نحوه انتخاب الکتروموتور

در این مقاله قصد داریم در مورد نحوه‌ انتخاب الکتروموتور با شما همراهان عزیز شرکت ماه صنعت انرژی صحبت کنیم.

فهرست مطالب

• 1- مقدمه
• 2- نحوه‌ انتخاب الکتروموتور
• 3- نحوه‌ انتخاب موتور AC و موتور DC
• 4- دلیل انتخاب موتور پله‌ای و نحوه‌ انتخاب آن
• 5- استانداردهای بهره وری انرژی برای موتور‌های‌الکتریکی

————————————————–

1- مقدمه

موتور‌الکتریکی یک وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی معمولا دوار تبدیل‌می‌کند که مشخصه حرکت دوار گشتاور و سرعت چرخش می‌باشد. و‌ نحوه‌ انتخاب الکتروموتور نیاز به دانش و شناخت انواع مختلف موتور و نحوه ی کار آن‌ها می‌باشد.

این مقاله یک راهنمای کامل و جامع جهت‌انتخاب نوع موتور بر اساس کاربرد شما می‌باشد. تقریبا 46 درصد برق تولیدی جهان در موتور‌های‌الکتریکی مصرف‌می‌شود.

موتور‌های الکتریکی در تمام صنعت وجود دارند و‌ نحوه‌ انتخاب موتور‌الکتریکی مناسب بسیار مهم می‌باشد.

موتورها نیروی مورد‌نیاز کمپرسورها، پمپ‌ها و نوار نقاله ها، فن، بلور و دریل و مخلوط کننده ها را تامین‌می‌کنند و قلب صنعت می‌باشند.

————————————————–

2- نحوه‌انتخاب الکتروموتور

موتور‌های‌ الکتریکی انواع مختلف حرکت از جمله سریع، دقیق، پیوسته، با یا بدون گیربکس و غیره را امکان پذیر می‌کنند.همه این کاربردها به تکنولوژی موتور خاص خود نیاز‌دارند. ابتدا باید بین سه گروه اصلی موتور‌های‌الکتریکی یکی را انتخاب کنید:

• 1-موتور آسنکرون AC (تک فاز یا سه فاز)
• 2-موتور‌سنکرون : موتور DC (جریان مستقیم)، بدون جاروبک و غیره.
• 3-موتور پله‌ای (استپر موتور)

برای‌انتخاب بین این سه گروه، لازم‌است نوع کاربرد مورد‌نیاز موتور را تعیین کنید:

– اگر می خواهید موتور شما به طور مداوم و با جابه جایی اندک دنده کار کند، باید یک موتور آسنکرون را انتخاب کنید.

–  برای کاربردهای دینامیکی، داشتن یک موتور‌سنکرون ضروری‌است.

–  در نهایت، اگر به موقعیت‌یابی دقیق نیاز‌دارید، باید یک موتور پله‌ای را انتخاب‌کنید.

بسته به حرکتی که نیاز‌دارید، باید مشخصات فنی و اندازه موتور را نیز تعیین کنید:

–  برای تعیین مشخصات فنی، تعیین قدرت، گشتاور و سرعت موتور ضروری خواهد بود.

–  برای تعیین اندازه، باید بدانید که موتور چقدر فضا اشغال می‌کند و چگونه نصب می‌شود.

هنگام‌انتخاب ابعاد و استحکام موتور باید محیط صنعتی که موتور در آن کار می‌کند را نیز در نظر بگیرید:

–  یک فرمت مناسب برای هر نوع محیط (منفجره، مرطوب، خورنده، دمای بالا و غیره) وجود دارد.

–  برای محیط‌های خشن موتورهایی با بدنه ی تقویت شده، ضد آب، مقاوم در برابر ضربه یا مقاوم در برابر خاک وجود دارد.

