تشكل المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور حجر الأساس لأغلب أنظمة الأتمتة الصناعية، حيث تحول الكهرباء إلى حركة ميكانيكية من خلال مبادئ الحث الكهرومغناطيسي. بالمقارنة مع البدائل أحادية الطور، توفر هذه المحركات خصائص أداء أفضل بفضل تركيبها المتوازن ثلاثي الطور، ما يؤدي إلى تشغيل أكثر سلاسة وتحسين مستويات الكفاءة. ولهذا السبب تُستخدم على نطاق واسع في معدات مثل المضخات والضواغط وأحزمة النقل داخل المرافق التصنيعية. وفقًا لبيانات حديثة من وكالة الطاقة الدولية (تقرير 2022)، فإن نحو 65 بالمئة من إجمالي الطاقة المستهلكة في القطاع الصناعي ناتجة عن تشغيل هذا النوع من المحركات. ولذلك، فإن جعلها تعمل بكفاءة ليس فقط ممارسة جيدة من الناحية التجارية للحد من فواتير الكهرباء، بل يلعب أيضًا دورًا كبيرًا في مساعدة أستراليا على تحقيق تلك الأهداف الطموحة المتعلقة بتخفيض انبعاثات الكربون التي يُتحدث عنها كثيرًا هذه الأيام.
تحدد معايير الأداء الحد الأدنى للطاقة (MEPS) في أستراليا متطلبات الكفاءة الدنيا لجميع المحركات الكهربائية المتوفرة في السوق المحلية. وتندرج هذه القواعد تحت قانون معايير الطاقة والغاز الدفيئي الحد الأدنى لعام 2012، الذي يوقف بشكل أساسي استخدام التصاميم القديمة والأقل كفاءةً في المحركات، وذلك كجزء من الجهود الأوسع لتقليل الانبعاثات الكربونية على مستوى البلاد. بدءًا من عام 2019، لم يعد يُسمح قانونيًا ببيع محركات من الفئة IE1 ذات القدرة فوق 0.75 كيلوواط. وقد دفع هذا المصنّعين والمشترين على حد سواء نحو خيارات أفضل مثل نماذج IE3 التي توفر كفاءة ممتازة، كما فتح المجال أمام إصدارات أكثر تقدمًا مثل IE4 عندما تسمح الميزانية بذلك. وأحدثت هذه التغييرات ضجة كبيرة في الصناعات التي تعتمد اعتمادًا كبيرًا على أنظمة المحركات.
تشمل لوائح MEPS المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور التي تُصنف بأكثر من 0.75 كيلو واط. وقد تم اختيار هذه النقطة الحدية لأنها تستهدف المحركات المستخدمة بشكل كبير في البيئات الصناعية، مع استبعاد معظم الأجهزة المنزلية والأجهزة الأصغر حجمًا. وتشكل هذه الفئة أكثر من 80٪ من إجمالي الطاقة المستهلكة بواسطة المحركات التجارية. وللوفاء بهذه المعايير، يجب على الشركات المصنعة تقديم وثائق اختبار تثبت أن منتجاتها تفي بمتطلبات الكفاءة وفقًا للمواصفات AS/NZS 60034.2-1:2019. وتساعد هذه الاختبارات في ضمان توافق المنتجات مع المعايير الدولية المعتمدة على نطاق واسع مثل معايير IEC 60034-30. ويُعدّ إنجاز هذه الوثائق أمرًا إلزاميًا تقريبًا لأي شخص يبيع محركات ضمن هذا النطاق من القدرة.
