طريقة استخدام الحاسبة
- يُحدَّد نوع التغذية أحادية الطور أو ثلاثية الطور ويُدخَل الجهد (جهد خط-خط للنظام ثلاثي الطور).
- تُحدَّد نقطة البداية: قدرة الخرج المقننة بالكيلوواط (محركات IEC)، أو بالحصان (محركات NEMA)، أو تيار الخط المقاس.
- يُدخَل معامل القدرة والكفاءة من لوحة البيانات أو نشرة المحرك؛ فالقيمتان 0.85 و0.90 مثالان فقط.
- يُقرأ تيار الحمل الكامل وقدرة الدخل بالكيلوواط والكيلوفولت أمبير، أو قدرة الدخل وقدرة الخرج التقديرية عند البدء من التيار المقاس.
طريقة الحساب: المعادلة
القدرة المقننة للمحرك هي القدرة الميكانيكية على عموده؛ فمحركات NEMA MG 1 تُقنَّن بالحصان، ومحركات IEC 60034-1 بالكيلوواط. ولكي يعطي المحرك هذا الخرج يسحب قدرة كهربائية أكبر منه بمقدار خسائره، فتكون قدرة الدخل مساوية للخرج مقسومًا على الكفاءة. كما يجب أن تحمل التغذية التيار غير الفعّال اللازم لمغنطة المحرك، وهو ما يأخذه معامل القدرة في الحساب. وبقسمة القدرة الظاهرية على √3 × V (أو على V في الدائرة أحادية الطور) نحصل على تيار الخط.
الرموز والوحدات
| الرمز | المعنى | الوحدة |
|---|---|---|
| P_out | قدرة الخرج المقننة على العمود | kW or hp |
| P_in | قدرة الدخل الكهربائية | kW |
| S | القدرة الظاهرية للدخل | kVA |
| η | الكفاءة عند نقطة التشغيل | — |
| PF | معامل القدرة عند نقطة التشغيل | — |
| V | جهد التغذية (جهد خط-خط للنظام ثلاثي الطور) | V |
| I | تيار الخط | A |
مثال محلول
محرك ثلاثي الطور قدرته 11 kW على جهد 400 V بمعامل قدرة 0.85 وكفاءة 0.90 (قيم على سبيل المثال):
ولمحرك أحادي الطور قدرته 10 hp على جهد 230 V بالمعامل والكفاءة نفسيهما: P_out = 7.457 kW وP_in = 8.286 kW وI = 8286 / (230 × 0.85) = 42.38 A. وبالعمل عكسيًا من تيار مقاس قدره 20 A في محرك ثلاثي الطور على 400 V: S = 13.86 kVA وP_in = 11.78 kW، وتُقدَّر قدرة الخرج على العمود بنحو 10.60 kW (14.22 hp).
الافتراضات
- تغذية جيبية بالجهد المُدخَل، وأطوار متزنة في المحركات ثلاثية الطور.
- معامل القدرة والكفاءة هما قيمتاهما عند نقطة التشغيل كما أُدخلتا.
- 1 hp = 745.7 W (الحصان الميكانيكي المستخدم في لوحات بيانات NEMA)، ولا يُستخدم الحصان المتري (نحو 735.5 W).
حدود الاستخدام
- يتوقف معامل القدرة والكفاءة الفعليان على قدرة المحرك وسرعته وحمله، وكلاهما ينخفض عند الحمل الجزئي، فلا يتناسب التيار مع حمل العمود.
- في المنشآت الخاضعة لكود NEC تُحجَّم موصلات دوائر المحركات وحمايتها من القصر على تيارات الحمل الكامل الواردة في جداول المادة 430 من NEC (الجدول 430.248 للأحادي الطور والجدول 430.250 للثلاثي الطور) لا على لوحة البيانات، أما الحماية من الحمل الزائد فتعتمد على تيار لوحة البيانات.
- تيار الإقلاع أضعاف تيار الحمل الكامل ولا يُحسب هنا، وهو مهم لهبوط الجهد وتحجيم المولدة وضبط أجهزة الحماية.
- المحركات التي يغذيها مغيّر سرعة يتوقف تيار دخلها على المغيّر لا على معامل قدرة المحرك.
- تقدير قدرة الخرج من التيار المقاس تقريبي عند الأحمال الخفيفة، لأن تيار المغنطة لا ينخفض مع الحمل.
المراجع
معايير ومراجع تتناول هذا الموضوع؛ اعتمد الإصدار المعمول به في بلدك.
- IEC 60034-1، الآلات الكهربائية الدوّارة — التقنين والأداء (القدرة المقننة هي القدرة الميكانيكية على العمود بالكيلوواط).
- IEC 60034-30-1، الآلات الكهربائية الدوّارة — فئات الكفاءة لمحركات التيار المتناوب المغذّاة مباشرة من الشبكة (رمز IE): من IE1 إلى IE4.
- NEMA MG 1، المحركات والمولدات (التقنين بالحصان لقدرة الخرج على العمود، وبيانات لوحة المحرك).
- NFPA 70، الكود الكهربائي الوطني NEC، المادة 430 — المحركات ودوائرها وأجهزة التحكم بها (جداول تيار الحمل الكامل لتحجيم الموصلات والحماية).
أسئلة شائعة
هل الكيلوواط المدوّن على لوحة المحرك هو القدرة التي يسحبها؟
لا. وفق IEC 60034-1 وNEMA MG 1 تمثل القدرة المقننة القدرة الميكانيكية على العمود، والدخل الكهربائي أكبر منها بمقدار الخسائر؛ فمحرك قدرته 11 kW وكفاءته 90 % يسحب نحو 12.2 kW.
كم كيلوواط في الحصان الواحد؟
الحصان الميكانيكي المستخدم في لوحات بيانات NEMA يساوي 745.7 W، أي أن 1 hp ≈ 0.746 kW و1 kW ≈ 1.341 hp. أما الحصان المتري (PS أو CV) فيساوي نحو 735.5 W، وهو أصغر قليلًا ولا يُستخدم هنا.
ماذا تعني فئات الكفاءة من IE1 إلى IE4؟
تصنّف IEC 60034-30-1 محركات التيار المتناوب المغذّاة من الشبكة إلى فئات كفاءة: IE1 قياسية، وIE2 عالية، وIE3 ممتازة، وIE4 فائقة. وتتوقف الكفاءة الدنيا لكل فئة على القدرة المقننة وعدد الأقطاب والتردد، لذلك تؤخذ القيمة الفعلية من نشرة المحرك.
هل أحجّم الكابل على تيار لوحة البيانات أم على جدول NEC؟
حيث يُطبَّق كود NEC تشترط المادة 430 استخدام تيار الحمل الكامل من جداولها لتحجيم الموصلات والحماية من القصر، وتيار لوحة البيانات للحماية من الحمل الزائد. أما في الممارسة المبنية على IEC فيعتمد المصممون عادةً التيار المقنن الذي تعطيه الشركة المصنّعة. والمرجع هو الكود المطبَّق على منشأتك.
لماذا يسحب المحرك عند نصف الحمل أكثر من نصف تيار حمله الكامل؟
جزء من التيار يغنط المحرك ويبقى ثابتًا تقريبًا مهما كان الحمل، ومع انخفاض الحمل ينخفض معامل القدرة أيضًا، فيقل التيار بنسبة أصغر بكثير من نسبة انخفاض قدرة العمود.