در نهایت، در سال‌های اخیر، راندمان به یک عامل مهم در هنگام‌انتخاب موتور تبدیل شده‌است:

– موتور‌الکتریکی که انرژی کمتری مصرف می‌کند باعث کاهش هزینه برق و انرژی آن می‌شود

مزایا و معایب موتور القایی

————————————————–

3- نحوه‌انتخاب موتور AC و موتور DC

این دو نوع موتور به صورت متفاوتی ساخته می‌شود:

اساسی ترین تفاوت برق ورودی آنها‌است: برای مثال نوع برق وردودی مانند باتری ، جریان متناوب (تک فاز یا سه فاز) و جریان مستقیم (DC).

سرعت تفاوت دیگر این دو موتور‌است. سرعت یک موتور DC با تغییر جریان در موتور کنترل می‌شود در حالی که، سرعت یک موتور AC با تغییر فرکانس، معمولاً با مبدل فرکانس کنترل‌می‌شود.

3-1- موتورهای AC

موتورهای AC پر کاربردترین موتور در صنعت‌هستند زیرا دارای چندین مزیت هستند:

– تولید و ساخت آنها ساده‌است

– به دلیل هزینه کمتر راه اندازی، مقرون به صرفه تر هستند

– همچنین موتور‌های AC  محکم تر‌هستند و بنابراین به طور کلی طول عمر بیشتری‌دارند

این‌نوع موتور نیاز به نگهداری کمی‌ دارند به دلیل نحوه عملکرد آنها، که شامل هماهنگی بین چرخش روتور و فرکانس جریان‌است، سرعت موتورهای AC ثابت می ماند. آنها به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به حرکت مداوم و تعویض دنده کم در گیربگس کمی مناسب‌هستند.

بنابراین این‌نوع موتور برای استفاده در پمپ ها , نوار نقاله ها و فن ها کاملاً سازگار‌است . آنها همچنین می‌توانند در سیستم‌هایی که سرعت متغیر به دقت بالایی نیاز ندارند، استفاده شوند. از طرف دیگر،  کنترل سرعت در این موتورها آنها را نسبت به سایر موتورها گرانتر‌می‌کند.

دو نوع موتور AC وجود دارد: تک فاز و سه فاز

موتورهای تک فاز با موارد زیر مشخص می‌شوند:

– توان الکتریکی (بر حسب کیلووات KW)، که گشتاور را تعیین‌می‌کند.

– تعداد قطب‌ها که سرعت چرخش را تعیین‌می‌کند.

– روش اتصال : فلنج (B14، B5) یا براکت (B3)

–  بهره وری

– کمتر صنعتی‌هستند چون قدرت کمتری‌دارند.

– آنها را می توان در شبکه برق خانگی استفاده کرد.

موتورهای سه فاز با موارد زیر مشخص می‌شوند:

– ساختار این موتور به گونه‌ای‌است که اجازه می‌دهد تا توان الکتریکی بسیار بیشتری نسبت به موتورهای تک فاز منتقل شود.

– استفاده از آنها در محیط‌های صنعتی (حدود 80%)

– استفاده از آنها برای زیرساخت‌هایی و تجهیزاتی که به توان الکتریکی بالایی نیاز‌دارند مناسب‌است.

3-2- موتورهای DC

موتورهای DC نیز در محیط‌های صنعتی بسیار متداول‌هستند زیرا بسته به ساختار دارای‌مزایای قابل توجهی‌هستند (به سوال موتور بدون جاروبک مراجعه کنید):

– آنها دقیق و سریع‌هستند.

– سرعت آنها را می توان با تغییر ولتاژ تغذیه کنترل کرد.

– نصب آنها حتی در سیستم‌های قابل جابه جا (با باتری) آسان‌است.

– گشتاور راه اندازی بالاست.

– راه اندازی، توقف، شتاب گیری و معکوس کردن به سرعت انجام‌می‌شود.

