محاسبه زمان راه اندازی الکتروموتور

عملیات راه اندازی الکتروموتور

 مشکلات مربوط به عملیات راه اندازی موتور اساسا مربوط به نوع موتور است که یک گشتاور عملیاتی موتور مشخص شده با “C_M” ارائه می دهد، در مقابل گشتاور مقاوم که توسط بار اعمال می گردد و در این مقله با “C” مشخص شده است.

محاسبه زمان راه اندازی موتور به عنوان اولین تقریب

گشتاور راه اندازی مورد نیاز “C_a” می تواند به صورت زیر بیان شود:

C_a = C_M – C_L

مقدار گشتاور C_a باید بدرستی انتخاب و تنظیم شود. اگر مقدار آن خیلی کوچک باشد باعث می شود موتور به سختی راه اندازی شده و مدت زمان زاه اندازی سنگین و طولانی گردد. که باعث افزایش خطرناک در دمای الکتروموتور خواهد شد. بزرگ بودن زیاد آن نیز باعث لرزش شدید و احتمالا صدمه به اجزای دوار الکتروموتور و ماشین متصل به آن گردد.

یک منحنی نوعی از موارد تشریح شده در بالا در شکل 1 نشان داده شده است. مفهوم زمان راه اندازی را می توان مرتبط با تنظیمات و طراحی موتور دانست و آن را با روابط پیچیده دینامیکی ماشین و معادلات درجه چندم هستند تحلیل کرد اما ما قصد داریم با استفاده از روابطی ساده تر و مفهومی بصورت تقریبی زمان راه اندازی الکتروموتور را محاسبه کنیم.

 شکل 1- یک نمونه منحنی گشتاور-دور موتور القایی

می توان رابطه گشتاور شتاب دهنده را به صورت گشتاور عملیاتی موتور منهای گشتاور بار برابر با ممان اینرسی موتور “J_M“، به علاوه لختی بار “J_L” ضربدر سرعت زاویه ای موتور بیان نمود. در نهایت رابطه زیر بدست می آید.

برای نشان دادن گشتاور شتاب دهنده، لازم است برخی ساده سازی ها بصورت زیر انجام شود:

اولین مورد شامل در نظر گرفتن یک مقدار متوسط یا میانگین برای گشتاور عملیاتی موتور است که به صورت زیر بیان می شود:

C_M = 0.45 x (C_s + C_max)

در اینجا  C_S گشتاور هجومی و C_max گشتاور حداکثر را نشان می دهد.

دومین مورد مربوط به گشتاور عامل بار است و بایک ضریب KL نمایش داده می شود با ضرب این عامل با توجه به نوع بار این عامل دخیل می گردد. مقادیر آن در ادامه در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1 – مقدار عامل K_L

به منظور درک بهتر مفهومضریب K_L ما با توجه به نوع بار نشان داده شده در جدول، مشخصات گشتاور بار را با توجه به فرضیات زیر در نظر می گیریم.

Lift = گشتاور بار ثابت در حین شتابگیری

Fans = گشتاور بار با توان 2 در حین شتابگیری افزایش می یابد.

Piston pumps = گشتاور بار به صورت خطی در حین شتابگیری افزایش می یابد

Flywheel = گشتاور بار صفر

با این فرضیات، گشتاور شتاب دهنده می تواند به صورت زیر بیان شود:

محاسبه زمان راه اندازی کمک می کند که تعیین کنیم راه اندازی موتور بصورت عادی و یا سنگین کار است و سپس تجهیزات حافظتی و کلیدهای مناسب و درست را انتخاب کنیم. پارامترهای مربوط به الکتروموتور که در بالا ذکر شده اند توسط سازنده الکتروموتور ارائه می گردند.

 به عنوان مثال، جدول 2 در زیر مقادیری را نشان می دهد که این پارامترها می توانند برای موتورهای سه فاز آسنکرون در نظر گرفته شوند این موتورها پراستفاده بوده و به وفور در بازار موجود می باشند. بدیهی است که پارامترهای مربوط به بار با توجه به نوع کارکرد موتور متفاوت بوده و توسط طراح تعیین می شوند.

جدول 2 – مقادیر نوعی برخی پارامترهای الکتریکی و مکانیکی یک موتور سه فاز آسنکرون

با ارجاع به داده های جدول فوق، در اینجا یک مثال از محاسبه زمان راه اندازی یک موتور، با توجه به روابط و استدلال های مطرح شده در قسمتهای قبلی ارائه می گردد.

یک الکتروموتور آسنکرون با مشخصات زیر در نظر بگیرید.

C_acc = 0.45 · ( C_S + C_max) – K_L· C_L = 0.45 · (2467 + 2981) – (1 · 1600) = 851.6 Nm

در نتیجه

t_a = (2 · π · 1500 · (2.9 + 60)) / 60 · 851.6 = 11.6 s

در صورتیt_a = (2 · π · 1500 · (2.9 + 60)) / 60 · 1923.6 = 5.14 sکه بار فن باشد و گشتاور آن با توان دو سرعت افزایش یابد KL=0.33

C_acc = 0.45 · ( C_S + C_max) – K_L · C_L = 0.45 · (2467 + 2981) – (0.33 · 1600) = 1923.6 Nm

در نتیجه

t_a = (2 · π · 1500 · (2.9 + 60)) / 60 · 1923.6 = 5.14 s

برای هر دو نوع طبقه بندی بار، زمان راه اندازی موتور کمتر از مقدار داده شده دردستورالعمل حداکثر زمان مجاز برای راه اندازی مستقیم با ولتاژ خط (DOL) است. زمان مجاز در جدول سازنده 18 ثانیه می باشد و زمان راه اندازی در هر دو نوع بار کمتر از این مقدار است. این اطلاعات همچنین می تواند به عنوان یک راهنما برای ارزیابی صحیح دستگاه حفاظت حرارتی مورد استفاده قرار گیرد.

مراجع؛

1. Three-phase asynchronous motors: generalities and proposals for the coordination of protective devices – ABB
2. electrical-engineering-portal.com