المحركات الصناعية الموفرة للطاقة: اختيار محركات IE3 و IE4 و IE5 ومحركات VFD و PMSM لمشاريع مصنعي المعدات الأصلية (OEM)

بالنسبة لمصنعي الآلات من البداية (OEM) ومشتري المشاريع الصناعية، أصبحت كفاءة المحركات متطلبًا من متطلبات المواصفات بشكل متزايد، بدلاً من أن تكون مجرد ترقية اختيارية. ولم تعد المسألة العملية تقتصر على مجرد استخدام محرك موفر للطاقة أم لا، بل ما هو مستوى الكفاءة وتقنية المحرك الأنسب للحمل الفعلي وساعات التشغيل ونطاق السرعة والسوق المستهدفة؟.

في شركة “ياودا موتور”، هذا هو السبب في أن مجموعة محركاتنا الصناعية لا تقتصر على «محرك واحد عالي الكفاءة». تشمل مجموعة منتجاتنا المحركات الحثية ثلاثية الطور من طرازات IE3 وIE4 وIE5، والمحركات ذات التردد المتغير، والمحركات الصناعية عالية القدرة، والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم. كل منها يلبي مزيجًا مختلفًا من متطلبات الكفاءة، وخصائص الحمل، ومتطلبات التحكم في السرعة.

بالنسبة للمشترين الذين يقارنون بين خيارات المحركات للمعدات الجديدة من المصنعين الأصليين أو للمشاريع الصناعية، فيما يلي الطريقة التي نوصي باتباعها عند اتخاذ القرار.

أصبح IE3 نقطة البداية، وليس نقطة النهاية

الاتجاه التنظيمي في الأسواق الصناعية الرئيسية واضح بالفعل. فقد أعلنت المفوضية الأوروبية أن المحركات ثلاثية الطور التي تقع ضمن النطاق المعمول به من 0.75 إلى 1,000 كيلوواط يجب أن تصل إلى مستوى كفاءة IE3، في حين يُشترط على المحركات التي تندرج ضمن فئات معينة تتراوح بين 75 و200 كيلوواط أن تستوفي معيار الكفاءة IE4 اعتبارًا من يوليو 2023. وتتضمن اللائحة أيضًا متطلبات الكفاءة لمحركات السرعة المتغيرة ومتطلبات المعلومات عند نقاط تشغيل المحركات المختلفة. المفوضية الأوروبية – متطلبات التصميم البيئي للمحركات الكهربائية.

وتسير الصين على نفس المنوال العام. GB 18613-2020 – القيم الدنيا المسموح بها لكفاءة الطاقة وقيم درجات الكفاءة للمحركات ولا يزال هذا المعيار هو المعيار الوطني الإلزامي الساري، وقد دخل حيز التنفيذ منذ يونيو 2021.

بالنسبة لشركة تصنيع المعدات التي تصدر منتجاتها إلى أسواق مختلفة، فإن هذا يعني أنه ينبغي أخذ كفاءة المحرك في الاعتبار خلال مرحلة تصميم المعدات، وليس بعد الانتهاء من تصنيع الآلة.

يسرد جدول الأداء المنشور لمحركاتنا الحثية YE3 من فئة الكفاءة IE3 طرازات بمقاسات الإطار H80–355 وبقدرات اسمية تتراوح بين 0.55 و315 كيلوواط للمعدات الصناعية العامة. وتستلزم مقاسات الإطار والقدرات الأخرى تأكيدًا خاصًا بالطراز. ويجب أن يستوفي الطراز المختار المواصفات المطلوبة للكفاءة والتصميم والاستخدام.

بالنسبة للمشاريع التي تتطلب مستوى أعلى من الكفاءة، فإن منتجاتنا محرك حثي ثلاثي الأطوار من النوع YE4 IE4 توفر منصة الكفاءة التالية. وفي الحالات التي تتجاوز فيها مواصفات المشروع أو هدف استهلاك الطاقة على مدار دورة الحياة هذه المعايير، فإن محرك حثي من طراز YE5 IE5 يوسع نطاق الكفاءة المتاحة.

النقطة المهمة بالنسبة للمشترين هي أن لا ينبغي التعامل مع IE3 وIE4 وIE5 على أنها ببساطة «جيد» و«أفضل» و«الأفضل». يعتمد الاختيار الصحيح على الغرض من الاستخدام والجوانب الاقتصادية للآلة بأكملها.

متى يكون الانتقال من IE3 إلى IE4 أو IE5 قرارًا تجاريًّا منطقيًّا؟

بالنسبة للمحرك الذي يعمل من حين لآخر فقط، قد يكون للفرق في سعر الشراء وزن أكبر في قرار الشراء. أما بالنسبة للمحرك الذي يعمل عدة آلاف من الساعات سنويًّا، فإن استهلاك الكهرباء يصبح أكثر أهمية بكثير على مدار دورة حياة المعدات.

