انتخاب موتورهای القایی برای کاربردهای صنعتی ( قسمت اول)

مقدمه ای بر موتورهای القایی //

همه انواع صنایع، همواره نیاز به نصب انواع مختلفی از موتورهای الکتریکی دارند تا به عنوان محرک اصلی برای فرایند تجهیزات راه اندازی موتور بکار گرفته شوند، که خط تولید مربوطه را شامل می شود.

روند مداوم توسعه تکنیکی منجر به دسترسی به انواع بسیار متنوعی از موتورهای القایی می شود.

از این رو، بیشترین توجه را باید در انتخاب مناسب ترین نوع موتور اعمال کرد و تعداد عوامل فنی برای هرکاربرد را در نظر گرفت.

بنابراین، موتور می تواند عملکرد مطلوب و مورد نظر را ارائه کند.

ویژگی های موتور به طور گسترده ای با ماهیت کاربردشان و نوع وظیفه ای که از آنها انتظار می رود متفاوت هستند.

به عنوان مثال، برنامه های کاربردی مانند

1. سرعت ثابت،
2. گشتاور ثابت،
3. سرعت متغیر،
4. وظیفه مداوم
5. متناوب
6. استارت پلکانی/ ناگهانی
7. استارت / توقف مکرر
   سرعت مورد نیاز و غیره باید در هنگام تصمیم گیری برای انتخاب نوعی از موتور برای یک برنامه خاص، در نظر گرفته شود.

علاوه بر این، لازم است که موتورها بتوانند تحت شرایط غیر طبیعی در طول عمر خود نیز کار کنند.

توصیه میشود برای درک بهتر نوع کاربرد و الگوریتم های راه اندازی مقاله فوق مطالعه شود: الگوریتم وکتور کنترل + نحوه عملکرد اینورتر

با در نظر گرفتن موضوع بالا، انتخاب نادرست موتور همیشه خریدار صنعتی را درگیر مشکلاتی همچون نارسایی زودرس موتور و قطع شدید روند تولید می کند.

روش های بررسی و تست موتور قبل از راه اندازی

مانند مواردی که در بالا به آن اشاره شد، تعدادی از عوامل دیگر و ویژگی های طراحی مانند:

• شرایط آب و هوا،
• شرایط سخت سیستم،
• محیط غیر طبیعی،
• منطقه خطرناک،
• سیکل وظایف موتور،
• بازده موتور، و غیره را باید در هنگام اتخاذ تصمیم در مورد نرخ و پس از آن، بیرون کشیدن مشخصات فنی موتور، حتما در نظر گرفت.

شرایط و اثرات غیر طبیعی

شرایط غیر طبیعی که موتور با آن مواجه می شود، در زیر آورده شده است:

1- شرایط سیستم غیر عادی

1- ولتاژ

1. ولتاژ پایین
2. اضافه ولتاژ
3. عدم تعادل در 3 فاز
4. تک فاز
5. موج ولتاژ

2- فرکانس

1. فرکانس پایین
2. فرکانس بالا

2- شرایط راه اندازی غیرعادی

1. روتور قفل شده یا روتور متوقف شده
2. ریسوئیچ مجدد / شروع و توقف مکرر
3. وقفه در لحظه / انتقال باس
4. اضافه بار
5. اندازه نامناسب کابل

3- شرایط محیطی

1. بالا / پایین بودن درجه حرارت محیط
2. ارتفاع بالا
3. رطوبت بالا
4. اتمسفر خورنده
5. جو/ محیط اطراف خطرناک
6. قرار گرفتن در معرض بخار / نمک، مملو از بخار روغن/هوا

4- مشکلات مکانیکی

1. یاطاقان های سایز بندی شده
2. تراز نادرست / تسطیح بنیاد
3. تعمیر یا کوپلینگ نادرست الکتروموتور القایی
4. نصب ارتعاش بالا
5. شوک خارجی ناشی از بار

5 – شرایط در محل

1. تهویه ضعیف
2. تجمع خاک
3. قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید

هر چند که اختلالات ذکر شده در بالا ممکن است برای مدت زمان کوتاه یا بلند باشد یا کلا ماهیتی گذرا داشته باشد، تأثیر عمده ی شرایط غیر طبیعی ذکر شده، بیش از حد گرم شدن موتور است که در کنار یک یا چند تا از اثرات دیگر که به شرح زیر هستند، قرار می گیرد:

تغییر در ویژگی های عملکرد موتور مانند کشیدن قدرت بیشتر و در نتیجه، وخیم شدن بازده موتور، و غیره را می توان نام برد.

