موتورهای روتور سه فاز: نحوه کار و زمان استفاده

اول خط پایین

موتورهای روتور سه فاز هنگامی که برنامه شما نیاز به گشتاور راه اندازی کنترل شده، کاهش جریان هجومی بالا، یا سرعت قابل تنظیم تحت بار دارد - کارهایی که در آن موتورهای قفس سنجابی کوتاه می آیند، انتخاب صحیحی هستند. مهندسان با اتصال مقاومت خارجی از طریق حلقه های لغزشی به سیم پیچی روتور سه فاز، گشتاورهای راه اندازی را تا 250 درصد گشتاور بار کامل به دست می آورند در حالی که جریان راه اندازی را به 150 تا 200 درصد نامی محدود می کنند - در مقایسه با 500 تا 700 درصد هجوم برای رتبه بندی مستقیم موتور روی خط قفس سنجابی.

گشتاور راه اندازی تا 250% FLT هجوم به 150-200٪ کاهش یافت کنترل مقاومت روتور خارجی طرح برس حلقه های لغزنده

250 %

حداکثر گشتاور شروع به عنوان درصدی از گشتاور بار کامل

5 x

جریان هجومی کمتر در مقابل شروع مستقیم روی خط قفس سنجاب

0.5 %

لغزش معمولی در بار کامل -- تنظیم سرعت محکم در شرایط نامی

مگاوات

رتبه‌بندی‌ها در کاربردهای معدنی و سیمان به چند مگاوات می‌رسد

موتور زخمی چیست و چگونه کار می کند؟

یک موتور زخمی - که به طور رسمی یک موتور القایی روتور زخمی است - یک ماشین القایی AC سه فاز است که در آن روتور یک سیم پیچ سه فاز توزیع شده را به جای میله های آلومینیومی یا مسی اتصال کوتاه موجود در روتور قفس سنجابی حمل می کند. سیم پیچ روتور از طریق حلقه های لغزنده و برس های کربنی نصب شده روی محور روتور به سه پایانه خارجی متصل می شود. این تفاوت ساختاری، طیف وسیعی از کنترل‌های عملیاتی را با طراحی قفس غیرممکن می‌کند.

انرژی دهی استاتور: ولتاژ تغذیه سه فاز به سیم پیچ استاتور اعمال می شود و یک میدان مغناطیسی دوار با سرعت سنکرون ایجاد می کند (معمولا 1500 RPM در 50 هرتز برای یک موتور 4 قطبی).

القای EMF روتور: میدان چرخان استاتور هادی های روتور را قطع می کند و EMF متناسب با فرکانس لغزش را القا می کند. در حالت سکون، لغزش برابر با 1.0 است و ولتاژ روتور القایی به حداکثر خود می رسد.

درج مقاومت خارجی: بانک های مقاومتی که از طریق حلقه های لغزنده متصل می شوند به امپدانس مدار روتور اضافه می کنند. بر اساس رابطه گشتاور – لغزش، با افزایش مقاومت خارجی، حداکثر گشتاور (گشتاور خروجی) به سمت سرعت پایین‌تر تغییر می‌کند.

روشن شدن و اتصال کوتاه: با شتاب گرفتن موتور، مقاومت به تدریج در مراحل کاهش می یابد. در سرعت کامل، مدار روتور برای از بین بردن تلفات حلقه‌های برس و لغزش اتصال کوتاه می‌کند و موتور به عنوان یک موتور القایی استاندارد با لغزش کمتر از 1% کار می‌کند.

رابطه الکتریکی کلیدی حاکم بر رفتار موتور القایی روتور پیچ، معادله گشتاور است. مقاومت روتور R2 مستقیماً لغزشی را که در آن حداکثر گشتاور رخ می دهد، کنترل می کند. با افزایش R2، اوج گشتاور را می توان در حالت سکون یا نزدیک به آن قرار داد - و حداکثر گشتاور را دقیقاً زمانی که بار سخت ترین شتاب دارد تولید می کند. این مزیت اصلی مهندسی نسبت به طرح‌های قفس سنجابی است، جایی که مقاومت روتور توسط هندسه هادی ثابت می‌شود و نمی‌توان آن را در حین کار تغییر داد.

