راهنمای انتخاب و استفاده از موتورهای اینورتر دیوتی

با توجه به مزیت‌های موتورهای القایی و نفوذ بسیار بالای آن در صنایع به لحاظ تعداد موتورهای در حال کار و لزوم کنترل دور آنها به دلیل ضرورت‌های فنی در کاربردهای خاص یا با هدف بهینه سازی مصرف انرژی، امروزه طیف وسیعی از این الکتروموتورها با اینورتر درایو می‌شوند، با توجه به پارامترهای الکتریکی مختص این درایورها لازم است با اصلاح ساختار الکتروموتور، الزامات مقتضی جهت سازگار کردن موتورها برای استفاده توسط درایو فراهم گردد تا محصول مختص کار با درایو پدید آید، در این راستا موتوژن به عنوان یک برند پیشتاز اقدام به طراحی و تولید این موتورها طبق استانداردهای بین‌المللی نموده است. این موتورها به اشتباه در بازار تحت عنوان موتورهای FC شناخته می شود، چنان‌که در ادامه اشاره خواهد شد بحث خنک‌کاری تنها یک چالش از چالش‌های موتورهای مخصوص کار با درایو می‌باشد وForced Cool بودن الکتروموتور لزوما به معنی سازگاری آن با درایو نخواهد بود.

درایوهای الکترونیکی تنظیم کننده سرعت، معروف به درایوهای فرکانس متغیر (VFD) ،اغلب به عنوان “قابل استفاده با هر موتور استاندارد” عرضه می شوند. در حالی که با اعمال سوئیچینگ سریع – عرض پالس مدوله شده (PWM)- خرابی زودرس سیستم های عایق موتور با کارکرد نچندان طولانی مدت، شــــروع به بروز می کند.

نرخ کلید زنی نیمه هادی های مدرن می تواند منجر به فراجهش ولتاژ شود. این استرس ولتاژ می توانند به سرعت به سیستم عایق موتور آسیب وارد كنند و در نتیجه خرابی زود هنگام موتور ایجاد شود.

تأثیر VFD بر موتورهای القایی
خروجی فرکانس متغیر غیرسینوسی درایوهای PWM دارای چندین اثر است ، از جمله:

• افزایش تلفات موتور

• تهویه ناکافی در سرعت های پایین

• افزایش فشارهای دی الکتریک در سیم پیچ های موتور

• سر و صدای مغناطیسی

• جریان های شفت گذرنده از بلبرینگ.

این اثرات می توانند با هم ترکیب شوند تا موتور آسیب ببیند و عمر مفید آن را به شدت کوتاه کند. سرعت زیاد سوئیچینگ نیمه هادی های مدرن منجر به تغییرات سریع ولتاژ در دوره های نسبتاً کوتاه می شود ، (du / dt ، در واحـدهای ولـت در هر مـیکروثانیه اندازه گـیری می شود). امـواج جـلو شـیب دار با du / dt بزرگ یا زمان افزایش بسیار سریع منجر به فراجهش(overshoot) ولتاژ و سایر مشکلات مربوط به منبع تغذیه می شود.

هنگامی که امپدانس موتور از امپدانس کابل هادی بین موتور و درایو بیشتر باشد ، شکل موج ولتاژ در پایانه های موتور منعکس می شود. و موج ایستاده تشکیل می شود. کابل های طولانی تر امواج ایستاده دامنه بالاتر را محتمل تر می کنند. اســـپایک ولتاژ با مقادیر بیشینه به اندازه 2150 ولت در یک سیستم 480 ولتی که در ولتاژ 10٪ بالاتر از ولتاژ نامی کار می کند امکان پذیر است. این اسپایک ها می تواند به خرابی عایق منجر شود ، که سبب اتصال کوتاه فاز به فاز یا دور به دور به نوبه خود می شود و متعاقباً سنسورهای درایو جریان غیر مجاز تشخیص خواهد داد.

