الکتروموتور

راهنمای انتخاب الکتروموتور

راهنمای انتخاب الکتروموتور

پارامترهای اصلی برای انتخاب الکتروموتور:

مصرف کننده های انرژی الکتریکی AC به دو دستۀ تک فاز و سه فاز تقسیم می شوند و موتورها هم از این دسته بندی مستثنی نیستند. معمولاً موتورهای الکتریکی تک فاز برای توانهای کمتر از ۵ اسب بخار ساخته می شوند و موتور های قوی تر از ۴ کیلووات سه فاز هستند. البته برای توان های بیش از ۳۰۰ کیلووات ، از آنجا که جریان موتور در ولتاژ ۴۰۰ ولت بسیار بالا می رود و پیچیده شدن طراحی و افزایش قیمت را در پی دارد، از این توان بالاتر معمولاً ولتاژکاری به ۲۳۰۰ ، ۴۱۶۰ ، ۶۶۰۰ و حتی ۱۱۰۰۰ ولت افزایش می یابد که در ایران ولتاژهای ۳۰۰۰، ۳۳۰۰، ۶۰۰۰ و ۶۶۰۰ ولت برای موتورهای ولتاژ بالا معمول تر است. در انتخاب الکتروموتور باید به تعداد فاز و ولتاژکاری الکتروموتور در سربندی مثلث و ستاره توجه کافی داشت.

الکتروموتورهای همه منظورۀ AC برای سرعت چرخش های مشخصی طراحی می شوند که این سرعت چرخش به فرکانس برق شبکه توزیع نیرو و تعداد قطب های الکتروموتور وابسته است. فرکانس برق در شبکه توزیع ایران ثابت و۵۰ هرتز است، پس پارامتر تعیین کننده در سرعت چرخش الکتروموتور تعداد قطب های الکتروموتور خواهد بود. به طور معمول الکتروموتورهای همه منظوره با تعداد قطب های۴،۲ و۶ تولید می شوند که سرعت سنکرون یا همنوای این الکتروموتورها مطابق با رابطۀ ۱۲۰f/p که در آن f فرکانس شبکه و P تعداد قطب(بصورت تکی و نه جفت قطب) می باشد برای موتور ۲ قطب، ۳۰۰۰ دور در دقیقه، برای موتور ۴ قطب، ۱۵۰۰ دور در دقیقه و برای موتور ۶ قطب، ۱۰۰۰ دور در دقیقه به دست می آید. لازم به توضیح است که الکتروموتور های ۴ قطب یا ۱۵۰۰ دور در دقیقه بیشترین کاربرد را در مصارف عمومی دارند.

الکتروموتورها برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و در واقع انجام کارمکانیکی تولید می شوند. به همین دلیل باید میان کار درخواستی  از الکتروموتور و توان الکتروموتور رابطۀ مناسبی برقرار باشد. معمولاً برای در نظر گرفتن تلفات در سیستم مکانیکی و همینطور اطمینان از عملکرد الکتروموتور در شرایط مختلف ضرایبی در نظر میگیرند که باعث می شود الکتروموتور انتخابی توان بالاتری نسبت به توان مورد نیاز مکانیکی داشته باشد،اما باید توجه داشت که تفاوت زیاد میان توان خروجی الکتروموتور و مصرف کننده میتواند تبعاتی در زمینۀ عدم امکان تنظیمات مناسب برای حفاظت الکتروموتور و همچنین بزرگ شدن بی دلیل الکتروموتور و افزایش بی مورد هزینه را درپی داشته باشد و قدرت بیش از %۲۰ افزون بر قدرت مورد نظر مکانیکی در مصارف عادی توصیه نمی شود. باید توجه داشت که قدرت مندرج روی پلاک نامی موتورها قدرت تحویلی روی شفت می باشد و با توجه به تلفات داخلی الکتروموتورها ، توان ورودی الکتریکی بیش از توان خروجی آن است و باید در طراحی ها به آن توجه داشت.

ابعاد موتورهای مصرفی در ایران و بیشتر نقاط جهان معمولاً بر اساس استاندارد IEC-60072 ارائه می گردد.

در این استاندارد مهمترین ویژگی ابعادی موتور که عبارت از فاصلۀ مرکز شفت موتور از زمین برحسب میلیمتر می باشد تحت عنوان فریم سایز معرفی می گردد و در ابعاد مشخّصی طبقه بندی شده است. به طور تقریبی هر فریم استاندارد نسبت به فریم استاندارد کوچکتر از خود ۱۲% بزرگتر شده است و مابین دو فریم استاندارد، سایز استانداردی وجود ندارد و هیچکدام از اندازه ها شامل کسری از میلیمتر نیست و به میلیمتر گرد شده اند و اولین سایز برای موتور صنعتی ۶۳ می باشد.

