ما الذي يفعله محرك المصعد وسبب أهمية الاختيار

محرك المصعد هو قلب أي نظام رفع - فهو الآلة التي تحول الطاقة الكهربائية إلى عزم الدوران الميكانيكي المطلوب لتحريك عربة المصعد والركاب وثقل الموازنة لأعلى ولأسفل الرافعة. يتم تحديد كل معلمة جودة ركوب يلاحظها الركاب - سلاسة التسارع، ودقة التسوية، وراحة التوقف، ومستوى الضوضاء - بشكل مباشر من خلال أداء محرك تشغيل المصعد ونظام التحكم المرتبط به. ينتج عن المحرك غير المحدد أو المتآكل بداية متشنجة، وتسوية غير دقيقة للأرضية، وضوضاء ميكانيكية تؤدي إلى تآكل ثقة المستخدم في التثبيت وتسريع تآكل الحبال والأدلة ومكونات المكابح.

بالنسبة لأصحاب المباني ومديري المرافق ومهندسي المصاعد، فإن قرار اختيار المحرك يحمل عواقب تتجاوز تكلفة التثبيت الأولية. يعد محرك رافعة المصعد أكبر مستهلك للطاقة الكهربائية في نظام رفع نموذجي لمبنى متوسط ​​الارتفاع، ويمكن أن تترجم اختلافات كفاءة الطاقة بين تقنيات المحركات إلى آلاف الدولارات سنويًا في تكاليف التشغيل عبر تركيب متعدد المصاعد. يحدد نوع المحرك أيضًا متطلبات غرفة الآلة - أو ما إذا كانت هناك حاجة إلى غرفة آلة على الإطلاق - وفترات الصيانة، ومستويات الضوضاء والاهتزاز التي تنتقل إلى هيكل المبنى، وسهولة التحديث المستقبلي مع تطور تكنولوجيا القيادة.

شهدت صناعة المصاعد تحولًا تكنولوجيًا كبيرًا على مدار العقود الثلاثة الماضية، حيث تحولت من محركات المحركات الحثية الموجهة في الغالب إلى أنظمة المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بدون تروس (PMSM) مع محركات التردد المتغير (VFDs). يعد فهم النطاق الكامل لتقنيات محركات المصاعد المتاحة - مبادئ التشغيل وخصائص الأداء ونقاط القوة والقيود - أمرًا ضروريًا لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن التركيبات الجديدة ومشاريع التحديث واستراتيجيات الصيانة.

موجهة مقابل محركات المصاعد بدون تروس: الانقسام الأساسي

التصنيف الأساسي في محرك المصعد تقسم التكنولوجيا أنظمة القيادة إلى تكوينات موجهة وبدون تروس. يؤثر هذا التمييز على كل جانب من جوانب التثبيت تقريبًا: حجم غرفة الآلة، ومستوى الضوضاء، واستهلاك الطاقة، وسرعة حزم الحبل، ومتطلبات الصيانة.

أنظمة قيادة المصعد المجهز

في المصعد المجهز، يقوم عمود المحرك بتشغيل ترس دودي أو وحدة تخفيض تروس حلزونية، مما يقلل من سرعة الدوران العالية للمحرك (عادة 900-1500 دورة في الدقيقة للمحرك التعريفي القياسي) وصولاً إلى سرعة الحزم المنخفضة (عادة 30-100 دورة في الدقيقة) اللازمة لقيادة حبال الرفع بسرعة الحبل الصحيحة. تكون نسبة تخفيض التروس عادةً من 15:1 إلى 40:1 لآلات التروس الدودية ومن 5:1 إلى 12:1 لوحدات التروس الحلزونية. يسمح هذا التكوين لمحرك تحريضي صغير نسبيًا ذو سرعة قياسية بتطوير عزم دوران كافٍ عند حزمة الحبل من خلال الميزة الميكانيكية من نسبة التروس. محركات المصاعد المجهزة هي في الغالب محركات تحريضية تعمل بالتيار المتردد أو التيار المباشر تتراوح من 5 كيلو واط للمصاعد السكنية الصغيرة إلى 75 كيلو واط للمصاعد التجارية متوسطة الارتفاع بسرعات حبل تصل إلى 2.5 م / ث. تتمثل المزايا الأساسية للمحركات المجهزة في انخفاض التكلفة الأولية، واستخدام مكونات المحرك القياسية المتاحة على نطاق واسع، والتوافق مع مصدر الطاقة القياسي ثلاثي الطور للمبنى دون الحاجة إلى محركات عاكسة متخصصة في التركيبات القديمة ذات السرعتين ذات التيار المتردد.

تعتبر عيوب الآلات الموجهة كبيرة وتفسر سبب تراجع التكنولوجيا في المنشآت الجديدة. تقدم وحدة التروس الدودية خسائر ميكانيكية تتراوح بين 30-50% (التروس الدودية غير فعالة بطبيعتها)، مما يعني أن محرك المصعد المجهز يجب أن يكون أكبر بكثير من مكافئه بدون تروس لتوفير نفس قوة تحريك السيارة. يتطلب زيت التروس المراقبة والاستبدال الدوري (عادةً كل 3 إلى 5 سنوات)، ويولد سطح تآكل التروس الدودية حرارة وضوضاء تزداد بمرور الوقت مع تدهور شبكة التروس. تتميز الآلات الموجهة أيضًا بسرعات حبال محدودة - معظمها غير اقتصادي فوق 2.5 م/ث - وتتطلب عادةً غرفة آلة مخصصة فوق عمود المصعد لعلبة التروس والمحرك وخزانة التحكم.

