الوقود الجيد، تفشل أنظمة التوصيل. يعمل فلتر الوقود المسدود على تقييد التدفق، مما يؤدي إلى تجويع المحرك عند الأحمال العالية. قد تلاحظ أن الوحدة تعمل بشكل جيد في وضع الخمول ولكنها تتعطل عند تطبيق الحمل. بالإضافة إلى ذلك، تحقق من الملف اللولبي لإيقاف الوقود. إذا كان لزجًا أو فاشلاً، فقد لا يتم فتحه بالكامل، مما يحد فعليًا من نطاق الخانق بغض النظر عما يأمر به الحاكم.

كمية الهواء والاحتراق

المحرك هو في الأساس مضخة هواء. فهي تحتاج إلى كميات هائلة من الهواء النظيف لحرق الوقود بكفاءة. إذا تم حظر مدخل الهواء، فإن المحرك يختنق.

أعراض مجاعة الهواء:
إذا رأيت دخاناً أسود كثيفاً يخرج من عادم الديزل بينما ينخفض ​​التردد، فهذا يشير إلى أن المحرك يحصل على الكثير من الوقود ولكن لا يوجد ما يكفي من الهواء لحرقه. المحرك 'يختنق'. ومن الأسباب الشائعة لذلك مرشحات الهواء المتسخة، أو خراطيم السحب المنهارة، أو أعشاش الطيور في غطاء سحب الهواء.

Turbo Lag and Wear:
في مجموعات المولدات الصناعية الأكبر حجمًا (200 كيلووات+)، يعد الشاحن التوربيني أمرًا بالغ الأهمية لقبول الحمل. إذا ظل باب نفايات التوربو مفتوحًا أو تآكلت المحامل، فلن يتمكن التوربو من بناء ضغط معزز بسرعة. عندما يصل الحمل، يحتاج المحرك إلى دفعة الهواء على الفور. وبدون ذلك، يتعافى عدد الدورات في الدقيقة ببطء، مما يتسبب في انخفاض التردد لفترة طويلة.

الاحتكاك الميكانيكي والتآكل

يعمل الاحتكاك الداخلي كحمل طفيلي. حتى في حالة عدم توصيل أي حمل كهربائي، يجب على المحرك التغلب على مقاومته الداخلية. المحامل البالية، أو سحب حلقة المكبس، أو بكرات مروحة التبريد المضبوطة تحرم المحرك من عزم الدوران. في الوحدات القديمة التي تمت صيانتها بشكل سيئ (أو تعرضت للتكديس الرطب بسبب التحميل الخفيف)، يمكن أن يسبب تراكم الكربون على الصمامات احتكاكًا كبيرًا. وهذا يعني توفر طاقة أقل لتشغيل المولد، مما يتسبب في انخفاض السرعة بشكل أسرع من المتوقع.

التحميل الزائد وتحميل استجابة الخطوة

في بعض الأحيان يكون المولد سليمًا، ولكن من المستحيل تلبية الطلب. يعد فهم كيفية تأثير الأحمال الكهربائية على الدوران الميكانيكي أمرًا حيويًا للتشخيص الدقيق.

التحميل الزائد الحقيقي مقابل التحميل التدريجي

هناك طريقتان مختلفتان يمكن للحمل أن يقضي على التردد: تجاوز السعة أو صدمة النظام.

الحمل الزائد الحقيقي:
يحدث هذا عندما يتجاوز إجمالي الطلب بالكيلووات (kW) معدل القدرة الحصانية للمحرك. يعمل المجال المغناطيسي داخل المولد بمثابة فرامل على عمود المحرك. إذا كانت قوة الكبح المغناطيسية أقوى من عزم الدوران الذي يمكن أن تنتجه المكابس، فإن المحرك يتباطأ فعليًا. سينخفض ​​​​تردد خرج المولد بشكل مطرد حتى تتوقف الوحدة أو تتعطل الكسارة.

