كيف تعمل MCCs وما هو هدفها؟

خلال فشل المحرك في خط ناقل حاسم في منشأة معالجة الأغذية الكبرى، لم يكن على فنيي الصيانة البحث في الكابلات عبر الأنابيب، أو إيقاف جميع الإنتاج في المصنع، أو إضاعة ساعاتهم في تحديد أي مفتاح يمد الكهرباء لأي محرك. فقط دخل المحترفون هناك إلى مركز التحكم في المحرك (MCC) - وهو خزانة معدنية واحدة، موضوعة على أرضية غرفة الكهرباء، فتحوا باب دلو المحرك المطلوب، وفصلوه، وأغلقوه وأجروا الإصلاحات. استمر خط الإنتاج دون انقطاع. وهذا يعني أن MCC قد قام بما تم تصميمه من أجله: جمع جميع تحكمات المحركات، والحمايات، والعزلات في مكان واحد سهل الوصول إليه. الفهم الصحي والمطلع لمراكز التحكم في المحركات ووظائفها هو شيء يجب أن يمتلكه كل من يعمل مع أحمال المحركات الصناعية. لذا، يحتوي هذا الدليل على كل ما يحتاجه القراء لمعرفته حول MCC، بدءًا من بنائه وعناصره، إلى الطاقة ومبدأ العمل.

ملخص: مركز التحكم في المحرك (MCC) هو وحدة تتكون من عدة مقصورات لوحدات التحكم في المحرك التي توفر عملية مركزية ومعيارية لتوزيع الطاقة، بدء تشغيل المحرك، حماية المعدات المجهزة بالطاقة ووظائف التحكم لعدة محركات كهربائية. تبدأ عملية العمل بتلقي الأجهزة للطاقة من نظام القضبان الناقلة ثم توزيع الطاقة على وحدات التحكم في المحرك، والتي تُعرف أيضًا باسم البدء، والمفاتيح، وبدء التشغيل الناعم. بالإضافة إلى توزيع الطاقة، يوفر MCC أيضًا موقعًا لعزل المحرك، والصيانة الوقائية، واستكشاف أعطال المعدات. يتم تخصيص مقصورة منفصلة لكل محرك داخل الهيكل من أجل تزويده بقاطع الدائرة، ومرحّل الحمل الزائد، ووحدة التحكم في المحرك. الوظيفة الرئيسية لمركز التحكم في المحرك هي زيادة كفاءة عمليات الهندسة الكهربائية، وتقليل الوقت المستغرق في إصلاح الأجهزة الكهربائية والتحكم، وزيادة سلامة العمليات.

ما هو مركز التحكم في المحرك فعلاً

هيكل معدني مغلق قائم على الأرض يسمى MCC مصنوع من أقسام عمودية معيارية مثبتة معًا لتشكيل صف متسق من الأعمدة. تحتوي الأقسام العمودية على نظام تجميع القضبان العمودية الذي يتكون عادةً من قضبان نحاسية أو ألمنيوم ثلاثية الطور، والتي تمتد على طول هذه الأقسام وتنقل الطاقة الواردة.
يتم توصيل الأقسام أفقيًا عبر قضيب أفقي مشترك، ينقل الطاقة الواردة من المغذي إلى الأقسام العمودية. تشكل القضبان الناقلة العمود الفقري الكهربائي لـ MCC، حيث يستخدم كل دلو محرك في الصف هذه القضبان المشتركة لتلقي الطاقة من خلال آلية توصيل تسمح للدلو بالاتصال بالقضيب.

كل محرك في المنشأة يحتوي على دلو محرك وهو عبارة عن هيكل منفصل مثبت في فتحة محددة من MCC. يحتوي الدلو نفسه على جميع الأجزاء المطلوبة لتشغيل المحرك: قاطع الدائرة أو وحدة فصل مزودة بالفيوز تعمل كقسم مفصول؛ بدء تشغيل المحرك الذي يوفر الطاقة للمحرك. سيحمي المرحل الزائد المحرك من التحميل الزائد؛ محول التحكم لتوفير طاقة التحكم ذات الجهد المنخفض (إذا لزم الأمر) وأسلاك كافية وكتل طرفية لربط الدلو بنظام التحكم في المصنع. يعمل الدلو كتركيب مستقل للتحكم في المحرك يمكن استخدامه مع أي تركيب من نفس النوع أو نوع مشابه، حيث أن التوحيد والتبادل هما المبدأ التشغيلي الرئيسي له. وكل محرك مثبت في المصنع له نفس الاسم والخصائص. يتم توضيح اللوائح الخاصة بـ MCC في وثيقة NEMA ICS 18 في الولايات المتحدة وفي معيار IEC 61439 دوليًا.