محركات المصاعد بدون تروس

في محرك المصعد بدون تروس، يتم ربط عمود المحرك مباشرة بحزم الحبل - لا يوجد علبة تروس وسيطة. لذلك يجب أن يعمل المحرك بالسرعة المنخفضة تمامًا التي تتطلبها الحزمة (عادةً 30-100 دورة في الدقيقة) مع تطوير عزم دوران مرتفع جدًا مباشرة على العمود. يعمل تكوين الدفع المباشر هذا على التخلص من جميع الخسائر الميكانيكية والضوضاء والصيانة المتعلقة بالتروس، وهذا هو السبب وراء تحقيق محركات المصاعد الحديثة بدون تروس كفاءات النظام الإجمالية بنسبة 75-90% مقارنة بـ 45-60% للمكافئات الموجهة. تُستخدم الماكينات بدون تروس لسرعات الحبال التي تزيد عن 1.0 م/ث في التطبيقات المتوسطة والعالية الارتفاع، كما يتم الآن نشرها على نطاق واسع في المصاعد المنخفضة والمتوسطة الارتفاع التي لا تحتوي على غرفة آلة (MRL) حيث يتم تثبيت حزمة المحرك المدمج مباشرة في الرافعة أو على جدار العمود، مما يؤدي إلى إزالة غرفة الآلة بالكامل. يتطلب التصميم بدون تروس إما محركًا منخفض السرعة وعالي عزم الدوران مُصمم خصيصًا لهذا الغرض (عادةً ما يكون عبارة عن آلة متزامنة ذات مغناطيس دائم) أو محرك تحريضي منخفض السرعة مصمم خصيصًا - لا يمكن استخدام محركات الكتالوج القياسية بدون علبة تروس لأنها تدور بسرعة خاطئة.

أنواع محركات المصاعد: تفصيل مفصل

ضمن الفئات ذات التروس وبدون التروس، يتم استخدام العديد من تقنيات المحركات المتميزة في تطبيقات المصاعد، ولكل منها خصائص أداء محددة، وملفات تعريف الكفاءة، وملاءمة التطبيق.

المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM) – المعيار الحديث

أصبح المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم هو التكنولوجيا السائدة في تركيبات المصاعد الجديدة في جميع أنحاء العالم، ويستخدم في الغالبية العظمى من محركات المصاعد بدون تروس MRL وغرفة الآلة. في PMSM، يحمل الدوار مغناطيسًا دائمًا (عادة النيوديميوم والحديد والبورون، NdFeB) الذي يخلق مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا دون الحاجة إلى تيار لف الدوار، مما يزيل فقدان النحاس في الدوار ويحسن الكفاءة بشكل كبير. يتم تزويد الجزء الثابت بطاقة تيار متردد متغيرة التردد ومتغيرة الجهد من عاكس محرك المصعد المخصص (VFD)، والذي يتحكم بدقة في سرعة الدوار وموضعه باستخدام ردود فعل التشفير. تحقق محركات المصاعد PMSM كفاءة في استخدام الطاقة بنسبة 92-96% عند الحمل المقدر - أعلى بكثير من أي بديل للمحرك التعريفي. إنها مدمجة وخفيفة الوزن بالنسبة لمخرجات عزم الدوران (كثافة الطاقة أعلى بمقدار 2-4 مرات من المحركات الحثية المكافئة)، وتعمل بصمت، وتسمح بالتحكم الدقيق للغاية في السرعة والموضع من أجل بدء تشغيل وتوقف سلس وتسوية دقيقة للأرضية في حدود ±1-2 مم. القيد الأساسي لمحركات المصاعد PMSM هو اعتمادها على المغناطيسات الأرضية النادرة، التي تزيد التكلفة وتخلق اعتبارات سلسلة التوريد، ومتطلباتها لمحرك عاكس متوافق - لا يمكن تشغيلها مباشرة من العرض بدون VFD.

محرك تحريضي يعمل بالتيار المتردد مع محرك التردد المتغير (VFD)

تمثل المحركات الحثية ذات التيار المتردد ثلاثية الطور التي يتم التحكم فيها بواسطة محركات متغيرة التردد البديل الحديث المطور لمحركات المحركات الحثية القديمة ذات السرعة الثابتة في تطبيقات المصاعد الموجهة، وتستخدم أيضًا في بعض التكوينات بدون تروس. يقوم VFD بضبط التردد والجهد المزود للمحرك للتحكم في سرعته بشكل مستمر، مما يسمح بأنماط تسارع سلسة وتحكم دقيق في السرعة بدون أنظمة التحكم في سرعة المتغير أو مولد المحرك التي تهدر الطاقة المستخدمة في التركيبات القديمة. تحقق محركات المصاعد الحثية ذات التيار المتردد مع VFDs كفاءة النظام الإجمالية بنسبة 65-80% في التركيبات الموجهة وما يصل إلى 85% في التكوينات المحسنة بدون تروس - أفضل بكثير من أنظمة التيار المتردد ذات السرعتين أو أنظمة Ward-Leonard DC التي تم استبدالها. تتمثل مزاياها الرئيسية مقارنة بـ PMSM في انخفاض تكلفة المحرك، وعدم الاعتماد على المغناطيسات الأرضية النادرة، والقدرة على تحديث التركيبات الحالية بسهولة أكبر نظرًا لتوفر إطارات المحرك القياسية وتكوينات الملفات من العديد من الشركات المصنعة دون الحاجة إلى سلسلة توريد مغناطيس متخصصة من PMSM.

