الکتروموتور اینورتر دیوتی چیست؟
الکتروموتور اینورتر دیوتی به موتورهای الکتریکی گفته می‌شود که مخصوص کار با کنترل کننده‌های سرعت و گشتاور موتور، یعنی اینورتر و درایو فرکانس متغیر طراحی شده‌اند. موتورهای معمولی ممکن است بعد از مدت زمانی کار با درایو، به مشکل بخورند؛ اما موتورهای اینورتر دیوتی طوری طراحی شده‌اند که با اینورتر سازگاری دارند. از این رو، از طول عمر بیشتری برخوردارند. موتور اینورتر دیوتی قادر است در سرعت صفر گشتاور کامل ارائه دهد و در سرعت پایۀ خود کار کند. عایق بندی پیشرفته، خنک کنندۀ مستقل و تحمل لرزش بالا، از ویژگی های این موتورها است. استاندارد عایق برای این موتورها اغلب عایق 2000 ولت یا 2200 ولت است. الکتروموتور اینورتر دیوتی برای ماشین آلاتی که در عملکرد خود، به گشتاور ثابت نیاز دارند، مناسب و کارآمد است. این موتورها دارای تحمل دمایی بالا و طراحی مناسب برای کاهش لرزش و نویز هستند. هدف اصلی آنها، عملکرد پایدار و کارآمد در سرعت‌های متغیر و شرایط سخت صنعتی است.
الکتروموتورهای اینورتر دیوتی (Inverter Duty Motors) موتورهای الکتریکی هستند که به‌طور خاص برای کار با اینورتر و درایو فرکانس متغیر (VFD) طراحی شده‌اند. این موتورها ویژگی‌هایی دارند که آنها را برای مقابله با چالش‌های خاصی که هنگام استفاده از VFDها به وجود می‌آید، مناسب می‌کند.
اصطلاح “اینورتر دیوتی” به موتوری اشاره دارد که سرعت آن توسط یک اینورتر و یا VFD کنترل می‌شود. هم موتورهای اینورتر و هم موتورهای استاندارد می‌توانند تحت VFD کار کنند، اما تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند؛ این تفاوت ها در ساخت و عملکرد آن ها نهفته است. با گذشت سالها از استفاده در صنعت موتور، اصطلاح “وظیفه اینورتر” برای رتبه بندی موتورها کمرنگ شده است. هر زمان که کسی به یک الکتروموتور اینورتر دیوتی اشاره می‌کند، معمولاً به یک کلاس عایق بالاتر برای سیم پیچ ها اشاره دارد.
اینورتر و VFD موتور نیستند، بلکه دستگاه های کنترل‌کننده هستند که برقِ ورودی به موتور را طوری تغییر می‌دهند تا بتواند سرعت و گشتاور موتور را تنظیم کنند. به زبان ساده، این کنترلرها شبیه به یک مغز برای موتور عمل می‌کنند و فرمان می‌دهد موتور سریع‌تر یا آهسته‌تر بچرخد. برخی از الکتروموتورهای معمولی برای کار با کنترلرها طراحی نشده اند (مثل موتورهای معمولی). بنابراین، زمان استفاده از کنترلرها (به عنوان یک دستگاه جانبی) ممکن است دچار مشکلاتی مثل داغ شدن بیش از حد و لرزش زیاد شوند؛ مواردی که باعث کاهش عمر موتور می گردد. اینجاست که الکتروموتورهای اینورتر دیوتی اهمیت پیدا می‌کنند. این موتورها طوری ساخته شده‌اند که با اینورترها به خوبی هماهنگ باشند و در سرعت‌های مختلف بدون مشکل کار کنند.
چرخه کار موتور، یا تعداد دفعات شروع/توقف موتور در ساعت، و عملکرد دینامیکی، یا سرعت مورد نیاز موتور برای رسیدن به بار به سرعت، دو شاخص کلیدی برای تعیین نوع عملکرد موتور مورد نیاز هستند. در کاربردهایی که همگام سازی سرعت برای کیفیت تولید بهینه حیاتی است، الکتروموتور اینورتر دیوتی ترجیح داده می شود. زیرا توانایی خوبی در ارائه اطلاعات سرعت و موقعیت روتور دارند. موتورهای اینورتر دیوتی در صنایع مختلفی به کار می‌روند، از جمله:
یک موتور اینورتر دارای ویژگی های ساختاری خاصی است به طوری که می تواند در برابر ضربه های ولتاژ بالای تولید شده توسط VFD ها مقاومت کند. همچنین می‌تواند بدون آنکه بیش از گرم شود، در سرعت‌های بسیار پایین کار کند.
