راه اندازی و کنترل موتور اسلیپ رینگ

یکی از انواع الکتروموتورهای القایی، الکتروموتور اسلیپ رینگ می باشد که از طریق مقاومتهایی که در مدار روتور آن قرار می گیرد امکان کنترل گشتاور و سرعت را ایجاد می کند. در این مقاله ، به این نوع الکتروموتور و اینکه چطور مقدار مقاومت خارجی را محاسبه کنیم، می پردازیم.

راه اندازی و کنترل موتور اسلیپ رینگ

راه اندازی و کنترل موتور اسلیپ رینگ (Slip Ring)

5.1       ویژگیهای مهم الکتروموتور اسلیپ رینگ
5.2       راه اندازی الکتروموتور اسلیپ رینگ
  5.2.1  انتخاب مقاومت مدار روتور
  5.2.2  تعیین مقاومت خارجی و زمان راه اندازی
  5.2.3  تعداد پله ها
  5.2.4  دوره کاری و حد مجاز پله های مقاومت
  5.2.5  محدودیت های درجه حرارت
5.3       روش فرضی برای محاسبه مقاومت روتور
  5.3.1  محاسبه زمان بین هر مرحله
5.4       کنترل سرعت الکتروموتور اسلیپ رینگ
  5.4.1  استفاده از مقاومت برای کنترل سرعت
5.5       راه اندازهای الکترولیتی
  5.5.1  مقاومت روتور الکتروموتور اسلیپ رینگ
  5.5.2  کنترل سرعت اتوماتیک الکتروموتور اسلیپ رینگ


استفاده از موتورهای روتورسیم پیچی شده، روز به روز، در حال کاهش است که از دلایل آن می توان به مزایای موتور قفس سنجابی نسبت به موتور روتور سیم پیچی شده اشاره کرد . مثلا درایوهای استاتیک می توانند طوری موتورهای قفسی را راه اندازی و کنترل کنند که همان کارایی موتورهای روتور سیم پیچی شده و حتی بهتر از آن را داشته باشند. با این حال، همچنان در سرتاسر جهان استفاده از موتورهای روتور سیم پیچی شده برای مدت زمان طولانی ادامه خواهد داشت. در جاهایی که که به دلایل اقتصادی؛ برای محدود کردن جریان راه اندازی و یا کنترل سرعت ازالکتروموتورهای اسلیپ رینگ استفاده می شود معمولا روشهای مقاومتی یا الکترولیتی را بکار می برند. درایوهای استاتیک هارمونیک هایی را تولید می کنند و شکل موج ولتاژ را تغییر می دهند و کابل های با سایز بزرگتر را می طلبند.

اما درجاهایی که کنترل دقیق سرعت مورد نیاز است، کنترل کننده های استاتیک که "سیستمهای بهبود لغزش" نام دارند، پیشنهاد می شوند که علاوه بر اینکه کنترل سرعت را بصورت دقیق انجام می دهند، باعث کاهش تلفات ناشی از لغزش هم می شوند. در ادامه، روش اندازه گیری مقدار مقاومت، پله های آنها و طرح های کنترل و کلیدزنی مقاومتها برای یک راه انداز مقاومتی روتور را بررسی می کنیم. یک راه انداز الکترولیتی تقریبا یک محصول استاندارد مانند یک موتور است که بسته به تعداد استارتها و کنترل سرعت مورد نیاز، سازنده می تواند تعداد و سایز و عمق الکترولیتها را انتخاب کند. 

5.1ویژگیهای مهم یک موتور اسلیپ رینگ

این موتورها را بوسیله مدار مقاومتی روتور کلیدزنی می کنند. و بدین وسیله پله های مقاومتی را افزایش یا کاهش می دهند، با توجه به مشخصات مدار روتور، ویژگیهای زیر را خواهیم داشت:

  1. مقاومت خارجی، امپدانس کل سیم پیچ های موتور را افزایش و جریان راه اندازی را کاهش می دهد. همچنین ضریب توان راه اندازی را بهبود می بخشد.

  2. از آنجایی که کارکرد موتور القایی می تواند با تغییر پارامترهای روتور تغییر کند، یک موتور اسلیپ رینگ می تواند از طریق تغییر مقاومت مدار روتور، به گشتاور و سرعت مورد نیاز دست یابد.

