دلایل افزایش کاربری موتور مغناطیس دائم و موتو رلوکتانسی در صنعت. این مقاله در دو بخش ارائه می شود.
موتورهای القایی قفس سنجابی باید برای آینده آماده شوند. و در کنار فناوری‌های موتوری نوظهور که فرصت‌های خوبی را برای بهبود بهره وری انرژی و قابلیت اطمینان ارائه می‌دهند، رشد کنند.
کسانی که با موتورهای الکتریکی صنعتی آشنا هستند، خیلی سال است که چنین چیزی می شنوند:«DC مرده است». زیرا چنین به نظر می‌رسد که با پیشرفت‌های فناوری درایو فرکانس متغیر (VFD) برای موتورهای القایی قفس سنجابی AC (SCIM) قرار است جایگزین همتایان DC خود در همه کاربری ها شود.
اما همانطور که درباره اتمام کار DC ها اغراق شده بود درباره سرعت جایگزینی فناوری های جدید به جای موتورهای موتورهای القایی قفس سنجانبی (SCIM) نیز قضیه به همین صورت است. با این حال، عاقلانه است که بدانیم تغییر در راه است. همچنین بد نیست بدانیم که دو فناوری جدیدتر که چشم اندازی برا گسترش کاربری آنها وجود دارد، در حال حاضر هم مورد استفاده رایج هستند (موتورهای مغناطیس دائم و موتورهای رلوکتانسی).
موتورهای مغناطیس دائم – Permanent magnet (PM)
موتورهای PM به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
- موتورهایی که مستقیم به خط وصل می شوند
- موتورهایی که نیاز به VFD دارند.
هر دو نوع ممکن است یک روتور قطب برجسته یا غیر برجسته (با سطح صاف)، و آهنرباهای دائمی سطحی (SPM) یا آهنرباهای دائمی داخلی (IPM) داشته باشند.
موتورهای PM در عملکرد با سرعت پایین به طور قابل توجهی نسبت به SCIM کارآمدتر هستند. و معمولاً برای کار در آن حالت به تهویه اجباری/جدا نیاز ندارند. به طور معمول، در توان های مشابه آنها همچنین حدود یک فریم کوچک تر از یک SCIM هستند، بنابراین آنها حدود یک سوم (1/3) وزن کمتری دارند و تا سه هشتم (3/8) حجم کمتری اشغال می کنند.
شکل 1
موتورهای هیبریدی آهنربای دائمی (HPM)
HPM یک موتور با سرعت متغیر سنکرون است که یک سازنده اروپایی حدود یک دهه پیش، ابتدا برای کاربردهای کمپرسور و بعداً برای جرثقیل ها معرفی کرد. HPM با استفاده از یک VFD، عناصر رلوکتانس سوئیچ (معادل مغناطیسی مقاومت الکتریکی) و موتورهای روتور آهنربای دائم را ترکیب می کند. به عنوان مثال، استاتور آن دارای قطب های برجسته متمرکز مانند یک موتور رلوکتانس سوئیچینگ است (شکل 1)، در حالی که روتور قطب برجسته آن از آهنرباهای دائمی تشکیل شده است (شکل 2). به دلیل طراحی منحصر به فرد خود، گرمای کمتری نسبت به SCIM های معمولی تولید می کند.
شکل 2
موتور HPM به نسبت وات ورودی گشتاور بیشتری از سایر موتور های PM دارد و تقریبا گشتاوری ثابت با ریپل کمتر از 1% ارائه می دهد ( درصد اختلاف بین حداکثر و حداقل گشتاور در یک دور). علاوه بر این که از یک موتور با راندمان درجه یک با همان توان کارآمدتر است (جدول 1 را ببینید)، این راندمان بالا را در محدوده سرعت عملیاتی خود حفظ می کند. به دلیل طراحی ساده و جریان راه اندازی کم، می توان آن را برای راه اندازی نامحدود نیز رتبه بندی کرد.
موتورهای مغناطیس دائم که مستقیما از خط راه اندازی می شوند – Across-the-line start PM (LSPM)
LSPM های تجاری بدون توجه به بار با سرعت سنکرون کار می کنند و معمولاً می توانند حداکثر اینرسی بار حدود 30 برابر اینرسی موتور را تحمل کنند که برای اکثر کاربردهای صنعتی کافی است. یکی از معایب اصلی این موتورها، “لگد” شدید راه اندازی آنها است که می تواند سایش موتور و یاتاقان های بار را تسریع بخشد، به ویژه در کاربردهایی با چرخه های استپ/استارت مکرر.
جدول 1
LSPM ها برای پمپ ها، فن ها، کمپرسورها و کاربردهای مشابه بسیار مناسب هستند، جایی که گشتاور تابعی از مجذور سرعت است. همچنین به دلیل اینرسی کم می توان از آنها برای کاربردهای نوار نقاله استفاده کرد، مشروط بر اینکه گشتاور راه اندازی کافی باشد. LSPM ها برای درایوهای بالابر، آسانسورها و سایر کاربردهایی که در آن اضافه بار ممکن است رخ دهد و منجر به از دست دادن همگام سازی شود، کمتر مناسب هستند.
