رابطه بین جریان بدون بار، تلفات و افزایش دما موتور سه فاز آسنکرون

0. مقدمه

جریان بدون بار و از دست دادن یک موتور ناهمزمان سه فاز نوع قفس پارامترهای مهمی هستند که نشان دهنده کارایی و عملکرد الکتریکی موتور هستند. آنها نشانگرهای داده ای هستند که می توانند به طور مستقیم در محل استفاده پس از ساخت و تعمیر موتور اندازه گیری شوند. تا حدی اجزای اصلی موتور را منعکس می کند - سطح فرآیند طراحی و کیفیت ساخت استاتور و روتور، جریان بدون بار مستقیماً بر ضریب قدرت موتور تأثیر می گذارد. تلفات بدون بار ارتباط نزدیکی با راندمان موتور دارد و بصری ترین آیتم آزمایشی برای ارزیابی اولیه عملکرد موتور قبل از راه اندازی رسمی موتور است.

1.عوامل موثر بر جریان بی باری و از دست دادن موتور

جریان بی بار موتور سه فاز ناهمزمان نوع سنجاب عمدتاً شامل جریان تحریک و جریان فعال در حالت بی باری است که حدود 90 درصد آن جریان تحریک است که برای تولید میدان مغناطیسی دوار استفاده می شود. به عنوان یک جریان راکتیو در نظر گرفته می شود که بر ضریب توان COS تأثیر می گذاردφ موتور. اندازه آن به ولتاژ ترمینال موتور و چگالی شار مغناطیسی طراحی هسته آهن مربوط می شود. در طول طراحی، اگر چگالی شار مغناطیسی بیش از حد بالا انتخاب شود یا ولتاژ بالاتر از ولتاژ نامی در هنگام کار موتور باشد، هسته آهن اشباع می شود، جریان تحریک به طور قابل توجهی افزایش می یابد و مقدار خالی مربوطه جریان بار زیاد است. و ضریب توان کم است، بنابراین تلفات بدون بار زیاد است.باقی مانده10%جریان اکتیو است که برای تلفات توان مختلف در حین کار بدون بار استفاده می شود و راندمان موتور را تحت تاثیر قرار می دهد.برای موتوری با سطح مقطع سیم پیچ ثابت، جریان بی باری موتور زیاد است، جریان فعال مجاز به جریان کاهش می یابد و ظرفیت بار موتور کاهش می یابد.جریان بی باری موتورهای سه فاز ناهمزمان نوع قفس به طور کلی است30٪ تا 70٪ از جریان نامی، و تلفات 3٪ تا 8٪ از توان نامی است.. در این میان، تلفات مس موتورهای کم توان سهم بیشتری را به خود اختصاص می دهد و تلفات آهن موتورهای پرقدرت سهم بیشتری را به خود اختصاص می دهد. بالاترتلفات بدون بار موتورهای سایز فریم بزرگ عمدتاً از دست دادن هسته است که شامل افت هیسترزیس و تلفات جریان گردابی است.از دست دادن پسماند متناسب با ماده نفوذپذیر مغناطیسی و مربع چگالی شار مغناطیسی است. تلفات جریان گردابی متناسب با مجذور چگالی شار مغناطیسی، مربع ضخامت ماده نفوذپذیر مغناطیسی، مربع فرکانس و نفوذپذیری مغناطیسی است. متناسب با ضخامت مواد.علاوه بر تلفات هسته، تلفات تحریکی و تلفات مکانیکی نیز وجود دارد.هنگامی که موتور تلفات بی باری زیادی داشته باشد، علت خرابی موتور را می توان از جنبه های زیر جستجو کرد.1) مونتاژ نامناسب، چرخش روتور غیر قابل انعطاف، کیفیت پایین یاتاقان، گریس بیش از حد در یاتاقان ها و غیره باعث از دست دادن اصطکاک مکانیکی بیش از حد می شود. 2) استفاده نادرست از یک فن بزرگ یا یک فن با پره های زیاد باعث افزایش اصطکاک باد می شود. 3) کیفیت ورق فولادی سیلیکونی هسته آهن ضعیف است. 4) طول ناکافی هسته یا ورقه ورقه نامناسب منجر به طول موثر ناکافی و در نتیجه افزایش تلفات سرگردان و اتلاف آهن می شود. 5) به دلیل فشار زیاد در حین لمینیت، لایه عایق ورق فولادی سیلیکونی هسته خرد شد یا عملکرد عایق لایه عایق اصلی مطابق با الزامات نبود.