  3. سرعت موتور اسلیپ رینگ را می توان با تغییر مقاومت خارجی تغییر داد. بنابراین می توان با تغییر مقاومت خارجی، گشتاور را از هر مقداری تا گشتاور شکست، در محدوده سرعت نامی، تغییر داد.از آنجا که خروجی با سرعت متناسب است، در سرعتهای پایین تر، راندمان موتور کمتر خواهد بود. تغییر راندمان مطابق با رابطه زیر است:

تغییر راندمان

 

در حقیقت، بدلیل اینکه اثر خنک کنندگی فن در سرعتهای پایین تر به نسبت کاهش می یابد در نتیجه شرایط بدتر می شود، چون kW ì Nr · T, kW با سرعت تغییر می کند، مقدار گشتاور تقریبا در کل باز سرعت، یکسان خواهدبود. موتور همان توانی را که قبلا از منبع تغذیه می گرفت و متناسب با تغییرات سرعت بود را دریافت می کند و در مدار روتور بصورت تلفات لغزشی ظاهر می شود. بعنوان مثال، در لغزش 25% ، توان خروجی %75 خواهد بود.% و اثر خنک کنندگی کاهش خواهد یافت. و 25% ، در مدار روتور بصورتلفات لغزش ظاهر خواهد شد.

گاهی، محدودیت در جریان راه اندازی و نیاز به گشتاور راه اندازی بالا برای شتاب دادن به بارهای گردنده سنگین، استفاده از موتورهای قفس سنجابی را محدود می کند. برای چنین کاربردهایی، الکتروموتور اسلیپ رینگ جایگزین بهتری می باشد.

همانطور که در بخش 2.7.1 صحبت شد، هنگام راه اندازی، بدلیل گرمای بیش از حد موجود در روتور، روتور موتور نسبت به استاتور در معرض آسیب بیشتری قرار دارد. اما در موتورهای اسلیپ رینگ بخش عمده ای از این حرارت در مقاومت خارجی، متناسب با مقدار آن قرار دارد. بنابراین، یک موتور اسلیپ رینگ در مقایسه با موتور قفس سنجابی می تواند در یک بازه زمانی به دفعات بیشتری خاموش و روشن گردد. این موتور همچنین می تواند در راه اندازی های طولانی، در هنگام شتاب دهی به بارهای سنگین ایستادگی کند. در این حالت مقاومت خارجی برای الزامات چنین دوره کاری و بار مناسب است.

تلفات لغزش

از معادله (1.9) ، = S · Psتلفات لغزش . اگر لغزش در بار کامل S باشد و سرعت تغییر یافته و لغزش جدید S1 ایجاد گردد، با توجه به افزایش لغزش تلفات لغزش بیشتری مطابق با روابط زیر خواهیم داشت.

تلفات لغزش

 

مثال 5.1  اگر سرعت یک الکتروموتور 125kw در گشتاور ثابت، از 1400 به 750 دوربر دقیقه کاهش یابد، افزایش تلفات لغزش را حساب کنید.

 لغزش

لغزش2

معایب

الکتروموتور اسلیپ رینگ بدلیل ابزارهای کنترلی آن، در مقایسه با الکتروموتور قفس سنجابی گران است. همچنین این موتور به تعمیرنگهداری دوره ای و دقیق جاروبکها، چرخ دنده، حلقه های لغزان، مقاومتهای خارجی روتور و ... نیاز دارد. بنابراین یک موتور قفس سنجابی به یک موتور اسلیپ رینگ ترجیح داده می شود. همچنین برای نصب و کنترل یک موتور اسلیپ رینگ به فضای بیشتری نیاز می باشد.

5.2راه اندازی موتورهای اسلیپ رینگ

برای راه اندازی موتور اسلیپ رینگ می توان از یکی از دو روش "محدود کردن جریان" و یا "کنترل زمان مشخص" استفاده کرد. در روش محدود کردن جریان، وصل شدن کنتاکتورهای هر پله بوسیله رله های محدودکننده جریانی کنترل می شود که در صورتی به کنتاکتورهای هر پله، اجازه وصل شدن می دهند که جریان موتور از مقدار ماکزیمم اولیه به مقدار مینیمم پیش فرض کاهش یابد.
این رله ها با سنجش اطلاعات موتور بین هر دو مرحله، زمان بسته شدن را تعیین می کنند و فقط زمانی که مقدار جریان به کمتر از مقدارجریان پیش فرض رله برسد فرمان وصل را صادر می کنند. ترتیب وصل شدن پله ها بصورت خودکار و با تغییرات بارها انجام می شود. بسته به مقدار بار، ممکن است زمان راه اندازی کوتاهتر یا بلندتر شود.

از معایب این روش این است که اگر به هر دلیلی، مثل اضافه بار ناشی از اصطکاک یا وجود مانعی گذرا، موتور به زمان بیشتری برای رسیدن به سرعت مورد نظر، نیاز داشته باشد، کنتاکتور دوم بسته نخواهد شد مگر اینکه موتور به سرعت معینی برسد و در نتیجه ممکن است موتور را در وضعیت واماندگی(stall) با جریان راه اندازی بالاتر قرار دهد. در روش دوم ’کنترل زمان مشخص’ ، کنتاکتور دیگری بعد از یک زمان مشخص از پیش تعیین شده وصل خواهد شد و با کاستن از مقاومت خارجی باعث افزایش گشتاور و رسیدن موتور به سرعت مورد نظر می شود. بنابراین، این روش تنها برای کنترل و راه اندازی موتورهای اسلیپ رینگ پیشرفته بکار گرفته می شود. در ادامه این روش کنترلی را توضیح خواهیم داد.

