همه چیز درباره الکتروموتورهای صنعتی

الکتروموتور ها ممکن است رایج ترین دستگاه مورد استفاده در صنعت نباشد، ولی بی شک یکی از مهم ترین آن ها به شمار می روند. کتاب های بسیاری در مورد موضوع الکتروموتور ها نوشته شده اند،

واژنامه اصطلاحات رایج الکتروموتور

در ادامه، واژه نامه ای از برخی اصطلاحات بسیار رایج مرتبط با موتورهای الکتریکی آمده است:

جریان بار کاملAmps : میزان جریانی که انتظار می رود تحت شرایط بار کامل (گشتاور) توسط الکتروموتور کشیده شود، جریان بار کامل نامیده می شود. جریان بار کامل به عنوان جریان اسمی نیز شناخته می شود.

جریان روتورقفل: جریان روتور قفل که از آن به عنوان شروع هجومی نیز یاد می شود، میزان جریانی است که می توان انتظار داشت در بدو راه اندازی(که ولتاژ کامل می شود)،توسط الکتروموتور کشیده شود.

جریان ضریب سرویس: مقدار جریانی است که الکتروموتور در زمانی که در معرض درصدی از بیش باری برابر با ضریب سرویس نامی خود قرار گیرد،خواهد کشید.

برای مثال، بسیاری از موتورها دارای ضریب سرویس 15/1 هستند که موتور می تواند 15 درصد اضافه باری را تحمل کند. شدت جریان ضریب سرویس،میزان جریان است که الکتروموتور تحت شرایط بار ضریب سرویس خواهد کشید.

Code Letter : نشانگر میزان جریان هجومی یا روتور قفل مورد نیاز الکتروموتور در هنگام شروع به کار آن می باشد.

Desing Letter : نشان دهنده شکل منحنی سرعت گشتاور، مانند آن چه توسط انجمن ملی تولید کنندگان لوازم برقی (NEMA) تعریف شده است، می باشد. شکل 4-49 شکل معمول Design letter  سه فاز A,B,CوD را نشان می دهد.

طرح B موتور استاندارد با کاربری صنعتی را نشان می دهد که دارای مقدار معقول گشتاور و میزان جریان متوسط راه اندازی و عملکرد کلی مناسب برای اغلب کاربردهای صنعتی می باشد.

سایر طراحی ها تنها در کاربرد های نسبتا تخصصی مورد استفاده قرار می گیرند. موتور های طرح A معمولا مشخصه سازی نمی شوند، اما موتور های تخصیص یافته به کاربردهای قالب ریزی تزریقی دارای مشخصه هایی مشابه طرح A  می باشند.

مهم ترین ویژگی طرح A ، گشتاور خروجی بالای آن می باشد. طرح C  مربوط به موتوری با گشتاور شروع بالا می باشد که معمولا به بارهای با شروع سخت مانند نوار نقاله که در شرایط سخت کار می کنند، محدود می شود.

طرح D که موتورلغزش بالا نیز نامیده می شود، معمولا درکاربرد های مانند جرثقیل ها، بالابر ها و پرس های ضربه ای کم سرعت که در آن ها گشتاور شروع شروع بالا به همراه جریان شروع پایین مطلوب است، مورد استفاده قرار می گیرد.

به طور کلی،بازده موتور های طرح D دربار کامل نسبتا ضعیف بوده و بنابراین، معمولا از آن ها درکاربردهایی استفاده میشود که مشخصه های گشتاوراز اهمیت زیادی برخوردار است.

راندمان: راندمان، درصدی از توان ورودی است که در واقع به کار خروجی از محور الکتروموتور تبدیل می شود. مقدار راندمان بر روی بدنه ی اغلب الکتروموتور های الکتریکی تولید داخلی ذکر می شود.

اندازه‌ی قاب: موتورها در سایزهای فریم گوناگون و مطابق با کاربردهای موردنیاز به بازار عرضه می‌شوند. به‌طورکلی، با افزایش توان اسب بخار و یا کاهش سرعت، اندازه قاب بزرگ‌تر می‌شود.

NEMA  به‌ منظور استاندارد تعیین می‌کند. برای مثال موتوری با اندازه‌ی فریم  56 همیشه محوری با ارتفاع 2/1 3 اینچ (از پایه) خواهد داشت (بخش XVI.E).

 فرکانس: فرکانسی است که الکتروموتور برای حل آن طراحی می‌شود. فرکانسی که اغلب در ایالات‌متحده وجود دارد ، 60 سیکل است اما در سطح بین‌المللی، فرکانس‌های دیگری مانند 50 سیکل را نیز می‌توان یافت.