محركات المصاعد ذات التيار المستمر (التحكم في وارد ليونارد والثايرستور)

سيطرت محركات التيار المستمر التي يتم التحكم فيها بواسطة مجموعات مولدات المحركات Ward-Leonard، أو لاحقًا، بواسطة محركات مقوم الثايرستور (SCR) على تركيبات المصاعد عالية الأداء من ثلاثينيات القرن العشرين حتى تسعينياته. قدمت محركات المصاعد من سلسلة DC أو محركات المصاعد ذات الملف المركب عزمًا ممتازًا للسرعة المنخفضة، وتحكمًا سلسًا في السرعة، وخصائص الكبح الديناميكية اللازمة للمصاعد عالية السرعة والعالية الارتفاع قبل أن تنضج تقنية AC VFD بشكل كافٍ لتتناسب مع أدائها. لا تزال العديد من منشآت المصاعد التجارية الشاهقة والمتميزة القديمة تستخدم أنظمة محرك التيار المستمر التي تم تركيبها في السبعينيات والتسعينيات من القرن العشرين وتستمر في الأداء بشكل موثوق. لم تعد محركات المصاعد DC مخصصة للتركيبات الجديدة لأن أنظمة AC VFD وPMSM قد تطابقت أو تجاوزت أدائها بتكلفة أقل وكفاءة أعلى ومتطلبات صيانة أقل بكثير (تتطلب محركات التيار المستمر صيانة دورية للفرشاة ومبدل التيار والتي تتخلص منها محركات التيار المتردد تمامًا). تمثل القاعدة المثبتة لمحركات المصاعد التي تعمل بالتيار المستمر فرصة تحديث كبيرة لأصحاب المباني الذين يسعون إلى توفير الطاقة وتقليل الصيانة.

محركات المصاعد ذات المحرك التعريفي الخطي (LIM).

تعمل أنظمة المصاعد ذات المحرك التعريفي الخطي على إزالة الحبل والحزم تمامًا، وذلك باستخدام الجزء الثابت المسطح المثبت في الرافعة وقضيب رد الفعل المتصل بعربة المصعد لإنتاج دفع خطي مباشر دون أي مكونات دوارة. تُستخدم مصاعد LIM في تطبيقات محددة - أبرزها بعض أبراج المراقبة، وألعاب الملاهي، وأنظمة النقل العمودي التجريبية - حيث يؤدي غياب الحبال والأثقال الموازنة إلى تبسيط هيكل الرافعة. ومع ذلك، لم تحقق مصاعد LIM اعتمادًا تجاريًا واسع النطاق في تطبيقات مصاعد المباني القياسية بسبب انخفاض الكفاءة مقارنة بأنظمة الجر بالحبال وتعقيد تركيب ناقل الطاقة في الرافعة. تظل تقنية متخصصة ذات مزايا محددة في سياقات معمارية معينة.

وحدات طاقة المصاعد الهيدروليكية

تستخدم المصاعد الهيدروليكية محركًا كهربائيًا لتشغيل مضخة هيدروليكية تعمل على ضغط السائل لتمديد المكبس أو سحبه، مما يؤدي إلى تحريك عربة المصعد. المحرك الموجود في وحدة طاقة المصعد الهيدروليكي هو عادةً محرك تحريضي يعمل بالتيار المتردد ثلاثي الطور يعمل بسرعة ثابتة (1450 أو 1500 دورة في الدقيقة عند 50 هرتز)، ويقود مضخة هيدروليكية ذات إزاحة ثابتة أو متغيرة. تتراوح أحجام المحركات من 5 كيلو واط للمصاعد المنزلية الصغيرة إلى 45 كيلو واط للمصاعد الهيدروليكية التجارية الثقيلة. تقتصر محركات المصاعد الهيدروليكية على ارتفاعات منخفضة (عادة من 2 إلى 6 طوابق)، وسرعات منخفضة (تصل إلى 0.63 م/ث)، كما أنها غير فعالة في استخدام الطاقة مقارنة بأنظمة مصاعد الجر - يعمل المحرك بأقصى سرعة حتى أثناء الهبوط، مع تبديد الطاقة كحرارة في السائل الهيدروليكي بدلاً من استعادتها. لقد أدت وحدات الطاقة الهيدروليكية الحديثة ذات السرعة المتغيرة مع إزاحة المضخة التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا إلى تحسين الكفاءة وجودة الركوب مقارنة بأنظمة السرعة الثابتة القديمة، لكن المصاعد الهيدروليكية تظل أقل كفاءة بشكل أساسي من بدائل الجر وتتراجع في التركيبات الجديدة باستثناء تطبيقات محددة منخفضة الارتفاع حيث يكون وضع غرفة الآلة أسفل المصعد مفيدًا من الناحية المعمارية.

المواصفات الفنية الرئيسية لمحرك رافعة المصعد

عند تحديد أو تقييم محرك المصعد، تحدد مجموعة من المعلمات التقنية الرئيسية مدى ملاءمته لتطبيق معين. يعد فهم هذه المواصفات أمرًا ضروريًا لإجراء مقارنات دقيقة بين المنتجات والتأكد من أن المحرك المحدد يلبي متطلبات التطبيق والمتطلبات التنظيمية.