انتخاب مقاومت روتور

انتخاب مقاومت خارجی مدار روتور در هنگام راه اندازی، به گشتاور مورد نیاز ومحدودیت جریان استاتور، بدون محدود کردن مینیمم گشتاور راه اندازی مورد نیاز بستگی دارد. از آنجا که گشتاورراه اندازی (Tst ) و جریان راه اندازی (Ist) به یکدیگر وابسته هستند( بخش 4-2)، محدودیت در مقدار یکی از آنها، مقدار دیگری را مشخص خواهد کرد.
از منحنی دایره ای یا منحنی های گشتاور و جریان الکتروموتور که توسط سازنده ارائه می شود استفاده کنید تا بتوانید مقدار جریان استاتور مربوط به یک گشتاور خاص یا بالعکس را تعیین کنید. لغزش مربوط به یک گشتاور خاص را نیز می توان از این منحنی ها تعیین کرد(شکل 1-5). برای بدست آوردن مقدار جریان روتور معادل با یک جریان استاتور خاص، باید مقاومت مدار روتور محاسبه شود.

منحنی گشتاور-جریان

 جریان بار کامل استاتور=    Ir

جریان معادل روتور=   Irr

ولتاژ روتور در یک سرعت خاص = sse2


پس، برای جریان استاتور Ir1 ، مطابق با گشتاور راه اندازی Tmax، جریان مورد نیاز روتور بصورت زیر است: 

جریان روتور

برای بدست آوردن جریان روتور، مقدار مقاومت مدار روتور را می توان از جدول زیر و با توجه به نوع ساختار سیم پیچی های روتور تعیین کرد. لازم به توضیح است که وقتی پیکر بندی مقاومت شبیه روتور نیست ، برای ساده کردن محاسبات، ابتدا باید پیکربندی مقاومتها را به پیکربندی معادل سیم پیچی های روتور، تبدیل کنید. برای پی بردن به چگونگی محاسبه، مثال 23.4 در فصل 23 را مشاهده کنید.

 

جدول محاسبه مقاومت خارجی روتور

 

 مقاومت خارجی روتور

نکات:
1- معمولا مقاومتهای خارجی بصورت ستاره متصل می شوند. اما الکتروموتورهای بزرگتر، به شبکه های با مقاومت بالا نیاز دارند و لذا ممکن است برای کاهش مقدار جریان و هزینه ها، اتصالشان بصورت مثلث باشد. معمولا در مورد شبکه های مقاومتی، عایق،عامل محدود کننده ای نیست.

2- ولتاژ روتور، sse2 به نیرومحرکه القایی ثانویهبین حلقه های لغزان،در حالتی که روتور متوقف است، اشاره دارد. درحالیکه جریان روتور، Irr1 جریان بار کامل روتور وقتیکه حلقه های لغزان اتصال کوتاه شده اند،می باشد.

با مراجعه به شکل 5.3a و 5.3b به ترتیب شبکه های مقاومتی از جنس چدن معمولی و فولاد ضدزنگ رامی توانید مشاهده کنید. استفاده ازشبکه های چدنی بدلیل تغییرمقاومتشان با دما، ارجحیت ندارد زیرا ممکن است عملکرد پیش فرض موتور که مقاومت آن از قبل طراحی شده است را تغییر دهد، بویژه وقتیکه از مقاومت برای تغییر سرعت استفاده می شود. همچنین شبکه های چدنی، شکننده هستند و ممکن است هنگام جابجایی، نصب و یا تعمیر دچار شکستگی شوند. همچنین این شبکه ها ممکن است نتوانند شوک ها و ارتعاشات را حین کارکرد عادی، تحمل کنند.

معمولا استفاده از شبکه های فولادی ضدزنگ پانچ شده که آلیاژهایی از آلومینیوم و کروم هستند ترجیح داده می شوند.شکل 5.3c یک مقاومت شبکه ای فولادی چندلایه از آلیاژ آلومینیوم و کروم را نشان می دهد. این شبکه علاوه بر اینکه غیر قابل شکست است مقاومت مخصوص بالایی نیز( حدود 120 mW–cm) دارد. این مقاومت مخصوص بالا به حفظ مواد مورد نیاز برای داشتن شبکه ای با مقاومت مشخص کمک می کند.