سرعت بار کامل: نشان‌دهنده‌ی سرعت تقریبی موتور درزمانی است که گشتاور خروجی یا توان اسب بخار کامل را ارائه می‌دهد.

بار اینرسی بالا: بارهایی است که اثر چرخ طیار نسبت بالایی دارند فن‌های بزرگ، دمنده‌ها، پرس‌های ضربه‌ای، سانتریفوژ ها، ماشین‌های لباس‌شویی تجاری و دیگر انواع  بارهای مشابه می‌توانند به‌عنوان بارهای اینرسی بالا طبقه‌بندی شوند.

کلاس عایق‌بندی: کلاس عایق‌بندی، معیاری از  مقاومت قطعات عایق الکتروموتور در مقابل تخریب در اثر حرارت هست. چهار نوع طبقه‌بندی اصلی عایق‌بندی در الکتروموتورها استفاده می‌شود.

این کلاس‌ها به ترتیب افزایش قابلیت‌های حرارتی عبارت‌اند از A,B,F و H

انواع بار: توان اسب بخار ثابت: اصطلاح توان اسب  بخار ثابت در نوع خاصی از بارها که در آن گشتاور موردنیاز با افزایش سرعت کاهش‌یافته و بالعکس، استفاده می‌شود.

بار اسب بخار ثابت معمولاً با کاربردهای فلز برداری مانند ماشین مته (پرس‌کاری)، ماشین‌های تراش، ماشین‌های فرز و سایر موارد مشابه مرتبط است.

گشتاور ثابت: گشتاور ثابت، عبارتی است برای تعریف مشخصه‌ی بار که درجایی که گشتاور موردنیاز برای حرکت ماشین صرف‌نظر از سرعت راندن آن ثابت است، استفاده می‌شود. برای مثال، گشتاور موردنیاز پمپ‌های جابه‌جایی مثبت و دمنده‌ها، ثابت است.

گشتاور متغیر: گشتاور متغیر دربارهایی که دارای مشخصه‌ی نیاز به گشتاور پایین در سرعت‌های پایین و افزایش مقادیر گشتاور با افزایش سرعت هستند، یافت می‌شود. نمونه‌های معمول بارهای گشتاور متغیر شامل فن‌ها و پمپ‌های سانتریفوژ هستند.

فاز: فاز نشانگر نوع منبع تغذیه‌ای است که موتور برای آن طراحی‌شده و دربردارنده‌ی دو گروه اصلی است: تک فاز و سه فاز هست. نواحی بسیار کمی نیز وجود دارد که در آن برق دو فاز موجود است، اما ازلحاظ کمیت بسیار ناچیز هستند.

قطب‌ها: تعداد قطب‌های مغناطیسی است که در زمان اعمال قدرت درون الکتروموتور به وجود می‌آید. قطب‌ها همیشه در مجموعه‌های دوتایی ظاهر می‌شوند (N و S)؛ بنابراین، تعداد قطب‌های درون الکتروموتور همیشه اعداد زوجی مانند 2،4،6،8،10 و... هست.

در موتور جریان متناوب (AC) برای تعیین سرعت سنکرون الکتروموتور، تعداد قطب‌ها مرتبط با فرکانس است. در انواع 50 و 60 سیکل، چیدمان‌های رایج به شکل جدول هست (شکل 4-4)

ضریب قدرت: ضریب قدرت، معیاری برای اندازه‌گیری نیازمندی های یک موتور خاص برای آمپراژ مغناطیسی است.

ضریب سرویس: ضریب سرویس، ضریبی است که میزان اضافه باری را که انتظار می‌رود موتور تحمل کند، نشان می‌دهد. برای مثال، از موتوری با ضریب سرویس 1 نمی‌توان انتظار تحمل مقداری بیشتر از توان اسمی آن را به‌طور مستمر داشت.

به‌طور مشابه، می‌توان انتظار داشت که موتوری با ضریب سرویس 15/1 بتواند بارهای متناوبی تا 15% فراتر از توان اسب بخار نامی خود را به‌صورت ایمن تحمل کند.

لغزش: لغزش به دو صورت استفاده می‌شود. یکی از آن‌ها لغزش دور است که برابر با تفاوت بین سرعت سنکرون و سرعت بار کامل هست. زمانی که لغزش دور به شکل درصدی از سرعت سنکرون بیان می‌شود، در صد لغزش یا فقط لغزش نامیده می‌شود. اغلب موتورهای استاندارد با لغزش بار کامل بین 2 تا 5 درصد کار می‌کنند.

سرعت سنکرون: سرعت چرخش میدان مغناطیسی درون الکتروموتور را نشان می‌دهد. همچنین این سرعت تقریباً همان سرعتی است که موتور تحت شرایط بی‌باری در آن کار خواهد کرد.

برای مثال، یک موتور چهار قطبی که در حالت 60 سیکل کار می‌کند، دارای سرعت میدان مغناطیسی rpm 1800 خواهد بود. سرعت بی‌باری محور موتور نیز بسیار نزدیک به rpm1800 (احتمالاً 1798 یا 1799rmp) خواهد بود. سرعت بار کامل همان موتور ممکن است rpm 1750 باشد. تفاوت بین سرعت سنکرون و سرعت بار کامل، لغزش موتور نامیده می‌شود.

دما

دمای محیط: حداکثر دمای اتاق امن پیرامون الکتروموتور در شرایط کارکرد مدام آن دربار کامل هست. در بیشتر موارد، نرخ استاندارد دمای محیط برابر 40 درجه سانتی‌گراد است که مربوط به اتاقی بسیار گرم هست.

در انواع خاصی از کاربردها مثلاً در کشتی‌ها یا دیگ‌های بخار ممکن است به موتوری باقابلیت عملکرد در دماهای محیط بیشتر مانند 50 درجه سانتی‌گراد یا 60 نیاز باشد.

افزایش دما : میزان تغییر دمایی است که از شرایط غیر کاری (شرایط سرد) تا دمای شرایط عملیاتی در وضعیت کارکرد مدوام و در حالت بار کامل می توان در داخل سیم پیچ موتور انتظار داشت. افزایش دما معمولا در واحد درجه ی سانتیگراد بیان میشود.

رتبه بندی زمانی

اغلب موتور ها برای کارکرد مدوام در نظر گرفته می شوند، به این معنی که می توان از آن ها به صورت مدوام در گشتاور بار کامل، بی آن که داغ شوند، استفاده نمود.

موتور های صنعتی مورد استفاده در انواع خاصی از کاربردها مانند دفع ضایعات، محرک شیر ها، بالابرها و دیگر انواع بارهای متناوب معمولا برای کار های با مدت زمان کوتاه مثل پنج دقیقه، پانزده دقیقه یا یک ساعت مورد نظر قرار می گیرند.

از موتور الکتریکی نیز درست مانند یک انسان، در زمانی می توان انتظار انجام کارهای سنگین را داشت که عملکرد پیوسته ی آن مورد نظر نباشد.

ولتاژ

این مقدار، به میزان ولتاژی که موتور برای آن طراحی شده است، اشاره دارد.

محفظه های الکتروموتور

در حال حاضر، ترانسفورماتور قابل اطمینان ترین تجهیز الکتریکی می باشد. بعد از ترافورماتور نیز الکتروموتور القایی سه فاز از این لحاظ در رده ی دوم قرار دارد.

الکتروموتور های سه فازی که به خوبی نصب و نگهداری شده اند می توانند تا سال ها دوام داشته باشند. یکی از عناصر های کلیدی در طول عمر موتور، بحث خنک کاری مناسب آن است.

به طور کلی ، موتور ها با توجه به روش هایی که برای دفع حرارت داخلی آن ها استفاده می شود، طبقه بندی می شوند. محفظه های موتور استاندارد متعددی برای کار در انواع کاربردها از "تمیز و خشک" مانند گرداننده های هوا تا "خیس یا بد" مانند آنچه در بام ها و برج هاب خنک کننده ی مرطوب یافت می شوند، موجود می باشند. انواع رایج محفظه های در زیر به صورت خلاصه بیان شده است:

مقام در برابر قطره (ضد نشت) از نوع باز

الکتروموتور صنعتی (ODP) برای محیط های خشک و تمیز مناسب هستند. همان طور که از عنوان آن ها نیزمشخص است، این موتور ها می توانند در شرایطی که آب از قسمت بالایی آن ها بر رویشان ریخته میشود، مادامی که زوایه آن از 15 درجه نسبت به خط عمودی بیشتر نباشد، کار کنند.

این موتور ها معمولا دارای دریچه ها روبه پایین می باشند. برای حفظ قابلیت ضد چکه ی موتور در زمان قرار گرفتن آن در جهت مختلف، محفظه های انتهایی می توانند به طور متناوب چرخانده شوند. خنک کاری این موتور ها توسط جریان دائمی هوای اطراف از میان بخش های داخلی موتور انجام می شود.

کاملا محصور با پروانه ی خنک کننده

در الکتروموتور صنعتی کاملا محصور با پروانه ی خنک کننده(TEFC)، خنک کاریتوسط یک فن خارجی که در سمت مقابل محور خروجی الکتروموتور نصب می شود، صورت می گیرد.

این فن،هوای با دمای محیط را به سرتا سر سطح خراجی موتور می دمد تا از حرارت آن بکاهد. از آن جایی که  هوا درون موتور حرکت نمیکند، موتور های TEFC برای کاربرد های کثیف،گرد وخاکی و فضای باز مناسب هستند.

انواع مختلفی از الکتروموتور های TEFC وجود  دارد که شامل انواع مقاوم در برابر خوردگی، مورد استفاده در کاربرد های شیمیایی و washdown می باشند.

این موتور ها دارای ویژگی خاصی هستند که کار در محیط های سخت را برای آنها ممکن می سازد. موتور های TEFCبرای جلوگیری از چگالش در داخل موتور، معمولا دارای حفره های تراوشی در قسمت پایینی خود هستند اگر نصب این نوع موتورها در موقعیتی غیر از افقی انجام شود،مانند موتور های ODP می توان محفظه های انتهایی را به منظور حفظ حفره های تراوشی در پایین ترین نقطه مجددا جایابی نمود.

کاملا محصور با هوای بیش از اندازه

موتور های کاملا محصور با هوای بیش از اندازه (TEAO) در دستگاه هایی مانند فن های پره ای محوری به کاری می روند که در آن ها هوا توسط فن (با اتصال مستقیم) در سرتاسر موتور حرکت کرده و آن خنک می کند.

موتور های TEAO با توجه به سرعت و دمای هوای خنک کننده،غالبا دارای دسته بندی های دوگانه ی توان می باشند. دسته بندی های معمول توان برای موتور می توانند شامل مقادیر 10اسب بخار به همراه هوای با سرعت 750فوت بر دقیقه در دمای 104درجه فارنهایت،10 اسب بخار به همراه هوای دارای سرعت400 فوت بر دقیقه در دمای 70 درجه فارنهایت و 5/12 اسب بخار به همراه هوای دارای 3000 فوت بر دقیقه در دمای 70 درجه فارنهایت باشند.

استفاده از موتور های TEAOبه دلیل از پیش معین شدن دمای هوا و جریان، معمولا به کاربردهای سازندگان تجهیزات اصلی (OEM) محدود می شود.

کاملا محصور بدون تهویه هوا

موتور های کاملا محصور بدون تهویه ی هوا (TENV) معمولا به اندازه های کوچک (معمولا زیر5 اسب بخار)که در آن سطح الکتروموتور دارای اندازه کافی برای بازتاباندن و انتقال حرارت به هوای خارج (بدون استفاده از فن خارجی یا جریان هوا) است، محدود می شوند. از آن ها در کاربرد های نساجی بسیار متداول است، زیرا وجود پرزهای پارچه نمی تواند مانع خنک کاری شود.

محیط های مخاطره آمیز

موتور های مورد استفاده در محیط های مخاطره آمیز، شکل خاصی از موتور کاملا محصور بوده و با توجه به نوع کاربرد و محیط،همچنان که در ماده ی 500 قانون ملی برق تعریف شده است، در دسته بندی های متفاوتی قرارمی گیرند.

دو نوع رایج تر این گونه موتور ها شامل کلاس I الکتروموتور ضد انفجار و کلاس II مقاوم در برابر جرقه و گرد و غبار می باشند. اصطلاح ضد انفجار بسیار رایج است، اگرچه به اشتباه برای اشاره به تمام دسته بندی های این گونه موتور ها استفاده می شود.

اصطلاح ضد انفجار تنها برای محیط های کلاس I به کار می رود که شامل مایعات، بخارهاو گازهای بالقوه قابل انفجار می باشند. کلاس II در اصطلاح مقاوم در برابر جرقه زنی و گرد غبار گفته می شود. این موتور ها در محیط های حاوی گرد و غبار قابل احتراق مانند زغال سنگ پودر و ... استفاده می شوند.

ضریب سرویس

بعضی موتور ها دارای ضریب سرویسی غیر از 1 هستند، یعنی الکتروموتور میتواند بارهایی فراتر از توان  اسمی خود را نیز تحمل کند موتوری با ضریب سرویس 15/1 می تواند دارای اضافه باری 15 درصد باشد، از این رو، یک موتور10 اسب بخار با ضریب سرویس 15/1 میتواند باری به مقدار 5/11 اسب بخار را تحمل کند.

انواع استاندارد موتور های باز از نوع مقاوم دربرابر قطره(ضد چکه) دارای ضریب سرویس 15/1 می باشند، در حالی موتورهای ODP با توان کم یا  خیلی کم می توانند ضریب سرویس های بالاتری در حدود5/1 یا حتی بالاتر داشته باشند، موتور های TEFC استاندارد دارای ضریب سرویس 1 می باشند، اما امروزه موتور های TEFC  با ضریب سرویس 15/1 نیز توسط بعضی سازندگان ساخته شده است.

پرسشی که اغلب مطرح میشود این است که آیا در محاسبات بار موتور باید از ضریب سرویس استفاده شود، یا خیر. در مجموع، بهترین جواب این است که برای طول عمر مناسب موتور نباید از ضریب سرویس در محاسبات بار پایه استفاده شود.

با انجام این کار، موتور بهتر می تواند در هنگام وقوع شرایط نا مطلوب از خود مقاومت نشان دهد. این شرایط نا مساعد مواردی مثل دماهای محیط بالاتر از معمول، کم یا زیاد شدن ولتاژ،عدم تعادل ولتاژ و اضافه بار را شامل می شود.

در صورت عدم استفاده از ضریب سرویس در محاسبات بار پایه، احتمال این که در این شرایط به موتور آسیب وارد شده و یا از طول عمر آن کاسته شود، کمتر می شود.

با این حال، پمپ های با کاربردی سبک زیادی نیز وجود دارند که موتور های آن ها به طور معمول برای کار در ضریب سرویس آن ها اندازه بندی شده است.

نمونه هایی از آن ها شامل پمپ های مسکونی با کار متناوب سبک مانند پمپ های فاضلاب یا محصولاتOEM  کوچک می باشند. که در آن ها فاکتور هزینه از اولویت بیشتری برخوردار است.

کلاس های عایق بندی

از تماس بخش های الکتریکی هر الکتروموتور با سایر سیم کشی و بخش مغناطیسی آن باید اجتناب شود سیستم عایق بندی دربرگیرنده ی پوششی است که سیم مغناطیسی آن باید اجتناب شود.

سیستم عایق بندی دربرگیرنده ی پوششی است که سیم مغناطیسی درون سیم پیچ را از ورقه های فولادی جدا می کند.  همچنین، سیستم عایق بندی شامل نوار ها، بوش ها، بند های رشته ای، پوشش نهایی و سیم های سربی است که مدارات الکتریکی را به جعبه ی انشعاب(تقسیم) می آورند.

سیستم های  عایق بندی با توجه به مقاومتشان در برابر اثر تخریبی ناشی از حرارت، رتبه بندی می شوند. چهار سیستم عایق بندی اصلی که به طور معمول با آن ها مواجه می شویم، شامل کلاس های A,B,FوH هستند.

کلاس A دارای حد دمایی 105 درجه سانتی گراد بوده و در هر مرحله از Aبه B، Bبه F و Fبه H شاهد یک پرش دمایی به میزان 25 درجه سانتی گراد می باشیم.

کلاس عایق بندی هر الکتروموتور باید حداقل قادر به تحمل حداکثر دمای  محیط به علاوه  افزایش دمایی که به دلیل عملکرد مداوم تحت بار کامل رخ می دهد، باشد.

انتخاب یک کلاس بالاتر عایق بندی به منظور پاسخگویی به این میزان حداقل، می تواند به افزایش طول عمر الکتروموتور و یا تحمل مقدار اضافه بار بیشتر، دماهای محیط بالاتر و سایر مشکلاتی که به طور طبیعی از طول عمر موتور می کاهند، کمک کند.

یک قانون کلی در این زمینه بیان می کند که هر 10 درجه سانتی  گراد افزایش دمای عملیاتی، باعث کاهش نیمی از طول عمر عایق می شود. روند معکوس آن نیز صادق است، یعنی هر 10 درجه سانتی گراد کاهش دمای عملیاتی، باعث دو برابر شدن عمر عایق می شود.

انتخاب یک کلاس عایق بندی بالاتر از مقدار مورد نیاز برای برآورده ساختن مشخصات عملکردی اصلی الکتروموتور قابلیت تحمل میزان دمای اضافی در حدود 25 درجه سانتی گراد را برای الکتروموتور فراهم می آورد.

بر مبنای قانون کلی که در این زمینه وجود دارد، تخمین زده شودکه وجود سیستم عایق بندی بهتر، طول عمر حرارتی الکتروموتور را حدود 500% افزایش می دهد.