الکتروموتور اینورتر دیوتی برای تحمل تنش‌ها و شرایط خاص صنعتی طراحی شده است که هنگام استفاده از درایوهای فرکانس متغیر به وجود می‌آید. این ویژگی‌ها عبارت‌اند از:
موتور اینورتر دیوتی باید عایق بندی قوی تر و پیشرفته ای نسبت به موتورهای معمولی داشته باشد. زیرا ولتاژهای پالس‌دار و فرکانس‌های متغیر که توسط VFDها تولید می‌شوند، ممکن است باعث تخریب عایق سیم‌پیچی‌ها شوند. از این رو، از مواد عایق پیشرفته و باکیفیت استفاده می‌شود تا اثرات ناشی از این موارد، کمرنگ شود. عایق در موتور باید بتواند در برابر افزایش ولتاژی که یک VFD ممکن است ارسال کند، مقاومت کند. در عمل، عایق 1600 ولت حداقل در نظر گرفته می شود. بطور معمول، عایق کلاس F با افزایش درجه حرارت کلاس B را در نظر می‌گیرند. در ساخت این موتورها، از سیم های مسی دو روکش و درجه بالا برای سیم پیچی استفاده می‌شود.
در مواردی که عایق 1600 ولت ممکن است کم باشد، موتورهای اینورتر دیوتی، کارآمد هستند. این موتورها در حالت استاندارد، اغلب دارای عایق 2000 ولت یا 2200 ولت هستند. برخی از تولیدکنندگان حتی در برخی از خطوط موتور به سمت عایق کلاس H حرکت می‌کنند. بسیاری از آنها از روش دوبار دیپ و پخت (double dip and bake) برای لاک استفاده می‌کنند که موتور را قوی‌تر می‌کند.
کنترلرهای درایو فرکانس متغیر و اینورتر، با ایجاد تغییرات و همچنین کنترل سرعت موتور، موجب تغییرات فرکانس و ولتاژ می شوند. این تغییر در فرکانس و ولتاژ، باعث ایجاد گرما در موتور می گردد. از این رو، الکتروموتورهای اینورتر دیوتی معمولاً با موادی ساخته می‌شوند که تحمل گرمای بیشتری دارند و طراحی آنها جریان هوای بهینه‌تری را تضمین می‌کند.
این موتورها برای کار در محدوده وسیعی از سرعت‌ها بهینه شده‌اند. به همین دلیل طراحی سیم‌پیچ و هسته آنها به گونه‌ای است که راندمان را در سرعت‌های پایین و بالا حفظ کند.
درایوهای فرکانس متغیر ممکن است باعث لرزش و نویز مکانیکی شوند. الکتروموتورهای اینورتر دیوتی برای کاهش این اثرات مکانیکی تقویت شده‌اند.
در الکتروموتور اینورتر دیوتی، اغلب فن‌های خنک کننده مستقل بکار گذاشته می‌شود که باعث می‌شود موتور حتی در سرعت های پایین نیز به خوبی خنک شود.
استفاده از این موتورها در کاربردهای صنعتی و تجاری، مزایایی به همراه دارد، از جمله:
در الکتروموتورهای معمولی، خنک‌کننده‌ها معمولاً وابسته به سرعت موتور هستند. در سرعت‌های پایین، خنک‌کاری به‌خوبی انجام نمی‌شود و ممکن است دما افزایش یابد. اما این حالت در موتورهای وظیفه اینورتر وجود ندارد. این موتورها معمولاً دارای فن‌های مستقل از سرعت موتور هستند.
برای پاسخ به این سؤال که الکتروموتور اینورتر دیوتی بهتر است یا یک الکتروموتور استاندارد معمولی، علاوه بر توجه به تفاوت ها که در بالا بیان شد، دو مورد زیر را نیز در نظر داشته باشید:
این دو مورد در ادامه توضیح داده شده است و شما باید در خرید خود، این دو فاکتور را در نظر داشته باشید.
اولین عامل در تعیین اینکه آیا از یک موتور وظیفه اینورتر در مقابل موتور استاندارد معمولی استفاده شود باید در نظر بگیرید، قابلیت گشتاور است. دستگاه های گشتاور متغیر، مانند فن و پمپ، با افزایش سرعت، به گشتاور بیشتری نیاز پیدا می‌کنند. موتورهایی که بر اساس استانداردهای معمولی ساخته می‌شوند، معمولاً بر اساس گشتاور کاهش یافته و نیازهای جریان در سرعت‌های پایین‌تر، بیش از حد گرم نمی‌شوند. بنابراین، دستگاه‌هایی که گشتاور متغیر دارند، معمولاً با موتورهای استاندارد معمولی جفت می‌شوند.