 نکته مهمتر این است که در این مقاومتهای الکتریکی، چنین آلیاژهایی ضریب حرارتی بسیار پایینی دارند(عموما 220 mW/W/∞C) که باعث می شوند تغییرمقدار مقاومت در برابر تغییرات دما، بسیار ناچیز باشد. بنابراین، آنها می توانند عملکردی نزدیک به آنچه که برای کارکرد موتور از پیش تعیین شده است و شبکه مقاومت برای آن طراحی شده را فراهم کنند.
حتی بعد از راه اندازی و توقف های پی در پی. همچنین می توانند شوکها و ارتعاش های حین شرایط کاری سخت را کاهش دهند و بنابراین برای درایوهایی که برای بارهای سنگین استفاده می شوند، مثل کارخانه های تولید فولاد، مناسب هستند.

شبکه مقاومتی چدنی 

 

شبکه مقاومتی فولادی

 مثال5.2  پارامترهای مربوط به یک الکتروموتور سه فاز 125kw با تغذیه 415v بصورت زیر می باشد:

 مثال5.2

 

 



 

 

منحنی های گشتاور و جریان نشان داده شده در شکل 5.4. مقدار مقاومت خارجی مورد نیاز برای دستیابی به گشتاور 200% را تعیین می کنند.
حل: از این منحنی ها استنباط می شود که برای گشتاور 200%، جریان استاتور باید 250% باشد، مثلا 2.5 * 230 آمپر                                                                                                                                                                           

 جریان روتور متناظرعبارتند از: جریان روتور مثال

 

 

 

و مقاومت مدار روتور، وقتی که پله های مقاومتی بصورت ستاره بهم وصل شده باشند بصورت زیر است:

مقاومت r21

روش خارج کردن مقاومت خارجی از مدار

ساده ترین روش،انجام آن بصورت دستی است. هنگامی که مقاومت خارجی کل مشخص شده است، پله های مقاومتی را می توان با یک مکانیزم دستی ساخت تا مقاومت خارجی را بصورت دستی از مدار خارج کند.

با این حال، این روش فقط برای کاربردهایی مناسب است که اندازه گشتاور در طول مدت زمان شتاب گیری( گشتاور در سرعتهای مختلف) اهمیت چندانی ندارد. در چنین راه اندازهایی، در طول مدت راه اندازی، بر زمان وصل یا مقدار مقاومت در مدار (گشتاور در سرعت های مختلف) کنترلی وجود ندارد. راه اندازهای سیال روتور یک نوع هستند و فقط برای کارهای سبک مناسب هستند.
برای بارهای سنگین که به مقدار گشتاور خاصی در طولشتاب گیرینیاز دارند، باید در سرعتهای مختلف، مقاومت خاصی به مدار روتور وارد شود.محاسبه این مقدار مقاومت مورد نیاز را ادامه توضیح داده ایم که بصورت یک شبکه مقاومتی ساخته می شوند. این شبکه های مقاومتی از طریق کنتاکتورها و تایمر ها کنترل می شوند.

منحنی گشتاورسرعت

 مدت زمان بین هر پله از شبکه مقاومتی از قبل مشخص شده است. گشتاور مورد نظر مشخص و مقاومت مورد نیاز در هر مرحله، از قبل محاسبه شده است. راه انداز می تواند با فشار دادن یک شستی، بصورت اتوماتیک عمل کند. با کمک تایمرهای ازپیش تنظیم شده در هر پله، می توان تمام مقاومتها را بصورت تدریجی و خودکار از مدار خارج کرد و گشتاور را در مقدار پیش فرض حفظ نمود.

5.2.2 تعیین مقاومت خارجی و زمان راه اندازی

به شکل 5.5 که برای تامین گشتاور بار مورد نظر( شکل 5.6a ) با شش پله مقاومتی طراحی شده است توجه کنید که در آن گشتاور ماکزیمم و مینیمم درهر پله باTmax و Tminفرض شده اند. جریان روتور هم با Imax و Iminنمایش داده میشود. سپس با استفاده از یک فرضیه ساده از معادله (1.7) استفاده میشود.

مقاومت روتور 5پله ای

 

منحنی گشتاور

 

 تعیین مقاومت خارجی روتور

 

 

دیاگرام را ه انداز مقاومت5 پله

 

آن را برای تعداد پله های مقاومتی (α) تعمیم دهید.

فرمول بتا

با مشخص بودن  b، مقدار مقاومت برای هر پله را می توان تعیین کرد. در حالت فوق، Smax متناظر با لغزش در نقطه کارکرد منحنی گشتاور جریان است یعنی نقطه ای که جریان و گشتاور ماکزیمم می شود و از منحنی های جریان و گشتاور که توسط کارخانه سازنده تهیه شده است، بدست می آید.

 

مثال 5.3   پله های مقاومتی خارجی روتور را در 5 جزئ در نظر بگیرید( با خود مقاومت روتور تعداد کل پله ها شش می باشد). در مثال قبلی( شکل 5.4)، Tst 200% و لغزش آن (Smax ) تقریبا 14%  می باشد.

 فرمول R

براساس مقدار بتا، مقاومت هر پله در جدول زیر آورده شده است. نمودار شماتیک و توان این نوع پیکربندی پله های مقاومتی در شکل 5.6b نشان داده شده است.