معمولا به غیر از ارتفاع مرکز شفت از زمین که با H نمایش داده می شود، فاصلۀ مرکز نزدیکترین سوراخ پایه به پیشانی موتور که در واقع محل اتّصال شفت به بدنۀ موتور می باشد (و در انگلیسی البته آن را به شانۀ موتور می شناسند) نیز اندازۀ مشخص و از پیش تعریف شده ای است که آن را با C نمایش می دهند. البته همۀ موتورها دارای پایه نیستند و نصب بعضی از موتورها به وسیلۀ فلنج یا با استفادۀ توأمان از پایه و فلنج است.

مطابق با استاندارد DIN EN50347 برای هر فریم سایز موتور الکتریکی، توان متناسبی در نظر گرفته شده است و به این ترتیب مشخص است که الکتروموتور با توان نامی مورد نظر در چه فریم سایز یا سایزهایی تولید می شود، اما این استاندارد تنها شامل موتورهای نهایتاً تا ۱۳۲ کیلو وات و فریم سایز ۳۱۵ میباشد. برای توانهای بالاتر و فریم های بزرگتر، عرف بازار و یا سفارش های اختصاصی تعیین کننده توان وسایز موتور است.

بارهای مکانیکی دارای خصوصیت های متفاوتی هستند و به همین دلیل هر الکتروموتوری با وجود متناسب بودن توان آنها بار مکانیکی ، برای هر کاربردی مناسب نیست . در حالت عادی از ضریب گشتاور در سرعت زاویه ای توان به دست می آید بنابراین تقسیم توان بر سرعت، زاویه ی گشتاور را به دست می دهد. اما این رابطه برای الکتروموتورها که دارای رفتار دینامیکی هستند در شرایط غیرنامی به نتایج رضایتبخشی نمیرسد. به همین دلیل برای الکتروموتورها نه تنها گشتاورنامی ارائه می شود که منحنی تغییر گشتاور نسبت به سرعت نیز ارائه می گردد. یکی از نقاط مهم در منحنی گشتاور –سرعت ، گشتاور اولیه یا گشتاور راه اندازی می باشد.مطابق با استانداردIEC60034-1   طراحی موتورهای سه  فاز القایی قفس سنجابی بر اساس شکل منحنی گشتاور-سرعت بر پنج نوعD,H,N,HY,NY  تقسیم می گردد.

در طراحی N که معمولی ترین نوع طراحی برای الکتروموتور های سه فاز القایی می باشد گشتاور راه اندازی یا گشتاور روتور قفل شده از بیشینه  گشتاور موتور که به آن گشتاور شکست می گوییم کمتر است .در این حالت گشتاور راه اندازی و جریان راه اندازی معمولی و لغزش کم است.

در طراحی H گشتاور راه اندازی نسبت به طراحی N افزایش می یابد، اما رفتار موتور پس از راه اندازی چندان با طراحی N متفاوت نیست. البته در این نوع طراحی ممکن است گشتاور شکست نسبت به طراحی N افزایش داشته باشد.

در طراحیD موتور بیشترین گشتاورش را در لحظه راه اندازی یا با روتور قفل شده دارد و لغزش در این موتورها به شکل چشمگیری افزایش می یابد.کاربرد این موتورها بیشتر در دستگاه های پرس و بعضی بالابرها که نیاز به گشتاور اولیه چشمگیری دارند می باشد.

طراحی NY به طراحی N بسیار نزدیک است با این تفاوت که این طراحی بیشتر برای موتورهای دارای راه اندازی ستاره-مثلث کاربرد دارد. در این نوع طراحی در اتصال ستاره ، گشتاور اولیه حداقل یک چهارم گشتاور اولیه در طراحی N است.

طراحیHY به طراحی H بسیار نزدیک است . با این تفاوت که این طراحی بیشتر برای موتورهای دارای راه اندازی ستاره-مثلث کاربرد دارد. در این نوع طراحی در اتصال ستاره، گشتاور اولیه حداقل یک چهارم گشتاور اولیه در طراحی  Hاست.

در نهایت ممکن است این طراحی های گوناگون بازهم مناسب راه اندازی بارهای خاصی نباشد و نیاز باشد که سرعت و گشتاور برای مصرف خاصی متفاوت با سرعت و گشتاور طراحی شده برای موتور باشد که در این شرایط گیرباکس به عنوان یک راه حل می تواند مورد بررسی قرار بگیرد.

انواع محفظه و خنک کاری موتورها:

(Totally Enclosed Fan cooled)TEFC:

محفظۀ کاملا بسته با خنک کاری به وسیله فنی که با شفت روتور کوپل شده است. این نوع موتورها به وسیله ی کد IC411 شناخته می شوند.

(Totally Enclosed, closed air circuit air cooled)TECACA:

محفظۀ کاملا بسته و خنک کاری به وسیلۀ هوا با فن مدار بسته.
در این نوع محفظه ،استاتور کاملا بسته است و خنک کاری به وسیله ی فنی که مستقل از شفت روتور است انجام میگیرد. این نوع موتورها به وسیلۀ کد IC611 شناخته می شوند.

(Totally enclosed , closed air circuit , water cooled)TECACW:

محفظه کاملا بسته، خنک کاری به وسیلۀ آب با فن مدار بسته.