تندرج المحركات الكهربائية غير المتزامنة ثلاثية الطور في أربع فئات كفاءة مختلفة وفقًا للمعيار IEC 60034-30. تعني الفئة IE1 حاليًا الكفاءة القياسية، ولكن معظم الشركات المصنعة تجاوزتها بالفعل. أما الترقية إلى الفئة IE2 فتوفر ما يُعرف بالكفاءة العالية، حيث تقلل الخسائر في استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 15 و20 بالمئة مقارنةً بـIE1، وذلك بفضل استخدام مواد لب أفضل وطرق لف محسّنة. ومنذ أوائل عام 2019، تشترط اللوائح الأسترالية حد أدنى من الكفاءة يبلغ IE3 (الكفاءة المتميزة) لمعظم تطبيقات المحركات، مما يقلل الخسائر بنسبة تصل إلى 40% مقارنةً بالطرازات القديمة. ثم تأتي الفئة IE4 (الكفاءة الفائقة المتميزة)، التي توفر تحسنًا إضافيًا بنسبة 15-20% من خلال ميزات تصميم متطورة ومواد خاصة مثل الفولاذ غير المتبلور. ومع ذلك، لم يتم بعد اعتماد هذه المحركات من الفئة العليا على نطاق واسع بسبب أسعارها المرتفعة وخيارات التوريد المحدودة في العديد من الأسواق.
لتحقيق معايير IE3، عادةً ما يُدخل المصنعون عدة تحسينات هندسية. حيث يقومون بتحسين هندسة فتحات الثابتة والدوار لتقليل الفاقد المغناطيسي، واستخدام لفات نحاسية ذات توصيل كهربائي أعلى لتحسين الأداء الكهربائي، إضافة إلى تصنيع المكونات بدقة أكبر للحد من الاحتكاك. وتُظهر الاختبارات التي أجريت في مختبرات معتمدة من NATA نتائج مثيرة للإعجاب نسبيًا عند التحول من المحركات القديمة من نوع IE1 إلى الإصدارات الأحدث من نوع IE3، حيث توفر حوالي 6.8 تيرาวاط ساعة سنويًا على مستوى البلاد وفقًا لبيانات مجلس الطاقة النظيفة لعام 2023. ويستلزم الحصول على الشهادة اتباع المعيار AS/NZS 60034.2-1:2019، الذي يحدد متطلبات محددة بالنسبة لكفاءة هذه المحركات عند التشغيل بالحمل الكامل، إضافة إلى الحد الأقصى المسموح به لزيادة درجة الحرارة أثناء الاستخدام العادي.
في عام 2019، put an end إلى لوائح MEPS بيع محركات IE1 الجديدة التي تزيد قدرتها عن 0.75 كيلو واط عبر مختلف الصناعات، مما يعني التخلص من حوالي ربع تلك النماذج القديمة لا تزال متداولة (كما هو مذكور في نتائج وزارة تغير المناخ والطاقة لعام 2021). عندما تنتقل الشركات إلى محركات متوافقة مع IE3، فإنها عادة ما تسترد أموالها في فترة تتراوح بين 1.8 إلى 3.2 سنة. أما بالنسبة للمصانع التي تعمل على تشغيل آلات ثقيلة، فإن العائد على الاستثمار يحدث بشكل أسرع أحيانًا، وأقل من سنتين، لأن هذه المحركات الأحدث تستهلك كهرباء أقل بكثير بشكل عام.
على الرغم من أن محركات IE4 يمكن أن تصل إلى كفاءة 98.6% في ظروف خاضعة للرقابة مقارنة بـ 97.2% لمحركات IE3، إلا أن انتشارها الواسع يواجه ثلاث عقبات رئيسية:
لقد تغيرت المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور إلى حد كبير في الآونة الأخيرة بسبب حاجة الشركات المصنعة إلى الامتثال لمعايير MEPS الأشد صرامة في الوقت الراهن. يضم العديد من التصاميم الحديثة للمحركات الآن صفائح فولاذية ذات جودة أفضل، بالإضافة إلى دوارات نحاسية مصنوعة بدقة أعلى، مما يساعد على تقليل التيارات الدوامية وفقدان المقاومة المزعجة تلك. ويُظهر تقرير حديث من الوكالة الدولية للطاقة أن المحركات المتوافقة مع معايير IE3 تهدر بالفعل طاقة أقل بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20 بالمئة عند تشغيلها بوضع الخمول مقارنةً بالطرازات القديمة IE1. بالنسبة للمصانع التي تعمل بتشغيل محركات متعددة طوال اليوم، فإن هذا يعني توفير ما يقارب 4.8 مليون واط ساعة سنويًا لكل محرك، وفقًا للتقرير نفسه. وهذا النوع من الكفاءة يُحدث فرقًا حقيقيًا على المدى الطويل بالنسبة لمشغلي المصانع الذين يراقبون أرباحهم النهائية.