آنها برای کاربردهای دینامیکی که نیاز به دقت بالایی‌دارند ، به ویژه از نظر سرعت، مانند آسانسورها ، یا از نظر موقعیت مانند ربات‌ها یا ماشین ابزار ، بسیار مناسب‌هستند .آنها همچنین می توانند برای کاربردهایی که به توان بالا (مثلاً 10000 کیلو وات) نیاز‌دارند سودمند باشند. با این حال، آنها بسته به ساختار آنها در مقایسه با موتورهای AC دارای‌ معایب خاصی‌ هستند:

– آنها کمتر رایج‌هستند زیرا برای کاربرد‌هایی که نیاز به توان بالا‌دارند کمتر مناسب‌هستند.

– آنها از قطعات زیادی تشکیل شده‌اند که فرسوده می‌شوند و تعویض آنها گران‌است.

دو نوع متداول موتورهای DC شامل، موتورهای براش و موتورهای براشلس هستند.

موتورهای براش یا جاروبک‌دار

موتورهای جاروبک‌دار ساده ترین و پرکاربردترین موتورها به ویژه برای تجهیزات اولیه صنعتی و کاربردهای کم هزینه‌هستند.

این موتورها مزایای خاصی‌دارند که عبارتند از:

– کنترل آنها آسان‌است.

– گشتاور در دورهای پایین بسیار خوب‌است.

– آنها ارزان هستند.

بسته به کاربرد مورد نظر شما چهار نوع موتور جاروبک‌دار وجود دارد.

سری :

– در‌این‌نوع موتورها، استاتور به صورت سری به روتور متصل می‌شود و با تغییر ولتاژ تغذیه، سرعت کنترل‌می‌شود.

– با این حال، این‌نوع کنترل سرعت نسبتا ضعیف‌است: به محض افزایش گشتاور به موتور، سرعت کاهش می‌یابد.

– این‌نوع موتور برای کاربردهایی که به گشتاور راه اندازی بالا نیاز‌دارند مانند اتومبیل یا جرثقیل مفید‌است.

شنت :

– در‌این‌نوع موتور، استاتور به صورت موازی به روتور متصل می‌شود که با افزایش جریان موتور، گشتاور بیشتری را بدون کاهش سرعت می‌دهد.

– این‌نوع موتور برای کاربردهایی با سرعت ثابت مانند جاروبرقی یا نوار نقاله مناسب‌است.

سیم پیچ مرکب یا کومپوند :

– این‌نوع موتور ترکیبی از ساختار موتورهای سری و موتورهای شنت‌است.

– در نتیجه، گشتاور راه اندازی بالا و همچنین تغییرات سرعت بالاتر را ارائه می‌دهد.

– این‌نوع موتور برای پرس‌های دوار، آسانسور ، پمپ‌های گریز از مرکز و کمپرسور مناسب‌است.

آهنربای دائمی :

– این‌نوع موتور دارای یک آهنربای دائمی‌است که گشتاور کم را ممکن‌می‌کند.

– برای کاربرد‌هایی که نیاز به کنترل دقیق دارند مانند روباتیک یا سیستم های سروو مفید‌است.

همه موتورهای جاروبک‌دار دارای‌معایب قابل توجهی هستند:

– آنها نسبت به موتورهای براشلس کارایی کمتری‌دارند (75-80٪ در مقایسه با 85-90٪ برای موتورهای براشلس).

– طول عمر آنها کوتاه‌است زیرا جاروبک ها به دلیل اصطکاک منظم با گذشت زمان سریعتر فرسوده می‌شوند (بین 1000 تا 10000 ساعت کار بسته به دفعات استفاده، قدرت، سرعت، لرزش و غیره).

– جرقه جاروبک ها و کلکتور می‌تواند نویز الکترومغناطیسی ایجادکند که می‌تواند آتش ایجاد‌کند.