برای جلوگیری از خرابی موتور ناشی از اسپایک ولتاژ می¬توان اقدامات پیشگیرانه انجام داد. این موارد شامل استفاده از تجهیزات محدود کننده استرس ولتاژ (مانند فیلترهای du / dt یا راکتورهای بار) و محدود کردن فاصله یا طول کابل بین درایو و موتور است. با توجه به تاثیر مستقیم افزایش دما بر کاهش عمر عایق برخی از نصب کننده های درایو برای افزایش طول عمر سیستم از طریق کاهش استرس دمایی موتور، راهکارهای مختلفی از قبیل نصب موتورهای بزرگتر از نیاز واقعی یا استفاده از موتورهای با عایق کلاس H -با مقاومت به دمای بالا- را انتخاب می کنند.

طراحی موتور اینورتردیوتی:
اکثر تولیدکنندگان موتور، موتورهای با کاربری عمومی راندمان بالا را برای استفاده با اینورتر در بازه وسیعی از دور- گشتاورهای متغیر که عموما گشتاور بار با دور رابطه مجذوری دارد بدون تغییر در سیستم خنک کاری با ساز و کار IC411 پیشنهاد می کنند. رابطه گشتاور دور نوعی یک پمپ به شکل زیر است همانطور که مشهود است گشتاور بار موتور با کاهش دور به شدت کاهش می یابد(Tα n2)

بنا به تصریح استانداردIEC60034-25 در بند 5.3.1 و4.3.2 با توجه به کاهش شدید گشتاور بار در دورهای پایین نیازی به اصلاح سیستم خنک کاری موتور وجود ندارد چون تلفات موتور نیز کاهش می یابد و موتورها برای استفاده در فن ها و پمپ ها به صورت خودتهویه قابل استفاده می باشد.

در موتورهای اینورتردیوتی در صورتی که با کاهش دور گشتاور کاهش نیابد یا کاهش آن قابل توجه نباشد سیستم خنک کاری باید IC416 که اصطلاحا به آنها تهویه اجباری اطلاق می گردد، انتخاب شود. که این گروه از محصولات نیز در سبد موتوژن گنجانیده شده است. برای روشن شدن موضوع نمودار صفحه بعد به نقل از استاندارد قابل توجه است:

موتورهای اینورتردیوتی موتوژن با سیستم عایق ولتاژ مقاوم در برابر استرس های مضاعف تولید می شوند. در این راستا از سیم لاکی های کلاس H و روش شارلاک زنی تحت خلا استفاده می شود تا کوچکترین ناکاملی در عایق باقی نماند. همچنین عایق های استفاده شده با مشخصه مقاومت در برابر تخلیه جزئی انتخاب می شوند تا استفاده از اینورتر حداقل تأثیرات جانبی شکل های موج تولید شده توسط VFD را داشته باشد. همچنین بنا به توصیه استاندارد جهت کاهش هرچه بیشتر فراجهش کابلهای تغذیه موتور تا درایو باید حتی المقدور کوتاه باشد و نصاب مجموعه موتوردرایو بایستی مطابق استاندارد IEC60034-18-41 annex B پس از نصب نسبت به مجاز بودن استرس ولتاژ در ترمینالهای موتور اطمینان حاصل کند در صورت بالا بودن این استرس ها یا نیاز به بهبود عملکرد تداخل مغناطیسی مجموعه مطابق استاندارد باید از فیلترهای مناسب استفاده نمود.IEC60034-25:2014 part 9.2 این فیلتر ها شامل فیلتر های du/dt و سینوسی و فیلترهای مخصوص پایانه الکتروموتوری می باشند.

موتوژن در راستای کنترل کیفیت حداکثری الکتروموتورهای موتورهای اینورتردیوتی خود تست¬های عایقی غیر الزام¬آور تخلیه جزئی را مطابق استاندارد IEC60034-18-41 انجام می دهد.

