محاسبات راه اندازی موتورها

محاسبات راه اندازی موتورها

با توجه به تنوع بار (انواع پمپ ها، کمپرسورها، بالابرها، نوارهای نقاله، همزن ها و …) موتورهای القایی و میزان بار آن هادر شروع راه اندازی، همچنین نوع و یا شکل قفس روتور، جریان راه اندازی در این نوع موتورها نسبتاً زیاد و حدود 5 تا 8 برابر جریان نامی آن هاست. بنابراین بررسی روش های راه اندازی از اهمیت ویژه برخوردار می باشد.

در زمان راه اندازی موتور، دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:

1- نسبت گشتاور راه اندازی به گشتاور نامی: این نسبت نشان می دهد که موتور القایی برای رسیدن به نقطه کار به چه مدت زمانی احتیاج دارد. هر چقدر مقدار این نسبت بیشتر باشد موتور شتاب بیشتری گرفته و زودتر به نقطه کار می رسد.

2- نسبت جریان راه اندازی به جریان نامی: مقدار این نسبت هر چه بیشتر باشد یعنی جریان راه اندازی بیشتر است. در طی زمان راه اندازی به دلیل ازدیاد جریان، شبکه برق، کابل و منبع تغذیه تحت فشار قرار می گیرند و لذا دچار افت ولتاژ می شوند. بنابراین هر چه این نسبت کمتر باشد، شرایط راه اندازی بهتر است.

در این بخش پس از بیان اصول کلی موتورهای القایی، به بررسی انواع روش های راه اندازی این موتورها خواهیم پرداخت.

مباحث مورد بررسی در این قسمت به شرح ذیل می باشند:

- اصول کلی در مورد موتورهای القایی

- روش های مختلف راه اندازی موتورهای القایی شامل:

راه اندازی مستقیم ((Direct On Line (DOL))

راه اندازی ستاره-مثلث (Star Delta)

راه انداز با اتوترانسفورماتور

راه انداز نرم با تجهیزات الکترونیک قدرت (Soft Starter)

راه اندازی با (VFD (Variable Frequency Drive)

راه اندازی مستقیم ((Direct On Line (DOL)):

ساده ترین راه برای راه اندازی موتور القایی و در عین حال به دلیل مقرون به صرفه بودن رایج ترین روش می باشد. در این روش تنها از یک کلید قطع و وصل (کنتاکتور) مطابق شکل زیر استفاده می شود.

untitledتوضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد.

روش راه اندازی ستاره-مثلث:

در این روش برای کاهش جریان راه اندازی، موتور را با اتصال ستاره به برق متصل می کنند سپس بعد از عبور جریان اولیه راه اندازی که در این اتصال 3/1 جریان راه اندازی اصلی است، اتصال سیم پیچ ها را به مثلث تبدیل می کنند. زمان راه اندازی در این روش گاهی به 15 ثانیه می رسد. در صورتی که عمل تغییر اتصال به موقع انجام نشود، ممکن است موتور در زیر بار بماند چرا که توان حالت مثلث 3 برابر توان در حالت ستاره است و موتور برای غلبه بر نیروی مقاوم بار به حالت مثلث احتیاج دارد. به همین خاطر برای تغییر اتصال این روش راه اندازی در مدار از تایمر استفاده می شود.

2توضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد.

روش راه اندازی با اتوترانسفورماتور:

در این روش برای کم کردن جریان راه اندازی از کاهش ولتاژ به کمک اتو ترانسفورماتور استفاده می شود. اتوترانسفورماتورهای راه انداز موتور القایی دارای دو سر خروجی هستند. در شروع راه اندازی، سر وسط اتوترانسفورماتور، ولتاژی متناسب با راه اندازی موتور را در اختیار موتور قرار می دهد. لذا جریان راه اندازی کنترل شده و در ادامه با عبور از مرحله راه اندازی، مدار کنترل عمل تغییر اتصال را انجام می دهد و ولتاژ شبکه به طور کامل به موتور می رسد.

توضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد.

راه انداز نرم با تجهیزات الکترونیک قدرت (Soft Starter):

یکی دیگر از روش های مفید راه اندازی، استفاده از روش راه اندازی نرم (Soft Starter) می باشد که در حال حاضر بسیار پرکاربرد می باشد. در این روش ابتدا موتور با ولتاژ کم راه اندازی می شود، سپس به طور همزمان جریان موتور نیز توسط المان های الکترونیک قدرت کنترل گردیده و افزایش ولتاژ به گونه ای است که جریان راه اندازی به آرامی به جریان نامی برسد. افزایش ولتاژ ورودی موتور به صورت تدریجی تا ولتاژ نامی ادامه می یابد. در نتیجه گشتاور خروجی موتور نیز تدریجی اضافه می شود. بدین ترتیب از ایجاد ضربه های مکانیکی در زمان راه اندازی جلوگیری می گردد.

