الکتروموتورهای شناور و کاربرد آنها – بخش اول

استاندارد انرژی برای دیتاسنترها
اسفند ۶, ۱۳۹۶
الکتروموتور های شناور و کاربرد آنها – بخش دوم
اسفند ۲۰, ۱۳۹۶

الکتروموتورهای شناور و کاربرد آنها – بخش اول

ماخذ : ماهنامه پمپ – شماره اول – شهریور ۱۳۶۳
ترجمه: مهندس رحیم خانی

چکیده

در این مقاله، با استفاده از تجارب عملی و اطلاعات فنی موجود در این رشته، درباره اصول ساختمان، طرز کار، انتخاب وسایل قطع و وصل و کابل مناسب، روش های اتوماسیون و حفاظت طرق مختلف راه اندازی، انتخاب دیزل ژنراتور مناسب و تعمیر و نگهداری الکتروموتورهای شناور صحبت خواهد شد.

مقدمه

به خاطر استفاده وسیع از الکتروپمپ های شناور، سرمایه زیادی صرف ساخت، نصب و نگهداری و بهره برداری از این دستگاه ها می شود. موقعی می توانیم از الکتروپمپ ها و هر دستگاه دیگری، با راندمان بهتر و هزینه کمتر استفاده کنیم که به شکل ساختمانی، اصول کار کرد، نحوه انتخاب و کارگزاری صحیح ونیز طرز عیب یابی و نگهداری آن آشنایی کافی داشته باشیم.
انتخاب صحیح الکترو پمپ با راندمان کار مناسب، هزینه انرژی مصرفی موتورپمپ را پایین می آورد و نصب و نگهداری صحیح، طول عمر دستگاه را بالا می برد.
به همین منظور و جهت آشنایی علاقه مندان و دست اندرکاران این رشته، مقالاتی تقدیم خواهد شد که امید است مورد استفاده واقع شود.

الکتروموتور شناور

ساختن الکتروموتور شناور برای اولین بار در سال ۱۹۱۸ مطرح شد و هدف از طرح این مسئله آن بود که هم الکتروموتور و هم پمپ بتوانند در داخل مایع مورد پمپاژ غوطه ور شده و انرژی لازم جهت چرخاندن پمپ توسط کابل الکتریکی که آسان ترین وسیله انتقال انرژی هست انجام گیرد. در سال ۱۹۳۲ اولین الکتروموتور شناور توسط سازنده آلمانی به بازار عرضه گردید جهت روغن کاری یاتاقان ها و خنک کردن سیم پیچی الکتروموتور از آب استفاده شده بود.
عایق سیم پیچی از لاستیک ضد آب که می توانست تحت ولتاژ و بدون آنکه به عایق صدمه ای برسد در داخل آب کار کند. امروز، به خاطر حل شدن مسائل مربوط به عایق سیم پیچی، الکتروموتورهای شناور تا ۶۰۰۰ ولت و قدرت چند هزار کیلووات ساخته می شود.

