طراحی و انتخاب موتور های الکتریکی
انواع صنایع در خطوط تولید مربوط به خود، به منظور جابجا کردن تجهیزات فرایند، همیشه نیازمند نصب انواع مختلفی از موتورها، به عنوان محرک اولیه هستند. این فرایند مداوم توسعه فنی، منجر به تولید انواع مختلفی از موتورهای الکتریکی شده است.
از این رو، باید دقتی حداکثری برای انتخاب مناسب‌ترین نوع موتور با در نظر گرفتن تعداد فاکتورهای فنی برای هر کاربرد، اعمال شود تا موتور بتواند عملکرد مطلوب و بهینه‌ای داشته باشد.
ویژگی‌های موتورها با طبیعت کاربرد آن‌ها و نوع وظیفه‌ای مورد انتظار برای اجرا، متغیر هستند. برای مثال، در کاربردهایی مانند سرعت ثابت، گشتاور ثابت، سرعت متغیر، کار (عمکلرد) پیوسته/متناوب، استارت تند/ناگهانی، استار/استاپ‌های متناوب و غیره باید در زمان تصمیم‌گیری، نوع موتور برای کاربردی بخصوص، به دقت در نظر گرفته شود.
علاوه بر این، از موتورها انتظار می‌رود تا اغلب در خلال عمر سرویس‌دهی خود، تحت شرایط غیرعادی عملکرد خوبی داشته باشند.
با توجه به موارد فوق، همیشه برای خریدار صنعتی، انتخاب نامناسب موتور انواع مختلفی از مشکلات را شامل خرابی زودرس موتور، ایجاد می‌کند، که باعث وقفه‌های زیاد در امر تولید می‌شود.
مشابه موردی که پیش‌تر بدان اشاره شد، سایر عوامل و ویژگی‌های طراحی مانند شرایط آب‌و‌هوایی، شرایط دشوار سیستمی، محیط‌های غیرعادی، نواحی پرخطر، چرخه کار، کارایی موتور و غیره، باید در زمان تصمیم‌گیری در مورد درجه‌بندی و متعاقبا برگزیدن خصوصیات فنی موتور، در نظر گرفته شوند.
شرایط و اثرات غیرعادی
شرایط غیرعادی رایج که در کار با موتورها پیش می‌آید، در ذیل ارائه شده اند.
- شرایط غیرعادی سیستم
ولتاژ
کمبود ولتاژ
اضافه ولتاژ
متعادل نبودن 3-فاز
قطع شدن یکی از فازها (موتور با دو فاز کار می‌کند)[1]
افزایش ناگهانی ولتاژ[2]
فرکانس
فرکانس پایین
فرکانس بالا
- شرایط غیرعادی عملیاتی
روتور قفل‌شده یا استاتور متوقف‌شده
روشن-خاموش‌شدن‌های متناوب
وقفه‌های لحظه‌ای
اضافه بار
اندازه نامناسب کابل
- شرایط محیطی
دمای محیطی بالا/پایین
ارتفاع بالا
رطوبت بالا
هوایی که موجب زنگ‌زدگی می‌شود
جو/محیط پرخطر
در معرض بخار/ هوای مملو از نمک/ بخار روغن قرا گرفتن
- مشکلات مکانیکی
یاتاقان‌های آسیب‌دیده
تسطیح ترازبندی/پایه نامناسب
تعمیر نامناسب کوپلینگ
لرزش بالای پایه
شوک خارجی ناشی از بار
- وضعیت مکانی
تهویه ضعیف
جمع‌شدن گرد و خاک
قرارگیری در معرض نور مستقیم خورشید
گرچه موارد غیرعادی مذکور ممکن است برای مدت زمان کوتاه یا طولانی غالب باشند یا به طور ذاتی گذرا باشند، تاثیر اصلی این شرایط غیرعادی، گرم شدن موتور و همچنین یک یا چندین مورد از اثرات زیر را در پی خواهد داشت.
تغییر در مشخصات عملکرد موتور مانند مصرف توان بیشتر و در نتیجه کاهش کارایی موتور و غیره.
افزایش فشارهای مکانیکی منجر به موارد زیر می‌شود:
قطع شدن شفت
آسیب به برآمدگی سیم‌پیچ
خرابی یاتاقان‌ها
خرابی عایق
افزایش دمای سیم‌پیچ استاتور و روتور منجر به موارد زیر می‌شود:
خرابی زودرس استاتور یا عایق روتور (برای موتور القائی با حلقه لغزان[3])
افزایش خطر آتش‌سوزی
شکستن میله روتور و/یا حلقه انتهایی (برای موتورهای قفس سنجابی[4])
در خلال دوره سرویس‌دهی، تمام موتورها با تعدادی از این شرایط غیرعادی مواجه می‌شوند. در نظرگرفتن شرایط غیرعادی مذکور در مرحله طراحی، به شدت به کمینه کردن تاثیرات شرایط غیرعادی، به منظور حفظ عملکرد پایدار، کمک می‌کنند.
ملاحظات طراحی
در ذیل به مهم‌ترین عوامل موردنیاز طراحی در زمان انتخاب یک موتور برای کاربردهای صنعتی متنوع، اشاره شده است.