در این نوع محفظه، استاتور کاملاً بسته است و خنک کاری به وسیلۀ مدار بستۀ مسیر آب در اطراف استاتور که حرارت جذب شده را به وسیلۀ فن مستقل از شفت با محیط تبادل می کند انجام میگیرد. این نوع موتورها به وسیله ی کد IC81W شناخته میشوند.

(OPEN DROP PROOF)ODP:

محفظۀ استاتور این الکتروموتورها دارای شیار است و از طریق تبادل حرارت با هوای اطراف خنک کاری انجام میشود اماشکل محفظه به نحوی است که از نفوذ قطرات آب به داخل جلوگیری می کند. این نوع موتورها به وسیله ی کد IC01 شناخته می شوند.

به طور کلّی جنس بدنۀ اکثر موتورهای صنعتی بزرگ را آلیاژهای آهن و چدن تشکیل می دهد. آلومینیوم به عنوان فلزی سبک و شکلپذیر گزینۀ مناسبی برای ساخت الکتروموتورهای کوچک یا حتّی بزرگی است که در معرض برخورد ضربه و تنش مکانیکی قرار ندارند. مزیت استفاده از آلومینیوم علاوه بر سبک سازی بدنه، کاهش قیمت محسوس قیمت الکتروموتور در حدود ۲۰ درصد است. نباید فراموش کرد که آلومینیوم نمی تواند به عنوان جنس بدنۀ موتورهای ضد انفجار یا موتورهای مناسب برای شرایط کاری سخت مورد استفاده قرار بگیرد.

استیل ضد زنگ هم در بعضی مصارف خاص که مجاورت با موارد خورنده امکان استفاده از دیگر آلیاژها را با سختی مواجه می سازد مورد استفاده قرار بگیرد اما ماشین کاری و جوشکاری سخت استیل و همینطور بالاتر بودن قیمت مواد اوّلیه تأثیر به سزایی در قیمت تمام شدۀ اینگونه موتورها می گذارد

حرارت در تجهیزات الکترومکانیکی نقش اساسی در تعیین عمر عایق ها بازی می کند.به همین دلیل عایق ها براساس میزان حرارت قابل تحملشان در کلاس های مختلفی طبقه بندی می شوند و مورد استفاده قرار می گیرند.کلاس های عایقی مطابق استاندارد IEC60085 به قرار زیر است:

دمای قابل تحمل

کلاس عایقی

۹۰

Y

۱۰۵

A

۱۲۰

E

۱۳۰

B

۱۵۶

F

۱۸۰

H

۲۰۰

N

۲۲۰

R

 

کلاس حرارتی به این معنی نیست که در صورت افزایش محدود درجه حرارت نسبت به دمای قابل تحمل در کلاس حرارتی، عایق استفاده شده بلافاصله آسیب می بیند، بلکه استفاده طولانی مدت مثلا در ۱۰ درجه سانتیگراد بالاتر از دمای قابل تحمل کلاس حرارتی موجب کاهش طول عمر موتور به نصف عمر عادی آن می گردد.

بازده یا بهره وری نمایانگر این است که چه اندازه یک تجهیز در تبدیل انرژی ورودی به انرژی مطلوب خروجی کارامد است. در  بحث موتورهای الکتریکی، نسبت نیروی مکانیکی ارائه شده روی شفت موتور به انرژی الکتریکی ورودی معرّف بازده یا بهره وری است. معمولاً بازده موتورها با توان بالای ۱۵ کیلووات در بار نامی  بالاتر از ۹۰% است، اما باید توجه داشت که در یک موتور ۲۵۰kW، هر یک درصد افزایش بهره به معنی ۲.۵KW تلفات کمتر است که نه تنها در هزینۀ برق مصرفی تاثیرگذار است که تأثیر قابل توجّهی روی پایین آمدن دمای کاری و پیر شدن تجهیزات و افزایش عمر آنها دارد.

مطابق با استاندارد IEC ، بازده موتورها در چهار گروه طبقه بندی می گردد.

IE1 یا بازده استاندارد که کمترین بازده قابل پذیرش یک موتور استاندارد می باشد و بازده کمتر از آن امکان اخذ استاندارد را ندارد.

IE2 یا بازده بالا که نسبت به موتورهای دستۀ IE1 دارای بازده بالاتری هستند

IE3 یا بازده برتر که این دسته از موتورها حتّی نسبت به موتورهای IE2 نیز بازده بالاتری دارند

IE4 یا بازده فوق العاده که بالاترین بازده استاندارد شده برای موتورهای الکتریکی می باشد

تصویر زیر برگرفته از الزامات استاندارد IEC/EN 60034-30-1:2014 برای کلاسهای انرژی مختلف است.

IEC-60034-30-1 Electric Motor Efficiency Graph

علاوه بر این موارد عمومی، برای انتخاب موتورهای ضد انفجار پارامترهای دیگری نیز باید در نظر گرفته شوند که در صفحۀ آشنایی با زون های حفاظتی و انواع حفاظت ضد انفجار تعدادی از آنها تشریح شده اند

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *