تختلف طرق التوصيل الخارجي لمحركات الوجه الواحد حسب تصميم المحرك وطريقة بدء تشغيله. ويرتبط ذلك بشكل أساسي بتركيب ملفات التشغيل وملفات التقويم، إضافةً إلى استخدام المكثفات أو مفاتيح الطرد المركزي أو الريليهات.
يحتاج المحرك أحادي الطور إلى وسيلة تساعده على بدء الدوران من حالة السكون. لذلك تستخدم ملفات التقويم مع أحد عناصر بدء التشغيل، ثم تُفصل هذه الملفات في بعض التصميمات بعد وصول المحرك إلى سرعة مناسبة. وفي تصميمات أخرى، مثل محركات المكثف الدائم، يستمر المكثف وملفات التقويم في العمل أثناء دوران المحرك.
في هذا المقال، نستعرض 9 طرق شائعة للتوصيل الخارجي لمحركات الوجه الواحد، مع توضيح وظيفة كل مكون وطريقة عمله وأهم الملاحظات الفنية.
ما مكونات دائرة تشغيل محرك الوجه الواحد؟
قبل التعرف على طرق التوصيل، من المهم معرفة المكونات الأساسية المستخدمة في دوائر تشغيل المحركات أحادية الطور:
- ملفات التشغيل: وهي الملفات التي تستمر في العمل أثناء دوران المحرك.
- ملفات التقويم: تساعد المحرك على إنشاء عزم بدء الدوران.
- مكثف التشغيل: يبقى متصلًا بالدائرة أثناء تشغيل المحرك في بعض التصميمات.
- مكثف البدء: يستخدم لرفع عزم بدء المحرك، ثم يُفصل بعد بدء الدوران.
- مفتاح الطرد المركزي: يفصل ملفات التقويم بعد وصول المحرك إلى سرعة معينة.
- ريليه التيار: يعتمد على تغير تيار المحرك للتحكم في دائرة ملفات التقويم.
- ريليه الجهد: يعتمد على تغير الجهد على ملف التقويم لفصل دائرة البدء.
- ريليه PTC الحراري: يستخدم تغير مقاومته مع الحرارة لفصل ملفات التقويم.
التوصيل الخارجي لمحركات الوجه الواحد: 9 طرق لتوصيل المحرك أحادي الطور
فيما يلي أبرز طرق التوصيل المستخدمة في محركات الوجه الواحد:
1. توصيل المحرك بمكثف تشغيل دائم (Run Capacitor)
في هذه الطريقة يبقى مكثف التشغيل متصلًا بالدائرة أثناء تشغيل المحرك. وتستخدم ملفات التقويم مع المكثف لتكوين مجال مغناطيسي يساعد على بدء دوران العضو الدوار، ثم تستمر هذه الملفات في العمل بعد بدء التشغيل.
تختلف طريقة توصيل أطراف ملفات التشغيل والتقويم حسب تصميم المحرك. لذلك يجب الاعتماد على مخطط التوصيل الموجود على لوحة بيانات المحرك أو تعليمات الشركة المصنعة.
كيف يعمل مكثف التشغيل؟
يساعد المكثف على إحداث فرق في زاوية الطور بين التيار المار في ملفات التشغيل وملفات التقويم. وينتج عن ذلك مجال مغناطيسي دوار يساعد المحرك على بدء الدوران والاستمرار فيه.
وتختلف سعة المكثف المطلوبة من محرك إلى آخر. لذلك لا يُنصح باستبدال المكثف بقيمة مختلفة دون الرجوع إلى بيانات المحرك.
في بعض التصميمات تكون سعة مكثف التشغيل أقل من سعة مكثف البدء؛ لأن مكثف التشغيل مصمم للعمل بشكل مستمر.
ماذا يحدث عند تلف مكثف التشغيل؟
إذا ضعف المكثف أو تلف، فقد تظهر أعراض مثل:
- صعوبة بدء دوران المحرك.
- انخفاض عزم الدوران.
- زيادة التيار أو ارتفاع درجة حرارة المحرك.
- صدور صوت طنين دون بدء الدوران.
- توقف المحرك عند وجود حمل.
ولا ينبغي تشغيل المحرك بملفات التشغيل وحدها إذا كان تصميمه يعتمد على ملفات التقويم والمكثف أثناء التشغيل؛ لأن ذلك قد يؤدي إلى ارتفاع التيار وارتفاع حرارة الملفات.