ساختمان الکتروموتور شناور

از نظر ساختمان، الکتروموتور شناور ساده ترین نوع ماشین الکتریکی گردان هست و شبیه همه ماشین های الکتریکی جریان متناوب از دو قسمت کلی زیر تشکیل یافته است:
۱. قسمت ساکن یا استاتور: لوله فولادی استوانه ای شکل بدنه خارجی الکتروموتور را تشکیل می دهد. در داخل این لوله ورق های مغناطیسی استوانه ای شکل توخالی قرار دارند و شیارهای طولی در امتداد این استوانه و در قسمت داخلی آن جهت سیم پیچی تعبیه شده اند. در ابتدا و انتهای استاتور محفظه های یاطاقان قرار دارند.
جهت نگهداری روتور در مقابل نیروی وارد از آب به محور موتور پمپ، در انتهای بدنه استاتور محفظه یاطاقان کف گرد قرار دارد. این یاطاقان نیز توسط آب روغن کاری می شود.
۲. قسمت گردنده یا روتور: در روی محور فولادی قسمت گردنده ورق های مغناطیسی به شکل استوانه و به تعداد ورق های مغناطیسی استاتور قرار داده می شود. در سطح خارجی این ورق ها شیارهای طولی موازی هم و در امتداد محور تعبیه شده اند. در داخل این شیارها میله های مسی قرار گرفته که در دو انتها توسط حلقه های مسی، اتصال کوتاه می شوند. به طوری که مرسوم است این نوع روتورها را روتورهای قفس سنجابی می نامند و لذا الکتروموتورهای شناور از نوع الکتروموتورهای القائی قفس سنجابی هستند.
یادآوری می شود که در موقع ساخت، تمامی روتورها از نظر دینامیکی بالانس می شوند.
خنک کاری: با توجه به اینکه در داخل سیم پیچی و نیز خارج الکتروموتور آب قرار دارد، مسئله خنک کاری توسط آب به نحو احسن انجام می گیرد و همین مسئله امکان استفاده وسیع را از الکتروموتور به وجود می آورد. حداکثر درجه حرارت مایع مورد پمپاژ که الکتروموتور می تواند در داخل کار کند بستگی به قدرت و نوع الکتروموتور دارد. این مقدار درجه حرارت برای تیپ های مختلف در جدول ۱ نشان داده شده است.
مثلاً الکتروموتور تیپ ya و قدرت  ۲۲ کیلووات در مایع مورد پمپاژ با درجه حرارت حداکثر تا ۳۰ درجه سانتی گراد می تواند کار کند.
روغن کاری یاطاقان ها: تمام یاطاقان های موجود در الکتروموتور توسط آبی که قبلاً داخل موتور ریخته می شود روغن کاری می شوند. هم چنین در تمام الکتروموتورهای شناور ساخت شرکت پمپیران یاتاقان کف گرد توسط آب داخل موتور روغن کاری و خنک کاری می شود. در بعضی از الکتروموتورهای ساخت سایر سازندگان، یاتاقان کف گرد قطعه مجزایی از موتور  هست که داخل آن با محفظه داخل موتور هیچ نوع ارتباطی ندارد و آب داخل موتور نمی تواند به داخل محفظه یاطاقان کف گرد وارد شود.
جهت روغن کاری یاطاقان از یک نوع روغن سنگین ضد خورندگی استفاده می شود.