كيف تتدفق الطاقة عبر MCC وتصل إلى المحرك

MCC هو ترتيب كهربائي يحتوي على تسلسل منظم من معدات التحكم والحماية، والتي لها مهمتها المحددة. فهم هذا التسلسل أمر حاسم عند تشخيص عطل في MCC، أو استبدال جهاز، أو طلب دلو جديد. المسار الكهربائي هو كما يلي:

1. تدخل الطاقة الواردة إلى MCC من خلال فصل رئيسي - قاطع دائرة أو مفتاح مزود بالفيوز - يحمي الترتيب بالكامل. قد تكون وحدة التغذية الواردة من معدات التوزيع، أو ثانوي المحول، أو لوحة توزيع، عادةً عند جهد 480 فولت ثلاثي الطور في أمريكا الشمالية أو 400 فولت في أسواق IEC.
2. يقوم نظام القضبان الرئيسية بتوزيع الطاقة إلى كل قسم عمودي. تعمل القضبان الأفقية في الجزء العلوي من الترتيب وتذهب القضبان العمودية عبر أقسام MCC. يتم تصنيع القضبان وفقًا للحمل المتصل الإجمالي لـ MCC. تصنيف تحمل الدائرة القصيرة للقضبان يساوي الحد الأقصى لتيار العطل الذي يمكن أن يحدث في مكان التركيب.
3. يتصل كل دلو محرك بالقضيب العمودي من خلال آلية إدخال. بمجرد إدخال الدلو في الموضع، تتصل الفكوك المحملة بنابض بالقضبان وتكون قادرة على إنشاء اتصال ضغط مثبت لتيار الحمل الكامل للمحرك. تضمن آلية الإدخال عدم الحاجة إلى فصل الطاقة عن MCC بالكامل من أجل إدخال وإزالة الدلو.
4. داخل الدلو، تتدفق الطاقة أولاً عبر قاطع الدائرة أو فصل مزود بالفيوز. هذه هي أول مجموعة أمان موجودة في الدلو. تمنح الحماية لدائرة المحرك ضد الأعطال الأرضية والدوائر القصيرة، بالإضافة إلى العمل كنقطة محلية لقفل/تأشير أثناء عمليات الإصلاح. عادةً ما يتم تصنيف القاطع لتيار المحرك عند حمله الكامل ويجب أن يكون قادرًا على قطع قوة الدائرة، أي يجب أن تكون سعة كسره مساوية لتصنيف الدائرة القصيرة لـ MCC.
5. ثم تتدفق الطاقة إلى المتحكم أو بدء تشغيل المحرك. يعمل القاطع كجهاز تبديل مدفوع كهرومغناطيسي يقوم بتشغيل وإيقاف دائرة الطاقة لبدء أو إيقاف تشغيل المحرك. يتسبب نظام التحكم في تنشيط ملف القاطع ويتدفق الطاقة إلى المحرك استجابةً لإشارة بدء، تُنقل عادةً عبر إما 120 فولت تيار متردد أو 24 فولت تيار مستمر. في اللحظة التي تُرسل فيها إشارة الإيقاف، يتوقف الملف ويتوقف تشغيل المحرك. يجمع بدء تشغيل المحرك بين القاطع ومرحلة الحمل الزائد في وحدة واحدة بحيث يمكن استخدام المصطلحات بالتبادل في تطبيقات MCC.
6. تعتبر مرحلة الحمل الزائد هي الجهاز الحامي النهائي قبل المحرك. يتم توصيل مرحلة الحمل الزائد على التوالي مع القاطع ولديها القدرة على اكتشاف التيار المتدفق إلى المحرك من خلال استخدام الشرائط ثنائية المعدن أو أجهزة استشعار التيار الإلكترونية. عندما يكون لدى المحرك تيار زائد لفترة طويلة - بسبب انسداد ميكانيكي، أو انهيار المحامل، أو زيادة الحمل في العملية - تسخن مرحلة الحمل الزائد وتعمل على فصل الدائرة في القاطع وتوصيل المحرك لمنع ارتفاع درجة حرارة الملفات. يتم ضبط المرحلة على الحد الأقصى لتيار المحرك، عادةً عند مستوى 115% أو 125%، اعتمادًا على نوع البطارية والقوانين المعمول بها.
7. تخرج الطاقة من الدلو عبر أطراف الحمل ويتم توصيلها بالمحرك. يتكون كابل المحرك عمومًا من ثلاثة موصلات وسلك تأريض، وحجمه يتحدد بواسطة إجمالي تيار المحرك وانخفاض الجهد على مسافة الكابل، ويربط أطراف الحمل في الدلو بأطراف المحرك. يمكن أن تكون هناك مسافة كبيرة تصل إلى مئات الأقدام بين المحرك وMCC بينما يمكن تشغيل كابل المحرك في قناة أو صينية كابلات.