افزایش در تنش های مکانیکی که منجر به:

1. بریدن شفت
2. آسیب به برآمدگی سیم پیچ
3. خرابی بلبرینگ
4. خرابی عایق

افزایش در دمای سیم پیچ استاتور و روتور منجر به:

1. نارسایی زودرس عایق استاتور و یا روتور (زخم روتور موتور)
2. افزایش خطر آتش سوزی
3. خرابی نوار روتور و/ یا حلقه انتهایی (موتور قفس سنجابی)

همه موتورها، در طول دوره خدمات خود، با تعدادی از این اختلالات برخورد می کنند.

در نظر گرفتن شرایط غیر طبیعی ذکر شده در مرحله طراحی می تواند تا حد زیادی به کاهش اثرات این شرایط غیر طبیعی، بمنظور حفظ عملکرد سازگار، کمک کند.

ملاحظات انتخاب در طراحی پروژه

موارد زیر جزو مهم ترین فاکتورهای طراحی یک پروژه هستند که لازم است هنگام انتخاب یک موتور برای هر یک از برنامه های کاربردی و صنعتی متنوع، در نظر گرفته شود.

خروجی در کیلو وات / اسب بخار

دو محدودیت اصلی برای انتخاب خروجی موتور وجود دارد:

1- محدودیت مکانیکی

گشتاور شکست، حداکثر گشتاوری است که یک موتور می تواند در هنگام انجام عملیاتی بدون تاخیر و توقف، تولید کند. این یک عامل مهم در طراحی برنامه های کاربردی موتور است، به خصوص برای موتورهایی که گاه به گاه در معرض شرایط بار شدید قرار می گیرند.

عامل مهم دیگر گشتاور قفل شده روتور است، که در واقع حداکثر گشتاوری است که موتور می تواند در هنگام راه اندازی با شروع از حالت پایدار ایجاد کند، و یکی از ویژگی های مهم برای طراحی درایوهای نوار نقاله است.

2- محدودیت الکتریکی ناشی از عایقکاری اعمال شده بر سیم پیچ موتور

بار الکتریکی تا زمانی می تواند بر موتور تحمیل شود که عایق سیم پیچ قادر به تحمل افزایش درجه حرارت تجویزی به بیش از درجه محیط، برای آن کلاس خاص از عایق باشد. طول عمر موتور بشدت به افزایش درجه حرارت سیم پیچ بستگی دارد.

پیش بینی طول عمر موتور می تواند به دست آید، به شرط آن که عملکرد موتور در خروجی اسمی خود، بدون اضافه بار باشد و اقدامات تعمیر و نگهداری پیشگیرانه ای که تجویز شده اند، به شیوه ای درست و اخلاقی دنبال شوند.

جریان های نشتی بلبرینگ

سرعت موتور

بسیاری از موتورها، به طور مستقیم با تجهیزات حرکتی همراه هستند که در آن، سرعت موتور و تجهیزات حرکتی یکسان خواهد بود.

به منظور برآورده نمودن سرعت تجهیزات حرکتی، دستگاه هایی مانند گیربکس، زنجیرها یا تسمه ها بین موتور و تجهیزات حرکتی تعریف می شوند.

در این مورد، ممکن است لازم باشد شافت روتور مناسب برای اتصال آن با دستگاه کاهش یا افزایش دهنده سرعت ارائه شود.

از این رو، این مشخصات باید شامل چنین الزامات خاصی باشد.

در صورتی که قرار است از یک درایو سرعت متغیر برای تغییر سرعت استفاده شود، موتور باید سازگار با این کاربرد خاص باشد.

ممکن است موتور استاندارد نتواند در هنگام عملیات از طریق اینورتر یا همان درایو سرعت متغیر، عملکرد مطلوبی را از خود ارائه دهد.