ملاحظة مهمة: عند استبدال مكثف التشغيل، يجب اختيار سعة وجهد مناسبين وفق بيانات المحرك. ولا يعني ارتفاع السعة أن أداء المحرك سيكون أفضل، لأن السعة غير المناسبة قد تؤدي إلى زيادة التيار وارتفاع حرارة المحرك.
2. توصيل المحرك بمفتاح الطرد المركزي (Centrifugal Switch)
في هذا التصميم تستخدم ملفات التقويم للمساعدة على بدء دوران المحرك، ثم يفصلها مفتاح الطرد المركزي بعد وصول العضو الدوار إلى سرعة محددة.
عندما يكون المحرك متوقفًا، تكون نقاط تلامس مفتاح الطرد المركزي في وضع يسمح بتغذية ملفات التقويم. وبعد بدء الدوران وارتفاع السرعة، يعمل المفتاح على فصل هذه الملفات من الدائرة.
لماذا يتم فصل ملفات التقويم؟
في هذا النوع من المحركات صُممت ملفات التقويم للعمل خلال مرحلة البدء فقط. لذلك لا ينبغي أن تبقى متصلة بالدائرة أثناء التشغيل المستمر.
وعند فصل ملفات التقويم، يستمر المحرك في الدوران اعتمادًا على ملفات التشغيل المصممة للعمل المستمر.
كيف يعمل مفتاح الطرد المركزي؟
توجد عدة تصميمات لمفتاح الطرد المركزي، لكن مبدأ عملها واحد تقريبًا.
يحتوي المفتاح عادةً على جزء متحرك مرتبط بمحور المحرك، ويعمل هذا الجزء على تغيير حالة نقاط التلامس مع ارتفاع سرعة الدوران.
عند توقف المحرك تكون نقاط التلامس في وضع التشغيل. وعند وصول المحرك إلى سرعة محددة، تؤدي القوة الطاردة المركزية إلى تحريك الجزء الميكانيكي وفصل نقاط التلامس.
وبذلك ينقطع التيار عن ملفات التقويم.
ملاحظة: قد تختلف آلية مفتاح الطرد المركزي من محرك إلى آخر، لذلك يجب الاعتماد على تصميم المحرك ومخطط توصيله عند إجراء الصيانة.
3. توصيل المحرك بريليه PTC الحراري
يُعرف ريليه PTC بأنه عنصر إلكتروني حراري يمكن استخدامه للتحكم في دائرة ملفات التقويم في بعض المحركات.
يعتمد هذا الريليه على مادة ترتفع مقاومتها الكهربائية بشكل كبير مع ارتفاع درجة حرارتها.
عند توصيل المحرك بالمنبع، تكون مقاومة عنصر PTC منخفضة نسبيًا، فيمر التيار في دائرة التقويم. ومع مرور التيار ترتفع درجة حرارة العنصر، فتزداد مقاومته بدرجة كبيرة.
نتيجة لذلك ينخفض التيار المار في ملفات التقويم، فتخرج هذه الملفات عمليًا من دائرة التشغيل.
ما وظيفة ريليه PTC؟
تتمثل وظيفته الأساسية في التحكم في دائرة التقويم دون الحاجة إلى أجزاء ميكانيكية متحركة، ولذلك يمكن استخدامه في بعض التطبيقات بدلًا من مفتاح الطرد المركزي أو بعض أنواع ريليهات البدء.
ومن خصائصه أنه يحتاج إلى فترة حتى تنخفض حرارته وتعود مقاومته إلى قيمة تسمح ببدء تشغيل جديد.
لذلك قد يؤدي إعادة تشغيل المحرك مباشرة بعد إيقافه إلى عدم عمل دائرة التقويم بالشكل المطلوب، خصوصًا إذا لم يكن عنصر PTC قد برد بدرجة كافية.
4. توصيل المحرك بمفتاح طرد مركزي ومكثف بدء
تشبه هذه الطريقة طريقة التوصيل السابقة باستخدام مفتاح الطرد المركزي، ولكن يضاف مكثف بدء إلى دائرة ملفات التقويم.
عند بدء تشغيل المحرك، يعمل المكثف مع ملفات التقويم على تحسين ظروف بدء التشغيل ورفع عزم الدوران.
وبعد وصول المحرك إلى سرعة مناسبة، يفصل مفتاح الطرد المركزي دائرة التقويم. وبذلك ينفصل مكثف البدء مع ملفات التقويم عن الدائرة.