الغرض من MCC: لماذا أصبح التحكم المركزي في المحرك هو المعيار

قبل أن تكتسب MCCs (مراكز التحكم في المحركات) شعبية في الخمسينيات والستينيات، كان التحكم في المحركات الصناعية يتم بطريقة غير مركزية، حيث كان لكل محرك بدء تشغيل خاص به، مثبت على الحائط بالقرب من المحركات. على الرغم من أن هذه الطريقة كانت فعالة في تحقيق الغرض المقصود، إلا أنها كانت لا تزال تحتوي على العديد من العيوب. كانت البدء في مواقع عديدة في جميع أنحاء المصانع، أحيانًا في مناطق تتأثر بالغبار أو الماء أو مناطق يصعب الوصول إليها. كان استكشاف أعطال المحرك يعني التنقل في المصنع، وربما الصعود إلى منصة أو حتى حفرة. من أجل تثبيت محرك جديد، كان يجب تثبيت بدء تشغيل جديد، وتوصيله بالمصدر وتشغيل الكابلات من لوحة التوزيع.

عالجت MCC هذه التحديات من خلال دمج جميع معدات التحكم في المحركات في موقع مركزي وفعال ونظيف وسهل الوصول إليه. تخدم MCCs العديد من الأغراض ولكنها مترابطة:

• التحكم المركزي في المحرك والمراقبة. يمكن التحكم في كل محرك في أي جزء من المصنع ومراقبته من نقطة واحدة فقط. لا يحتاج وصي المصنع إلى التجول وفحص كل محرك. توفر مؤشرات مركز التحكم في المحرك، وأجهزة قياس التيار، وأزرار التحكم نقطة تحكم موحدة لمنطقة الإنتاج بأكملها.
• صيانة مبسطة واكتشاف الأعطال. كلما تعطل محرك، يفتح فني الصيانة باب مركز التحكم في المحرك، ويتحقق من مؤشر التعطل على المرحل الزائد وكذلك قاطع الدائرة ويقوم بقفل وعزل المحرك دون الدخول إلى منطقة الإنتاج المسببة للمشاكل. يمكن إخراج الدلو، وفحصه وإعادته خلال بضع دقائق مما يقلل من وقت التوقف عن العمل. يمكن الاحتفاظ بدلو احتياطي في المستودع ويمكن استبداله بسرعة بالدلو المعطل.
• نقاط عزل آمنة وسهلة الوصول. تحتوي جميع دلاء المحرك على نظام فصل آمن قريب يقع بشكل مريح في غرفة كهربائية مضاءة جيدًا. يعزز هذا السلامة بشكل كبير مقارنةً بفصل الفيوز التقليدي على الجدار بجوار المحرك الذي قد يجد نفسه في أماكن خطرة أو رطبة أو ضيقة.
• كفاءة المساحة وتقليل تكلفة الأسلاك. يجمع مركز التحكم في المحرك (MCC) بين العشرات من تركيبات اللوحات المستقلة ويقللها إلى نموذج مدمج واحد. يزيل نظام القضبان المشتركة تمامًا الحاجة إلى تثبيت كابلات طاقة منفصلة لتوصيل لوحة توزيع الكهرباء وكل محرك.
• قابلية التوسع والمرونة. تم تصميم مركز التحكم في المحرك (MCC) مع مناطق دلو احتياطية. لذا، لإضافة محرك جديد في المستقبل، عليك فقط إضافة دلو جديد في المنطقة الشاغرة ووضع كابل المحرك - لن تكون هناك حاجة إلى حاوية جديدة، أو مغذي جديد، أو أي تجديدات كبيرة.

كيف يختلف مركز التحكم في المحرك (MCC) عن وحدات التحكم الفردية للمحركات ولوحات VFD

غالبًا ما يتم الخلط بين مركز التحكم في المحرك (MCC) وأنواع مختلفة من المعدات الكهربائية، ومعرفة اختلافاتها هي المفتاح لاختيار الحل المناسب. يُطلق على مصطلح MCC كيانًا واحدًا يتكون من عدة مشغلات محركات، جميعها مجمعة في نظام قضبان. لوحة VFD هي نظام موضوعة إما على الحائط أو على الأرض؛ يسمح بالتحكم في محرك أو مجموعة من المحركات ذات الصلة بمساعدة محرك التردد المتغير ومعداته. يعني استخدام VFD أنه يمكن ضبط التردد والجهد المقدمين إلى المحرك - وهي وظيفة لا يمكن تنفيذها بواسطة مشغل المحرك التقليدي الموجود في MCC. ومع ذلك، من الممكن أيضًا دمج VFDs في كتل MCC. في هذه الحالة، تشغل كتلة VFD المساحة في MCC القياسي، مع وجود اتصال مشترك وقدرات عزل لكتلة المشغل القياسية. بعد ذلك يأتي MCP، وهو الاسم لقاطع الدائرة الذي يوفر فقط حماية من الدائرة القصيرة لدائرة المحرك. يحتوي MCP على رحلة مغناطيسية قابلة للتعديل، ولكن لا يوجد عنصر تحميل حراري. يعمل MCP في مشغل محرك مجمع بجانب موصل ومرحلة تحميل. للحصول على شرح مفصل حول كيفية اختلاف MCPs عن قواطع الدائرة القياسية، يمكنك قراءة مقالتنا على واقي دائرة المحرك مقابل قاطع الدائرة يغطي الفروق في الحماية، والتطبيق، ومتطلبات الكود.

المكونات التي تشكل دلو MCC النموذجي

يحتوي كل دلو محرك في مركز التحكم في المركبات على مجموعة قياسية من المكونات، مرتبة في تسلسل يعكس المسار الكهربائي من الحافلة إلى المحرك. تلخص الجدول أدناه المكونات الرئيسية ووظائفها.

ما هو العمر الافتراضي النموذجي لمركز التحكم بالمحرك (MCC)؟

مراكز التحكم بالمحركات التي يتم العناية بها بشكل صحيح، وتحفظ في ظروف نظيفة وجافة، وتعمل ضمن حدودها المحددة يمكن أن تخدم بين 25 و35 سنة، أو حتى أكثر. يمكن اعتبار الهيكل الفولاذي، قضبان النحاس، والإطار الهيكلي من أقوى العناصر في بناء الوحدة، حيث يمكن أن تبقى سليمة طالما بقي المبنى. في الوقت نفسه، الأجزاء التي تحتاج إلى استبدال من وقت لآخر — قواطع الدائرة، الكونتاكتورات، ومرحلات الحمل الزائد — هي الأضعف، حيث تعتمد مدة خدمتها على تكرار استخدام المحرك، نوع الحمولة، وبيئة العمل. لذلك، فإن كونتاكتور يبدأ المحرك ست مرات في الساعة سيستمر لفترة أقل من كونتاكتور يبدأ نفس المحرك مرة واحدة فقط في اليوم. علاوة على ذلك، فإن مرحل الحمل الزائد الذي يعمل في درجات حرارة مرتفعة أو في بيئة مغبرة أو رطبة سيفشل أسرع من الذي يخزن في غرفة تبديل ذات مناخ محكم. لذلك، فإن الطريقة الأكثر فعالية لمنع الأعطال هي فحص جميع دلاء مركز التحكم مرة واحدة في السنة من خلال المسح الحراري لقضبان التوصيل وقواطع الدائرة، والفحص البصري لجهات اتصال الكونتاكتور بحثًا عن حروق، والمعايرة والتنظيف الداخلي.