تيار التدفق والتحميل المتدرج:
بعض الأحمال، مثل ضواغط تكييف الهواء الكبيرة أو المحركات الصناعية، تسحب 5 إلى 7 أضعاف تيار التشغيل أثناء بدء التشغيل. وهذا ما يسمى تيار التدفق. يضرب المولد مثل المطرقة. من الطبيعي أن ينخفض ​​المحرك مؤقتًا (استجابة عابرة). ومع ذلك، إذا انخفض التردد إلى ما دون حد الأمان (على سبيل المثال، 57 هرتز على نظام 60 هرتز) لأكثر من 3 إلى 5 ثوانٍ، فسوف تفسر وحدة التحكم هذا على أنه خطأ وتغلق لحماية الأجهزة.

خلل في التحميل

في الأنظمة ثلاثية الطور، يعد توازن الحمل أمرًا بالغ الأهمية. إذا كانت المرحلة أ تسحب 100 أمبير بينما تسحب المرحلة ب 10 أمبير فقط، فإن دوار المولد يواجه مقاومة مغناطيسية غير متساوية أثناء كل دورة. وهذا يسبب اهتزازًا شديدًا وعدم استقرار دوراني. في حين أن متوسط ​​عدد الدورات في الدقيقة قد يبدو صحيحًا، إلا أن السرعة اللحظية تتقلب، مما يتسبب في تذبذب مقياس التردد أو القفز، مما قد يؤدي إلى إطلاق إنذارات حساسة للتردد المنخفض.

قضايا الحاكم وتعديل تردد المولدات

إذا كان المحرك سليماً ميكانيكياً وغير محمل فوق طاقته، فالمشكلة تكمن في نظام التحكم. الحاكم هو 'العقل' الذي يدير سرعة المحرك. يكتشف تغيرات الحمل ويضبط دواسة الوقود للتعويض.

دور الحاكم

فكر في الحاكم باعتباره مثبت السرعة للمولد الخاص بك. عندما تقود السيارة صعودًا (إضافة حمولة)، يضيف نظام تثبيت السرعة الغاز للحفاظ على السرعة. حاكم المولد يفعل الشيء نفسه. سواء كان نظامًا زنبركيًا ميكانيكيًا بسيطًا أو وحدة تحكم إلكترونية معقدة (ECM)، فإن وظيفته الوحيدة هي الحفاظ على المحرك عند عدد الدورات المستهدفة في الدقيقة بغض النظر عن الطلب الكهربائي.

التعديل والمعايرة

الإعدادات غير الصحيحة هي السبب الرئيسي لعدم استقرار التردد. يتطلب تعديل تردد المولد ضبطًا دقيقًا لكيفية تفاعل الحاكم مع التغيير.

التدلي مقابل المتزامن:
تعمل معظم المولدات المستقلة في الوضع 'متزامن'، مما يعني أنها تحاول البقاء عند 60 هرتز (أو 50 هرتز) تمامًا في جميع الأوقات. ومع ذلك، تستخدم بعض الوحدات التحكم في 'التدلي'. في وضع التدلي، يقوم الحاكم بخفض التردد بشكل طفيف (على سبيل المثال، من عدم التحميل 61 هرتز إلى التحميل الكامل 59 هرتز) مع زيادة الحمل. وهذا يسمح لمولدات متعددة بمشاركة الحمل بشكل فعال. إذا كنت لا تعرف الوضع الذي تعمل به وحدتك، فقد تخطئ في تشخيص منحنى التدلي العادي باعتباره فشلًا.

إعدادات حلقة PID:
تستخدم أدوات التحكم الإلكترونية حلقة PID (متناسبة، متكاملة، مشتقة) للتحكم في دواسة الوقود.

• المكسب: يحدد مدى صعوبة رد فعل الحاكم. تؤدي المكاسب الكبيرة جدًا إلى 'الصيد' (التسريع لأعلى ولأسفل بشكل كبير).

• الاستقرار: يحدد مدى سرعة رد فعل الحاكم. إذا تم ضبطه على مستوى منخفض جدًا، يتفاعل المحرك بتكاسل، مما يسمح للتردد بالانخفاض العميق قبل التعافي.

يتطلب ضبط هذه الأجهزة مقياسًا متعددًا وغالبًا ما يكون جهاز كمبيوتر محمولًا مزودًا ببرنامج خاص.

تحذير 'الإصلاح الزائف'.