ما وظيفة مكثف البدء؟
يعمل مكثف البدء على زيادة تأثير دائرة التقويم أثناء لحظة بدء المحرك. ولذلك تكون سعته عادةً أكبر من سعة مكثف التشغيل في التصميمات التي تستخدم النوعين.
وبما أن مكثف البدء لا يعمل بصورة مستمرة، فيجب استخدامه وفق المواصفات المحددة للمحرك.
5. توصيل المحرك بمفتاح طرد مركزي ومكثفي بدء وتشغيل
تستخدم هذه الطريقة مكثفين:
- مكثف بدء (Start Capacitor).
- مكثف تشغيل دائم (Run Capacitor).
عند بدء تشغيل المحرك، يعمل المكثفان معًا في دائرة التقويم، مما يوفر عزم بدء مرتفعًا.
بعد وصول المحرك إلى السرعة المناسبة، يعمل مفتاح الطرد المركزي على فصل مكثف البدء. وفي المقابل، يستمر مكثف التشغيل في الدائرة.
وبذلك يستفيد المحرك من:
- عزم بدء مرتفع أثناء الإقلاع.
- استمرار مكثف التشغيل أثناء الدوران.
- تحسين أداء المحرك أثناء التشغيل وفق تصميمه.
وتستخدم هذه الطريقة في بعض المحركات التي تحتاج إلى عزم بدء مرتفع، لكن اختيارها لا يعتمد على القدرة وحدها؛ بل يعتمد على تصميم المحرك وبيانات الشركة المصنعة.
6. توصيل المحرك بريليه التيار
يؤدي ريليه التيار وظيفة مشابهة لوظيفة مفتاح الطرد المركزي، وهي التحكم في دائرة ملفات التقويم خلال مرحلة بدء التشغيل.
يتكون ريليه التيار عادةً من ملف يتصل على التوالي مع دائرة التشغيل، إضافةً إلى نقطة تلامس تتحكم في دائرة التقويم.
كيف يعمل ريليه التيار؟
عند توصيل المحرك بالمنبع، يرتفع تيار ملفات التشغيل بسبب تيار البدء. ويمر هذا التيار أيضًا في ملف ريليه التيار.
ينتج عن ذلك مجال مغناطيسي يعمل على تغيير حالة نقطة التلامس، فتتصل دائرة ملفات التقويم ويبدأ المحرك في الدوران.
بعد ارتفاع سرعة المحرك وانخفاض تيار التشغيل، يضعف المجال المغناطيسي لريليه التيار. عندها تعود نقطة التلامس إلى حالتها الأصلية، فتُفصل ملفات التقويم عن الدائرة.
تحدث هذه العملية خلال فترة قصيرة جدًا بعد بدء تشغيل المحرك.
لماذا يجب اختيار ريليه التيار المناسب؟
لا يمكن استخدام أي ريليه تيار مع أي محرك؛ لأن عمله يعتمد على قيم تيار البدء وتيار التشغيل.
إذا كان الريليه غير مناسب للمحرك، فقد لا يعمل في الوقت الصحيح. وقد يؤدي ذلك إلى عدم توصيل ملفات التقويم أو عدم فصلها في الوقت المطلوب.
ولهذا يجب اختيار الريليه وفق مواصفات المحرك وتيار التشغيل وتيار البدء.
ويستخدم ريليه التيار في العديد من تطبيقات التبريد، ومنها بعض دوائر تشغيل ضواغط الثلاجات.
7. توصيل المحرك بريليه تيار ومكثف بدء
تشبه هذه الطريقة طريقة التوصيل السابقة، لكن يضاف مكثف بدء إلى دائرة ملفات التقويم.
عند بدء تشغيل المحرك، يسمح ريليه التيار بتغذية ملفات التقويم، ويعمل مكثف البدء معها لزيادة عزم بدء الدوران.
وبعد ارتفاع سرعة المحرك وانخفاض تيار التشغيل، يفصل ريليه التيار دائرة التقويم. وبذلك يخرج كل من ملفات التقويم ومكثف البدء من الدائرة.
ما فائدة مكثف البدء هنا؟
يساعد المكثف على تحسين أداء دائرة البدء ورفع عزم الدوران عند الإقلاع. وتكون سعته في العادة أعلى من سعة مكثف التشغيل في التصميمات التي تستخدم النوعين.
ويجب اختيار سعته وجهده وفق مواصفات المحرك، وليس اعتمادًا على القدرة وحدها.
8. توصيل المحرك بريليه تيار ومكثف بدء ومكثف تشغيل
في هذه الطريقة يستخدم المحرك:
- ريليه تيار.
- مكثف بدء.