الأسئلة الشائعة

ماذا يفعل مركز التحكم بالمحرك؟

تجمع وظائف توزيع الطاقة، بدء المحرك، حماية الحمل الزائد، والتحكم في المحرك الكهربائي في حاوية واحدة بواسطة مركز التحكم بالمحرك (MCC). لا يسهل MCC فقط عزل وصيانة المحركات الكهربائية في مكان آمن، بل يقلل أيضًا من الصعوبات التي تنشأ أثناء عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها، مما يساعد على تحقيق بساطة شاملة للنظام وتجنب المشاكل المتعلقة بالتوصيلات مقارنة بمشغلات المحركات الكهربائية الموزعة المثبتة في أنحاء المصنع.

ما الفرق بين MCC و VFD؟

يُعد MCC تجميعًا معقدًا يشمل بادئات المحركات، قواطع الدائرة، ومعدات التحكم لمختلف المحركات مجمعة في هيكل حافلة مشتركة. يشير VFD (محرك التردد المتغير) إلى جهاز واحد يتحكم في سرعة المحرك عن طريق تغيير تردد الجهد الكهربائي المزود للمحرك. وبالتالي، يمكن تركيب VFD داخل دلو MCC الذي يوفر أيضًا منصة للتشغيل عبر بادئات القضبان.

ما الفرق بين MCC و MCP؟

جهاز مركز التحكم في المركبات هو مركز تحكم المحرك الكامل — التجميع المحاط بالمعدن الذي يحتوي على عدة دلاء محرك ونظام حافلة مشتركة. MCP (حامي دائرة المحرك) هو نوع محدد من قواطع الدائرة يوفر فقط حماية من الدائرة القصيرة، مع تعثر مغناطيسي قابل للتعديل ولا يحتوي على عنصر حماية من التحميل الزائد الحراري. MCP هو مكون داخل دلو محرك فردي في MCC؛ وليس بديلاً عن MCC. مقارنة مفصلة لدينا بين MCPs وقواطع الدائرة القياسية تشرح الفروق الوظيفية والفروق المبنية على الكود.

ما هي مدة العمر الافتراضي لمركز التحكم بالمحرك؟

MCC مركز التحكم في المركبات المُصان جيدًا في بيئة داخلية نظيفة وجافة له عمر خدمة نموذجي يتراوح بين 25 إلى 35 سنة أو أكثر. يمكن أن تستمر الحاوية الهيكلية وقضبان الحافلة طوال عمر المنشأة. أما مكونات التآكل — قواطع الدائرة، المرحلات، مرحلات التحميل الزائد — فلها أعمار أقصر، عادة من 15 إلى 25 سنة، اعتمادًا على تكرار تشغيل المحركات، شدة الحمل الكهربائي، وبيئة التشغيل. الفحص السنوي والصيانة الوقائية يطيلان عمر كل مكون.

المراجع

• NEMA ICS 18 — مراكز التحكم بالمحركات. المعيار الأمريكي الشمالي الذي يحدد متطلبات التصميم، البناء، الاختبار، والأداء لمراكز التحكم بالمحركات، نشرته الجمعية الوطنية لمصنعي المعدات الكهربائية.
• IEC 61439 — مجموعات مفاتيح الجهد المنخفض ومعدات التحكم. المعيار الدولي الذي يحكم تصميم واختبار MCCs والتجميعات المماثلة، معتمد في أوروبا، آسيا، والعديد من الأسواق العالمية.
• Eaton — مراكز التحكم بالمحركات: Freedom 2100 و FlashGard. مصنع MCCs للتطبيقات الصناعية والتجارية، مع وثائق فنية تغطي اختيار الدلاء، تصنيفات الحافلات، وميزات السلامة ضد قوس الكهرباء.
• Schneider Electric — نموذج 6 مراكز التحكم بالمحركات. مصنع MCCs مع مراقبة طاقة مدمجة وقدرات تحكم ذكية في المحركات، مع إرشادات تطبيقية للتطبيقات الصناعية الثقيلة وتطبيقات العمليات.

A مركز التحكم بالمحرك هو المحور الكهربائي لمنشأة صناعية — النقطة الوحيدة التي تتجمع فيها طاقة كل محرك، الحماية، والتحكم في نظام موحد، قابل للصيانة، وقابل للتوسع.