الاختصار الخطير الذي يتخذه بعض الفنيين هو ببساطة تشديد زنبرك الخانق على أدوات التحكم الميكانيكية لإخفاء مشكلة فقدان الطاقة. قد يرفعون سرعة عدم التحميل إلى 64 هرتز أو 65 هرتز بحيث ينخفض ​​​​فقط إلى 60 هرتز عندما يصل الحمل. هذا 'حل مزيف'. يمكن أن يؤدي التردد العالي في وضع الخمول إلى إتلاف الأجهزة الإلكترونية الحساسة تمامًا مثل التردد المنخفض. لا تستخدم أبدًا تعديلات الحاكم للتعويض عن انسداد فلتر الوقود أو المحرك البالي.

التأثير على المعدات ومعايير القرار

لماذا نقلق كثيرًا بشأن عدد قليل من الهرتز؟ يمكن أن يكون التأثير على المعدات النهائية فوريًا ومكلفًا. يساعد فهم هذه المخاطر في تحديد أولويات الإصلاحات.

لماذا يوجد إنذار 'انخفاض هرتز'.

تشبع التدفق:
تم تصميم المحولات والمحركات الحثية لنسبة محددة من الجهد إلى التردد (V / هرتز). إذا انخفض التردد مع بقاء الجهد مرتفعًا، فإن القلب المغناطيسي للجهاز يتشبع. يؤدي ذلك إلى سحب الجهاز لتيار زائد، مما يؤدي إلى تسخينه بسرعة. يمكن أن يحترق المحول في دقائق في ظل هذه الظروف.

أخطاء التقاطع الصفري:
تعتمد العديد من وحدات التحكم في الطاقة الحديثة، مثل أجهزة التشغيل الناعمة وعناصر التحكم في سخان SCR، على نقطة 'التقاطع الصفري' للموجة الجيبية للتيار المتردد لتشغيل توقيتها. إذا كان التردد غير مستقر أو منخفض، فإن وحدات التحكم هذه تخطئ في حساب التوقيت. وهذا يؤدي إلى خلل في الإشعال، وتفجير الصمامات، وتلف لوحات التحكم.

مصفوفة القرار التشخيصي (الإصلاح مقابل الاستبدال)

عند مواجهة مشكلات التردد المنخفض، استخدم هذه المصفوفة لتحديد مسار عملك.

السيناريو	السبب المحتمل تكلفة	الإجراء الموصى به	/ الصعوبة
السيناريو أ (بسيط)	انسداد الفلاتر (الوقود/الهواء) أو الوقود القديم	استبدال كافة المرشحات. استنزاف واستبدال الوقود.	منخفضة التكلفة/صديقة للاستخدام بنفسك
السيناريو ب (المجمع)	خطأ في معايرة الحاكم أو تآكل الحاقن	ضبط إعدادات PID؛ إعادة بناء مضخة الحقن.	تكلفة متوسطة / مطلوب محترف
السيناريو ج (قاتل)	ضغط منخفض / تآكل داخلي للمحرك	إصلاح المحرك أو استبدال الوحدة.	التكلفة العالية / المقارنة مطلوبة

السيناريو ج ملاحظة: إذا كشف اختبار الضغط عن تآكل المحرك، فقم بمقارنة تكلفة الإصلاح مع التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) لأصل جديد أكثر كفاءة. في كثير من الأحيان، يكون استبدال المولد القديم أكثر اقتصادا من إعادة بناء محرك متعب.

التحقق المهني

قبل إعادة المولد الحيوي إلى الخدمة بعد الإصلاحات، يعد التحقق المهني أمرًا إلزاميًا. المعيار الذهبي هو اختبار بنك التحميل . يتضمن ذلك توصيل المولد بجهاز يطبق حملًا كهربائيًا دقيقًا وقابلًا للتعديل. ومن خلال تشغيل الوحدة بقدرة 100% ومراقبة استقرار التردد، يمكنك التأكد من نجاح الإصلاحات. لا تعتمد أبدًا على اختبار 'البدء والتشغيل' البسيط بدون تحميل.

