الحث الكهرومغناطيسي في الملفات الصناعية

تظهر الأجهزة الكهرومغناطيسية في جميع أنحاء أنظمة التحكم الصناعية. وتعتمد الموصلات، والصمامات اللولبية، والمحولات، والمحركات الحثية، والمكابح، وحساسات القرب جميعها على تأثيرات مغناطيسية مترابطة. ومع ذلك، لا تستخدم هذه الأجهزة مبدأً واحدًا متطابقًا. فبعضها يولّد القوة من التيار، بينما يولّد بعضها الآخر الجهد من تغيّر التدفق المغناطيسي.

يكتسب هذا التمييز أهمية أثناء استكشاف الأعطال وإصلاحها. فقد يمتلك الملف جهد التغذية الصحيح، ومع ذلك ينتج قوة ضعيفة. وقد يُظهر المحول استمرارية كهربائية، ومع ذلك يفشل عند التشغيل تحت الحمل. وقد يعمل الحساس الحثي بطريقة غير صحيحة بسبب مادة الهدف، أو طريقة التركيب، أو التشويش الكهربائي.

الفصل بين الكهرومغناطيسية والحث

ينتج التيار المار في موصل مجالًا مغناطيسيًا. وعند لف الموصل على شكل ملف، يتركز هذا المجال. وتوفير قلب مناسب من مادة مغناطيسية حديدية يتيح مسارًا أقل ممانعة، وقد يزيد القوة المغناطيسية القابلة للاستخدام.

يمثل ذلك أساس التشغيل للعديد من المرحلات، والموصلات، والملفات اللولبية، والمكابح الكهرومغناطيسية. يؤدي تطبيق التيار إلى بناء التدفق المغناطيسي. ويجذب التدفق عضوًا متحركًا أو يحرك مكبسًا. وعند فصل التيار، يسمح نابض أو الجاذبية أو قوة العملية بعودة الآلية.

يختلف الحث الكهرومغناطيسي عن ذلك. إذ ينتج تغيّر التدفق المغناطيسي عبر موصل جهدًا مستحثًا. وقد ينتج التغيّر عن تحريك مغناطيس، أو تحريك الموصل، أو تغيير التيار في ملف آخر. تشرح OpenStax العلاقة بين تغيّر التدفق المغناطيسي والقوة الدافعة الكهربائية المستحثة في نظرة عامة على الحث الكهرومغناطيسي.

لماذا لا يرتفع تيار الملف فورًا

يخزن الملف الطاقة في مجاله المغناطيسي. وتقاوم حثيته التغيرات السريعة في التيار. فعند تطبيق جهد مستمر لأول مرة، يرتفع التيار بمرور الوقت بدلًا من أن يقفز فورًا إلى قيمته المستقرة. وتحدد مقاومة اللف، والحثية، وممانعة مصدر التغذية، وأي حركة للحديد شكل هذه الاستجابة.

يمكن للحركة الميكانيكية أيضًا أن تغيّر الدائرة المغناطيسية. فقد يسحب ملف الموصل تيار اندفاع أعلى عندما يكون العضو المتحرك مفتوحًا. وينخفض التيار عادةً بعد إغلاق العضو المتحرك وتحسّن المسار المغناطيسي. وقد تمنع الأوساخ، أو التآكل، أو انخفاض الجهد، أو تلف حلقة التظليل الإغلاق الكامل. وعندها قد ترتفع حرارة الملف بشكل مفرط بينما يصدر الموصل صوت طقطقة متكرر.

تضيف ملفات التيار المتردد تأثيرات أخرى. إذ يعتمد تيارها على المقاومة والمفاعلة الحثية. ولذلك يكون التردد مهمًا. ولا ينبغي استبدال ملف مصمم لتردد أو جهد معين اعتمادًا على الحجم المادي فقط.

ما يحدث عند فصل الملف

يؤدي فتح دائرة الملف إلى إجبار مجاله المغناطيسي على الانهيار. وينتج عن ذلك التغير السريع في التدفق جهد يعاكس تغير التيار. وقد يتسبب العابر الناتج في حدوث قوس كهربائي عبر نقاط التلامس أو إجهاد خرج الترانزستور.

يحدّ جهاز الكبت من هذا الحدث. ويُستخدم الصمام الثنائي عادةً على التوازي مع ملف تيار مستمر، لكن يجب أن تكون القطبية صحيحة. كما يبطئ الصمام الثنائي اضمحلال التيار، وقد يؤخر التحرير الميكانيكي. وتوفر شبكات زينر، وTVS، والمقاومة-المكثف، والفاريستور سلوكًا مختلفًا للجهد وزمن التحرير.

يعتمد الجهاز الصحيح على جهد الملف، والطاقة المخزنة، وتردد التبديل، وزمن التحرير المطلوب، وتصنيف الخرج. راجع دليل الحمل ومواصفات خرج PLC معًا. ويمكن مراجعة الأجهزة البديلة ذات الصلة في مجموعة المرحلات.

الحث في المحولات والمحركات

يطبّق المحول جهدًا متناوبًا على ملف أولي. ويؤدي التدفق المغناطيسي المتغير في قلبه إلى حث جهد في ملف ثانوي. وتؤثر نسبة اللفات في علاقة الجهد، بينما تحدد مقاومة اللف، والتسرب، وفواقد القلب، والحمل الأداء الفعلي.