یک موتور YZ250S-4/16-H، با سیستم الکتریکی 690V/50HZ، قدرت 30KW/14.5KW و جریان نامی 35.2A/58.1A. پس از اتمام اولین طراحی و مونتاژ، آزمایش انجام شد. جریان بی باری 4 قطبی 11.5 آمپر و تلفات 1.6 کیلووات، طبیعی بود. جریان بی باری 16 قطبی 56.5 آمپر و تلفات بی باری 35 کیلووات است. مشخص شده است که 16-جریان بی باری قطب زیاد است و تلفات بدون بار خیلی زیاد است.این موتور یک سیستم کار کوتاه مدت است،در حال اجرا در10/5 دقیقه16-موتور قطب تقریباً بدون بار کار می کند1دقیقه موتور بیش از حد گرم می شود و دود می شود.موتور جدا شد و دوباره طراحی شد و پس از طراحی ثانویه دوباره تست شد.4جریان بدون بار قطب10.7A استو ضرر است1.4 کیلووات،که طبیعی است؛16قطب جریان بدون بار است46Aو از دست دادن بدون بار18.2 کیلو وات است. قضاوت می شود که جریان بدون بار زیاد است و بدون بار تلفات هنوز خیلی زیاد است. آزمایش بار نامی انجام شد. برق ورودی بود33.4 کیلو وات، توان خروجی14.5 کیلو وات بودو جریان عملیاتی52.3A بود، که کمتر از جریان نامی موتور بوداز 58.1A. اگر صرفاً بر اساس جریان ارزیابی شود، جریان بدون بار واجد شرایط است.با این حال، واضح است که تلفات بدون بار بسیار زیاد است. در حین کار، اگر تلفات ایجاد شده هنگام کار موتور به انرژی گرمایی تبدیل شود، دمای هر قسمت از موتور بسیار سریع افزایش می یابد. یک آزمایش عملکرد بدون بار انجام شد و موتور پس از 2 کار دود شددقیقه.پس از تغییر طرح برای سومین بار، آزمایش تکرار شد.4-جریان بدون بار قطب10.5A بودو ضرر بود1.35 کیلو واتکه طبیعی بود؛16جریان بدون بار قطب30A بودو از دست دادن بدون بار11.3 کیلووات بود. مشخص شد که جریان بی باری خیلی کم است و تلفات بی باری هنوز خیلی زیاد است. ، آزمایش عملیات بدون بار را انجام داد و پس از اجرابرای 3دقیقه، موتور بیش از حد گرم شد و دود شد.پس از طراحی مجدد، آزمایش انجام شد.4-قطب اساساً بدون تغییر است،16جریان بدون بار قطب26A است، و از دست دادن بدون بار2360 وات است. قضاوت می شود که جریان بدون بار بسیار کوچک است، تلفات بدون بار طبیعی است، و16قطب اجرا می شود برای5دقیقه بدون بار، که طبیعی است.مشاهده می شود که افت بی باری مستقیماً بر افزایش دمای موتور تأثیر می گذارد.