الکتروموتور

سیم پیچی استاتور: برای سیم پیچی از مسی با عایق واترپروف استفاده می شود. خود عایق از دو لایه پلی تن و پلی آمید به عنوان حفاظ مکانیکی بر روی لایه پلی تن بکار رفته است.
با چنین سیم هایی موتورهای ۵/ ۱ الی ۳۰۰ اسب در ۳۰۰۰ دور و ۵ الی ۶۰۰ اسب در ۱۵۰۰ دور ولتاژ تا ۱۰۰۰ ولت فرکانس ۵۰ هرتز را می توان ساخت.
نحوه تعمیر و سیم پیچی مجدد، بعداً به طور مفصل شرح داده خواهد شد.
شکل ۲- مشخصات گشتاور و جریان برحسب در صد دور الکتروموتور را نشان می دهد. در این شکل n درصد دور j جریان برحسب آمپر و ma گشتاور راه اندازی mani گشتاور متوسط و mk گشتاور ماکزیمم برحسب متر کیلوگرم هست.
مقایر ms در دور صفر و Mme در ۲۵ % دور نامی و Mma در ۷۵ % الی ۸۵ % دورنامی الکتروموتور هستند.
در هرحال مقدار گشتاور نامی الکتروموتور از فرمول بدست می آید. در این فرمول HP قدرت الکتروموتور برحسب اسب بخار است.
مشخصات مهم الکتریکی:
۱- مقدار جریان راه اندازی در حدود ۵ الی ۶ برابر جریان نامی هست. این مقدار در جدول ۲ برای تمامی الکتروموتورها نشان داده شده است. مثلاً، الکتروموتور تیپ ۷A و قدرت ۲۲ کیلووات جریان نامی ۴۳ آمپر دارد.
مقدار جریان راه اندازی ۵/ ۵ برابر، یعنی حدود ۲۳۶ آمپر هست. اگر به دفعات مکرر و در مدت زمان محدود موتور را روشن و خاموش کنیم عبور همین مقدار جریان زیاد سبب گرم شدن سریع سیم پیچی می شود. به همین علت فاصله زمانی بین دو دفعه روشن و خاموش کردن یک مقدار حداقلی دارد که در جدول ۱ نشان داده شده است. مثلاً برای الکتروموتور مذکور در مثال بالا این مقدار ۴ دقیقه هست. اگر در فاصله زمانی ۴ دقیقه بیش از دو بار موتور روشن و خاموش کنیم این عمل باعث گرم شدن بیش از حد سیم پیچی و آسیب دیدن عایق آن می شود و در نهایت در صورت تکرار، باعث سوختن سیم پیچی می شود.
۲- گشتاور خروجی با توان دوم ولتاژ نسبت مستقیم دارد. مثلاً در اتصال ستاره مثلث چون در حالت ستاره ولتاژ به نسبت رادیکال ۳ کاهش می یابد مقدار گشتاور به نسبت یک سوم کم می شود. هم چنین در راه اندازی توسط اتو ترانسفرمر چون ولتاژ به نسبت ۷/ ۰ برابر ولتاژ نامی کم می شود. به همچنین جهت گشتاور نیز به نسبت ۴۹ / ۰ برابر گشتاور نامی کاهش می یابد. لذا کاهش ولتاژ باعث کاهش گشتاور نامی و به همین نسبت باعث کاهش دور الکتروموتور می شود.
۳- در ولتاژ ثابت با افزایش فرکانس جریان کاهش و با کاهش فرکانس جریان افزایش می یابد. در شکل (۳) منحنی گشتاور جریان برحسب دور یک الکتروموتور برای فرکانس های ۵۰ و ۶۰ هرتس ترسیم شده است.
۴- افزایش ولتاژ باعث کاهش جریان الکتروموتور و افزایش جریان مغناطیس کننده و در نتیجه افزایش تلفات آهنی و آن هم باعث افزایش درجه حرارت الکتروموتور می شود. کاهش ولتاژ باعث افزایش جریان و در نتیجه افزایش تلفات اهمی استاتور و آن هم باعث گرم شدن سیم پیچی الکتروموتور می شود. به طوری که ملاحظه می شود، افزایش و کاهش ولتاژ سبب گرم شدن سیم پیچی بدنه آهنی استاتور می شود که اگر این تغییرات ولتاژ بیش از حد مجاز باشد باعث سوختن سیم پیچی خواهد شد. حداکثر تغییرات مجاز ولتاژ% ۵+- ولتاژ نامی الکتروموتور بوده و در این حدود، سایر مشخصات الکتروموتور تقریباً ثابت می ماند.
عملاً در شبکه برق بیشتر با افت ولتاژ مواجه هستیم لذا جهت حفاظت در مقابل سوختن سیم پیچی لازم هست الکتروموتور در مقابل افت ولتاژ حفاظت شود.
در مورد حفاظت الکتروموتور ونیز اتوماسیون بعداً به طور مفصل بحث خواهد شد.
اتصال الکتریکی: سیم پیچی الکتروموتورهای شناور سه فاز، از سه کلاف مجزا ازهم تشکیل یافته است هرکدام این کلاف ها دارای دو ترمینال خروجی بوده که مجموعاً شش ترمینال توسط دو کابل سه رشته ای به طول حدود ۱۰ متر از الکتروموتور خارج می شوند.
حروف u1 و v1 و w1 ابتدا کلا فها و u2 و v2 انتهای کلاف ها را مشخص می کند ممکن است در بعضی الکتروموتورها ابتدای کلاف ها، با حروف u و v و w انتهای آنها با حروف x و y و z مشخص می شوند.
برای اتصال ستاره کافی است که سه ترمینال انتهایی را به هم متصل کرده و به سه ترمینال ابتدایی سه فاز شبکه را وصل کنیم در اتصال مثلث u1 با w2 و v1 با u2 و w1 و v2 به هم متصل، سپس سه فاز شبکه را به سه نقطه اتصال وصل می کنیم.
 

برای تغییر جهت گردش دور موتور کافی است جای دوفاز عوض شود.

این مطلب را هم بخوانید  گرمابه، اوج هنر مهندسی- بخش اول

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اشتراک رایگان تاسیسات نیوز
هفته نامه تاسیسات نیوز تنها نشریه الکترونیکی تاسیسات ایران است. با عضویت در سایت کاشانه این نشریه را هرهفته در میل باکس خود رایگان دریافت کنید.البته عضویت مزایای دیگری نیز دارد...