ينشئ المحرك الحثي مجالًا دوارًا في الجزء الثابت. ويحث هذا المجال المتغير تيارات في الدوار. وينتج العزم عن التفاعل بين تيارات الدوار والمجال المغناطيسي. ويجب أن يدور الدوار بسرعة أقل من السرعة التزامنية حتى يستمر الحث. ويُسمى هذا الفرق الانزلاق.

لا يحدد تيار المحرك وحده كل عطل. فقد يتسبب عدم اتزان الجهد، أو الحمل الميكانيكي الزائد، أو موصلات الدوار التالفة، أو إعدادات التسارع غير الصحيحة، أو مشكلات التبريد في أعراض متشابهة. قارن تيارات الأطوار، وجهود الأطوار، والسرعة، وحالة الحمل، ودرجة الحرارة قبل استنتاج فشل أحد اللفات. تتوفر فئات التحكم في المحركات والمحركات الكهربائية ضمن المحركات والتحكم في الحركة.

كيف تكشف حساسات القرب الحثية المعادن

يشغّل حساس القرب الحثي مذبذبًا وملفًا بالقرب من وجه الاستشعار. ويحث المجال المتناوب تيارات دوامية في الهدف الموصّل. وتمتص هذه التيارات الطاقة وتغيّر المذبذب. وتكتشف الدوائر الإلكترونية الداخلية هذا التغير وتبدّل حالة الخرج.

تعتمد مسافة الكشف على أكثر من مجرد وجود الهدف. إذ تؤثر مادة الهدف، وحجمه، وسمكه، ومحاذاته، وطريقة تركيبه، والمعادن القريبة في النتيجة. فالمسافة الاسمية المقاسة باستخدام هدف فولاذي قياسي ليست مسافة مضمونة لكل تطبيق.

تختلف أيضًا قواعد التركيب المتسطح وغير المتسطح. فقد يؤدي التركيب غير الصحيح إلى تحميل مجال الاستشعار مسبقًا والتسبب في تبديل غير مستقر. وعند اختيار بديل، تحقق من نطاق التغذية، ونوع الخرج، وتوزيع أطراف الموصل، ومسافة الاستشعار، وحجم الغلاف، ومتطلبات التركيب، والتصنيف البيئي.

تسلسل عملي لتشخيص الملف

1. تأكد من الأمر ومصدر التغذية

قِس الجهد بين طرفي الملف أثناء حالة التشغيل المطلوبة. وقد يؤدي القياس بين كل طرف والأرضي إلى إخفاء انقطاع مسار العودة. تأكد من كون التغذية تيارًا مترددًا أو مستمرًا، وقارن القيمة بما هو مدوّن على لوحة البيانات.

2. راقب التيار والحركة الميكانيكية

تحقق مما إذا كان التيار غائبًا، أو مفرطًا، أو غير مستقر. استمع إلى الطقطقة. وافحص العضو المتحرك، والمكبس، والنابض، ووصلة الحركة، والفجوة الهوائية بعد توفير حالة آمنة.

3. اختبر جهاز التبديل

قارن أمر PLC، ومؤشر الخرج، وجهد الطرف، وتيار الحمل الفعلي. ولا يثبت إضاءة مؤشر LED الخاص بالخرج أن طاقة الدائرة تصل إلى الملف.

4. افحص دائرة الكبت

قد يمنع جهاز الكبت المقصور التشغيل. وقد يؤدي جهاز الكبت المفقود أو المفتوح إلى إتلاف نقاط التلامس أو المخارج. تحقق من القطبية ونوع المكوّن وفقًا للمخطط.

5. تحقق من الحرارة ودورة التشغيل

لا يمكن استبدال الملفات المصممة للتشغيل المستمر بالملفات المتقطعة، والعكس صحيح. قِس درجة حرارة الخزانة وراجع تردد التبديل. فقد يتجاوز التشغيل المتكرر الحدود الحرارية حتى عندما يكون الجهد صحيحًا.

حدود القياس والسلامة

افصل الطاقة عن المعدات كلما سمحت المهمة بذلك. واعزل الطاقة الكهربائية والميكانيكية المخزنة قبل اختبارات المقاومة أو التفكيك. وتتطلب القياسات على دوائر نشطة أفرادًا مؤهلين، وأجهزة مناسبة، وإجراءات السلامة الكهربائية المعتمدة في الموقع.

لا تستخدم جهاز اختبار العزل عبر مخارج PLC المتصلة، أو أجهزة الكبت، أو إلكترونيات الحساسات، إلا إذا سمحت الشركة المصنّعة بذلك. فقد يؤدي جهد الاختبار إلى إتلاف المكونات شبه الموصلة. افصل الجزء المقصود واعزله أولًا.

الخلاصة الهندسية

يسهل تشخيص الملفات الصناعية عندما يُسمّى التأثير الأساسي تسمية صحيحة. فالتيار ينشئ قوة مغناطيسية في المرحل أو الملف اللولبي. ويحث تغيّر التدفق جهدًا في المحول، أو دوار المحرك، أو هدف الحساس. كما تنشئ الحثية عابرات عند التبديل وتيارًا يعتمد على الزمن.

لذلك يجمع التشخيص المفيد بين الجهد، والتيار، والتوقيت، والحالة الميكانيكية، وسياق الدائرة. وقد يؤدي استبدال الملف دون فحص جودة التغذية، والكبت، والفجوة الهوائية، والتركيب، ودورة التشغيل إلى تأجيل العطل نفسه فقط.