انتخاب اینورتر برای انواع موتورها

[bigbang]

موتورها ی سه فاز در اندازه های مختلف از قدرتهای کمتر از یک اسب بخار تا قدرت های چند هزار اسب بخار ساخته می شوند . این موتور تقریبا دارای مشخصه سرعت ثابت بوده و طوری طرح می گردند که مشخصه گشتاورشان متغیر باشد . بعضی از آنها دارای گشتاور راه اندازی زیاد و بعضی دیگر دارای گشتاور راه اندازی کم هستند . برخی از این موتورها طوری طراحی گشته اند که جریان راه اندازیشان نرمال و در بعضی دیگر این جریان زیاد می باشد . این موتورها برای ولتاژها و فرکانس های استاندارد ساخته می شوند و موتورها ی سه فاز با ولتاژ دوگانه خیلی معمول است . از این موتورها برای ماشین ابزار ، پمپ ها ، آسانسور ، پنکه ها و جرثقیل ها و بسیاری وسایل دیگر استفاده می شوند . موتور قفس سنجابی
تقریبا ۹۰ درصد موتورها ی القایی AC سه فاز از این نوعند.که روتور آنها از نوع قفس سنجابی است که در ابتدا توضیح داده شد . محدوده های طبقه بندی نیروی آنها از یک سوم تا چند صد اسب بخار است. موتورها ی این نوعی که در دسته یک اسب بخار به بالا اند در مقایسه با مشابه های تک فاز کم هزینه ترند و می توانند در استارت در فشارهای سنگین تر بکار کنند.
در یک موتور قفس سنجابی ، درمرحله طراحی پارامتهای مختلفی بایستی انتخاب شوند. یک موتور با مقاومت رتور کوچک ترجیح داده می شود چونکه مشخصه های کاری ماشین بهبود می یابد . مقاومت کوچک منجر به لغزش اسمی کوچک می شود که این امر موجب بازدهی بالا و رگولاسیون سرعت خوب می شود . با اینحال ،جریان راه اندازی را بزرگ و گشتاور راه‌اندازی کوچک می شود . هر افزایشی در مقاومت رتور مشخصه راه‌اندازی را بهبود می‌دهد زیرا جریان راه‌اندازی کاهش و گشتاور راه‌اندازی افزایش می‌یابند اما مشخصه های کار عادی ماشین را خراب می‌کند. گشتاور شکست معیاری برای سنجش توانایی موتور در مقابل اضافه بارهای کوتاه مدت است. رتوری بار راکتانس کوچک یک گشتاور شکست بزرگ را ایجاد می‌کند ولی در مقابل افزایش جریان راه‌اندازی رابدنبال دارد . پس ملزمومات طراحی برای کار عادی و دائمی موتور ، و در مرحله راه اندازی متضاد هستند .
در یک موتور القایی قفس سنجابی ، یک راه اندازی خوب همراه با عملکرد دائمی عادی هنگامی بدست می آید که مقاومت رتور بطور اتو ماتیک با سرعت تغییر کند ، بطویکه در حالت توقف مقاومت بزرگ و با افزایش سرعت کاهش یابد و در سرعتهای نزدیک سرعت نامی مقدار آن کاملا کوچک شود . چنین تغییراتی با وابسته کردن مقدار مقاومت رتور به فرکانس رتور تحقق می یابد. در حالت توقف ، فرکانس رتور بزرگ و برابر با فرکانس استاتور است . باافزایش سرعت فرکانس رتور کاهش می یابد و در سرعت نامی به محدوده ۲ تا ۱۰ درصد فرکانس استاتور می‌رسد. روتور بگونه ای طراحی می شود که مقاومت آن در فرکانس استاتور بزرگ باشد و با کاهش فرکانس رتور ،مقاومت کم می‌شود و در فرکانسی برابر ۲ تا ۱۰ درصد فرکانس استاتور کوچک می شود . این نوع تغییرات مقاومت رتور با استفاده از رتور با میله های عمیق یا رتور قفس سنجابی دوبل بدست می آید .رتور قفس سنجابی با شیار عمیق ، دارای شیارهای عمیق باریک است .
