حجم المحرك وقدرته المقننة

حجم المحرك وقدرته المقننة

العوامل التي تتحكم في حجم وقدرة المحرك هي أقصى درجة حرارة يصل إليها المحرك أثناء الخدمة تحت ظروف تشغيل الحمل، من حيث أنه مستمر أو متقطع أو قصير الأمد، وأقصى عزم دوران مطلوب من المحرك. وقد وجد أن المحرك الذي يحقق الشرط الأول الخاص بدرجة الحرارة، يحقق أيضًا الشرط الثاني الخاص بالعزم المطلوب. والجدير بالذكر هنا أن أقصى درجة حرارة يتم تصميم المحرك على أساسها تعتمد على نوع المواد العازلة المستخدمة في المحرك وتصنف هذه المواد العازلة إلى أنواع حسب درجة الحرارة القصوى التي تتحملها.

متطلبات التحميل من حيث أنه مستمر أو قصير الأمد أو متقطع:

يتم عادة تصميم المحركات الكهربائية على أساس مقدار الزمن الذي تعمل فيه الآلة بالحمل المطلوب وكذلك مقدار الزمن الذي تكون فيه الآلة متوقفة عن العمل بدون حمل، على هذا الأساس فإن القواعد التي تتبع لاختيار المحركات الكهربائية تشير لإمكانية تصنيف المحركات حسب خطة التشغيل الزمني لها، وما يلي بعض أنواع التشغيل للمحركات:

التشغيل المستمر: تحتاج الآلة العامة لأداء وظيفتها في هذه الحالة إلى تشغيل المحرك بالحمل الكامل وبصفة مستمرة بحيث تصل درجة الحرارة في جميع أجزاء المحرك إلى قيمتها القصوى التي تم تصميم المحرك على أساسها ولا تتعداها مع استمرار التشغيل لأية فترة بعد ذلك الشكل (A1).
التشغيل قصير الأمد: تعمل الآلة العاملة في هذا النوع من التشغيل بفترات تشغيل متفرقة تمتد كل منها على فترة زمنية محددة، بحيث لا تتعدى درجة الحرارة في جميع أجزاء المحرك قيمتها القصوى التي تم تصميم المحرك على أساسها خلال أي فترة من فترات التشغيل، كما أن فترة الراحة التي تفصل بين فترتي تشغيل تكفي لكي يبرد لمحرك ويأخذ درجة حرارة الجو المحيط به، ويطلق على حمل المحرك الذي يعطيه خلال فترة التشغيل اسم الحمل الأمدي (الحمل ذي الفترة المحددة) وهو يقترن دائما بفترة التشغيل، فيقال مثلًا محرك عشرون حصانًا-ثلاثون دقيقة، الشكل (B1).
ج- التشغيل المتقطع: يكون تشغيل المحرك في هذه الحالة لفترات قصيرة تتخللها فترات من الراحة يتوقف فيها المحرك تمامًا، لكن فترتا الراحة هذه لا تكفي لكي تنخفض درجة حرارة المحرك إلى الدرجة المطلوبة (وهي درجة حرارة الجو المحيط)، لكنها تنخفض بعض الشيء لكي تعاود الارتفاع في فترة التشغيل التالية إلى درجة حرارة أعلى منها في فترة التشغيل السابقة، وهكذا دون أن تتعدى درجة الحرارة في جميع أجزاء المحرك قيمتها القصوى، تحدد فترة التشغيل (To) بالدقيقة مثلًا، كما تحدد فترة الراحة أو السكون (Ts) بالدقيقة أيضًا، بحيث لا يتعدى أمد الدورة (Ta) حيث (Ta=To+Ts. عشر دقائق بأية حال من الأحوال. وتسمى النسبة بين زمن فترة التشغيل وأمد الدورة (To/Ts) بفترة التوصيل النسبية.

 

 

 

 

ويطلق اسم الحمل المقنن على الحمل الذي يمكن تشغيل المحرك به على النحو السالف الذكر، لأية فترة زمنية مهما بلغت من الطول، دون أن يتعدى المحرك درجة الحرارة القصوى المسموح بها، الشكل (C1).