جدول

5.2.3 تعداد پله ها

معمولا تعداد پله ها براساس محدودیت های موجود در مقدار گشتاورهای ماکزیمم و مینیمم تعیین می شود. در ادامه نتیجه خواهیم گرفت که تعداد پله های پیشنهاد شده، مثلا تعداد کنتاکتورهای شتاب دهنده برای کاربردهای عمومی ( بارهای سبک) از جدول 5.1 انتخاب می شود.
اما برای بارهای مخصوص و در جاهایی که به گشتاورهای ماکزیمم و مینیمم دقیق نیاز است، تعداد پله ها را باید بر اساس نیاز ها و داده های واقعی، به همان روشی که در بخش 5.2.2 توضیح داده شد، محاسبه کنید.

گاهی اوقات، برای طراحی اقتصادی یک واحد مقاومتی، می توان تعدادی از پله ها را بدون آسیب رساندن به نیاز اساسی گشتاور، به جز محدودیت های کمی بالاتر یا پایین ازمقادیر اصلی که در شکل 5.6a نشان داده شده است، کاهش داد.

همچنین، در صورتیکه هدف ما دستیابی به سرعت نامی است، پله ها نزدیک تر شده و گرایش پیدا می کنند به بی نهایت شدن. در چنین وضعیتی ، برای رسیدن سریع تر به این هدف، آزاد سازی  محدودیت گشتاور ضروری است. علاوه بر این در این حالت موتور تقریبا تا سرعت کامل خود کار خواهد کرد و به هیچ مشکلی از نظر ضربه گشتاور و جریان برخورد نخواهد کرد. 

گاهی اوقات، هنگامی که گشتاور موتور بطور قابل ملاحضه ای بالاتر از مقدار مورد نیاز بار است، ممکن است قطع ناگهانی مقاومت باعث افزایش ناگهانی گشتاور شود و یک تکان شدید به بار وارد کند که مطلوب نیست.

برای غلبه بر چنین شرایطی و بهینه سازی اقتصادی در طراحی مقاومت، گاهی اوقاتیک مقاومت کوچک به طور دائمی ، حتی در زمانیکه الکتروموتور در شرایط بار کامل است در مدار روتور متصل می شود. درنتیجه  به مقاومت روتور اضافه می شود و عملکرد الکتروموتور در لغزش بارکامل، بهبود می یابد.

تلفات لغزش ، ناشی از مقاومت خود روتور و مقاومت خارجی ( که هم اکنون بطور دائمی در مدار روتور متصل شده است) بالاتر خواهد بود. مقدار مقاومت خارجی همواره باید در حد مجاز باشد.  باید مطمئن شوید که افزایش آهسته مقدار لغزش ، در عملکرد ماشین در حال کار تاثیر بد نداشته باشد و یا باعث ایجاد گرمای بیش از حد در سیم پیچی های روتور نشود.

 5.2.4 دوره کاری و مقادیر نامی پله های مقاومت

وقتی که از پله های مقاومت، فقط برای راه اندازی استفاده می شود، فقط برای مدت کوتاهی در مدار هستند و بنابراین زمان کاری کوتاهی دارند. اما اگر بخواهیم از این مقاومتها علاوه بر کار راه اندازی ، برای کنترل سرعت و عملیات قطع و وصل استفاده کنیم، ممکن است براساس کار دائمی تقسیم بندی شوند.
بنابراین پله های مقاومتی  براساس نوع عملکردی که از آنها انتظار داریم طبقه بندی می شوند. مثلا تعداد عملکرد در هر ساعت (c/h). بخش 3 مربوط به دوره کاری را ببینید. در ادامه، اطلاعاتی درباره کلاس کاری پله های مقاومتی آورده شده است:

1- دوره کاری (کاردهی) الکتروموتور
2- جریان راه اندازی و جریان ماکزیمم هر دوره : با مراجعه به نشریه NEMAICS 2–213 : کلاس مقاومتی با جزئیات فوق را می توانید مشاهده کنید. پله های مقاومتی را می توانید با شماره کلاس، جریان و مقاومت  انتخاب کنید. برای این منظور می توانید از جداول ICS 2-213 to ICS 2-213-5 قید شده در استاندارد NEMA استفاده کنید.

 جدول پله های پیشنهادی

 5.2.5  محدودیت های افزایش دما 

در استاندارد NEMA/ICS-2-213 ، هادی های مقاومت می توانند درمعرض افزایش دمای تا 375 درجه سانتیگراد قرار بگیرند، در حالیکه در یک محفظه محصور هستند،افزایش دما باید به 350 درجه سانتیگراد محدود شود. بنابراین هنگامی که دمای هوا در فاصله 1 اینچی از محفظه اندازه گیری می شود باید از مقدار 175 درجه سانتیگراد تجاوز نکند.