دو محدویت اصلی برای انتخاب خروجی موتور عبارتند از:
- محدودیت مکانیکی
گشتاور ، گشتاور بیشینه‌ای است که موتور می‌تواند هنگام عملکرد (کار) بدون توقف تولید کند. این گشتاور یک عامل طراحی حیاتی در کاربردهای موتور، به خصوص برای موتورهایی که گه‌گاهی تحت شرایط بار بیش از حد قرار می‌گیرند، است.
- محدودیت الکتریکی به دلیل عایق قرار گرفته‌شده روی سیم‌پیچ‌های موتور
بار الکتریکی روی موتور را تا زمانی که عایق سیم‌پیچ قادر است در برابر افزایش دمای تعیین‌شده محیط برای آن رده خاص عایق، مقاومت کند، می‌توان به آن تحمیل کرد. عمر موتور به شدت به افزایش دمای سیم‌پیچ‌ها بستگی دارد.
طول-عمر پیش‌بینی‌شده موتور را می‌توان به واسطه فراهم کردن عملکرد در خروجی نامی بدون اضافه بار و همچنین فراهم‌سازی اقدامات تعمیر و نگهداری پیشگیرانه تعیین‌شده و عمل به آن‌ها به صورت دقیق، محقق ساخت.
سرعت موتور
بیشتر موتورها به طور مستقیم به وسیله متحرک متصل می‌شوند، که در این حالت سرعت موتور و وسیله متحرک[6] یکسان خواهد بود.
به منظور دستیابی به سرعت وسیله متحرک، تجهیزاتی مانند جعبه دنده، زنجیر یا تسمه، بین موتور و وسیله متحرک قرار می‌گیرند. در این مورد، فراهم کردن شفت روتور مناسب برای اتصال آن با دستگاه کاهش یا افزایش دهنده سرعت ممکن است ضروری باشد و از این رو مشخصات باید شامل چنین الزامات خاصی باشند.
درصورتی که برای تغییر سرعت از یک درایو سرعت متغیر استفاده شود، موتور باید برای این کاربرد بخصوص سازگار باشد. هنگامی‌که موتور استاندارد از طریق درایو با سرعت متغیر کار می‌کند، ممکن است عملکرد مطلوبی را از خود ارائه ندهد.
تغییرات ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه
تغییرات پارامترهای منبع تغذیه مانند ولتاژ و فرکانس، به طور قابل توجهی عملکرد کلی موتور را تحت تاثیر قرار می‌دهند. همانطور که در IS:325-1996 ارائه شده، تغییر ولتاژ مجاز، 5 تا 10درصد و تغییر فرکانس مجاز 50هرتز 3درصد و تغییر مجاز ترکیبی 6درصد است.
تاثیر کمبود ولتاژ از تاثیر اضافه ولتاژ جدی‌تر است.
گشتاور بیشتر، منتج‌شده از اضافه ولتاژ، می‌تواند تنها برای مدت زمان کوتاهی، اضافه بار کوچکی را بدون گرم شدن بیش از حد سیم‌پیچ، تحمل کند. کار گردن موتور در شرایط زیر ولتاژ (کمبود ولتاژ) جریان را در محدوده حدودی 20درصد برای هر 5درصد کاهش در ولتاژ تغذیه، افزایش می‌دهد و در نتیجه تلافات نامی مسی را افزایش می‌دهد.
این امر منجر به گرم شدن و افزایش دمای طولانی مدت و در نهایت سوختن سیم‌پیچ می‌شود. در خلال شروع به کار موتور، برای هر 5درصد کاهش ولتاژ تغذیه، گشتاور 10درصد کاهش می‌یابد و منجر به جریان راه‌اندازی بیشتر و در نتیجه گرم شدن سریع‌تر سیم‌پیچ می‌شود.
کارکرد موتور در اضافه ولتاژ یا کمبود ولتاژ، کاهش می‌یابد. عامل توان در ولتاژ بالا به شدت کاهش یافته و در ولتاژ پایین بهبود می‌یابد. حتی زمانی که بار سبکی روی موتور قرار دارد، اضافه ولتاژ، باعث افزایش ناگهانی جریان و دما و در نتیجه کاهش طول عمر موتور می‌شود. تغییرات +5درصدی فرکانس باعث کاهش 10درصدی گشتاور و بالعکس تغییرات -5درصدی فرکانس باعث افزایش 10درصدی گشتاور می‌شود.
بنابراین، در زمان خرید موتور، در نظر گرفتن ترکیب اثر تغییرات ولتاژ و فرکانس از اهمیت بالایی برخوردار است.
عدم تعادل ولتاژ تغذیه، منجر به عدم تعادل جریان 6 تا 10 برابری درصد ولتاژ نامتعادل می‌شود. این قضیه منجر به تولید جریان‌های توالی منفی در موتور و افزایش بسیار زیاد دما و خرابی زودرس موتور می‌شود.
بنابراین تعیین محدودیت‌های مجاز تغییرات پارامترهای منبع تغذیه برای موتور مطابق با الزامات (نیازهای) وسایل متحرک امری حیاتی است. با این حال، محدودیت‌های مجاز نباید بیش از استاندارد هندی قابل اعمال IS:325-1996 (مجددا در سال 2002 تاید شده است) باشد.
در آینده نزدیک این مطلب ادامه خواهد داشت.
پس
مطالب زیر را حتما مطالعه کنید
انواع روش های راه اندازی موتور سه فاز