- مكثف تشغيل دائم.
- ملفات تشغيل.
- ملفات تقويم.
عند بدء التشغيل، يعمل مكثفا البدء والتشغيل معًا في دائرة التقويم، مما يساعد على توفير عزم بدء مرتفع.
بعد وصول المحرك إلى سرعة مناسبة، ينخفض تيار التشغيل. عندها يفصل ريليه التيار دائرة مكثف البدء.
أما مكثف التشغيل فيبقى متصلًا بالدائرة وفق تصميم المحرك.
وبذلك يجمع هذا التصميم بين عزم البدء المرتفع الناتج عن مكثف البدء، واستمرار عمل مكثف التشغيل أثناء دوران المحرك.
9. توصيل المحرك بريليه جهد ومكثفي بدء وتشغيل
يختلف ريليه الجهد عن ريليه التيار في مبدأ عمله وطريقة توصيل ملفه.
يعتمد ريليه الجهد على تغير الجهد في دائرة التقويم للتحكم في نقطة التلامس.
عند لحظة بدء تشغيل المحرك، يكون الجهد على دائرة التقويم منخفضًا نسبيًا، فتكون نقطة التلامس في الحالة التي تسمح بتغذية دائرة البدء.
بعد دوران المحرك وارتفاع الجهد على ملف الريليه، يتغير المجال المغناطيسي للريليه، فتتغير حالة نقطة التلامس وتُفصل دائرة مكثف البدء.
وبذلك يستمر مكثف التشغيل في الدائرة، بينما يخرج مكثف البدء بعد انتهاء مرحلة الإقلاع.
الفرق بين ريليه التيار وريليه الجهد
يمكن تلخيص الفرق بينهما كالتالي:
| العنصر | ريليه التيار | ريليه الجهد |
|---|---|---|
| مبدأ العمل | يعتمد على تغير التيار | يعتمد على تغير الجهد |
| ملف الريليه | يرتبط بدائرة التشغيل | يرتبط بدائرة الجهد المحددة في تصميم الدائرة |
| الهدف | التحكم في دائرة التقويم | التحكم في دائرة البدء |
| الفصل | بعد انخفاض تيار التشغيل | بعد ارتفاع الجهد إلى القيمة المناسبة |
ويجب عدم استبدال ريليه التيار بريليه الجهد أو العكس إلا إذا كان ذلك متوافقًا مع تصميم دائرة المحرك.
ملاحظات مهمة عند توصيل محركات الوجه الواحد
هناك بعض الاختلافات بين تصميمات المحركات أحادية الطور، لذلك لا ينبغي تعميم طريقة توصيل واحدة على جميع المحركات.
1. اختلاف عدد لفات ملفات التقويم
في بعض تصميمات المحركات قد يكون عدد لفات ملفات التقويم قريبًا من عدد لفات ملفات التشغيل، بينما تختلف النسبة في تصميمات أخرى.
لذلك يعتمد عدد اللفات وقطر السلك على تصميم المحرك وقدرته وطريقة تشغيله.
2. اختلاف مساحة مقطع السلك
لا توجد قاعدة واحدة تنطبق على جميع المحركات فيما يتعلق بمساحة مقطع سلك ملفات التقويم مقارنةً بملفات التشغيل.
ويجب الرجوع إلى تصميم المحرك وبيانات الشركة المصنعة عند تحديد قطر السلك وعدد اللفات.
3. بعض ملفات التقويم تحتوي على ترتيب خاص لللفات
في بعض التصميمات قد توجد مجموعة من اللفات داخل ملف التقويم بتوصيل مختلف عن بقية اللفات. ويمكن أن يهدف ذلك إلى تحسين عزم بدء المحرك.
ولا يمكن تعميم هذه الطريقة على جميع المحركات؛ لأنها تعتمد على تصميم الملف وطريقة خروج التقويم من الدائرة.
4. لا تستبدل المكثف بقيمة عشوائية
تؤثر سعة المكثف بشكل مباشر في التيار وظروف تشغيل المحرك. لذلك يجب استخدام مكثف مطابق للمواصفات الموصى بها.
كما يجب التأكد من أن جهد المكثف المقنن مناسب للدائرة.
5. افصل التغذية قبل إجراء أي توصيل
يجب فصل مصدر الكهرباء تمامًا قبل فحص أو تعديل توصيلات المحرك.
كما يجب تفريغ المكثفات بطريقة آمنة باستخدام الأدوات والإجراءات المناسبة، وعدم لمس أطرافها مباشرة.
جدول مقارنة طرق توصيل محركات الوجه الواحد
| طريقة التوصيل | عنصر البدء | طريقة فصل التقويم | المكثف المستمر |
|---|---|---|---|
| مكثف تشغيل دائم | مكثف تشغيل | لا يتم فصل التقويم في هذا التصميم | نعم |
| مفتاح طرد مركزي | ملفات التقويم | مفتاح الطرد المركزي | لا |
| ريليه PTC | ملفات التقويم | ارتفاع مقاومة PTC | لا |
| مفتاح طرد مركزي + مكثف بدء | مكثف بدء وملفات تقويم | مفتاح الطرد المركزي | لا |
| مفتاح طرد مركزي + مكثفي بدء وتشغيل | مكثفا البدء والتشغيل | مفتاح الطرد المركزي يفصل مكثف البدء | نعم |
| ريليه تيار | ملفات التقويم | ريليه التيار | لا |
| ريليه تيار + مكثف بدء | مكثف بدء وملفات تقويم | ريليه التيار | لا |
| ريليه تيار + مكثفي بدء وتشغيل | مكثفا البدء والتشغيل | ريليه التيار يفصل مكثف البدء | نعم |
| ريليه جهد + مكثفي بدء وتشغيل | مكثفا البدء والتشغيل | ريليه الجهد يفصل مكثف البدء | نعم |
كيف تختار طريقة توصيل محرك الوجه الواحد؟
لا يمكن اختيار طريقة التوصيل اعتمادًا على قدرة المحرك فقط. بل يجب مراعاة عدة عوامل، أهمها:
- تصميم المحرك.
- بيانات لوحة المحرك.
- مخطط التوصيل.
- نوع المكثف المستخدم.
- قيمة مكثف البدء أو التشغيل.
- نوع عنصر فصل ملفات التقويم.
- تيار البدء.
- تيار التشغيل.
- طبيعة الحمل.
- عزم البدء المطلوب.
لذلك يجب دائمًا اتباع مخطط التوصيل المرفق بالمحرك عند إجراء أعمال الصيانة أو إعادة التوصيل.
أسئلة شائعة حول التوصيل الخارجي لمحركات الوجه الواحد
تساعد ملفات التقويم على إنشاء حالة مغناطيسية مناسبة لبدء دوران المحرك. وفي بعض التصميمات تُفصل بعد وصول المحرك إلى سرعة محددة.
مكثف البدء يعمل خلال مرحلة الإقلاع لزيادة عزم بدء المحرك، ثم يُفصل في التصميمات التي تستخدم عنصر فصل. أما مكثف التشغيل فيستمر في الدائرة أثناء دوران المحرك.
يفصل مفتاح الطرد المركزي دائرة ملفات التقويم بعد وصول المحرك إلى سرعة محددة، وذلك في المحركات المصممة لاستخدام هذا النوع من المفاتيح.
يعتمد ريليه التيار على تغير تيار المحرك للتحكم في دائرة البدء، بينما يعتمد ريليه الجهد على تغير الجهد في دائرة الريليه.
يعتمد ذلك على تصميم المحرك. بعض المحركات تحتاج إلى مكثف لبدء التشغيل أو لاستمرار عملها، لذلك لا يجوز إزالة المكثف إلا إذا كان تصميم المحرك يسمح بذلك.
لأن ملفات التقويم في بعض تصميمات المحركات تكون مخصصة للعمل أثناء مرحلة البدء فقط. استمرار تشغيلها بعد ذلك قد يؤدي إلى ارتفاع حرارتها وتلفها.
الخلاصة
تختلف طرق التوصيل الخارجي لمحركات الوجه الواحد باختلاف تصميم المحرك وطريقة بدء التشغيل. فقد يعتمد المحرك على مكثف تشغيل دائم، أو مكثف بدء، أو مفتاح طرد مركزي، أو ريليه تيار، أو ريليه جهد، أو ريليه PTC.
وتكمن أهمية هذه المكونات في التحكم في ملفات التقويم أثناء بدء التشغيل، ثم فصلها عند الحاجة أو إبقائها في الدائرة وفق تصميم المحرك.
لذلك، عند توصيل أي محرك أحادي الطور، يجب عدم الاعتماد على القدرة أو الشكل الخارجي للمحرك فقط. والأفضل دائمًا الرجوع إلى لوحة البيانات ومخطط التوصيل وتعليمات الشركة المصنعة لضمان التشغيل الصحيح والآمن.
المصدر: مراجع تعليمية