محركات المصاعد بدون غرفة آلة (MRL): كيف غيّر التصميم المدمج الصناعة

أدى إدخال تكنولوجيا المصاعد بدون غرفة آلة في منتصف التسعينيات - والتي تم تمكينها من خلال تطوير محركات المصاعد المدمجة ذات عزم الدوران العالي بدون تروس PMSM - إلى تغيير ممارسات تركيب المصاعد وتصميم المباني بشكل أساسي. قبل أنظمة MRL، كان كل تركيب لمصعد الجر يتطلب غرفة آلة مخصصة، تقع عادةً مباشرة فوق عمود المصعد، وتحتوي على آلة الجر، ولوحة التحكم، والمنظم. شغلت غرفة الآلة هذه عقارات قيمة (عادة 10-20 مترًا مربعًا لكل مصعد)، وتتطلب دعمًا هيكليًا قادرًا على حمل وزن المحرك والآلات، وفرضت قيودًا على ارتفاع السقف في الطابق العلوي من المبنى.

تم تصميم محركات المصاعد MRL خصيصًا للتركيب في مجرى الرفع نفسه - إما على الجدار الجانبي للعمود عند الهبوط العلوي، أو على الجانب السفلي من سقف العمود، أو في هيكل علوي ضحل - بدون غرفة آلة منفصلة. هذا ممكن لأن محركات PMSM الحديثة بدون تروس لها شكل قرص مسطح جدًا أو شكل فطيرة (الطول المحوري غالبًا ما يكون أقل من 300-400 ملم حتى بالنسبة للآلات التي تبلغ طاقتها 15-20 كيلوواط) وسرعة تشغيلها المنخفضة (30-80 دورة في الدقيقة) تلغي الحاجة إلى علبة التروس الكبيرة والثقيلة التي أعطت الآلات التقليدية حجمها الأكبر. يتم دمج المحرك ونظام التحكم في وحدات مدمجة يمكن تركيبها بواسطة ميكانيكا المصاعد القياسية بدون معدات رافعة متخصصة في معظم الحالات.

فوائد تركيبات مصاعد MRL كبيرة: التخلص من غرفة الآلة يوفر 10-20 مترًا مربعًا من صافي المساحة الأرضية القابلة للاستخدام لكل مصعد (قيمة عالية في المباني التجارية والسكنية الحضرية)، ويقلل التكلفة الهيكلية عن طريق التخلص من الحاجة إلى أرضية غرفة الآلة مع قدرة تحميل شعاع الرافعة، ويمكن لحزمة المحرك المدمج مع محرك VFD واسترداد الطاقة أن تقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 40-70٪ مقارنة بأنظمة تكييف الهواء القديمة أو أنظمة Ward-Leonard DC التي تحل محلها في مشاريع التحديث. اليوم، تمثل مصاعد MRL التي تعمل بمحركات PMSM المدمجة بدون تروس غالبية تركيبات المصاعد الجديدة في المباني التي يصل ارتفاعها إلى 10-15 طابقًا تقريبًا، وقد تم توسيع تقنيتها تدريجيًا إلى الأعلى لخدمة المباني الشاهقة مع استمرار تحسن كثافة طاقة المحرك.

كفاءة الطاقة والمحركات المتجددة في أنظمة محركات المصاعد

تعد محركات المصاعد من بين أكبر الأحمال الكهربائية في المباني متعددة الطوابق، وقد حظي استهلاك الطاقة في أنظمة المصاعد باهتمام متزايد مع تشديد قوانين الطاقة في البناء وارتفاع تكلفة الكهرباء التجارية. إن فهم أداء الطاقة لمختلف محركات المصعد وتكوينات القيادة يساعد أصحاب المباني على اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن التركيبات الجديدة واستثمارات التحديث.

كيف تستهلك محركات المصاعد الطاقة وتستعيدها

يعمل محرك المصعد كمحرك خلال بعض مراحل التشغيل وكمولد خلال مراحل أخرى، اعتمادًا على اتجاه حركة السيارة والوزن النسبي للسيارة بالإضافة إلى الركاب مقابل الثقل الموازن. عندما يتحرك المصعد في اتجاه الجانب الأثقل (على سبيل المثال، سيارة محملة تصعد، أو سيارة فارغة تنزل)، يستهلك محرك الدفع الطاقة من الشبكة. عندما يتحرك المصعد في اتجاه الجانب الأثقل (سيارة فارغة تصعد مقابل ثقل موازن ثقيل، أو سيارة محملة تنزل إلى الأسفل)، يتم دفع المحرك بشكل أساسي بواسطة الحمل - فهو يعمل كمولد، وينتج الطاقة الكهربائية. في القيادة التقليدية غير المتجددة، تتبدد هذه الطاقة المولدة على شكل حرارة في مقاومات الكبح. في محرك التجديد (يسمى أيضًا محرك الواجهة الأمامية النشط أو محرك استعادة الطاقة)، ​​يتم تغذية هذه الطاقة المولدة مرة أخرى إلى نظام التوزيع الكهربائي للمبنى لاستخدامها بواسطة أحمال أخرى - وهي عملية تسمى الكبح المتجدد أو استرداد الطاقة.