می‌توان تصور نمود که هادی داخل شیار توسط چند هادی داخل شیار توسط چند هادی نازک که بصورت موازی به یکدیگر متصل شده اند جایگزین بشوند . در سرعتها ی کم وقتی که فرکانس رتور بالاست تفاوت راکتانسهای هادی‌ها باعث می‌شود که توزیع جریان در هادی بالا و پایین متفاوت گردد . بطوریکه هادی بالا بیشترین جریان و هادی پایین کمترین جریان را از خود عبور می دهند .
به علت عدم توزیع یکنواخت جریان ، مقاوم موثر هادی ها افزایش و راکتانسهای آنها کاهش می یابد . زمانیکه سرعت به نزدیکی سرعت نامی می رسد به دلیل کاهش فرکانس رتور ، راکتانس لایه های پائینی تقلیل می یابد . لذا توزیع جریان داخل شیار عمدتا ناشی از مقاومت معادل رتور کاهش می یابد .
رتور قفس سنجابی دوبل شامل ۲ هادی اتصال کوتاه شده در هر شیار است .
طبقه بندی موتورها ی قفس سنجابی
موتورها ی قفس سنجابی القائی سه فاز بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. متناسب با هر کار برد ، مشخصه‌های خاصی از سرعت –گشتاور وسرعت جریان لازم است . با انتخاب مناسب رتور از نظر مقاومت و راکتانس و میزان عمق شیار و یا دوبل بودن آن می توان موتوری طراحی نمود که مشخصه های مورد نیاز را داشته باشد . موتورها ی با ظرفیت بالا برای کار بردهای خاص طراحی می شوند . در موتورها ی متوسط و کوچک (در حدود کمتر از ۱۵۰کیلو وات ) طراحی بر اساس طبقه بندی های استاندارد انجام می‌شود . استانداردهای فوق با توجه به مشخصه های سرعت – گشتاور و سرعت – جریان در طول زمان و برای برآورده شدن نیازهای اکثر موتورها ی القائی تعیین شده اند . در کار بردهای مهندسی ، انتخاب بگونه ای انجام می شود که مشخصه موتور به مشخصه مورد نیاز نزدیکترین حالت باشد . برخی از کشورها استاندارها ی خاصی برای خود وضع نموده اند.
یک موتور کلاس A ،دارای رتوری با مقاومت و راکتانس کم است و لغزش کوچک ، بازدهی و ضریب قدرت بالا در بار نامی ، گشتاور شکست بالا ،گشتاور راه انداز معمولی ، وجریان راه انداز ی بالایی دارد . موتور کلاس A ، رفتار مناسبی در حالت کار دائم از خود نشان میدهد . ولی رفتار راه اندازی مطلوبی ندارد. لغزش با ر کامل از ۲% در موتورها ی با ظرفیت بالا تا ۴% در موتورها ی با ظرفیت پائین تغییر می کند . گشتاور شکست دو برابر گشتاور نامی است . محدوده گشتاور راه اندازی از گشتاور نامی برای موتورها ی بزرگ تا دو برابر گشتاور نامی برای موتورها ی کوچک می‌باشد در موتورها ی بزرگ جریان راه‌اندازی ۸ برابر جریان نامی و در موتورها ی کوچک ۵ برابر جریان نامی است.
یک موتور کلاس B ، نیز دارای لغزش نامی کوچک وگشتاور راه اندازی معمولی است. جریان راه انداز موتور کلاس B ، ۷۰ تا ۸۰ دصد جریان راه اندازی موتور کلاسA مشابه است. زیرا راکتانس رتور یک موتورکلاس B بزرگتر از راکتانس موتور مشابه کلاس A است . گشتاور راه اندازی با استفاده از یک رتور شیار عمیق یا دوبل فراهم می شود. بعلت افزایش راکتانس پراکندگی رتور ، گشتاور شکست از۲ برابر گشتاور نامی کمی کمتر است . همچنین ضریب قدرت در بار نامی کمی تقلیل می یابد .