د- التشغيل المتواصل بفترات تحمل قصيرة الأمد: بعد تحميل المحرك لفترة زمنية قصيرة الأمد، يترك في حالة دوران بدون حمل مدة كافية بحيث تهبط درجة حرارته إلى الحد الذي تكون عليه عند دورانه بصفة مستمرة بدون حمل، الشكل (D1).

هـ- التشغيل المتواصل بفترات تحميل متقطعة: يمر المحرك بفترات متعاقبة من التشغيل بالحمل الكامل والدوران بدون حمل، بدلا من السكون كما في حالة التشغيل المتقطع، الشكل (E1).

ب- مقدرة المحرك على التعامل مع أحمال زائدة عن قدرته المقننة:

يجب على المحرك الكهربائي أن يحقق غرضين أساسيين مهما اختلفت طريقة تشغيله وهما:

ألا تتعدى درجة حرارته أثناء التشغيل بأي حال من الأحوال درجة الحرارة القصوى التي تم تصميم المحرك على أساسا، طبقًا للمواصفات القياسية التي تم تنفيذ تصميمه عليها.
يجب أن يكون المحرك قادرًا على توليد عزم الدوران الذي تحتاجه الآلة عند سرعة الدوران المطلوبة.
تصمم المحركات عادة بحيث يمكنها أن تعطي عزما أكبر من عزم الحمل الكامل بحوالي مرة ونصف إلى مرتين، ويسمى أقصى عزم في هذه الحالة بعزم التعثر. فكثيرًا ما نجد أن المحرك الكهربائي أثناء تشغيله بصفة مستمرة يتعدى درجة الحرارة القصوى التي تم تنفيذ تصميمه على أساسها، وذلك عند تجاوز عزم الحمل الكامل، ولكن دون أن يتعدى عزم التعثر. وهذا يعني أن الفيصل في وضع حدود التشغيل يكون عادة درجة الحرارة القصوى التي لا يجب أن يتعداها المحرك، قبل الزيادة المحتملة في قيمة عزم الدوران الذي يمكن أن تحتاج إليه الآلة العاملة.

هذا وعندما يصمم المحرك الكهربائي على أساس التشغيل المتواصل بقدرة معينة، فإن المحرك يبلغ درجة حرارته القصوى عند تشغيله بهذه القدرة، ويظل محتفظًا بها مهما طال وقت تشغيله، فإذا تم تشغيل المحرك بنفس هذه القدرة تشغيلًا قصير الأمد أو تشغيلًا متقطعًا، فمن الواضح أن المحرك لن يبلغ درجة حرارته القصوى، وذلك بسبب فقرات التوقف التي تنخفض درجة حرارته أثناءها، هذا يعني أننا نستطيع تشغيل المحرك على أي نحو من النحوين المذكورين بحمل يزيد على الحمل الكامل، ولكن يجب أن نراعي ألا يتعدى عزم الدوران الذي يؤخذ من المحرك عزم التعثر، أي أن الفيصل في وضع حد للزيادة في الحمل التي يمكن أن نتجاوز بها الحمل الكامل في هذه الحالة هو عزم التعثر، وليست درجة الحرارة القصوى كما كان الأمر في الحالة السابقة.

4- تكلفة المحرك: بالرغم من أن تكلفة المحرك جاءت في آخر القائمة، إلا أنها العامل الأكثر أهمية في اختيار المحرك، عند حساب التكلفة الكلية لنظام التحريك يجب الأخذ في الاعتبار:

أ. التكلفة الابتدائية.

أأ. الكلفة التشغيل والصيانة: وتشمل أيضًا حساب التناقص في قيمة الآلة العاملة. مع الأخذ في الاعتبار للعمر الافتراضي للمحرك.

كما أن كلفة التشغيل تتأثر بالمفقودات داخل الآلة وبمعامل القدرة.