گواهی کالیبراسیون کالیبراتور تخلیه جزئی:

راهنمای نصب و کاربری:
کابلهای تغذیه:
این قسمت از دستورالعملها کاربرد افزایش قابلیت اطمینان و بهبود عملکرد تداخل مغناطیسی ندارد و فقط برای اهداف حفاظتی مطرح می گردد برای تامین اهداف بهبود عملکرد تداخل مغناطیسی نصاب باید به مفاد استاندارد IEC61800-3 , IEC61800-5-1 , IEC61800-5-2 مراجعه نماید.

کابلهای زمین کننده بهتر است از نوارهای مسی ساخته شده از تارهای نازک انتخاب شوند تا بتوانند عملکرد خوبی در فرکانسهای بالا داشته باشند مطابق اشکال زیر

همچنین در صورتیکه بار الکتروموتور زمین شده باشد – مثل الکتروپمپها که با آب زمین می شوند- ممکن است اتصال زمین مجزایی بین موتور و بار نیاز باشد تا هر دو هم پتانسیل شوند.برای تغذیه الکتروموتور با توانهای بالا تر از 30 کیلووات استفاده از کابل های زمین و فاز تک هسته ای با آرایش متقارن می تواند برای کاهش جریان¬های فرکانس بالای گذرنده از بلبرینگ مفید باشد برای توان¬های پایین تر کابل¬های شیلددار چند هسته ای ترجیح داده می¬شوند. برای اطلاع از جزئیات بیشتر به بخش 9.1 استاندارد IEC60034-25 مراجعه کنید.

با توجه به ضرورت حفاظت از بیرینگ‌هامصرف کننده طبق استاندارد باید یکی از راهکارهای زیر را انتخاب کند:

• حقله زمین¬کننده جلو و عقب بدون یاتاقان ایزوله(هزینه پایین و نیاز به نگهداری)

• حقله زمین¬کننده جلو و عقب با یاتاقان ایزوله(هزینه بالا، مناسب برای موتورهای بزرگ و نیازبه نگهداری)

• یاتاقان ایزوله جلو و عقب(مناسب برای موتورهای کوچک)

• یاتاقان عقب ایزوله با حلقه زمین¬کننده در جلو(کوپلینگ با موتور به صورت ایزوله انجام می-شود)

• فیلتر ولتاژ مد مشترک (تامین توسط خود مشتری)

در صورتی که مشتری روش حفاظت با استفاده از حلقه زمین کننده را سفارش داده باشد باید در زمان سرویس دهی الکتروموتور در بازه های زمانی سه تا شش ماهه به صورت مرتب و دوره¬ای مقاومت الکتریکی بین حلقه زمین کننده و شفت را با اهم متر مناسب اندازه گیری نموده و از پایین بودن آن اطمینان حاصل کند. در صورتی که این مقاومت بالا تر از 5 اهم باشد باید حلقه های زمین کننده تعویض گردند. پیشنهاد می شود در صورتی که دسترسی به الکتروموتور برای انجام این بازرسی های دوره¬ای سخت باشد مشتری با پرداخت هزینه بالاتر از روش بیرینگ های عایق یا فیلتر استفاده کند.

استفاده از فیلتر سینوسی با وجود هزینه های بالای آن از لحاظ فنی قابل توصیه است چرا که می تواند هم در حفاظت بیرینگ و هم در مهار استرس عایقی و هم در کاهش تلفات هارمونیکی بسیار موثر باشد.

با توجه به طبیعت مجموعه موتور درایو انتظار می رود -بسته به شرایط موتور ودرایو- که الکتروموتور هنگام سرویس دهی نویز و ارتعاش زیادی داشته باشد اما می توان با تغییر برخی از پارامترهای درایو از جمله فرکانس حامل یا مد کنترلی آن را کاهش داد. همچنین طبق مفاد توصیه می شود یرای کاهش تلفات هارمونیکی الکتروموتور و نویز آکوستیک از فرکانس های حامل بالا استفاده شود.