در موتور کلاس C از رتور دوبل استفاده می شود .مقاوم رتور در لحظه راه اندازی از مقاومت موتور مشابه کلاس B بیشتر می باشد . همچنین جریان راه اندازی کوچکی دارد. درموتور کلاس C در مقایسه با کلاسB مشابه گشتاور شکست کوچکتر ، راندمان بار نامی کمتر و لغزش بار نامی بزرگتر (لغزش کمتر از ۵% ) دارد.
موتور قفس سنجابی کلاس Dبه صورت تک شیار بامقاومت بزرگ و راکتانس کم طراحی می شود .گشتاور راه انداز بالا ( در حدود ۳تا ۴ برابر گشتاور نامی ) و جریان راه اندازی آن کوچک است .
ولی علیرغم اصلاح مشخصه در حالت راه اندازی مشخصه حالت کار دائم نا مناسبی را از خود نشان می دهد . ا زجمله می توان به لغزش با نامی بالا ( ۵ الی ۵۰ درصد) و راندمان کاری کم اشاره نمود .
کلاس F ترکیبی از مشخصه های مناسب در کار ائم ( لغزش ۲ الی ۴ درصد ) وجریان راه اندازی کوچک را دارد . ولی در مقابل گشتاور راه انداز وشکست کمی را ایجاد می کند .به همین دلیل ، بر خلاف موتورها ی قفس سنجابی کار برد وسیعی ندارد.
موتورها ی القائی با رتور سیم بندی شده
یکی از ویژگی های موتور های القائی رتور سیم بندی شده است به موتورها ی قفس سنجابی آن است که به مصالحه بین مشخصات حالت راه اندازی و کار دائم، نیازی ندارد . سیم بندی رتور بامقاومت کوچک طراحی می‌گردد و بطوریکه در حالت دائم راندمان مناسب و لغزش کوچکی ایجاد می شود.مشخصه ای راه اندازی با اضافه نمودن مقاومت درمدار رتور اصلاح می شوند .
در شرایطی که به گشتاور راه اندازی بزرگ نیاز باشد ، مقاومت خارجی رتور چنان تعیین می کند تا بیشترین گشتاور در راه اندازی ایجاد گردد. این عمل کاهش جریان راه انداری را نیز به دنبال دارد و به محض آنکه رتور سرعت گرفت مقاومت خارجی موتور کاهش می یابد. بطور یکه موتور در مرحله راه اندازی با بیشترین گشتاور شتاب گیری می کند . از آنجائی که قسمت اعظم تلفات رتور در مقاومت خارجی ایجاد می شود ، افزایش دمای رتور در شرایط راه اندازی کم است . انتخاب مقاومت مناسب رتور ، باعث می شود که از بیشترین ظرفیت گشتاور استفاده شود ، بنا برای ن در کاربردهایی که به راه اندازی و شرایط ترمزی پی در پی نیاز باشد(با گشتاور بالا ) از موتور رتور سیم بندی شده استفاده می شود.
بخاطر در دسترس بودن سیم بندی رتور ، قابلیت انعطاف و کنترل پذیری موتورها ی رتور سیم بندی شده بیش از موتور های قفس سنجابی است . زیرا هم امکان تغییر مقاومت رتور و هم تزریق ولتاژ به رتور وجود دارد . ولی در مقابل ضعفهایی نسبت به موتور قفس سنجابی دارد . از جمله می توان به قیمت بالا ، نیاز به نگهداری و تعمیر مکرر جاروبک و حلقه های لغزان رتور و کاهش استحکام رتور اشاره نمود .. لذا همانند موتورها ی قفس سنجابی کار برد وسیعی ندارد.