–  به همین ترتیب، خطر جرقه ناشی از اصطکاک، استفاده از‌این‌نوع موتور را در محیط‌های انفجاری نامطلوب‌می‌کند.

– سرعت به طور کلی به دلیل گرم شدن جاروبک‌ها محدود‌است.

– جاروبک‌های ساخته شده از گرافیت گرد و غبار تولید می‌کنند که می‌تواند به دستگاه های دیگر مانند دستگاه های نوری آسیب‌می‌زند

– آنها نیاز به روغن کاری دارند که استفاده از آنها را در جاروبرقی غیرممکن‌می‌کند.

موتورهای براشلس

موتورهای براشلس برخی از نقاط ضعف موتورهای جاروبک‌دار مانند وجود جاروبک را جبران‌می‌کنند. اما این موتورها مزایای دیگری نیز‌دارند:

– آنها می‌توانند در سرعت‌های بالاتر (تا 100000 دور در دقیقه در مقایسه با 20000 دور در دقیقه در موتورهای جاروبک‌دار) کار کنند.

– آنها عمر طولانی‌تری دارند (بیش از 10000 ساعت کارکرد)

– آنها قابل اعتمادتر و کارآمدتر‌هستند.

– هیچ قطعه سایشی به جز یاتاقان ها وجود ندارد که باعث کاهش عملیات تعمیر و نگهداری‌می‌شود.

این واقعیت که این موتورها می‌توانند در سرعت‌های بسیار بالا کار کنند، آنها را به ویژه برای آسیاب، فن یا اره مناسب‌می‌کند.

موتورهای براشلس به طور سیستماتیک مجهز به انکودر‌هستند، حسگری که امکان سوئیچینگ الکترونیکی و تعیین موقعیت روتور را فراهم‌می‌کند.

بنابراین این موتورها برای کاربردهای دقیق سروموتور نیز مناسب‌هستند.

با این حال، آنها دارای‌معایب خاصی هستند:

– هزینه اولیه زیاد‌است زیرا لازم‌است یک دستگاه سوئیچینگ اختصاصی (کنترل کننده) اضافه‌شود.

– آنها همچنین به طور کلی به یک گیربکس کاهش‌دهنده در کاربردهای درایو نیاز‌دارند.

آیا این پایان موتورهای جاروبک‌دار‌است؟ خیر

بر اساس مریخ نورد فرصت ممکن‌است به نظر در مسابقه بین موتورهای جاروبک‌دار و موتورهای براشلس، موتورهای براش شکسته بخورند و چاره‌ای جز بازگشت به کمد‌ندارند.

با این حال، این درست نیست، زیرا موتورهای جاروبک‌دار در صنعت و حتی در فضا محبوب‌هستند.

Maxon، سازنده سوئیسی موتور‌های‌الکتریکی، به طور مداوم در حال توسعه فناوری های جدید برای موتورهای جاروبک‌دار و موتورهای جاروبک‌دار آنها در، مریخ نورد ناسا که در سال 2003 به مریخ فرستاده شده‌استفاده شده‌است.

مریخ نورد فرصت 34 موتور DC جاروبک‌دار را داراست که توانسته اند تحت شرایط شدید با تغییرات دمایی گسترده با موفقیت کارکنند.

انتخاب ناسا ساده بود: بهره مندی از سادگی کنترل موتور جاروبک‌دار و در نتیجه توانایی کنترل تمام 34 موتور از یک کنترلر. موتورهای براشلس به یک کنترلر برای هر موتور با خطرات هزینه و عوارض نیاز‌دارند.

3-3- روند بازار امروز چگونه است و‌نحوه‌انتخاب موتور‌الکتریکی چگونه است؟

– موتورهای DC با جاروبک کمتر و کمتر در کاربردهای صنعتی استفاده‌می‌شوند. برای توان کمتر، به جای آن از موتورهای AC استفاده‌می‌شود زیرا برای استفاده معادل، نیاز به تعمیر و نگهداری کمی‌دارند.

