انواع تلفات در الکتروموتور

همان گونه که میدانیم، موتورهای الکتریکی در ورودی خود انرژی الکتریکی را دریافت کرده و آن را به انرژی مکانیکی مورد نیاز بار تبدیل مینماید. در این میان مقداری از انرژی الکتریکی به شکلهای مختلف تلف میگردند.

ما در این مقاله سعی می کنیم به تمامی سوالات ذهنی شما در رابطه با تلفات الکتروموتور ها بپردازیم. برای خرید الکتروموتور یا کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان آبادیزل مشاوره بگیرید.

در ادامه خواهید دید :

انواع تلفات در الکتروموتور ها

عوامل موثر در تلفات الکتروموتور

تفاوت اساسی بین تلفات مسی و آهنی

تفاوت تلفات در موتور های کوچک و بزرگ

نحوه محاسبه تلفات

کل تلفات الکتروموتور ها شامل چهار قسمت عمده هستند که عبارتند از : تلفات آهنی شامل تلفات هیسترزیس و تلفات فوکو (جریان های سرگردان) است. میزان تلفات هیسترزیس به نوع و ترکیب هسته ها (ورق های فولادی) بستگی دارد و بخش دیگر یعنی تلفات فوکو (یا تلفات جریان های سرگردان) است.

انواع تلفات در الکتروموتور ها

انواع تلفات در موتورهای الکتریکی عبارتند از:

• تلفات اهمی (مسی-متغیر)
• تلفات هسته ( آهنی)
• تلفات تهویه و اصطکاک (تلفات مکانیکی )
• تلفات پراکنده بار

 تلفات اهمی (متغیر- مسی)

تلفات اهمی ناشی از مقاومت در برابر جریان در سیم پیچ ها استاتور و میله های روتور بوده و تابعی از طول و سطح مقطع آنها میباشد. میتوان با کاهش مقاومت سیم پیچ استاتور و روتور، میزان تلفات اهمی موتور را کاهش داد. روش مرسوم برای کاهش مقاومت، افزایش سطح مقطع مس در سیم پیچ های استاتور میباشد، با افزایش سطح مقطع سیم پیچ ها، ابعاد شیار استاتور نیز بایستی افزایش یابد. این کاربا ثابت ماندن ابعاد موتور، باعث کاهش سطح مقطع موثر ورقه های آهن در برابر شارهای مغناطیسی خواهد شد. افزایش ابعاد موتور نیز باعث افزایش هزینه ساخت موتور خواهد شد.

برای دستیابی به گشتاور مورد نیاز موتور، لازم است در مقدار شار مغناطیسی آن تغییری حاصل نشود. بنابراین در صورت کاهش سطح مقطع موثر آهن، لازم است چگالی شار در آهن افزایش یابد که خود، تلفات آهنی را افزایش میدهد. دستیابی به چگالی شار بالاتر نیز جز با افزایش جریان الکتریکی حاصل نمیشود. این افزایش در جریان نیز خود باعث ایجاد تلفات اهمی بیشتر در موتور خواهد شد. نتیجه نهایی، کاهش هرچه بیشتر بازده موتور خواهد بود.

لذا به لحاظ اقتصادی لازم است تا جائی که میسر باشد در انتخاب مناسب و همسازی موتور با بار دقت کافی به عمل آید تا راندمان های کم و ضرایب توان ضعیف به حداقل ممکنه برسند. موتورهای کوچک درمقایسه با موتورهای بزرگتر مشخصه های ضریب توان ضعیف تری دارند و لذا در تأسیساتی که موتورهای کوچک زیادی به کار گرفته شوند احتمال کاهش ضریب توان وجود دارد.

• به این تلفات تلفات مسی نیز گفته‌ می‌شود.
• این تلفات به دلیل جاری شدن جریان در سیم پیچ های استاتور و روتور اتفاق می‌افتد.
• با تغییر بار، جریان در سیم پیچ روتور و استاتور نیز تغییر می‌کند و از این رو این تلفات نیز تغییر می‌کند. بنابراین این تلفات، تلفات متغیر نامیده می‌شوند.
• تلفات مسی با انجام آزمایش روتور قفل شده در موتور القایی سه فاز بدست می آید.
• عملکرد اصلی موتور القایی تبدیل یک نیروی الکتریکی به نیروی مکانیکی است. در طی این تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیرو در مراحل مختلف جریان می‌یابد.
• این جریان نیروکه در مراحل مختلف وجود دارد با نمودار جریان نیرو (نمودار توان موتور) نشان داده‌می‌شود.
• همانطور که همه ما می دانیم ورودی موتور القایی سه فاز تغذیه سه فاز است. بنابراین، منبع تغذیه سه فاز به استاتور موتور القایی سه فاز داده‌می‌شود.
• اجازه دهید ، P_in = نیروی الکتریکی که به استاتور موتور القایی سه فاز داده‌می‌شود،
• V_L = ولتاژ خط  اعمالی به استاتور موتور القایی سه فاز
• I_L = جریان خط،
•  Cosφ = ضریب توان موتور القایی سه فاز.
• نیروی برق (توان) ورودی به استاتور ، P_in = √3V_LI_Lcosφ
• بخشی از این توان ورودی برای تأمین تلفات استاتور که تلفات آهن استاتور و تلفات مسی استاتور‌ است، استفاده‌می‌شود.
• توان باقیمانده یعنی (انرژی الکتریکی ورودی – تلفات استاتور) به عنوان ورودی روتور به روتور اعمال‌می‌شود.