2.عوامل اصلی موثر بر از دست دادن هسته موتور

در تلفات موتور با ولتاژ پایین، توان بالا و ولتاژ بالا، تلفات هسته موتور یک عامل کلیدی موثر بر راندمان است. تلفات هسته موتور شامل تلفات اساسی آهن ناشی از تغییرات میدان مغناطیسی اصلی در هسته، تلفات اضافی (یا سرگردان) است.در هسته در شرایط بدون بار،و نشتی میدان های مغناطیسی و هارمونیک های ناشی از جریان کاری استاتور یا روتور. تلفات ناشی از میدان های مغناطیسی در هسته آهنی.تلفات اساسی آهن به دلیل تغییر در میدان مغناطیسی اصلی در هسته آهن رخ می دهد.این تغییر می تواند ماهیت مغناطیسی متناوب داشته باشد، مانند آنچه در دندانه های استاتور یا روتور موتور رخ می دهد. همچنین می تواند ماهیت مغناطیسی چرخشی داشته باشد، مانند آنچه در یوغ آهنی استاتور یا روتور موتور رخ می دهد.چه مغناطش متناوب باشد و چه مغناطش چرخشی، پسماند و تلفات جریان گردابی در هسته آهنی ایجاد می شود.از دست دادن هسته عمدتاً به از دست دادن آهن اساسی بستگی دارد. تلفات هسته بزرگ است، عمدتاً به دلیل انحراف مواد از طراحی یا بسیاری از عوامل نامطلوب در تولید، که منجر به چگالی شار مغناطیسی بالا، اتصال کوتاه بین ورق‌های فولاد سیلیکونی و افزایش پنهان ضخامت فولاد سیلیکونی می‌شود. ورق ها .کیفیت ورق فولادی سیلیکونی الزامات را برآورده نمی کند. به عنوان ماده رسانای مغناطیسی اصلی موتور، انطباق عملکرد ورق فولادی سیلیکون تأثیر زیادی بر عملکرد موتور دارد. هنگام طراحی، عمدتاً اطمینان حاصل می شود که درجه ورق فولادی سیلیکون مطابق با الزامات طراحی است. علاوه بر این، همان درجه ورق فولاد سیلیکونی از تولید کنندگان مختلف است. تفاوت های خاصی در خواص مواد وجود دارد. هنگام انتخاب مواد، باید تمام تلاش خود را برای انتخاب مواد از تولید کنندگان خوب فولاد سیلیکونی انجام دهید.وزن هسته آهنی کافی نیست و قطعات فشرده نمی شوند. وزن هسته آهنی ناکافی است و در نتیجه جریان بیش از حد و از دست دادن آهن زیاد می شود.اگر ورق فولاد سیلیکونی بیش از حد ضخیم رنگ شود، مدار مغناطیسی بیش از حد اشباع می شود. در این زمان، منحنی رابطه بین جریان بدون بار و ولتاژ به طور جدی خم می شود.در طول تولید و پردازش هسته آهنی، جهت دانه سطح پانچ ورق فولاد سیلیکونی آسیب می بیند و در نتیجه اتلاف آهن تحت همان القای مغناطیسی افزایش می یابد. برای موتورهای فرکانس متغیر، تلفات آهن اضافی ناشی از هارمونیک نیز باید در نظر گرفته شود. این چیزی است که باید در فرآیند طراحی در نظر گرفته شود. همه عوامل در نظر گرفته شده است.دیگرعلاوه بر عوامل فوق، ارزش طراحی تلفات آهن موتور باید بر اساس تولید و فرآوری واقعی هسته آهن باشد و سعی شود ارزش تئوری با مقدار واقعی مطابقت داده شود.منحنی های مشخصه ارائه شده توسط تامین کنندگان مواد عمومی با توجه به روش دایره مربع اپشتاین اندازه گیری می شود و جهت مغناطش بخش های مختلف موتور متفاوت است. در حال حاضر نمی توان این تلفات ویژه آهن چرخشی را در نظر گرفت.این امر منجر به ناسازگاری بین مقادیر محاسبه شده و مقادیر اندازه گیری شده به درجات مختلف می شود.

3.تاثیر افزایش دمای موتور بر ساختار عایق

فرآیند گرمایش و سرمایش موتور نسبتاً پیچیده است و افزایش دمای آن با گذشت زمان در یک منحنی نمایی تغییر می کند.به منظور جلوگیری از افزایش دمای موتور از بیش از حد استاندارد مورد نیاز، از یک طرف، تلفات تولید شده توسط موتور کاهش می یابد. از طرفی ظرفیت اتلاف حرارت موتور افزایش می یابد.از آنجایی که ظرفیت یک موتور روز به روز افزایش می یابد، بهبود سیستم خنک کننده و افزایش ظرفیت اتلاف حرارت به اقدامات مهمی برای بهبود افزایش دمای موتور تبدیل شده است.