خاتمة

يعد التردد المنخفض في المولد دائمًا أحد أعراض خسارة المحرك للمعركة ضد الحمل. نادرا ما يكون لغزا. إنه ينبع من فيزياء يمكن تحديدها. سواء كان السبب الجذري هو نقص الوقود البسيط، أو التآكل الميكانيكي، أو سوء معايرة المنظم، فإن النتيجة هي محرك لا يمكنه الحفاظ على عدد الدورات في الدقيقة المطلوبة.

عند تشخيص هذه المشكلات، استبعد الأساسيات بشكل منهجي أولاً. تحقق من إمداد الوقود والهواء لديك، وتأكد من أن الحمولة لا تتجاوز تصنيف لوحة الاسم، وتأكد من ضبط المنظم بشكل صحيح. والأهم من ذلك، لا تتجاوز مزالج الأمان أو الإنذارات للحفاظ على تشغيل الوحدة. إذا لم يتمكن المولد من الحفاظ على تردده تحت الحمل، فهذا يعني أنه لا يمكن الاعتماد على الطاقة، بل يعد بمثابة مسؤولية. ابدأ بالأساسيات الميكانيكية، وانتقل إلى إعدادات التحكم، وتأكد من أن الطاقة الاحتياطية لديك جاهزة عند انطفاء الأضواء.

التعليمات

س: ما هو التردد الطبيعي للمولد؟

ج: في أمريكا الشمالية، المعيار هو 60 هرتز. وفي أوروبا وآسيا والعديد من المناطق الأخرى، يبلغ 50 هرتز. بالنسبة للمولد الذي يعمل بدون أي حمل، فمن المقبول والمرغوب في كثير من الأحيان أن يكون التردد أعلى قليلاً، عادةً حوالي 61.5 هرتز إلى 62 هرتز (أو 51.5 هرتز لوحدات 50 هرتز). يسمح هذا المخزن المؤقت الطفيف للمحرك بالاستقرار في التردد الصحيح بمجرد تطبيق حمل ثقيل.

س: هل يمكن أن يسبب انخفاض الزيت انخفاض التردد؟

ج: بشكل غير مباشر، نعم. في حين أن انخفاض الزيت عادة ما يؤدي إلى تشغيل جهاز استشعار يقوم بإيقاف تشغيل الإشعال بالكامل لإنقاذ المحرك، فإن التشغيل على زيت قديم متدهور يزيد من الاحتكاك الداخلي. يعمل هذا الاحتكاك بمثابة حمل طفيلي، مما يجبر المحرك على العمل بجهد أكبر لمجرد الدوران. إذا كان الزيت سميكًا أو مملوءًا بالطين، فقد يواجه المحرك صعوبة في الحفاظ على دورة كاملة في الدقيقة تحت الأحمال الكهربائية الثقيلة، مما يؤدي إلى انخفاض التردد.

س: كيف أقوم بتثبيت التردد على المولد الخاص بي؟

ج: لتثبيت التردد يجب ضبط سرعة المحرك. في الضوابط الميكانيكية، يتم ذلك عن طريق تدوير برغي ضبط السرعة الذي يغير التوتر في زنبرك الخانق. في أدوات التحكم الإلكترونية، يجب عليك إعادة برمجة نقاط الضبط في وحدة التحكم في المحرك (ECM). قم دائمًا بإجراء هذه التعديلات أثناء قياس الإخراج باستخدام مقياس متعدد عالي الجودة لضمان عدم تجاوز الهدف.

س: لماذا ينخفض ​​هرتز المولد الخاص بي عند تشغيل مكيف الهواء؟

ج: يرجع ذلك إلى 'تدفق التيار'. عندما يبدأ تشغيل محرك كبير مثل ضاغط التيار المتردد، فإنه يسحب مؤقتًا ما بين 5 إلى 7 أضعاف قدرته المقدرة. يؤدي هذا الطلب المفاجئ إلى ارتفاع هائل في مقاومة عزم الدوران على عمود المحرك، مما يؤدي إلى انخفاض السرعة لفترة وجيزة. إذا عاد المولد إلى 60 هرتز خلال 3 ثوانٍ، فهذا يعد تشغيلًا عاديًا. إذا توقف أو بقي منخفضًا، فمن المحتمل أن يكون حجم المولد صغيرًا بالنسبة لهذا الحمل.