راه‌اندازی
زمانیکه موتور های القایی بطور مستقیم به ولتاژ خط متصل شود ، جریان راه اندازی بزرگی را می کشد . در شرایطی که امپدانس داخلی منبع تغذیه بزرگ و یا ظرفیت جریان خروجی آن محدود باشد ، راه اندازی موتور موجب افت ولتاژ خط می شود . درنتیجه سایر بارهای متصل به آن منبع تغذیه دچار اشکال می گردند . لذا لازم است با استفاده از روشهایی ، جریان راه اندازی محدود شود . رفتار موتورها ی قفس سنجابی در شرایط راه اندازی با توجه به نوع آن (کلاس موتور )متفاوت می باشد ، همانطور که در بخش ۵-۱-۳ بدان اشاره شد . راه اندازی موتورها ی رتور سیم پیچی شده با افزایش مقاومت خارجی رتور انجام می شود و جریان راه اندازی نیز محدود می شو که در بخش ۵-۱-۴ بدان اشاره شد . روش های دیگری هم وجود دارد که هم در مورد موتورها ی قفس سنجابی و هم در مورد رتور سیم بندی شده کار برد دارند . بطور مثال می توان از کاهش ولتاژ تغذیه ، تغییر فرکانس استا تور و یا افزایش امپدانس استا تور نام برد. در موتورها ی رتور سیم بندی شده همچنین از تزریق ولتاژ درمدار رتور نیز به منظور کاهش جریان راه اندازی می توان استفاد نمود . از این روشها بجز روش افزایش امپدانس استاتور در کنترل سرعت موتورها نیز استفاده می شود که در قسمتهای بعدی این فصل مورد بحث قرار می گیرند.
از روشهای متعارف کاهش جریان راه اندازی ، کاهش ولتاژ تغذیه است که توسط کلید ستاره – مثلث ویا اتوترانس انجام می شود .روش ستاره – مثلث در موتورها ی قابل استفاده است که در شرایط عادی بصورت مثلث مورد بهره برداری قرار می گیرند . با تغییر سیم بندی از مثلث به ستاره ولتاژ و جریان راه اندازی با ضریب و گشتاور راه‌اندازی با ضریب تقلیل می یابند . در راه اندازی با اتو ترانس با نسبت تبدیل ar ، جریان راه اندازی و گشتاور راه اندازی به ترتیب با ضرایب و تقلیل می یابند . در هر دو روش در تغییر وضیعت از حالت راه اندازی به حالت دائم اگر از کلید استفاده شود ، امکان بروز جریان های گذرا با دامنه بالا وجو دارد . قطع کلید از منبع تغذیه باعث می‌شود که جریان استا تور صفر شود و میدان گردان استا تور حذف شود . بواسطه ثابت زمانی بزرگ رتور جریان در رتور ادامه می‌یابد ، و میدان رتور باعث القای ولتاژ بر روی سیم‌بندی استاتور می‌گردد . فاز ولتاژ القائی در استا تور بستگی به وضیعت میدان رتور دارد و مستقل از فاز ولتاژ شبکه می باشد . در لحظه وصل مجدد موتور به شبکه ای با ولتاژ جدید ممکن است فاز ولتاژ القائی ناشی از میدان رتور و شبکه درفاز مقابل قرار گیرند و درنتیجه جریان هجومی شدیدی ایجاد گردد.
موتورها ی بزرگ معمولا با ۲ سیم بندی در استاتور طراحی می شوند . بطوریکه در حالت عادی معمولا هر دو سیم بندی بطور موازی در مدار قرار می گیرند و در طی مرحله راه اندازی فقط یکی از سیم بندی ها در مدار قرار می گیرد. این امر باعث افزایش امپدانس معادل موتور شده و درنتیجه جریان راه اندازی محدود می شود . این روش بنام روش راه اندازی با سیم بندی کسری نامیده می شود .