هنگامی که موتور تحت شرایط نامی برای مدت طولانی کار می کند و دمای آن به پایداری می رسد، مقدار حد مجاز افزایش دمای هر یک از اجزای موتور را حد افزایش دما می گویند.حد افزایش دمای موتور در استانداردهای ملی تعیین شده است.حد افزایش دما اساساً به حداکثر دمای مجاز توسط ساختار عایق و دمای محیط خنک‌کننده بستگی دارد، اما به عواملی مانند روش اندازه‌گیری دما، شرایط انتقال حرارت و اتلاف حرارت سیم‌پیچ و شدت جریان گرما مجاز به تولید است.خواص مکانیکی، الکتریکی، فیزیکی و سایر خواص مواد مورد استفاده در ساختار عایق سیم پیچ موتور به تدریج تحت تأثیر دما بدتر می شود. هنگامی که دما تا حد معینی افزایش می یابد، خواص مواد عایق دستخوش تغییرات اساسی و حتی از دست دادن قابلیت عایق می شود.در فناوری الکتریکی، سازه‌های عایق یا سیستم‌های عایق در موتورها و وسایل الکتریکی اغلب با توجه به دمای شدیدشان به چندین درجه مقاوم در برابر حرارت تقسیم می‌شوند.هنگامی که یک ساختار یا سیستم عایق در یک سطح دمایی متناظر برای مدت طولانی کار می‌کند، معمولاً تغییرات عملکردی ناخواسته ایجاد نمی‌کند.سازه های عایق با درجه مقاوم در برابر حرارت معین ممکن است همه از مواد عایق از همان درجه مقاوم در برابر حرارت استفاده نکنند. درجه مقاوم در برابر حرارت سازه عایق به طور جامع با انجام آزمایش های شبیه سازی بر روی مدل سازه مورد استفاده ارزیابی می شود.ساختار عایق تحت دماهای شدید مشخص کار می کند و می تواند عمر مفید اقتصادی داشته باشد.استنتاج نظری و عملی ثابت کرده است که بین طول عمر ساختار عایق و دما رابطه نمایی وجود دارد، بنابراین به دما بسیار حساس است.برای برخی از موتورهای با کاربرد خاص، در صورتی که طول عمر آنها نیاز به طولانی بودن نداشته باشد، برای کاهش سایز موتور می توان دمای حد مجاز موتور را بر اساس تجربه یا داده های آزمایشی افزایش داد.اگرچه دمای محیط خنک کننده با سیستم خنک کننده و محیط خنک کننده مورد استفاده متفاوت است، اما برای سیستم های خنک کننده مختلفی که در حال حاضر استفاده می شود، دمای محیط خنک کننده اساساً به دمای اتمسفر بستگی دارد و از نظر عددی با دمای اتمسفر یکسان است. تقریبا همینطور.روش‌های مختلف اندازه‌گیری دما منجر به تفاوت‌های متفاوتی بین دمای اندازه‌گیری شده و دمای داغ‌ترین نقطه در قطعه مورد اندازه‌گیری می‌شود. دمای داغ ترین نقطه در قطعه مورد اندازه گیری، کلید قضاوت در مورد اینکه آیا موتور می تواند برای مدت طولانی ایمن کار کند یا خیر است.در برخی موارد خاص، حد افزایش دمای سیم پیچ موتور اغلب به طور کامل توسط حداکثر دمای مجاز سازه عایق مورد استفاده تعیین نمی شود، اما عوامل دیگری نیز باید در نظر گرفته شوند.افزایش بیشتر دمای سیم پیچ موتور به طور کلی به معنای افزایش تلفات موتور و کاهش بازده است.افزایش دمای سیم پیچ باعث افزایش تنش حرارتی در مواد برخی از قطعات مرتبط می شود.موارد دیگر، مانند خواص دی الکتریک عایق و استحکام مکانیکی مواد فلزی هادی، اثرات نامطلوبی خواهند داشت. ممکن است در عملکرد سیستم روانکاری بلبرینگ مشکلاتی ایجاد کند.بنابراین، اگرچه برخی از سیم‌پیچ‌های موتور در حال حاضر کلاس را اتخاذ می‌کنندسازه های عایق F یا کلاس H، محدودیت های افزایش دمای آنها همچنان مطابق با مقررات کلاس B است. این نه تنها برخی از عوامل فوق را در نظر می گیرد، بلکه باعث افزایش قابلیت اطمینان موتور در هنگام استفاده می شود. سودمندتر است و می تواند عمر موتور را افزایش دهد.

4.در نتیجه گیری

جریان بدون بار و از دست دادن بدون بار موتور ناهمزمان سه فاز قفس افزایش دما، راندمان، ضریب قدرت، توانایی راه اندازی و سایر شاخص های اصلی عملکرد موتور را تا حد معینی منعکس می کند. واجد شرایط بودن یا نبودن آن مستقیماً بر عملکرد موتور تأثیر می گذارد.پرسنل آزمایشگاه تعمیر و نگهداری باید بر قوانین محدودیت تسلط داشته باشند، اطمینان حاصل کنند که موتورهای واجد شرایط کارخانه را ترک می کنند، در مورد موتورهای فاقد صلاحیت قضاوت کنند و تعمیرات را انجام دهند تا اطمینان حاصل شود که شاخص های عملکرد موتورها با الزامات استانداردهای محصول مطابقت دارند.