ساختمان LSPM
LSPM ها یک سیم پیچ استاتور سه فاز (مانند SCIM های معمولی) و یک قفس روتور آلومینیومی با آهنرباهای دائمی داخلی دارند. آنها بدون نیاز به VFD مستقیماً به خط متصل می شوند و شتاب می گیرند. آنها همچنین در همان اندازه قاب های SCIM های معمولی موجود هستند.
شکل 3
چیزی که LSPM ها را قادر به راه اندازی مستقیم از خط می کند، افزودن یک قفس سنجاب (میله ها و حلقه های انتهایی) سیم پیچی به روتور PM است (شکل 3). این سیم‌پیچ جریانی را در هنگام راه‌اندازی تامین می‌کند و باعث می‌شود موتور با شتاب گرفتن روتور به سرعتی نزدیک به سرعت سنکرون، گشتاور ایجاد کند. در آن نقطه، مانند موتورهای سنکرون معمولی، آهنرباها روتور را به همگامی با میدان مغناطیسی چرخان استاتور می کشند. از آنجایی که هیچ تلفات مقاومت الکتریکی (یعنی جریان صفر است) در قفس روتور آلومینیومی در سرعت سنکرون وجود ندارد، موتورهای LSPM کارآمدتر از موتورهای با راندمان برتر (IE3) هستند.
اگرچه این نوع موتورهای مغناطیس دائم برای عملکرد با اتصال مستقیم به برق شهر (سینوسی کامل) طراحی شده اند اما زمانی که از VFD در حالت اسکالر آن (V/Hz ثابت) تغذیه می شوند نیز یک عملکرد عالی از خود نشان می دهند. بنابراین، آنها می توانند جایگزین SCIM های معمولی شوند که توسط VFD ها تغذیه می شوند – یعنی با استفاده از VFD موجود.
موتورهای PM سرعت پایین گشتاور بالا (LSHT)
کاربردهای متداول موتورهای LSHT PM شامل برج های خنک کننده، ماشین های محرک کاغذ و پمپ های دوغاب است که در سرعت های پایین کار می کنند. به عنوان مثال، موتورهای پمپ دوغاب معمولاً در محدوده 200-600 دور در دقیقه کار می کنند و قدرت آنها بین 40-2500 اسب بخار است. درایوهای برج خنک کننده (شکل 4) معمولاً با سرعت 100 تا 500 دور در دقیقه کار می کنند و توان آنها از حدود 10 تا 300 اسب بخار است.
شکل 4
موتورهای LSHT PM برای چنین کاربردهایی مناسب هستند. این موتورها علاوه بر اینکه طراحی سنکرون با راندمان بالا دارند، با حذف نیاز به گیربکس و کوپلینگ برای دستیابی به سرعت های پایین کارایی سیستم را بهبود می بخشند. این امر همچنین هزینه های نصب، تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد و در عین حال سطح سر و صدا و احتمال نشت روغن را نیز کاهش می دهد.
موتورهای LSHT PM دارای گشتاور خروجی کمتری نسبت به SCIM در توان های مشابه هستند، بنابراین باید 20 تا 30 درصد گشتاور خروجی بیشتری نسبت به کاربری مورد نظر داشته باشند. این موتورها همچنین ظرفیت اضافه بار زمانی کوتاهی دارند.
دو فناوری روتوری که معمولاً برای PM های LSHT استفاده می شود، آهنربای دائمی سطحی (SPM) و آهنربای دائمی داخلی (IPM) هستند، که موتورهای IPM کمتر در معرض مغناطیس زدایی در دماهای بالا هستند و هزینه ساخت کمتری دارند.
شکل 5
موتورهای آهنربای دائم سطحی (SPM)
موتورهای SPM (شکل 5) باید بر روی یک VFD کار کنند که برای کنترل شار آهنربای دائمی موتور سنکرون PM برنامه ریزی شده است.
موتورهای آهنربای دائم داخلی (IPM)
موتورهای دارای روتورهای آهنربای دائم داخلی (IPM) می توانند بازده فوق العاده بالایی را ارائه دهند. آهنربا ها به جای اینکه روی سطح آن (SPM) نصب شوند در ساختار روتور تعبیه شده اند (شکل 6 را ببینید). موتورهای IPM را می توان از طریق VFD تغذیه کرد، اما درایو به نرم افزار خاصی نیاز خواهد داشت.
در گذشته، موتورهای IPM در کاربردهایی که سودمندی بر راندمان برتری داشت، مانند ماشین‌های CNC یا ماشین‌ابزار شکوفا شدند. آن ها همچنین در برخی از وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی-الکتریکی مانند تویوتا پریوس استفاده شده اند. اکنون آن ها به عنوان موتورهای همه منظوره برای بهبود کارایی در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی و OEM در حال افزایش هستند.
شکل6 (سمت چپ) و شکل7 (سمت راست)
به عنوان مثال، یک سازنده یک قاب استاتور چند لایه را با یک روتور IPM با نتایج چشمگیر ترکیب می کند: موتورهای روتور IPM400 اسب بخاری تا 98.3 درصد راندمان آزمایش شده اند، در مقایسه با راندمان 96.2 درصد برای موتورهای با راندمان برتر معادل.
بخش دوم همین مقاله: موتور رلوکتانسی
همچنین بخوانید:
منبع: plantservices.com
بدون دیدگاه