قدرة المولد اللازمة لتشغيل المحركات الكهربائية

في المنشآت التي يغذيها مولد، لا تنشأ معظم المشكلات من الحمل المستمر، بل من لحظة إقلاع المحركات. فالمضخة التي تسحب 30 kVA أثناء التشغيل العادي تطلب في الثواني الأولى أضعاف هذه القيمة. وإذا عجز المولد عن تلبية هذا الطلب المفاجئ ينخفض الجهد، وتفصل الملامسات، ولا يقلع المحرك، أو تتوقف الأجهزة الأخرى على الخط نفسه. نشرح في هذا المقال خطوة بخطوة كيفية التحقق من قدرة المولد للأحمال ذات المحركات. ولخطوات جمع الأحمال بشكل عام يمكنكم الاطلاع على مقالنا ما قدرة المولد المناسبة بالـ kVA؟.

ماذا يحدث عند الإقلاع؟

عندما يكون المحرك الحثّي متوقفًا يكون الدوّار ساكنًا، وتتصرف الملفات تقريبًا كدائرة قصر. ولذلك يسحب المحرك في اللحظة الأولى تيارًا يعادل 5–8 أضعاف التيار الاسمي. ومعامل القدرة لهذا التيار منخفض (نحو 0.3–0.4)، أي أن معظم ما يُطلب من المولد هو قدرة غير فعّالة (ردّية). ويتولى الألترنيتر تلبية القدرة الردّية، بينما يجب على المحرك أن يستجيب لزيادة الحمل المفاجئة حتى لا تنخفض السرعة.

ونتيجة لذلك يُحدث إقلاع المحرك أثرين:

• هبوط الجهد (Voltage Dip): يعتمد على زمن استجابة الألترنيتر ومنظّم الجهد الآلي (AVR).
• هبوط التردد: يعتمد على قدرة محرك الديزل على قبول الحمل المفاجئ وعلى منظّم السرعة (الغوفرنر).

من لوحة بيانات المحرك إلى kVA الإقلاع

تكفي للحساب ثلاث معلومات من لوحة بيانات المحرك: القدرة (kW)، والكفاءة، ومعامل القدرة. وتُحسب قيمة kVA التشغيل تقريبيًا كما يلي:

kVA التشغيل = kW ÷ (الكفاءة × معامل القدرة)

فمثلًا، لمحرك بقدرة 22 kW وكفاءة 0.92 ومعامل قدرة 0.85 تبلغ قيمة kVA التشغيل نحو 28 kVA. أما kVA الإقلاع فهي مضاعفات هذه القيمة بحسب طريقة بدء التشغيل:

طريقة بدء التشغيل	تيار الإقلاع (مقارنةً بالاسمي)	kVA الإقلاع التقريبية لمحرك 22 kW
مباشر (DOL)	6–7 أضعاف	170–200 kVA
نجمة-دلتا	نحو 2–2.5 ضعف	55–70 kVA
بادئ ناعم (Soft Starter)	نحو 2.5–3.5 ضعف (بحسب الضبط)	70–100 kVA
محول تردد (VFD)	نحو 1–1.5 ضعف	28–42 kVA

هذه القيم استرشادية؛ وتؤخذ قيمة الإقلاع الدقيقة من بيانات الدوّار المقفل (Locked Rotor) التي تقدمها الشركة المصنّعة للمحرك. واللافت في الجدول أن التشغيل المباشر للمحرك نفسه يطلب من المولد قدرة لحظية تعادل نحو خمسة أضعاف ما يطلبه التشغيل عبر محول التردد.

هبوط الجهد المقبول

السؤال عند اختيار المولد ليس «هل سيقلع المحرك؟»، بل «إلى أي حد سينخفض الجهد أثناء الإقلاع؟». والحدود الشائعة في التطبيق العملي هي:

• الأحمال العامة ذات المحركات: 15–20%
• المصاعد ودوائر التحكم التي تغلب عليها الملامسات: نحو 15%
• المحركات العاملة على قضيب التوزيع نفسه مع أحمال إلكترونية حساسة: 10% أو أقل

إذا انخفض الجهد بأكثر من 25–30% فقد تفصل ملفات الملامسات، فيعجز المحرك عن الإقلاع ويحاول الدخول مرارًا. وتتضمن أوراق بيانات المولدات قيمة kVA الإقلاع (Motor Starting kVA) التي يستطيع الألترنيتر تقديمها عند هبوط جهد محدد. وعند الاختيار تُقارن هذه القيمة بقيمة kVA الإقلاع لأكبر محرك.