نتیجه گیری

حدود مجاز افزایش دمای شبکه های مقاومت، استفاده از آنها را در جاهایی مثل صنایع کاغذ، صنایع شیمیایی، پالایشگاه، کارخانه های نساجی و غیره  که خطر آتش سوزی وجود دارد،  محدود می کند. با این حال، برای کاربردها و محیط های خاص، می توان شبکه مقاومتی را طوری طراحی کرد که افزایش دما به یک محدوده مطلوب، محدود شود.

بعلاوه، تغییرات دمایی بالا می تواند موجب تغییرات وسیعی در مقاومت شبکه شود و اگرآلیاژ مناسبی برای مقاومت انتخاب نشود ممکن است کارکرد درایو سرعت متغیر را تغییر دهد. برای کاربردهایی همچون کنترل سرعت یا تغییر سرعت بهتراست از آلیاژی مثل  فولاد کروم آلومینیوم استفاده شود.

 

 

5.3  روش فرضی برای محاسبه مقاومت روتور

 در ادامه روش مناسب تری را معرفی خواهیم کرد که با استفاده از اطلاعات روتور و محدودیت های Tmax و Tmin که از منحنی بار داده شده دریافت می شوند، تعداد پله ها و مقاومت هر پله شبکه مقاومتی را تعیین می کنیم. اصولی که براساس آن تعداد پله ها را مشخص می کنیم بر پایه این حقیقت استوار است که تغییرات جریان روتور بطور مستقیم با گشتاور رابطه دارد (معادله 1.1). برای درک بهتر، این روش را با یک مثال عملی توضیح می دهیم.

مثال 5.4  یک سیستم نوار نقاله را تصورکنید که هنگام سرعت گرفتن، به گشتاور متوسط 100% نیاز دارد. اطلاعات الکتروموتور آن بصورت زیر است:

kW = 450

N r = 980 r.p.m

V l = 6.6 kV

I r = 50 A

sse2 = 750 V

I rr= 435 A

Tpo= 250%

(اتصال ستاره) اهم R2 = 0.02

 

حل:  در سیستم نوار نقاله، برای صرفه جویی در اندازه نوار نقاله و کاهش هزینه ها، گشتاور نباید تغییرات زیادی داشته باشد.در غیر این صورت باید  اندازه نوار نقاله را بزرگتر در نظر گرفت که باعث افزایش هزینه ها خواهد دشد. بنابراین با توجه به Tmax 180%   و Tmin 120%، برای یک سیستم نوارنقاله با گشتاور 100%، گشتاور راه اندازی متوسط 150% و گشتاور شتاب گیری 50% را ارائه می دهد (شکل 5.7a )

فرمول مقاومت

همانند بالا برای بدست آوردن مقدار R21، لغزش S2 را محاسبه کنید. سپس برای این لغزش، بر روی منحنی گشتاور، یک پله را تعیین کنید. برای همین لغزش S2، R22 و ... را نیزحساب کنید.

همانطور که در جدول 5.2 نشان داده شده است، چون مقدار گشتاور در سرعت سنکرون صفراست و انتهای منحنی گشتاور، یک خط راست است، اگر یک خط مستقیم از نقطه شروع ‘a’  تا نقطه ای که گشتاور صفر است ‘A ’ رسم کنیم نتایج مشابهی بدست خواهد آمد. وقتی این خط به Tmin می رسد یک پله را مشخص می کند. اینجا دوباره، توسط مقاومت دیگر، گشتاور تا Tmax بالا می رود و می تواند به نقطه A برسد.

با ادامه روش بالا به نقطه ای می رسیم که در آن،  منحنی موتور را قطع می کند. همانطور که نشان داده شده برای کاهش تعداد پله ها، می توان تغییرات جزئی در Tmax و Tmin را ایجاد کرد.

توجه داشته باشید که مقاومت کامل در مرحله f نمی تواند برداشته شود چون در این صورت گشتاور به حدود 212 درصد خواهد رسید، که ممکن است مطلوب نباشد. بنابراین، تعداد کل پله های مقاومتی هفت ( تعداد بخش های مقاومت شش عدد است) می باشد که منطقی است.
همچنین باید چک کنیم که آیا زمان راه اندازی الکتروموتور با گشتاور راه اندازی مورد نظر برای رسیدن به سرعت نامی مناسب است یا نه. با توجه به اطلاعات مشابه در مثال 7.1, GDT2 = 1866 kgm2 .

فرمول زمان شتاب گیری

به نظر می رسد مقدار بدست آمده بزرگ است و باید با مدت زمانی که الکتروموتور می تواند در برابر گرما ایستادگی کند مقایسه شود(بخش 3.5). حد بالای گشتاور راه اندازی که 180% انتخاب شده بود، به نظر خیلی کوچک است و می تواند به 210% افزایش یابد. 
این کار، می تواند به کاهش تعداد پله ها کمک کند. اگر تعداد پله ها بین 4 تا 6 باشند، ضمن اینکه می تواند گشتاور راه اندازی ملایم ومعقول را تامین کند، از نظر اقتصادی نیز بصرفه می  باشد. گشتاور ماکزیمم 210% انتخاب شده است.