موتور قفس سنجابی در مقابل روتور زخم: مقایسه مستقیم

انتخاب بین موتور قفس سنجابی و موتور القایی روتور زخمی در مورد این نیست که کدام یک برتر است -- بلکه در مورد این است که کدام یک برای مشخصات بار کاربردی صحیح است. هر دو ماشین القایی سه فازی هستند که ساختار استاتور یکسانی دارند. تفاوت ها به طور کامل در روتور و معماری کنترل پایین دست است.

پارامتر	موتور روتور زخم	موتور قفس سنجاب
ساخت روتور	حلقه های لغزنده سیم پیچ توزیع شده سه فاز	میله های آلومینیومی یا مسی ریخته گری، حلقه های انتهایی کوتاه
گشتاور راه اندازی	تا 250% FLT با مقاومت خارجی کامل	100 تا 150٪ FLT (DOL)؛ با سافت استارتر پایین بیاورید
جریان شروع	150 تا 200 درصد امتیاز (با مقاومت)	دارای امتیاز 500 تا 700 درصد (DOL)
کنترل سرعت	از طریق مقاومت روتور یا EMF تزریقی متغیر است	ثابت (VFD برای سرعت متغیر مورد نیاز است)
کارایی در بار کامل	92 تا 95 درصد (مقاومت کوتاه شده است)	93 تا 96 درصد (بدون تلفات حلقه برس/لغزش)
نیاز به نگهداری	بالاتر -- برس ها هر 2000 تا 4000 ساعت نیاز به بازرسی دارند	پایین -- بدون برس یا حلقه های لغزنده
هزینه سرمایه	25 تا 40 درصد بالاتر از موتور قفس معادل	هزینه پایه پایین تر
بهترین اپلیکیشن	بارهای با اینرسی بالا، جرثقیل ها، آسیاب ها، کمپرسورها	فن، پمپ، نوار نقاله، درایوهای با سرعت ثابت
در دسترس بودن محدوده قدرت	1.5 کیلو وات تا چند مگاوات	کیلووات کسری تا چند مگاوات

یک تصویر عملی: یک درایو آسیاب گلوله ای 500 کیلوواتی که تحت بار کامل راه اندازی می شود، تقریباً به 1250 نیوتن متر گشتاور راه اندازی نیاز دارد. شروع DOL قفس سنجابی 2500 تا 3500 A از منبع نیاز دارد - که به طور بالقوه حفاظت بالادست را قطع می کند و باعث افت شدید ولتاژ در شبکه می شود. موتور روتور پیچی معادل با استارت مقاومتی روتور 4 مرحله ای تنها 750 تا 1000 آمپر می کشد در حالی که گشتاور راه اندازی کامل را ارائه می دهد. برای شرکت‌های برق و مهندسین کارخانه که پایداری شبکه را مدیریت می‌کنند، این تمایز حاشیه‌ای نیست - از نظر عملیاتی حیاتی است.

جایی که موتورهای روتور سه فاز، انتخاب مناسبی هستند

موتورهای روتور زخمی جهانی نیستند -- آنها هزینه و حق بیمه نگهداری خود را فقط در پروفیل های بار خاص به دست می آورند. صنایع و ماشین آلات زیر قوی ترین موارد کاربرد آنها را نشان می دهد.

استخراج: میلز گلوله ای، میلز SAG، میلز راد

آسیاب های آسیاب کاربرد روتور زخمی متعارف هستند. مقادیر اینرسی بار (GD2) از 50000 تا 500000 کیلوگرم بر متر مربع نیاز به شتاب طولانی 30 تا 90 ثانیه دارد. یک موتور روتور زخمی با استارت‌های مقاومت مایع می‌تواند گشتاور نزدیک به حداکثر را در کل رمپ شتاب حفظ کند و در عین حال جریان را در ظرفیت ترانسفورماتور تغذیه نگه دارد. رتبه بندی های تک موتوره 3000 تا 8000 کیلووات در متمرکز کننده های بزرگ معدن روباز استاندارد است.