الإقلاع المتتابع: العمل نفسه بمجموعة أصغر

إذا وُجدت عدة محركات فلا داعي لإقلاعها جميعًا في وقت واحد. فبواسطة مرحّلات زمنية في نظام التحكم أو مخارج وحدة التحكم يمكن إدخال المحركات بفاصل 5–10 ثوانٍ. والقاعدة بسيطة:

1. شغّلوا المحرك الأكبر أولًا.
2. رتّبوا بقية المحركات من الأكبر إلى الأصغر.
3. في كل خطوة تحققوا من مجموع الحمل الموجود فعلًا على المولد مع kVA الإقلاع للمحرك الجديد.

مثال: في منشأة ري ثلاث مضخات بقدرات 30 kW و15 kW و7.5 kW، وجميعها تُشغَّل مباشرةً. فإذا أقلعت المضخات الثلاث معًا نشأ طلب لحظي يتجاوز 400 kVA. أما في الإقلاع المتتابع فالخطوة الأكثر حرجًا هي إقلاع مضخة 30 kW، وتبلغ نحو 230–270 kVA. وإذا شُغّلت مضخة 30 kW بطريقة نجمة-دلتا تصبح الخطوة الأكثر حرجًا إقلاع مضخة 15 kW أثناء عمل مضخة 30 kW، وينخفض الطلب إلى نحو 150–170 kVA. وهكذا يصغر حجم المجموعة المختارة بوضوح. هذا الحساب تقريبي، ويجب التحقق منه في المشروع بلوحات بيانات المحركات وورقة بيانات المجموعة.

الأحمال المزودة بمحولات تردد والتوافقيات

تحل محولات التردد مشكلة الإقلاع إلى حد كبير، لكنها تطرح مسألة جديدة: التيارات التوافقية. فالتيار الذي يسحبه محول سداسي النبضات ليس جيبيًا. ولأن الممانعة الداخلية للمولد أعلى من ممانعة الشبكة العامة، تشوّه التوافقيات شكل موجة الجهد بدرجة أكبر. والنقاط الواجب مراعاتها:

• إذا كان أكثر من نصف الحمل الكلي مزودًا بمحولات تردد، يمكن اختيار الألترنيتر بهيكل أكبر بدرجة واحدة.
• يمكن استخدام ملف خط (Line Reactor) أو مرشّح توافقيات في جهة المحول.
• الألترنيترات التي تتوفر فيها إثارة بمولد مغناطيس دائم (PMG) تحافظ على تنظيم أكثر استقرارًا عند تشوّه الجهد.
• في المنشآت التي تغلب عليها أنظمة UPS ومحولات التردد، يجب التحقق من ضبط AVR ودقة القياس في وحدة التحكم أثناء التشغيل الأولي.

قائمة فحص لأحمال المحركات

• هل أُدرجت قدرة كل محرك وطريقة بدء تشغيله وترتيب تشغيله؟
• هل قورنت قيمة kVA الإقلاع لأكبر محرك بقيمة kVA الإقلاع في ورقة بيانات المجموعة؟
• هل حُدّد هبوط الجهد المقبول بحسب نوع الحمل؟
• هل الإقلاع المتزامن ضروري فعلًا، أم يمكن الإقلاع المتتابع؟
• هل قُيّمت حصة الأحمال المزودة بمحولات تردد من الحمل الكلي وأثرها التوافقي؟
• هل جرى التحقق بشكل منفصل من متطلبات المعيار المعني للمحركات الحرجة مثل مضخات الحريق؟

الخطوة التالية

يمكنكم رؤية التقدير الأولي فورًا بإدخال قائمة الأحمال في أداة حساب القدرة. وفي المشاريع التي تغلب عليها أحمال المحركات، إذا أرسلتم إلينا بيانات لوحات المحركات وترتيب تشغيلها مع طلب عرض السعر، نختار معكم هيكل الألترنيتر ووحدة التحكم في المجموعة وفقًا لهذه الأحمال. وللاطلاع على الطرازات المناسبة يمكنكم زيارة صفحتي المولدات المفتوحة والمولدات بكابينة عازلة للصوت.