وينطبق هذا بشكل خاص على المضخات والمراوح والضواغط وناقلات المواد وآلات الإنتاج التي تعمل بشكل مستمر. وفي هذه التطبيقات، ينبغي على المشترين مقارنة أربعة عوامل على الأقل قبل تحديد فئة كفاءة أعلى:

• ساعات التشغيل السنوية؛;
• الحمل الفعلي للمحرك بدلاً من الاكتفاء بالقوة المذكورة على اللوحة؛;
• تكلفة الكهرباء المحلية؛;
• العمر التشغيلي المتوقع للمعدات.

على سبيل المثال، قد يكون الانتقال من IE3 إلى IE4 ذا أهمية تجارية في خط إنتاج يعمل بشكل مستمر، لكنه أقل أهمية بكثير في آلة مساعدة تعمل لعدد محدود من الساعات كل أسبوع.

ولهذا السبب نفضل عادةً مراجعة قوة المحرك، والجهد الكهربائي، والتردد، وعدد الأقطاب، أو السرعة المطلوبة، ومدة التشغيل، والمعدات التي يتم تشغيلها بواسطة المحرك، ونمط التشغيل السنوي قبل التوصية بمستوى الكفاءة.

في حالة الأحمال المتغيرة، لا تمثل فئة كفاءة المحرك سوى نصف العوامل المؤثرة في اتخاذ القرار

من الأخطاء الشائعة في مجال المشتريات التركيز بشكل مفرط على كفاءة استهلاك الطاقة مع تجاهل الطريقة التي تعمل بها المعدات فعليًّا.

قد تستخدم المضخة أو المروحة أو الضاغط محركًا من فئة IE4، لكنها تظل تعمل بكفاءة منخفضة إذا كانت العملية تتطلب في كثير من الأحيان طاقة أقل من الطاقة القصوى، وكان النظام يتحكم في السعة عن طريق الخنق الميكانيكي أو أي طريقة أخرى غير مناسبة.

تُشير وكالة الطاقة الدولية إلى أن تحديث أنظمة المحركات وزيادة استخدام محركات السرعة المتغيرة يُعتبران من التدابير المهمة لتحقيق كفاءة الطاقة في القطاع الصناعي، لا سيما في التطبيقات ذات الأحمال المتغيرة. الوكالة الدولية للطاقة – كفاءة الطاقة 2025: القطاع الصناعي.

بالنسبة لهذا النوع من الاستخدام، يسرد جدول الأداء المنشور لسلسلة YVF2 طرازات بمقاسات الإطار H200–355 وبقدرات اسمية تتراوح بين 18.5 و315 كيلوواط. وتستلزم مقاسات الإطار والقدرات الأخرى لسلسلة YVF2 تأكيدًا خاصًا بالطراز. وهذه السلسلة مخصصة للمعدات الصناعية التي تتطلب تشغيلًا بسرعة قابلة للضبط.

بالنسبة لأنظمة الدفع الأكبر حجمًا، فإن منتجاتنا محرك YVF3 H355–450 ذو التردد المتغير تتراوح بين 132 و900 كيلوواط تقريبًا.

ومن منظور المشروع، يتغير السؤال بالتالي من:

“هل يجب أن نحدد IE3 أم IE4؟”

إلى:

“هل هذا تطبيق ذو حمل ثابت، أم أن التحكم في سرعة المحرك وفقًا لمتطلبات العملية الفعلية يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة أكثر من مجرد تغيير فئة الكفاءة وحدها؟”

ويكتسب هذا التمييز أهمية كبيرة في المضخات والمراوح والضواغط ومعدات المعالجة التي تتسم بظروف تشغيل متغيرة.

أين يُستخدم المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم؟

هناك خيار آخر يتم تقييمه بشكل متزايد في مشاريع المحركات عالية الكفاءة، وهو محرك متزامن ذو مغناطيس دائم.

شركتنا محرك متزامن ذو مغناطيس دائم من طراز TYP يتراوح نطاقه بين 0.75 و355 كيلوواط تقريبًا، وهو مصمم للتطبيقات الصناعية التي تعمل بمحركات ذات تردد متغير (VFD).

لا نوصي باستخدام المحركات ذات المغناطيس الدائم (PMSM) كبديل شامل للمحركات الحثية ثلاثية الأطوار. وينبغي أن يستند القرار إلى ما إذا كان التطبيق يمكنه الاستفادة عمليًّا من كفاءتها وخصائصها المتعلقة بالسرعة المتغيرة.

بالنسبة للآلات التقليدية ذات السرعة الثابتة، حيث تُعد البساطة وسهولة الصيانة وسهولة الاستبدال من الأولويات، قد يظل المحرك الحثي من فئة IE3 أو IE4 هو الحل الأكثر عملية.

بالنسبة للمعدات التي تعمل لساعات طويلة سنويًّا، أو التي تتطلب سرعة متغيرة، أو التي تستهدف تحقيق هدف طموح في استهلاك الطاقة على مدار دورة حياتها، يصبح محرك PMSM خيارًا أكثر ملاءمةً للتقييم.