دستگاه‌هایی مانند نوار نقاله، در سراسر محدوده سرعتی خود، به گشتاور ثابت نیاز دارند. برای چنین دستگاه هایی، الکتروموتور اینورتر دیوتی مناسب است. موتورهای اینورتر دیوتی می‌توانند محدوده سرعت گشتاور ثابت بیشتری نسبت به موتورهای استاندارد تولید کنند. این موتورها در سرعت‌های پایین کار می‌کنند بدون آنکه بیش از حد گرم شوند.
تعیین محدوده سرعت کار یک موتور مشخص می‌کند که باید از یک الکتروموتور اینورتر دیوتی استفاده نمایید یا یک الکتروموتور استاندارد معمولی. بسته به قدرت (HP)، یک موتور استاندارد و کاملاً محصور با فن خنک کننده برای محدوده سرعت گشتاور ثابت 4:1 تا 10:1 مهارت دارد. اگر برنامه محدوده سرعتی شما فراتر از توان ثبت شده در پلاک الکتروموتور استاندارد است، باید الکتروموتور اینورتر دیوتی خریداری نمایید. موتورهای اینورتر دیوتی قادرند محدوده سرعت تا 1000:1 یا بیشتر را در خود جای دهند، می‌توانند در سرعت صفر گشتاور کامل ارائه دهند و همچنین در سرعت پایه خود کار کنند.
جهت اطلاع از اینکه موتور مورد نظر شما Inverter Duty است یا خیر، کافیست نگاهی بر پلاک الکتروموتور بیندازید و عبارت Inverter Duty را بر روی پلاک ببینید. گاهی اوقات، برچسبی وجود دارد که حروف اختصاری “VT/CT” بر روی آن درج شده است. “VT/CT” به معنای گشتاور متغیر/گشتاور ثابت است؛ همچنین نشانگر این است که موتور با NEMA MG1 Part 31 مطابقت دارد. جهت اطلاع از تمامی حروف و علائم اختصاری الکتروموتورها روی لینک آن کلیک کنید.
VFD ها جریان های اضافی در شفت ایجاد می‌کنند که به یاتاقان‌ها آسیب می‌زند و باعث ایجاد چروک یا شیار در آن می‌شود. استاندارد NEMA موتورهایی را که ولتاژ شفت شان بیش از 300 میلی ولت است و در انتهای غیر محرک یاتاقان های عایق (NDE) دارند، توصیه می‌کند. این استاندارد راه های متعددی را برای رسیدگی به مسائل مربوط به ولتاژ اضافی روی شفت ذکر می کند، از جمله:
به عنوان مثال، توصیه می‌شود در تمام موتورهایی که روی VFD کار می‌کنند، حلقه‌های اتصال به زمین / grounding rings (SGRرا اضافه کنید. در مورد موتورهای بزرگتر یا حیاتی‌تر، به منظور افزایش طول عمر دستگاه، باید همراه با SGRاز یاتاقان های عایق نیز استفاده کنید.
موتوژن در راستای کنترل کیفیت حدأکثری الکتروموتورهای اینورتر دیوتی خود، تست های عایقی غیر الزام آور، تخلیه جزئی را مطابق استاندارد IEC60034-18-41 انجام می دهد. موتور اینورتر دیوتی موتوژن با سیستم عایق ولتاژ مقاوم در برابر استرس های مضاعف تولید می شود. در این راستا، از سیم های لاکی کلاس 200°C با گرید II و روش شارلاک زنی تحت خلاء استفاده می‌شود تا کوچکترین ناکاملی در عایق باقی نماند. همچنین در برابر تخلیه جزئی، عایق های مقاوم انتخاب می‌شوند تا حین استفاده از اینورتر حدأقل تاثیرات جانبی شکل موج های تولید شده توسط VFD را داشته باشد. اگر با کاهش دور موتور، گشتاور کم نشود و یا کاهش گشتاور قابل توجه نباشد، باید یک سیستم خنک کاری IC416 برای موتور انتخاب و تعبیه شود. این سیستم خنک کاری در اصطلاح “تهویه اجباری” نام دارد.
بنابر توصیه‌های استاندارد، به منظور کاهش هرچه بیشتر فراجهش، کابل های تغذیه موتور تا درایو، می‌بایست تا حد امکان کوتاه باشد. همچنین، مطابق استاندارد IEC60034-18-41 annex B نصاب مجموعه موتور – درایو می‌بایست بعد از نصب، در مورد مجاز بودن استرس ولتاژ در ترمینال‌های موتور، اطمینان حاصل کند. در صورت بالا بودن این استرس‌ها، یا نیاز به بهبود عملکرد تداخل مغناطیسی مجموعه مطابق استاندارد باید از فیلترهای مناسب استفاده نمود. این فیلترها، شامل فیلترهای du/dt، فیلترهای سینوسی و فیلترهای مخصوص پایانه الکتروموتوری است.