توفير الطاقة من خلال محركات المصاعد المتجددة

تمثل محركات المصاعد المتجددة جنبًا إلى جنب مع محركات PMSM عالية الكفاءة أحدث ما توصلت إليه تقنية أداء طاقة المصاعد. يتم إرجاع الطاقة المستردة خلال مراحل الكبح المتجدد - والتي يمكن أن تمثل 20-35% من إجمالي مدخلات طاقة المحرك في دورة العمل النموذجية - إلى شبكة المبنى بدلاً من إهدارها كحرارة. إلى جانب الكفاءة الأساسية الأعلى لمحرك PMSM (92-96%) مقابل محرك تحريضي قديم (45-60% إجمالي النظام)، يمكن أن يؤدي التحديث الكامل لمحرك PMSM المتجدد إلى تقليل استهلاك طاقة المصاعد بنسبة 60-75% في المباني ذات الأنظمة الهيدروليكية القديمة أو أنظمة التيار المتردد ذات السرعتين. بالنسبة لمبنى نموذجي متوسط ​​الارتفاع يحتوي على 2-4 مصاعد، يمكن أن يترجم ذلك إلى توفير سنوي في الكهرباء يتراوح بين 10000 إلى 30000 كيلووات في الساعة لكل مصعد، مما يمثل انخفاضًا كبيرًا في تكاليف التشغيل وفقًا لتعريفات الكهرباء التجارية الحالية. توفر معايير اختبار استهلاك الطاقة للمصاعد - بما في ذلك ISO 25745 (العالمي) وVDI 4707 (المعيار الألماني الذي أثر على ISO 25745) - إطارًا موحدًا لقياس ومقارنة استهلاك طاقة المصاعد عبر المنتجات وأنواع التركيب.

استهلاك الطاقة في وضع الاستعداد والخمول

أحد الجوانب التي يتم التغاضي عنها كثيرًا في استهلاك طاقة محرك المصعد هي الطاقة الاحتياطية - الكهرباء التي يستهلكها نظام التحكم في المصعد، والإضاءة، والتهوية، وإلكترونيات القيادة عندما يكون المصعد خاملاً (لا يقوم برحلة). في العديد من المباني التجارية، يكون المصعد خاملاً لمدة 60-80٪ من اليوم المكون من 24 ساعة، مما يعني أن الطاقة الاحتياطية يمكن أن تمثل جزءًا كبيرًا من إجمالي استهلاك طاقة المصعد. يمكن لأنظمة التحكم الحديثة في المصاعد مع أوضاع النوم، وإضاءة السيارة LED، والتهوية التي يتم التحكم فيها حسب الطلب، وأوضاع VFD الاحتياطية منخفضة الطاقة أن تقلل من استهلاك الطاقة الاحتياطية إلى ما يصل إلى 50-100 واط لكل مصعد مقارنة بـ 200-600 واط للأنظمة القديمة - وهو فرق يتراكم بشكل كبير على مدار عمر تشغيل المصعد.

اختيار محرك المصعد: مطابقة المحرك مع التطبيق

يتطلب اختيار محرك المصعد المناسب لتطبيق بناء معين اتباع نهج منظم يقوم بتقييم العديد من المعلمات المترابطة. إن تحقيق هذا الأمر بشكل صحيح في مرحلة التصميم يمنع كلاً من نقص المواصفات (الأداء غير الملائم، والسخونة الزائدة، والتآكل المبكر) والإفراط في المواصفات (تكلفة رأس المال المهدرة، وضعف كفاءة التحميل الجزئي).

حساب قوة المحرك المطلوبة

يمكن حساب الحد الأدنى المطلوب من قدرة محرك المصعد من المعادلة الأساسية: P = (Q × g × v) / (η_system × 1000)، حيث Q هو الحمولة الصافية (حمولة السيارة المقدرة ناقص توازن ثقل الموازنة، بالكجم)، g هو تسارع الجاذبية (9.81 م/ث²)، v هي سرعة السيارة المقدرة (م/ث)، وη_system هي إجمالي كفاءة نظام القيادة بما في ذلك المحرك، وعاكس القيادة، وفقدان احتكاك الحزم/الحبل. يتم ضبط ثقل الموازنة عادةً على وزن السيارة الفارغة بالإضافة إلى 40-50% من الحمولة المقدرة، مما يعني أن المحرك يحتاج فقط إلى دفع عدم التوازن بين السيارة بالإضافة إلى الحمولة والثقل الموازن بدلاً من رفع وزن الحمولة بالكامل. بالنسبة لمصعد حمولة مقدر بـ 1000 كجم بسرعة 1.6 م/ث مع خلل في ثقل الموازنة بنسبة 40% وكفاءة النظام الإجمالية بنسبة 85%، تبلغ قوة المحرك المطلوبة تقريبًا (400 × 9.81 × 1.6) / (0.85 × 1000) ≈ 7.4 كيلو واط. سيتم بعد ذلك اختيار محرك بقدرة 10-11 كيلووات لتوفير حجم كتالوج قياسي بهامش طاقة يتراوح بين 30-35% للتسريع والتشغيل في حالات الطوارئ والاحتياطي الحراري.