تتيح التطورات في النمذجة الحاسوبية تحسين المجالات الكهرومغناطيسية داخل لفات الثابت بدقة، مما يسمح بتحقيق كفاءة تتراوح بين 92٪ و95٪ حتى عند الأحمال الجزئية، وهي تقدّم مهم نظرًا لأن 63٪ من المحركات الصناعية تعمل بأقل من 75٪ من طاقتها. كما أن الإدارة المحسّنة للحرارة، بما في ذلك قنوات التبريد المجزأة والمحامل الخزفية الهجينة، تمدد عمر الخدمة دون التفريط في الامتثال للمعايير الدنيا لكفاءة الطاقة (MEPS).
عندما تُستخدم محركات السرعة المتغيرة مع المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور، فإنها تتيح إجراء تغييرات فورية على العزم والسرعة وفقًا لما يحتاجه النظام فعليًا. عادةً ما توفر هذه التشكيلة حوالي 22 إلى 35 بالمئة من تكاليف الطاقة للضواغط والمضخات. وقد وسّعت أحدث اللوائح معايير الأداء الحد الأدنى للطاقة لتشمل محركات أصغر تتراوح قدرتها بين 0.12 و0.75 كيلوواط. وكانت هذه المحركات ذات يوم السبب الرئيسي في هدر نحو تسعة بالمئة من الكهرباء عبر الصناعات. ووفقًا للبيانات الصادرة عام 2022، فإن الموديلات الأحدث ضمن هذا النطاق القوي تحقق بالفعل كفاءة تصل إلى المستوى IE3 مع ارتفاع تكلفتها الأولية بنسبة 7 إلى 12 بالمئة فقط. وتجد معظم الشركات أن استثمارها يُردّ له بسرعة كبيرة، وعادةً خلال حوالي ثلاثة عشر شهرًا عند احتساب الوفورات المستمرة.
يتماشى معيار أستراليا AS/NZS 60034.2-1:2019 الآن مع إجراءات اختبار المحركات وفق الإرشادات الدولية IEC 60034-2-1، ما يجعل قياسات فقد الكفاءة أكثر دقة بكثير. لقد انتهى الهامش القديم البالغ 10٪ عند تقدير الأداء في ظل الأحمال الجزئية. وتتطلب القواعد الجديدة إجراء اختبارات حمل كامل فعلي باستخدام إما تقنيات كميّة الحرارة أو المقارنة بين المدخلات والمخرجات. وعندما أجرى NECA فحصه في عام 2022، لاحظ شيئًا مثيرًا للاهتمام: أن الشركات المصنعة كانت تدّعي كفاءة أعلى بنسبة 5٪ تقريبًا تحت النظام القديم. وقد جعل هذا التغيير السوق بالتأكيد أكثر نزاهة، مما يمنح المستهلكين ثقة أكبر فيما يحصلون عليه فعليًا من هذه المحركات.
للحصول على موافقة MEPS، يجب أن تخضع المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور لتقييم دقيق:
يجب أن تحمل المحركات المعتمدة علامة "مطابقة لمعايير MEPS" ويجب دعمها بوثائق تثبت كفاءة IE3 أو أعلى. منذ عام 2020، أدت هذه الإجراءات إلى تقليل الواردات غير المطابقة بنسبة 27٪ (NECA 2023)، مما يعزز فعالية الإطار التنظيمي الأسترالي.
أي شخص يبيع أو يستورد محركات غير متزامنة ثلاثية الطور بقدرة تزيد عن 0.75 كيلوواط يجب أن يتأكد من أن منتجاته تحقق على الأقل معايير الكفاءة IE3. كما تتطلب القواعد أن تحتفظ الشركات بوثائق فنية مفصلة لمدة سبع سنوات كاملة وأن تكون مستعدة لإجراء عمليات تفتيش مفاجئة من قبل هيئة المعايير الدنيا للغازات الدفيئة والطاقة. إن الوقوع في هذه الحالة ليس مجرد أمر محرج، بل ينطوي أيضًا على مخاطر مالية جسيمة. وفقًا لبرنامج كفاءة استخدام معدات الطاقة، قد تواجه الشركات غرامات تصل إلى 430 ألف دولار إذا ثبت تقديمها ادعاءات كاذبة حول كفاءة المحركات. هذه العقوبات تكون قوية للغاية، خاصة عندما تحاول الشركات الترويج لمحركات أقل كفاءة على أنها تلبي معايير أعلى.