برای درک بهتر این موضوع مقاله فوق مطالعه گردد: راهنمای خرید و انتخاب اینورتر VFD

اینورتر ها قابلیت راه اندازی انواع الکتروموتورها با ولتاژ های مختلف و فرکانس های مختلف را دارند.

ولتاژ منبع تغذیه و تغییرات فرکانس

تغییرات در پارامترهای منبع تغذیه یا همان شبکه، یعنی ولتاژ و فرکانس، می توانند بطور قابل توجهی عملکرد کلی موتور را تحت تاثیر قرار دهند.

همانطور که در IS:325-1996 ارائه شده است، محدوده ولتاژ مجاز بین 5±  تا  10± درصد، و فرکانس مجاز 3 ± تا 50 درصد است و تغییرات ترکیبی مجاز  6± درصد است.

اثر افت ولتاژ و ولتاژ پایین بسیار جدی تر از اضافه ولتاژ است.

همچنین در حالت افت ولتاژ پایین و هم حالت اضافه ولتاژ، بهره وری موتور کاهش می یابد.

گشتاور بالاتر که ناشی از اضافه ولتاژ است، می تواند بدون گرم کردن غیر ضروری سیم پیچ، مقادیر اندک اضافه بار را کنترل کند. عملکرد مداوم در شرایط ولتاژ پایین، باعث افزایش حدودا 20 درصدی جریان، به ازای هر 5٪ کاهش در ولتاژ تامین شده، می شود و میزان کاهش مجاز مس را در سیم پیچ افزایش می دهد.

 این باعث افزایش حرارت بصورت طولانی مدت می شود در نهایت به سوختن سیم پیچ منجر می شود.

در طول راه اندازی موتور، میزان گشتاور به ازای هر 5٪ کاهش در ولتاژ تغذیه، به اندازه 10٪ کاهش می یابد،

که این باعث جریان بیشتر در شروع راه اندازی و در نتیجه، گرمایش سریع تر سیم پیچ می شود.

همچنین در حالت افت ولتاژ پایین و هم حالت اضافه ولتاژ، بهره وری موتور کاهش می یابد.

عامل قدرت با ولتاژ بالاتر به شدت افت می کند و با ولتاژ پایین تر بهبود می یابد.

حتی زمانی که موتور به آرامی بارگذاری می شود، اضافه ولتاژ باعث افزایش جریان و درجه حرارت و در نتیجه، کاهش عمر موتور را بهمراه دارد. تغییر 5+ درصدی در فرکانس، باعث کاهش 10 درصدی گشتاور می شود و بر عکس، یک تغییر 5- درصدی در فرکانس، باعث افزایش 10 درصدی میزان گشتاور می شود.

بنابراین، به نظر می رسد که با توجه به اثر ترکیبی و اجتناب ناپذیر تغییر در ولتاژ و فرکانس شبکه باید در هنگام خرید موتور مورد توجه قرار گیرد.

بهترین راهکار برای جلوگیری از این اتفاق نصب اینورتر و انتخاب اینورتر مناسب است.

عدم تعادل در ولتاژ تامین شده، منجر به جریان نامتعادل می شود که می تواند 6 تا 10 بار بیشتر از درصد ولتاژ نامتعادل باشد.

این موضوع به نوبه خود می تواند باعث ایجاد سلسله جریان های منفی در روتور شود که به خرابی زودرس و گرم شدن بیش از حد موتور منجر می شود.

یکی از اصلی ترین دلایل توصیه اکید مهندسین الکترومارکت به نصب اینورتر جلوگیری از تاثیر نوسانات ولتاژ ورودی در خروجی اینورتر و عدم تاثیر آن بر الکتروموتور القایی

بنابراین، مشخص نمودن حدود مجاز تغییرات در پارامترهای منبع تغذیه برای موتور، بگونه ای که در انطباق با الزامات تجهیزات حرکتی باشد، بسیار مهم و ضروری است.

با این حال، این حدود مجاز هیچگاه نباید بیشتر از مقادیر ارائه شده در استاندارد کاربردی ایندین باشد IS:325-1996. ( اصلاح مجدد در سال 2002).

ما به زودی این بحث را ادامه خواهیم داد…

گروه مهندسی الکترومارکت در خدمت شما است

مطالب الکترومارکت را در کانال تلگرام الکترومارکت دنبال کنید.