– از آنجایی که قطعات موتور DC برای تعویض بسیار گران‌هستند، برخی از تولیدکنندگان موتورهای AC را انتخاب می‌کنند که در آنها یک کنترل کننده الکتریکی نیز به آنها اضافه‌می‌شود.

ترکیب یک موتور AC و یک اینورتر فرکانس به یک راه حل مقرون به صرفه برای اکثر کاربرد هایی که نیاز به تغییرات سرعت دارند تبدیل شده‌است.

————————————————–

4- دلیل انتخاب موتور پله‌ای و‌نحوه‌انتخاب آن

یک موتور پله‌ای یک پالس الکتریکی را به یک حرکت زاویه‌ای تبدیل می‌کند. برای کاربرد هایی که نیاز به کنترل موقعیت حلقه باز دارند مفید‌است.

سه دسته از موتورهای پله‌ای وجود دارد:

– موتور رلوکتانس متغیر : با مشخصات الکتریکی یکسان، این‌نوع موتور از یک موتور آهنربای دائمی قدرتمندتر اما سریعتر‌است.

– موتور آهنربای دائمی : یک موتور کم هزینه و با رزولیشن کم (تا 100 قدم در دور)‌است.

– و موتور هیبریدی: این‌نوع موتور ترکیبی از دو نوع تکنولوژی قبلی‌است اما گرانتر‌است. از مزایای آن گشتاور بهتر، سرعت بالاتر و رزولوشن 100 تا 400 گام / دور‌است.

موتورهای آهنربای دائمی و هیبریدی متداول ترین موتورهای مورد استفاده‌هستند زیرا دارای‌مزایای خاصی‌هستند:

– آنها دقیق‌هستند.

– آنها ارزان‌هستند.

– آنها محکم‌هستند.

– ساخت آنها ساده‌است.

– گشتاور در هنگام راه اندازی و در سرعت های پایین زیاد‌است.

با این حال، آنها همچنین دارای‌معایبی‌هستند:

–  سرعت و گشتاور نسبتا کم‌است.

–  با افزایش سرعت، گشتاور به شدت کاهش‌می‌یابد.

–  آنها ارتعاشاتی ایجاد می‌کنند که می تواند مشکلات رزونانس ایجاد کند.

– خطر گرم شدن بیش از حد وجود دارد.

هنگام انتخاب‌یک موتور پله‌ای، توجه به موارد زیر در نحوه‌انتخاب موتور پله‌ای ضروری است:

– گشتاور و بار

– تعداد پله

– ابعاد موتور (وزن، فلنج های نصب و غیره).

– هزینه

————————————————–

5- استانداردهای بهره وری انرژی برای موتور‌های‌الکتریکی

تولیدکنندگان به طور فزاینده ای به مسئله بهره‌وری انرژی فکر‌ می‌کنند. اقتصاد سبزتر و دوستدار محیط زیست یکی از اهداف کنفرانس تغییرات آب و هوایی سازمان ملل در سال 2015‌است که بسیاری از کشورها به آن متعهد شدند. اما بیش از همه به منظور محدود کردن مصرف و صرفه جویی‌است که صنعت در سال های اخیر تجهیزات کم مصرف بیشتری را به دست آورده‌است.

طبق مطالعه کمیسیون اروپا، موتورها 65 درصد از انرژی مصرفی صنعتی در اروپا را تشکیل می‌دهند. بنابراین، اقدام در مورد موتورها گام مهمی برای کاهش انتشار CO2‌است. کمیسیون حتی پیش بینی می‌کند که تا سال 2020 می توان بهره وری انرژی موتورهای ساخت اروپا را 20 تا 30 درصد بهبود بخشید. نتیجه 63 میلیون تن CO2 کمتر در جو و 135 میلیارد کیلووات ساعت صرفه جویی خواهد‌شد. اگر می‌خواهید موتورهای کم‌مصرف انرژی را ادغام کنید و در عین حال صرفه‌جویی کنید، ابتدا باید استانداردهای بهره‌وری انرژی برای موتورهای کشور یا منطقه جغرافیایی خود را بررسی کنید.