فرمول زمان شتاب گیری2 

زمان بدست کاملا معقول می باشد. یک دیاگرام گشتاور شتاب گیری اصلاح شده در شکل 5.7(b) نشان داده شده است که یک شتاب گیری ملایم را فراهم می کند. با جدا کردن آخرین مقاومت در e(به نمودارتوجه کنید) ، گشتاور  Tmax حتی به کمتر از 210% جهش پیدا می کند.
برای دست یافتن به مشخصات راه اندازی نشان داده شده در شکل 5.7(b)، باید مقدار مقاومت کل روتور، R21 و مقاومتهای بین هر پله را از جدول 5.2   محاسبه کنید.

نمودار تعداد پله

 

نمودار تعداد پله2

جدول تعیین مقاومت بین هر پله

 

 5.3.1  محاسبه زمان بین هر پله

برای اینکه بتوانید بصورت خودکار و به ترتیب واحد راه اندازی اتوماتیک از نوع کنتاکتوری را کنترل کنید، ضروریست که مدت زمانی که طول می کشد تا الکتروموتور بین هر پله، از یک لغزش تا لغزش دیگر شتاب گیرد، را بدانید.

این کار مستلزم این است که رله تایمر را طوری تنظیم کنید که بصورت خودکار و یکی پس از دیگری، پله ها را از مدار خارج کند و یک شتاب گیری نرم را برای الکتروموتور فراهم آورد. روال محاسبه زمان شتاب گیری الکتروموتور بین هر دو پله ، در بخش 2 و نمودار شماتیک آن در شکل 5.6b آورده شده است.

5.4  کنترل سرعت الکتروموتورهای اسلیپ رینگ

سرعت الکتروموتور اسلیپ رینگ می تواند تا 25% سرعت نامی آن تغییر کند. کاهش بیشتر باعث کاهش اثر خنک کننده می شود و خروجی را در یک نسبت بسیار بزرگ کاهش می دهد که ارزشمند نخواهد بود. بعلاوه، الکتروموتور در یک ناحیه ناپایدار کار خواهد کرد و ممکن است باعث واماندگی (Stall) آن شود ( منحنی های گشتاور- سرعت را ببینید).

همانطور که در بخش 5.1 بحث شد، هنگام کاهش سرعت، و ثابت ماندن تقریبی مقدار گشتاور، موتور همان قدرت را از شبکه می گیرد در حالی که خروجی، متناسب با سرعت منهای اثر خنک کننده می باشد.

جدول 5.3  مقادیر تقریبی توان (hp) و گشتاور یک الکتروموتور را در کاهش سرعتهای مختلف، نشان می دهد. شکل 5.8 منحنی های خروجی و گشتاور را نشان می دهد. از این منحنی ها پیداست که  تلفات در مقایسه با تغییر سرعت به نسبت بیشتری افزایش می یابد. در چنین الکتروموتورهایی، سرعت می تواند به 4 روش زیر افزایش پیدا کند:

1- تغییر گشتاور و خروجی در منحنی ها، که در این حالت نیاز به کاهش حد مجاز نیست.
2- ثابت نگه داشتن مقدار گشتاور در تمام محدوده سرعت. هنگامی که سرعت کاهش یافته است گشتاور کم است و به تبع آن باید سرعت موتور کاهش یابد. مثلا در سرعت 50%، گشتاور 73% است.
برای دستیابی به گشتاور 100%، باید الکتروموتوری با مقادیر نامی 100/0.73 ، مثلا 137% انتخاب شود. جدول 5.3 ، مقادیر کاهش را نشان می دهد و شکل 5.9 انحراف معیار را نشان می دهد. همچنین تغییرات جریان روتور با همان نسبت گشتاور خواهد بود.

3- همانطور که در بخش 2 بحث شد، در فن ها و پمپ های گریز از مرکز، مقدار گشتاور با مربع سرعت تغییر می کند.
4- ثابت نگه داشتن مقدار خروجی در تمام محدوده های سرعت. که در نتیجه باید حد مجاز توان خروجی کاهش یابد و برای گشتاور انتخاب شده نیاز به موتور با اندازه بزرگتر است( ستون 3 از جدول 5.3) موتور خیلی بزرگتر می شود که معمولا مطلوب نیست.

نکات 

1- این مقادیر تنها مثال هستند و ممکن است بسته به طراحی و راندمان خنک کنندگی و همچنین سرعت نامی الکتروموتور، از یک سازنده  به سازنده دیگری متفاوت باشند.
2- جریان روتور با همان نسبت گشتاور تغییر می کند.