فئة السرعة ونوع التطبيق

تعد مواصفات سرعة السيارة من أهم العوامل في تحديد تقنية المحرك المناسبة. كمبدأ توجيهي عام: للسرعات التي تصل إلى 0.63 م/ث (المصاعد السكنية والتجارية منخفضة الارتفاع)، تعد المحركات الهيدروليكية أو المحركات الحثية الصغيرة ذات التروس المتغيرة شائعة؛ بالنسبة إلى 0.63-2.5 م/ث (التجاري والسكني متوسط ​​الارتفاع)، تهيمن أنظمة PMSM MRL بدون تروس على السوق؛ بالنسبة إلى 2.5-10 م/ث (المباني التجارية الشاهقة ومتعددة الاستخدامات)، تعد آلات PMSM الأكبر حجمًا بدون تروس في غرف الآلات التقليدية أو غرف الآلات العلوية قياسية؛ فوق 10 م/ث (المباني الشاهقة)، مطلوب آلات عالية السرعة بدون تروس مصممة خصيصًا لهذا الغرض من الشركات المصنعة المتخصصة (أوتيس، كوني، شندلر، ميتسوبيشي)، غالبًا مع تكوينات حبل مخصصة، وميزات الحماية من الزلازل، وأنظمة تخميد الضوضاء النشطة.

كثافة حركة المرور ومتطلبات دورة العمل

يجب أن يأخذ الحجم الحراري لمحرك تشغيل المصعد في الاعتبار كثافة حركة المرور المتوقعة - عدد مرات تشغيل المصعد في الساعة وما هو نمط دورة التشغيل/الإيقاف. يتطلب المصعد السكني الذي يبدأ تشغيله من 15 إلى 30 في الساعة محركًا بكتلة حرارية أقل بكثير من المصعد التجاري عالي الحركة في مبنى المكاتب خلال ساعة الذروة الصباحية التي قد تصل إلى 120 إلى 180 بداية في الساعة. تصنيفات دورة العمل IEC 60034-1 - S3 (التشغيل الدوري المتقطع)، S4 (التشغيل الدوري المتقطع مع البدء)، وS5 (الواجب الدوري المتقطع مع التشغيل والفرملة الكهربائية) - هي الإطار القياسي لتحديد المتطلبات الحرارية لمحرك المصعد. يعد تقليل حجم الطبقة الحرارية أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لفشل لف محرك المصعد المبكر في المنشآت ذات حركة المرور الكثيفة.

أنظمة السلامة المتكاملة مع محركات المصاعد

لا يعمل محرك المصعد بشكل منعزل - فهو مدمج مع مجموعة من أنظمة السلامة الإلزامية التي تراقب تشغيله وتتحكم فيه وتحد منه لضمان سلامة الركاب في جميع الأوقات. يعد فهم واجهات السلامة هذه أمرًا ضروريًا لكل من موظفي الصيانة ومهندسي التحديث.

• الفرامل الكهروميكانيكية: تم تجهيز جميع محركات مصعد الجر بفرامل كهرومغناطيسية زنبركية يتم تحريرها كهربائيًا والتي تعمل تلقائيًا عند إزالة الطاقة - سواء عن عمد عند الهبوط أو نتيجة لانقطاع الطاقة أو انقطاع دائرة الأمان أو حالة الخطأ. يجب أن تثبت الفرامل السيارة المحملة بالكامل ثابتة على أي منحدر دون أن تزحف، ويجب أن تكون قادرة على إيقاف السيارة ذات السرعة الزائدة بالاشتراك مع الحاكم ونظام معدات السلامة. يحدد المعيار EN 81-20 (المعيار الأوروبي) وASME A17.1 (معيار أمريكا الشمالية) الحد الأدنى من عزم دوران الفرامل ويتطلبان دوائر فرامل زائدة عن الحاجة في التركيبات الجديدة. يتم دمج مراقبة حالة الفرامل - قياس تيار تحرير الفرامل، ووقت التحرير، وتآكل القرص - بشكل متزايد في وحدات التحكم الحديثة في القيادة كأداة صيانة تنبؤية.
• حاكم السرعة ومراقبة التشفير: يوفر مشفر محرك المصعد ردود فعل مستمرة للسرعة إلى وحدة التحكم في القيادة، والتي تقارن السرعة الفعلية مع ملفات تعريف السرعة المسموح بها طوال الرحلة. إذا تم تجاوز حد السرعة الزائدة للسيارة — عادة 115-125% من السرعة المقدرة — تبدأ وحدة التحكم في القيادة في تسلسل توقف طارئ. يوفر حاكم الطرد المركزي الميكانيكي المتصل بالسيارة عبر حبل الحاكم نظامًا ثانويًا ومستقلًا للكشف عن السرعة الزائدة الذي يقوم بتنشيط معدات أمان السيارة (النوع التقدمي أو اللحظي) لتثبيت قضبان التوجيه وإيقاف السيارة بشكل مستقل عن المحرك أو نظام القيادة.
• إيقاف عزم الدوران الآمن (STO) ووظائف القيادة الآمنة: تتضمن محركات VFD الحديثة للمصاعد وظائف محرك السلامة IEC 61800-5-2، والأهم من ذلك إيقاف عزم الدوران الآمن (STO)، الذي يزيل الجهد المنتج لعزم الدوران من ملفات المحرك دون إيقاف تشغيل المحرك بالكامل - مما يزيل خطر إعادة التشغيل غير المتوقع للمحرك بعد توقف الطوارئ بينما يظل المحرك في حالة آمنة مراقبة. وظائف السلامة عالية المستوى بما في ذلك Safe Stop 1 (SS1) ومراقبة السرعة الآمنة (SMS) مطلوبة بشكل متزايد بموجب EN 81-20 للتركيبات الجديدة ويتم تنفيذها في معالج أمان محرك الأقراص دون الحاجة إلى مرحلات أمان خارجية.
• الحماية الحرارية: تم تجهيز محركات المصعد بثرمستورات (أجهزة استشعار PTC) أو أجهزة استشعار لدرجة الحرارة المقاومة PT100 مدمجة في ملفات الجزء الثابت، والتي تراقب باستمرار درجة حرارة اللف وترسل إشارة إلى وحدة التحكم في القيادة لتقليل الحمل أو إيقاف التشغيل إذا تم الاقتراب من الحد الحراري. تمنع هذه الحماية تلف العزل الناتج عن الحمل الزائد المستمر - على سبيل المثال، محرك يعمل في يوم مزدحم بحركة المرور خلال موجة حر صيفية في غرفة ماكينات غير مكيفة. تقوم بعض محركات المصاعد PMSM الحديثة أيضًا بمراقبة درجة حرارة المغناطيس للحماية من إزالة المغناطيسية عند درجات حرارة مرتفعة.
• حماية حركة السيارة غير المقصودة (UCM): قدم المعيار EN 81-20 متطلبات الحماية من حركة السيارة غير المقصودة - وهو نظام يكتشف أي حركة لسيارة المصعد بعيدًا عن الهبوط مع فتح الأبواب وينشط جهاز التوقف خلال فترة زمنية محددة ومسافة محددة. يتم تنفيذ حماية UCM باستخدام جهاز تشفير المحرك لمراقبة الموضع جنبًا إلى جنب مع قفل الأجهزة في نظام القيادة الذي يمنع قوة الجر من التطور عند الإشارة إلى فتح الباب، مع جهاز إيقاف ميكانيكي مستقل كنسخة احتياطية.