في أستراليا، يجب أن تحمل أي محركات خاضعة للتنظيم علامة MEPS تُظهر تصنيف كفاءتها الكهربائية (IE)، وتصنيف القدرة، والمعيار الاختباري المعمول به. عند شراء هذه المحركات، يُطلب من الموردين قانونيًا تسليم وثائق امتثال صحيحة إلى جانب نتائج اختبارات تتبع إرشادات AS/NZS 60034.2-1:2019. كما نشهد أيضًا تركيزًا أكبر على تتبع مصدر المحركات. وتتطلب العديد من الجهات الآن قواعد بيانات خاصة لتتبع معدلات الكفاءة من خلال أرقام تسلسلية فريدة. ويساعد ذلك في منع دخول المنتجات المزيفة إلى السوق. كجزء من هذا النظام، يجب على الشركات المصنعة بالفعل الاحتفاظ بسجلات حول كيفية تصنيع كل محرك لمدة لا تقل عن خمس سنوات كاملة بعد مغادرته منشآتها.
عندما تستبدل الشركات محركات IE1 القديمة بإصدارات أحدث من نوع IE3، فإنها عادةً ما تقلل من استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 7٪ إلى 10٪. أما الترقية إلى طرازات IE4 فتوفر نتائج أفضل مع وفورات تتراوح تقريبًا من 15٪ حتى 20٪. بالنسبة للمصانع التي تعمل فيها الآلات باستمرار لآلاف الساعات كل عام، فإن الترقية إلى IE3 تكون عادة مربحة بسرعة كبيرة، وغالبًا ما يسترد ثمنها في غضون أكثر من سنة إلى ما يقارب السنتين ونصف. خذ على سبيل المثال محركًا نموذجيًا بقدرة 75 كيلوواط يعمل باستمرار وبأسعار كهرباء حالية تبلغ حوالي 0.18 دولار أسترالي لكل كيلوواط ساعة. يمكن أن توفر الترقية إلى نموذج IE4 أكثر من ثماني آلاف دولار أسترالي سنويًا. هذا النوع من التوفير يعني أن معظم الشركات تسترد استثمارها في أقل من ثمانية عشر شهرًا، مما يجعل هذه الترقيات خيارات ذكية بيئيًا ومالياً في آنٍ واحد.
ما هي المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور؟
هي محركات تُستخدم في الأنظمة الصناعية وتستخدم الحث الكهرومغناطيسي لتحويل الكهرباء إلى حركة ميكانيكية. وتوفر كفاءة أفضل وتشغيلًا أكثر سلاسة مقارنة بالمحركات أحادية الطور.
ما هو إطار MEPS في أستراليا؟
يحدد MEPS الحد الأدنى من معايير الأداء للطاقة للمحركات الكهربائية لتعزيز الكفاءة وتقليل الانبعاثات الكربونية، بموجب قانون المعايير الدنيا للغازات الدفيئة والطاقة.
لماذا يُشترط استخدام محركات IE3 في أستراليا؟
تُطلب محركات IE3 لتحسين الكفاءة في استهلاك الطاقة وتقليل استهلاك الكهرباء، وذلك تمشيًا مع اللوائح الصادرة في عام 2019 التي تحظر بيع المحركات الأقل كفاءة من الفئة IE1.
لماذا يواجه اعتماد المحركات من الفئة IE4 صعوبات؟
تواجه محركات IE4 عقبات أمام الاعتماد نظرًا لارتفاع التكاليف الأولية، وتوفرها المحدود في بعض النطاقات القوية، وعدم وجود شرط MEPS يلزم بالامتثال.
EN