اما مراقب باشید، این استانداردها برای همه موتورها اعمال‌نمی‌شود، فقط برای موتور‌های‌الکتریکی AC آسنکرون اعمال می‌شود .

استانداردهای بین المللی

– کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) کلاس‌های بهره وری انرژی را برای موتور‌های‌الکتریکی موجود در بازار تعریف کرده‌است که به کد IE معروف‌است که در استاندارد بین المللی IEC خلاصه شده‌است.

– IEC چهار سطح از بازده انرژی را که عملکرد انرژی موتور را تعریف می‌کند، شناسایی کرده‌است:

– IE1 به کارایی استاندارد اشاره‌دارد.

–  IE2 به راندمان بالا اشاره‌دارد.

–  IE3 به کارایی PREMIUM اشاره‌دارد.

–  IE4 ، که هنوز در دست مطالعه‌است، نوید بهره وری SUPER PREMIUM را می‌دهد.

– IEC همچنین استاندارد IEC 60034-2-1:2014 را برای آزمایش موتور‌های‌الکتریکی پیاده سازی کرده‌است.

بسیاری از کشورها از استانداردهای آزمون ملی استفاده می‌کنند، در حالی که به استاندارد بین المللی IEC 60034-2-1 نیز اشاره‌می‌کنند.

 اروپا

اتحادیه اروپا قبلاً دستورالعمل های متعددی را با هدف کاهش مصرف انرژی موتورها تصویب کرده‌است، از جمله الزام تولیدکنندگان به عرضه موتورهای کم مصرف در بازار:

– بنابراین کلاس IE2 از سال 2011 برای همه موتورها اجباری شده‌است

– کلاس IE3 از ژانویه 2015 برای موتورهای با توان 7.5 تا 375 کیلووات (یا IE2 اگر این موتورها دارای اینورتر فرکانس باشند) اجباری شده‌است.

– کلاس IE3 از ژانویه 2017 برای موتورهای با توان 0.75 تا 375 کیلووات (یا IE2 در صورتی که این موتورها دارای اینورتر فرکانس باشند) اجباری شده‌است.

ایالات متحده

در ایالات متحده، استانداردهای تعریف شده توسط انجمن آمریکایی NEMA (انجمن ملی تولیدکنندگان برق) در حال اجرا‌هستند. از سال 2007، حداقل سطح مورد‌نیاز IE2 تعیین شده‌است.

همین طبقه بندی در مورد استرالیا و نیوزلند نیز صدق‌می‌کند .

آسیا

در چین، استانداردهای کره‌ای MEPS (استاندارد حداقل عملکرد انرژی) برای موتورهای سه فاز آسنکرون کوچک و متوسط از سال 2002 (GB 18693) اعمال شده‌است.

در سال 2012 استانداردهای MEPS با استانداردهای IEC هماهنگ شدند و از IE1 به IE2 و اکنون به IE3 منتقل شدند.

ژاپن مقررات ملی خود را با کلاس‌های بهره وری IEC هماهنگ کرده‌است و موتور‌های‌الکتریکی IE2 و IE3 را در برنامه Top Runner خود در سال 2014 گنجانده‌است.

برنامه Top Runner که در سال 1999 معرفی شد، تولیدکنندگان ژاپنی را مجبور می‌کند دائماً مدل های جدیدی را در بازار ارائه دهند که از نظر انرژی کارآمدتر از نسل های قبلی، در نتیجه تقلید و نوآوری انرژی را مجبور‌می‌کند.

هند از سال 2009 دارای برچسب کارایی مقایسه‌ای و از سال 2012 یک استاندارد ملی در سطح IE2‌است.