EN
كيفية حل تآكل المحامل الكهربائي في المحركات
ما السبب وراء ظهور جهد العمود في المحركات التي تُشغَّل بواسطة محركات التحكم في التردد المتغير (VFDs)؟ وكيف يمكن اختبار التيارات المارة عبر المحامل؟
مصدر التيارات المارة عبر المحامل
التيارات المارة عبر المحامل هي تيارات تفريغ ذات تردد عالٍ تُولَّد بواسطة جهد العمود وتتدفق عبر محامل المحرك. والسبب الجذري يكمن في جهد التعديل العرضي النبضي (PWM) الذي تولِّده وحدات التحكم في التردد المتغير (VFDs)، والذي يُخرِج سلسلة من النبضات الموجبة والسالبة التي تتبديل بسرعة كبيرة، بدلًا من موجة جيبية. وهذا يؤدي إلى إنشاء جهد متوسط غير متوازن عبر الأطوار الثلاثة، ويُعرف هذا بالجهد الشائع (common-mode voltage)، والذي غالبًا ما يظهر على هيئة موجة مربعة ذات ست درجات.
في المحركات التي تُشغَّل بواسطة وحدات التحكم في التردد المتغير (VFDs)، يُحفِّز الجهد الشائع (common-mode voltage) جهد العمود عبر الاقتران السعوي داخل البنية الداخلية للمحرك. وبمجرد أن يتجاوز هذا الجهد قوة العزل لطبقة زيت التشحيم في المحمل، يحدث تفريغ كهربائي، مشكِّلاً تيارات تفريغ كهربائية سعوية (EDM) التي تُحدث حفرًا دقيقة وتجويفات على مسارات التحميل في المحامل. وفي المحركات ذات القدرة العالية (عادةً >75 كيلوواط)، يُحدث تدفق المجال المغناطيسي عالي التردد أيضًا جهدًا عند طرف العمود، ما يؤدي إلى التيارات الدوّارة عالية التردد تتلف المحامل في كلا الطرفين في الوقت نفسه. وهذان النوعان من التيارات هما الأسباب الرئيسية للتلف الكهربائي للمحامل.
تيارات التفريغ الكهربائي بالتفريغ الكهروستاتيكي السعوي
إن البنية الداخلية للمحرك الكهربائي تعمل بطريقة مشابهة لمكثف. ويولِّد جهد الوضع المشترك الناتج عن محول التردد المتغير (VFD) جهدًا مُحْدَثًا بالاقتران السعوي على عمود المحرك. ويتم تفريغ هذا الجهد عبر قوس كهربائي عبر المحامل إلى هيكل المحرك، مكوِّنًا بذلك تيارات التفريغ الكهربائي بالتفريغ الكهروستاتيكي السعوي.
يمكن قياس جهد العمود باستخدام راسم إشارات رقمي و مستشعر جهد عمود VOLSUN . ويظهر التفريغ على شكل قمم جهد عالية التردد.
تؤدي هذه القوسية التفريغية، التي قد تحدث عشرات الآلاف من المرات في الثانية، إلى تدهور شحوم المحامل وتسبب تشكيلاً كهربائيًا تفريغيًا، مما يؤدي إلى ظهور آلاف الحفر المجهرية على مسارات دوران المحامل. وهذه الحفر، جنبًا إلى جنب مع الشحوم المتدهورة، تزيد من الاحتكاك وتؤدي إلى مشكلات في مؤشرات الضوضاء والاهتزاز والخشونة (NVH).
التيارات الدوّارة عالية التردد
تتوصّل التيارات عالية التردد في خرج محول التردد المتغير (VFD) بشكل سعوي إلى هيكل المحرك وتعبر عبره بحثًا عن نقطة التأريض. وعندما تمر هذه التيارات عبر الهيكل، فإنها تولّد تدفقًا مغناطيسيًّا عالي التردد داخل المحرك. وهذا التدفق بدوره يُحفِّز جهدًا عالي التردد من طرفٍ إلى طرفٍ على العمود. وفي المحركات الأكبر حجمًا، يكون الجهد الطرفي للعمود مرتفعًا بما يكفي لتدوير تيارات دوّارة عالية التردد عبر المحامل.
يتدفق هذا التيار الدائري من العمود إلى الهيكل عبر أحد المحامل، ومن الهيكل عائدًا إلى العمود عبر المحمل الآخر. والنتيجة هي تشكُّل حلقة تيار دائرية بين العمود وهيكل المحرك، ما يؤدي إلى إتلاف كلا المحامل في الوقت نفسه.
آثار التيارات المارة في المحامل
وبمرور الوقت، تتراكم الحفر المجهرية الناتجة عن القوس الكهربائي الذي يمر عبر المحامل لتشكِّل سطحًا باهتًا مرئيًّا يُعرف باسم «التجميد السطحي» (Frosting). ويكون المحمل المُجمَّد سطحيًّا أقل نعومةً من المحمل السليم، ما يؤدي إلى زيادة الاحتكاك، وارتفاع درجة حرارة التوليد، وتدهور إضافي في مسارات جريان المحمل. وبمرور الوقت، تؤدي التفاعلات المتداخلة بين التلف الكهربائي والاهتزاز إلى ظهور نمطٍ متخطّط أو ما يُسمى بـ«نمط السياج الخشبي» (Picket Fence)، والمعروف باسم «التجويف الحلزوني» (Fluting).
وبمجرد أن يظهر التجويف الحلزوني، فإن فشل المحمل يكون وشيكًا. ويسبب المحمل ذو التجويف الحلزوني اهتزازًا مفرطًا وضجيجًا صارخًا مميزًا. ويوضح الرسم البياني أدناه الأنواع الشائعة لتآكل المحامل الكهربائي.
حلقة فولسون الموصلة من الجيل الثالث (حلقة تأريض العمود)، وبفضل تصميمها الخفيف الهيكل والبنية المدمجة، يمكن تركيبها مباشرةً على وحدات المحامل، مما يلبي المتطلبات الصارمة المتعلقة بالمساحة والوزن في المركبات الكهربائية. علاوةً على ذلك، فإن ميزة خلوّها من الحاجة إلى الصيانة تقلّل من الضغط الواقع على خدمات ما بعد البيع، ما يجعلها حلاًّ موثوقًا لمعالجة مشكلة التآكل الكهربائي في المحامل!