بندر و فولاد: جرثقیل های سقفی و بالابرها

درایوهای جرثقیل به استارت کنترل شده، ترمز دینامیکی و مدولاسیون سرعت تحت بارهای معلق متغیر نیاز دارند. موتور روتور زخمی با کنترل کننده اصلی و مراحل مقاومت روتور 5 تا 6 سطح گشتاور را پوشش می دهد که بالا بردن، پایین آوردن و ترمز را پوشش می دهد - مطابق با دستورات اپراتور با نیازهای بار بدون درایوهای الکترونیکی. در سرویس جرثقیل، که در آن چرخه‌های وظیفه شامل صدها بار استارت در هر شیفت می‌شود، مقاومت روتور انرژی استارت را به جای گرم کردن خود موتور از بیرون تلف می‌کند و عمر حرارتی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.

سیمان: درایوهای کوره و درایوهای آسیاب خام

درایوهای کوره دوار که با سرعت شافت خروجی 0.5 تا 4 RPM کار می کنند، از موتورهای روتور زخمی در محدوده 200 تا 2000 کیلووات با جریان گردابی یا کنترل لغزش مبتنی بر مقاومت برای تنظیم دقیق سرعت استفاده می کنند. توانایی کار مداوم با سرعت کاهش یافته -- 70 تا 90 درصد سرعت همزمان -- بدون درایو فرکانس متغیر جداگانه یک مزیت اقتصادی در کارخانه هایی است که زیرساخت های تهیه و نگهداری VFD محدود است.

تولید برق: ذخیره سازی و کمپرسورهای پمپی بزرگ

موتورهای روتور ولتاژ بالا در محدوده 5 تا 30 مگاوات پمپ های تغذیه دیگ بخار و کمپرسورهای گاز بزرگ را در جایی که در برابر فشار کامل سیستم لازم است راه اندازی کنند. راه اندازی مقاومت روتور شوک مکانیکی را به تجهیزات جفت شده محدود می کند - یک عامل کلیدی قابلیت اطمینان برای ماشین آلات با طراحی 25 تا 40 ساله که در آن خرابی کوپلینگ و گیربکس از راه اندازی های مکرر با گشتاور بالا یک حالت خرابی اولیه است.

مشخصات فنی خریداران باید تأیید کنند

هنگام تعیین یک موتور القایی روتور زخمی، برگه داده باید پارامترهای زیر را فراتر از اطلاعات پلاک استاندارد موتور تأیید کند. مقادیر ناپدید یا مبهم در این نقاط باید قبل از خرید، درخواست شفاف سازی را ایجاد کند.

مدار روتور

ولتاژ روتور مدار باز ولتاژ در حلقه های لغزش در حالت سکون با استاتور برق - تعیین کننده اندازه مقاومت خارجی است. مقادیر معمولی: 200 تا 1000 ولت.
رتبه بندی جریان روتور جریان روتور با بار کامل برای اندازه‌گیری ناحیه تماس حلقه لغزش و بانک‌های مقاومت.
مواد حلقه لغزنده آلیاژ مس برای وظیفه استاندارد؛ برنج برای محیط های دریایی و مرطوب. درجه برس کربن باید مطابقت داشته باشد.
فشار تماس برس به طور معمول 15 تا 25 کیلو پاسکال. انحراف باعث ایجاد قوس (خیلی کم) یا سایش بیش از حد (خیلی زیاد) می شود.

حرارتی و مکانیکی

کلاس عایق کلاس F (155 C) استاندارد است. کلاس H (180 C) برای کار با محیط بالا یا شروع مکرر.
GD2 (ممان اینرسی) برای تأیید زمان شتاب در محدوده های حرارتی باید با بار GD2 مطابقت داده شود.
تعداد شروع در ساعت موتورهای روتور زخمی در خدمات جرثقیل دارای رتبه بندی S3 تا S5 هستند - برنامه مطابقت چرخه کار را تأیید کنید.
رتبه بندی محوطه حداقل IP54 برای صنعتی؛ IP55 یا IP65 برای محیط های معدن و کارخانه سیمان در فضای باز.