بالنسبة لمشتري المعدات الأصلية (OEM)، يُعد هذا التمييز مهمًا لأن التحول من محرك الحث إلى محرك المغناطيس الدائم قد يؤثر أيضًا على تكوين نظام الدفع، واستراتيجية التحكم، وتصميم المعدات. ولذلك، ينبغي أخذ هذا الأمر في الاعتبار أثناء مرحلة التصميم الهندسي، بدلاً من التعامل معه على أنه استبدال للمحرك في اللحظة الأخيرة.

تحتاج المحركات عالية القدرة إلى طريقة مختلفة لحساب الكفاءة

تزداد أهمية الجوانب الاقتصادية بشكل أكبر مع ارتفاع قوة المحرك.

شركتنا المحرك الكهربائي عالي القدرة YE3 H355–450 يتراوح نطاق القدرة بين 160 و1,000 كيلوواط تقريبًا للمعدات الصناعية الكبيرة، في حين توفر منصة YVF3 تشغيلًا بتردد متغير للتطبيقات عالية القدرة.

عند مستويات الطاقة هذه، لا ينبغي أن تستند قرارات الشراء فقط إلى سعر المحرك لكل كيلوواط. بل يجب على المشتري تقييم نقطة التشغيل المتوقعة، وساعات التشغيل السنوية، وطريقة التشغيل، وتقلب الحمل، وما إذا كان تنظيم السرعة مطلوبًا أم لا.

إن المحرك عالي القدرة الذي يعمل بشكل مستمر بالقرب من حمل التصميم الخاص به يمثل حالة كفاءة مختلفة عن المحرك ذي التصنيف المماثل الذي يقضي معظم وقت تشغيله في ظل انخفاض الطلب على العملية.

وبالنسبة للمضخات الكبيرة والمراوح والضواغط وناقلات المواد والآلات الصناعية الثقيلة، نوصي بالتالي بالتأكد من الملف التشغيلي الفعلي قبل الانتهاء من تهيئة المحرك ونظام التحكم.

كيف نختار محركًا موفرًا للطاقة لمشروع أحد مصنعي المعدات الأصلية

في معظم مشاريع تصنيع المعدات الأصلية (OEM) والمشاريع الصناعية، لا نبدأ عملية اختيار المحرك بطلب من العميل الاختيار بين معايير IE3 أو IE4 أو IE5 أو محركات PMSM. بل نبدأ بالآلة نفسها.

تشمل المعلومات التي تؤثر عادةً على توصياتنا ما يلي:

بمجرد توضيح هذه المعايير، يصبح مقارنة خيارات المحركات أسهل بكثير.

قد تكون الآلة القياسية من نوع OEM مناسبة تمامًا لمحرك YE3 IE3. أما الآلة التي تعمل بشكل مستمر، فقد تستدعي استخدام محرك من فئة YE4 أو YE5. وقد تستفيد المضخة أو المروحة التي تتعرض لتقلبات كبيرة في الحمل بشكل أكبر من حل التردد المتغير YVF. أما المشروع الذي يتطلب كفاءة عالية إلى جانب التشغيل بسرعة متغيرة، فقد يستدعي تقييم منصة TYP PMSM.

الاتجاه المتبع في شراء المحركات الصناعية واضح

يتجه سوق المحركات الصناعية نحو تحقيق كفاءة أعلى، لكننا لا نتوقع أن تتجه جميع التطبيقات نحو تقنية محركات واحدة.

بدلاً من ذلك، سيضطر المشترون بشكل متزايد إلى الاختيار بين المحركات الحثية من طرازات IE3 وIE4 وIE5، والمحركات ذات التردد المتغير، والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم وفقًا للظروف الاقتصادية الفعلية لتشغيل المعدات.

ويأتي ذلك أيضًا في إطار التوجه السياسي الأوسع نطاقًا خارج الصين. فقد اعتمدت وزارة الطاقة الأمريكية في عام 2024 معايير جديدة ومعدلة لتوفير الطاقة فيما يتعلق بالمحركات الكهربائية ذات النطاق الموسع، مما يعزز الاتجاه الدولي الأوسع نطاقًا نحو أنظمة محركات صناعية أكثر كفاءة. وزارة الطاقة الأمريكية – معايير المحركات الكهربائية ذات النطاق الموسع.

بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية والموزعين ومشتري المشاريع الصناعية، فإن هذا يجعل مرحلة تحديد مواصفات المحرك أكثر أهمية. فقد أصبح اختيار المحرك المناسب يمثل بشكل متزايد توازنًا بين فئة الكفاءة، ومتطلبات التحكم في السرعة، وساعات التشغيل، وحمل المعدات، وتكلفة الكهرباء على مدار دورة الحياة بدلاً من الاكتفاء بمقارنة سعر الشراء وحده.