صيانة محرك المصعد: ما الذي يجب فحصه وكم مرة

تعد الصيانة الوقائية المناسبة لمحرك الجر للمصعد أمرًا ضروريًا للتشغيل الآمن والامتثال القانوني وتحقيق عمر خدمة تصميم المحرك الذي يتراوح بين 25 إلى 40 عامًا لآلات PMSM الحديثة. يختلف جدول الصيانة ومحتوى الفحص حسب نوع المحرك وكثافة حركة المرور ومتطلبات لوائح المصاعد المحلية (والتي تتطلب عادةً إجراء فحص دوري بواسطة مهندس رفع معتمد بغض النظر عن برنامج الصيانة الداخلية للمالك).

الشيكات الروتينية الشهرية والربع سنوية

يجب أن تتضمن الفحوصات الشهرية لمحركات المصاعد PMSM بدون تروس الاستماع إلى الضوضاء غير الطبيعية أثناء تشغيل المحرك (قعقعة المكابح أو اهتزاز الرنين)، والتحقق من أن مجموعة المحرك والفرامل لا تظهر أي علامات لدخول الزيت أو الرطوبة، والتحقق من عرض درجة حرارة المحرك أو سجل وحدة التحكم بحثًا عن أي أحداث حرارية منذ آخر فحص. يجب أن تتضمن الفحوصات ربع السنوية فحصًا بصريًا لجميع نهايات الكابلات الكهربائية في صندوق توصيل المحرك للتأكد من إحكامها وعلامات السخونة الزائدة (تغير اللون، تشقق العزل)، والتحقق من إعدادات فجوة الفرامل وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة باستخدام مقاييس الاستشعار، وفحص الحبل اليدوي عند الحزم لتقليل قطر الحبل، أو فواصل الأسلاك، أو تلوث مواد التشحيم التي يمكن أن تزيد من تآكل الحزم.

مهام الصيانة السنوية

يجب أن تتضمن الصيانة السنوية لمحرك المصعد بدون تروس اختبار مقاومة عزل ملفات المحرك باستخدام مقياس جهد 500 فولت أو 1000 فولت - الحد الأدنى لمقاومة العزل المقبولة هو 1 ميجا أوم لكل 1 كيلو فولت من الجهد المقنن، مع قيم أقل من 10 ميجا أوم تستدعي المزيد من البحث والاتجاه. يجب تقييم حالة المحمل عن طريق قياس الاهتزاز (باستخدام محلل اهتزاز محمول في دروع نهاية المحرك) ومقارنتها بالقراءات الأساسية المأخوذة عند التشغيل أو استبدال المحمل الأخير. يجب إجراء تزييت المحامل — إما تشحيم محامل المحرك وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة (عادةً 15-25 جم من شحم الليثيوم المركب كل 2000-4000 ساعة تشغيل) أو التحقق من حالة المحامل محكمة الغلق مدى الحياة. بالنسبة للآلات ذات التروس، يتضمن الفحص السنوي أخذ عينات من زيت التروس لتحليل الجسيمات المعدنية (اختبار التصوير الحديدي للكشف عن تآكل التروس قبل الفشل)، وقياس رد الفعل العكسي للتروس الدودية وفقًا للمواصفات، وفحص حالة ختم مبيت التروس.