یعنی در زمان راه اندازی مقدار گشتاور به اندازه ایست که تنها بر نیروی اصطکاک و ایستایی موتور غلبه می کند. به همین خاطر به این روش راه اندازی، راه اندازی نرم گویند. در این روش جریان راه اندازی بین 2 تا 5 برابر جریان نامی می باشد.

یکی از مزایای این روش امکان تنظیم دقیق گشتاور مورد نیاز در هر لحظه است که هزینه های تعمیر و نگهداری تجهیزات مکانیکی را کاهش می دهد.

کلیه راه اندازهای نرم، دارای سیستم توقف نرم (Soft Stop) نیز می باشند. از آنجا که اینرسی یا لختی یک جسم متحرک پس از فرمان خاموشی موتور می تواند باعث ادامه حرکت شود ممکن است باعث ایجاد آسیب در تجهیزات مکانیکی متصل شده گردد. به همین خاطر کارشناسان مکانیک ترجیح می دهند که فرمان ایستادن موتور نیز به صورت نرم صورت گیرد تا در زمان ایستادن نیز تنش های مکانیکی به حداقل ممکن برسد.

استفاده از راه انداز نرم باعث افزایش طول عمر مکانیکی موتور شود. شاید تنها عیب آن گرانتر بودن آن نسبت به دیگر روش های راه اندازی است که با افزایش تولید و فراگیر شدن تجهیزات الکترونیک قدرت به نظر می رسد در آینده نزدیک قیمت آن به طور قابل توجهی کاهش یابد. شکل زیر یک نمونه راه انداز نرم  را نشان می دهد.

3چگونگی طراحی Soft Starter:

این وسیله از یک مدار چاپی (PCB)، هیت سینک، چند فن، هوسینگ وتجهیزات الکترونیک قدرت نظیر تریستورها و مدارهای کنترل تشکیل شده است. همچنین به یک رله اضافه بار که جایگزین بی متال های معمول می باشد نیز تجهیز شده است. وظیفه المان های الکترونیک قدرت و مدارات کنترلی، تنظیم ولتاژ مناسب جهت حرکت درآوردن موتور می باشد به گونه ای که در زمان راه اندازی مشکلی برای موتور و شبکه برق ایجاد نشود. در شکل زیر قسمت های مختلف یک راه انداز نرم نشان داده شده است.

4

توضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد

اطلاعات تکمیلی برخی از راه اندازهای نرم:

5

روش راه اندازی با VSD:

گاهی در صنایع مختلف لازم است سرعت موتور قابل کنترل باشد. در گذشته یکی از ضعف های موتور القایی را دشواری تنظیم سرعت آن و تنها برتری موتورهای DC را کنترل پذیری آسان سرعت آن می دانستند. در حال حاضر با رشد صنعت الکترونیک و توسعه تجهیزات الکترونیک قدرت، کنترل سرعت موتورهای القایی به سهولت امکان پذیر شده است. یکی از روش های تغییر سرعت میدان دوار موتورهای القایی، روش کنترل همزمان فرکانس و ولتاژ می باشد که توسط (VSD (VFD صورت می گیرد.

هر VSD دارای 2 بخش می باشد. ابتدا ولتاژ AC با فرکانس 50 (60) هرتز به ولتاژ DC تبدیل می شود و سپس ولتاژ DC را به ولتاژ AC با فرکانس قابل کنترل معمولا بین 0 تا 250 هرتز تبدیل می کند. شکل زیر نمونه ای این دو بخش در VSD را نشان می دهد.

7اصول اساسی VSD ها:

همانطور که اشاره شد VSD ها جهت راه اندازی موتور در در سرعت های متغیر به کار می روند. اصول کارکرد یک VSD در شکل زیر نشان داده شده است:

8اینورترها:

اصلی ترین قسمت VSD، اینورتر می باشد. اینورتر یک مبدل توان می باشد که ولتاژ و فرکانس ac ورودی را به ولتاژ و فرکانس متغیر کنترل شده تبدیل می کند تا بتواند سرعت موتور را کنترل کند.

اینورترهای (Pulse-Width-Modulated (PWM):

در این اینورتر یک ولتاژ ورودی ثابت dc با تغییر درصد زمان بسته شدن سوئیچ کنترل توان، به ولتاژ و فرکانس متغیر خروجی تبدیل می گردد. ولتاژ خروجی با افزایش درصد زمان بسته شدن سوئیچ، افزایش می یابد. سوئیچ می تواند باز یا بسته باشد. هیچ اتلاف توانی در هیچ یک از دو حالت باز یا بسته بودن وجود ندارد

مشخصات کلی VSD:

9

مشخصات استاندارد VSD سری IP5A LS:

10

در جدول زیر مقایسه ای بین روش های راه اندازی گفته شده به صورت کامل ارائه شده است.

11