5.4.1 استفاده از مقاومت برای کنترل سرعت

 برخلاف استفاده از مقاومت در هنگام راه اندازی که زمان عملکرد مقاومتها در مدار کوتاه بود، در حالت کنترل سرعت، معمولا شبکه های مقاومتی تنظیم کننده، دائم کار هستند. برای تعیین مقاومت کل مدار روتور برای تغییرات سرعت خاص، می توان از معادلات (5.1a–d) استفاده کرد.

فرمول مقاومت2

 

برای رسیدن به گشتاور بهتر، روتورهای اسلیپ رینگ معمولا بصورت ستاره سیم پیچی می شوند که در این حالت جریان روتور 3 برابر بیشتراز اتصال مثلث برای همان خروجی می باشد. همچنین چون گشتاور با معادله جریان روتور( 1.1 )  متناسب است، گشتاور ایجاد شده،  بیشتر خواهد بود.

نمودار تغییرات گشتاور

 

مثال 5.5  برای موتور 125kw در مثال 5.2  ، اگر کاهش سرعت در 50٪ گشتاور ثابت مورد نیاز باشد (شکل 6.51 را ببینید) و جریان روتور 73% مقدار نامی آن باشد( جدول 5.3)، مقدار مقاومت کل مدار روتور بصورت زیر است:

 فرمول مقاومت3

5.5 راه انداز الکترود الکترولیتی متحرک و کنترل کننده ها

5.5.1 به عنوان مقاومت روتور برای موتورهای اسلیپ رینگ
طبق آنچه که در بخش 4.2.3  صحبت کردیم، اینها مشابه راه اندازهای مقاومتی استاتور هستند و می توانند برای کنترل مقاومت روتور، در مدار روتور استفاده شوند. شکل 5.10 تغییرات ملایم مقاومت را با تبخیر الکترولیت، در مقایسه با تغییر مقاومت فلز معمولی نشان می دهد. مقاومت خود متغیر الکترولیت، معادل با سه یا چهار پله از یک مقاومت فلزی می باشد و در نتیجه مقرون بصرفه تر است.

معمولا برای الکتروموتورهای تا قدرت 160 اسب بخار، یک پله مقاومتی کافی است ( شکل 5.11 را برای مشخصات گشتاور- سرعت مشاهده کنید). الزامات اولیه مانند کیفیت الکترولیت ، عمق الکترولیت، ناحیه فعال الکترود و موقعیت فلنج ها و ... با توجه به مشخصات و نیازمندی محرکه تعیین می شوند.

بقیه جزئیات همانند راه اندازهای مقاومتی استاتور هستند. همچنین اینجا، با اضافه کردن پشته((stack های الکترولیتی مخصوص، راه اندازهای الکتروموتورهای تا قدرت 25000 اسب بخارمی توانند از واحدهای کوچکتر از  10 اسب بخار یا بزرگتر تشکیل شوند. این راه اندازها نسبت به کنتاکتورهای سنتی و راه اندازهای رئوستایی فلزی که عملکرد تایمری دارند تقریبا 20-25% بصرفه تر هستند.

5.5.2  کنترل سرعت اتوماتیک الکتروموتورهای اسلیپ رینگ

با عبور الکترود از یک موتور گیربکس، کنترل سرعت اتوماتیک موتورهای لغزنده از طریق چنین راه اندازهایی امکان پذیر می شود.

 

 

 

 

 

 

X

نظرات کاربران

Responsive image
احمد
1398/01/26

سلام استاد ممنون بابت مطالب مفیدتان ببخشید نقشه مدار قدرت و فرمان موتور اسلیپ رینگ رو از کجا میشه تهیه کرد ممنون میشم پاسخ بدین

Responsive image
فاضلی
1397/11/17

سلام .ممنون که وقت می گذارید.

Responsive image
فاضلی
1397/11/16

سلام مهندس خسته نباشید یه سوال داشتم .چرا ولتاژوجریان القاء شده در رتور قفسی با اینکه نسبت به خود موتور عایق بندی نشده خطر برق گرفتگی نداره وبه بدنه منتقل نمیشه؟ ممنون

Responsive image
محمدرسول کریمی(مدیر سایت)

سلام آقای فاضلی

ولتاژ القا شده در روتور خیلی زیاد نیست و چون مدار آن کامل است تمایل دارد از مسیر روتور مسیر خود را ببندد. فقط در صورتی از شفت عبور می کند که ولتاژ نامتعادل گردد یا دارای هامونیک باشد (هنگام استفاده از درایو فرکانس متغیر) که در آن حالت شفت دارای ولتاژ نسبتا زیادی می گردد. و در صورتیکه ارت موتور متصل باشد از مسیر بلبرینگها به زمین تخلیه می گردد و باعث گرم شدن سیم ارت و خرابی بلبرینگها خواهد شد.

نظر خود را ثبت نمایید

CAPTCHA code