علامات تشير إلى أن محرك المصعد يحتاج إلى الاستبدال

تشمل المؤشرات الرئيسية التي تشير إلى أن محرك جر المصعد قد وصل إلى نهاية العمر التشغيلي ويجب استبداله بدلاً من إصلاحه ما يلي: مقاومة العزل باستمرار أقل من 1 ميجا أوم على الرغم من إعادة اللف أو المعالجة (مما يشير إلى تلف لا رجعة فيه بسبب الرطوبة أو انهيار العزل)، وتآكل تجويف المحمل الذي لا يمكن تصحيحه دون استبدال المبيت، وإزالة مغناطيسية مغناطيس الدوار PMSM المشار إليها بفقد ثابت عزم دوران المحرك وتأكيدها عن طريق اختبار EMF الخلفي بدون تحميل، وتآكل أخدود الحزم بما يتجاوز حد تآكل الشركة المصنعة (يتطلب استبدال الحزم الذي غالبًا ما يجعل استبدال الآلة بالكامل اقتصاديًا)، أو نظام تحكم لم يعد مدعومًا من قبل الشركة المصنعة ولا تتوفر له قطع الغيار. في كثير من الحالات، يكون التحديث الكامل للآلة - استبدال المحرك والقيادة ونظام التحكم كحزمة واحدة - أكثر اقتصادا على مدى 15-20 عامًا من إصلاح آلة قديمة وتحديث نظام التحكم بشكل منفصل، لا سيما في ضوء توفير الطاقة المتاح من محركات PMSM الحديثة.

مقارنة تقنيات محركات المصاعد الرئيسية جنبًا إلى جنب

بالنسبة للمهندسين وأصحاب المباني وفرق المشتريات الذين يقومون بتقييم خيارات محركات المصاعد، يلخص جدول المقارنة هذا عوامل التمييز الرئيسية عبر تقنيات المحركات الرئيسية المستخدمة اليوم.

تحديث محرك المصعد: متى يجب الترقية وما يمكن توقعه

إن قرار تحديث نظام محرك تشغيل المصعد - بدلاً من الاستمرار في صيانة التركيب الحالي - مدفوع بمجموعة من العوامل: زيادة تكاليف الصيانة، وانخفاض جودة الركوب، وأداء الطاقة الذي لا يرقى إلى مستوى متطلبات شهادة البناء الحالية، وتقادم قطع الغيار، والتغيرات في معايير السلامة التي تتطلب ترقيات الامتثال. إن فهم خيارات التحديث ونتائجها المحتملة يساعد أصحاب المباني على اتخاذ قرارات استثمارية مستنيرة.

• تحديث محرك الأقراص فقط (التحكم واستبدال العاكس): يعد استبدال وحدة التحكم في المصعد وعاكس القيادة مع الاحتفاظ بالمحرك والماكينة الحاليين هو خيار التحديث الأقل إزعاجًا والأقل تكلفة، وهو مناسب عندما يكون المحرك والماكينة سليمين ميكانيكيًا ولكن نظام التحكم قديم أو غير موثوق به. يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تحسين جودة القيادة بشكل كبير (عن طريق استبدال التحكم في الموصل ثنائي السرعات بملفات تسريع VFD سلسة) وقد يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 15-25%، ولكن مكاسب الكفاءة تكون محدودة إذا كان المحرك الحالي من النوع التحريضي الموجه منخفض الكفاءة.
• تحديث الماكينة والمحرك بالكامل: يؤدي استبدال آلة الجر بالكامل (المحرك، والفرامل، والحزم) جنبًا إلى جنب مع نظام القيادة والتحكم إلى تحقيق أقصى قدر من تحسين الأداء والكفاءة والموثوقية. بالنسبة لتركيب محرك تحريضي موجه مع غرفة ماكينة، يؤدي الاستبدال بآلة PMSM ومحرك متجدد عادةً إلى تقليل الطاقة بنسبة 50-70%، والتخلص من صيانة زيت التروس، وتقليل الضوضاء، ويوفر 25 عامًا من عمر الخدمة الإضافي. تختلف تكلفة هذا الخيار بشكل كبير حسب حجم الماكينة وصعوبة الوصول إليها، ولكن يتم استردادها عادةً من خلال توفير الطاقة خلال 5 إلى 8 سنوات للمباني التجارية ذات الكثافة المرورية العالية.
• تحويل بدون غرفة آلة: تقوم بعض مشاريع التحديث بتحويل تركيبات غرفة الآلة الحالية إلى تكوين MRL عن طريق نقل آلة PMSM المدمجة الجديدة إلى الرافعة - مما يسمح بإعادة استخدام غرفة الآلة السابقة كمساحة أرضية قابلة للتأجير. يعد هذا التحويل مهمًا من الناحية المعمارية ويمكن أن يولد إيرادات إيجارية تعمل بشكل كبير على تسريع العائد المالي على استثمار التحديث، ولكنه يتطلب تقييمًا هيكليًا دقيقًا وتقييمًا للرافعة للتحقق من أن هيكل سكة التوجيه يمكنه حمل أحمال تركيب الماكينة الجديدة.
• التحويل الهيدروليكي إلى الجر: يعد تحويل المصعد الهيدروليكي الحالي إلى نظام جر (يُدار بالحبل) باستخدام محرك PMSM بدون تروس بمثابة تحديث أكثر شمولاً يعالج كلاً من عدم كفاءة استخدام الطاقة في المحرك الهيدروليكي (كفاءة النظام عادةً 25-40٪) والمسؤولية البيئية للزيت الهيدروليكي والأسطوانة. يؤدي تحويل الجر إلى التخلص من الأسطوانة الهيدروليكية والسوائل، وزيادة القدرة على سرعة السير، وتقليل استهلاك الطاقة بنسبة 50-70%. يتضمن المشروع تركيب آلة علوية جديدة، وقضبان توجيه مُصنفة لأحمال الجر، وإطار سيارة جديد وثقل موازنة، وإزالة كاملة للنظام الهيدروليكي والتخلص من السوائل - وهي تكلفة مشروع كبيرة يتم تبريرها عادةً للمصاعد ذات العمر المتبقي الكبير للمبنى وكثافة حركة المرور العالية.