مشخصات	محدوده معمولی	چرا اهمیت دارد
رتبه بندی قدرت	1.5 کیلو وات تا 10000 کیلو وات	چارچوب موتور و نیاز خنک کننده را تعریف می کند
ولتاژ (استاتور)	380 ولت تا 11000 ولت	عرضه باید مطابقت داشته باشد. ولتاژ بالا تلفات کابل را کاهش می دهد
ولتاژ مدار باز روتور	200 ولت تا 1000 ولت	بر طراحی بانک مقاومت خارجی حاکم است
سرعت بار کامل	500 تا 3000 دور در دقیقه (بستگی به قطب ها دارد)	الزامات کوپلینگ ماشین رانده را تعیین کنید
راندمان بار کامل	92% تا 95%	هزینه انرژی عملیاتی در طول عمر
ضریب قدرت	0.80 تا 0.87 در بار کامل	تقاضای توان راکتیو در شبکه تامین
کلاس حفاظتی	IP54 تا IP65	تناسب زیست محیطی برای محل نصب

اولویت های تعمیر و نگهداری موتورهای القایی روتور زخمی

تنها عیب واقعی موتور زخم نسبت به طراحی قفس سنجابی، تعهد تعمیر و نگهداری آن بر روی حلقه لغزنده و مجموعه برس است. یک رژیم بازرسی ساختاریافته اکثر حالت های خرابی را قبل از اینکه باعث خرابی شوند حذف می کند.

جزء	فاصله بازرسی	اقدام	علامت شکست برای تماشا
برس های کربن	هر 2000 ساعت یا هر سه ماه یکبار	طول برس را اندازه گیری کنید - با 50% سایش (معمولا زیر 20 میلی متر) جایگزین کنید.	جرقه زدن، پچ پچ قلم مو، الگوی سایش ناهموار
حلقه های لغزنده	هر 4000 ساعت یا شش ماه یکبار	قطر حلقه را اندازه گیری کنید - اگر خروجی بیش از 0.05 میلی متر باشد، دوباره آسیاب کنید	شیار، لکه های صاف، تغییر رنگ در اثر قوس
فنرهای برس	سالانه	فشار فنر 15 تا 25 کیلو پاسکال را با گیج بررسی کنید	کاهش فشار باعث ایجاد قوس و خرابی فیلم می شود
بانک های مقاومت خارجی	سالانه	مقاومت های شبکه را از نظر ترک بررسی کنید، عایق ها را تمیز کنید	گشتاور پله ناهموار، گرم شدن بیش از حد در هنگام استارت
عایق سیم پیچ روتور	هر 2 سال یا پس از وقوع خطا	تست مقاومت عایق - حداقل 10 مهم در 500 ولت DC	جریان فاز نامتقارن، ارتعاش در هنگام شروع
بلبرینگ	بر اساس برنامه نظارت بر ارتعاش	روغن کاری بر اساس مشخصات OEM - معمولاً هر 2000 تا 3000 ساعت	ارتعاش بالا، افزایش دما در محفظه یاتاقان

کارخانه‌هایی که موتورهای روتور زخمی را در سرویس‌های سنگین مستمر کار می‌کنند - مانند کارخانه‌های متمرکز کننده که 24 ساعت در روز کار می‌کنند - معمولاً مجموعه‌ای از برس‌های از پیش نصب شده و مجموعه نگهدارنده برس یدکی را ذخیره می‌کنند تا امکان تعویض برس زیر 30 دقیقه بدون توقف طولانی‌مدت فراهم شود. شرایط فیلم برس (پتینه) روی سطح حلقه لغزش به اندازه طول قلم مو مهم است: یک لایه کربنی که به درستی شکل گرفته باشد اصطکاک و مقاومت تماس را کاهش می دهد. عدم وجود آن پس از تمیز کردن تهاجمی یک منبع رایج جرقه است که به سطوح حلقه آسیب می رساند.

هنگامی که نمایه بار شما شامل اینرسی بالا، استارت های مکرر یا نیاز به شتاب کنترل شده صاف بالاتر از آن چیزی است که یک استارتر نرم می تواند به لحاظ اقتصادی ارائه دهد، موتورهای روتور سه فاز از نظر فنی ساده ترین و مقرون به صرفه ترین راه حل باقی می ماند - بدون الکترونیک قدرت، بدون اعوجاج هارمونیک، و سابقه اثبات شده در سخت ترین محیط های صنعتی جهان که بیش از یک قرن استقرار تجاری را در بر می گیرد.