کاهش تلفات مسی

یکی دیگر از روشهای موثر برای کاهش تلفات مسی، کاهش مقدار مس غیر فعال در قسمت های حلقه های انتهایی با تغییرات در لایه ها و اتصالات کلاف ها میباشد که ضمن کاهش تلفات مسی، در مدار مغناطیسی موتور نیز تغییری ایجاد نخواهد کرد.

عوامل دیگری نیز هستند که بر میزان تلفات اهمی تاثیر میگذارند. یکی از این عوامل، درجه حرارت است، چرا که مقاومت سیم پیچ بجز طول و سطح مقطع، تابعی از درجه حرارت نیز میباشد به طوری که با بالا رفتن درجه حرارت محیط مقدار مقاومت افزایش می یابد. بنابراین لازم است گرمای سیم پیچ های موتور در حد مجاز قرار داشته باشد .

عامل دیگر، افزایش جریان مورد نیاز موتور و در نتیجه افزایش تلفات اهمی نگهداری نامناسب بوده که باعث افزایش اصطکاک و اعمال بار اضافی بر محور شده و موتور بار اصلی را در جریان الکتریکی بیشتر از مقدار اصلی تامین میکند. در واقع بخشی از توان الکتریکی ورودی صرف تامین بار اصلی و بخشی از آن نیز برای غلبه بر اصطکاک مصرف میشود .

 تلفات هسته (تلفات آهنی )

مهمترین عامل در تعیین میزان این تلفات، چگالی شار میباشد. تلفات هسته استاتور و روتور از مجموع تلفات پسماند وتلفات جریان گردابی حاصل میشود .

با توجه به اینکه چگالی شار در هسته موتور با تغییرات ولتاژ تغییر میکند، تلفات هسته نیز با تغییرات ولتاژ تغییر خواهد نمود .یکی از روشهای کاهش چگالی شار و در نتیجه کاهش تلفات هسته، افزایش سطح هسته (افزایش حجم هسته) است. این کار باعث افزایش وزن موتور شده ضمن آنکه با کمتر شدن مقاومت مغناطیسی هسته، جریان مغناطیس کنندگی افزایش یافته و ضریب توان کاهش خواهد یافت. استفاده از ورقه های آهن با ضریب تلفات (تلفات به واحد حجم) کمتر و استفاده از ورقه های آهن نازک تر نیز سهم به سزایی در کاهش تلفات جریان گردابی خواهد داشت.

میزان تلفات آهنی در تعیین مقدار ضریب توان موتور مؤثر است. تلفات آهنی در بار کم افزایش یافته و از این رو منجر به ایجاد ضرایب توان کم می شود.

تلفات مربوط به بار هرز که میزان تلفات آهنی در تعیین مقدار ضریب توان موتور مؤثر است. تلفات آهنی در بار کم افزایش یافته و از این رو منجر به ایجاد ضرایب توان کم می شود. موتور القائی حتی در بار کامل نیز ضریب توان نسبتا" ضعیفی دارد مثلا" بین 8/0 تا 9/0 پس فاز است. لذا به لحاظ اقتصادی لازم است تا جائی که میسر است در انتخاب مناسب و همسازی موتور با بار دقت کافی به عمل آید تا راندمان های کم و ضرایب توان ضعیف به حداقل ممکنه برسند.

تلفات تهویه و اصطکاک (تلفات مکانیکی)

این تلفات ناشی از اصطکاک در بلبرینگ های موتور و تلفات فن تهویه و دیگر قسمت های چرخان موتور است. تلفات اصطکاک تابعی از اندازه بلبرینگ، سرعت، نوع بلبرینگ، بار و روغنکاری آن است. با روغن کاری مناسب و به موقع بلبرینگ و نظافت قسمت های چرخان موتور و همچنین اطمینان از بالانس بودن محور، میتوان این تلفات را به حداقل خود رساند. از آنجایی که فن نیز برای خنک سازی موتور که در اثر وجود انواع تلفات داغ میشود به کار برده میشود، با کاهش میزان تلفات میتوان از فن های کوچکتر استفاده کرد و مقدار تلفات تهویه را نیز کاهش داد .

تلفات پراکنده بار

تلفات پراکنده بار در حقیقت، تلفات باقیمانده در موتور بوده که تعیین مقدار آن با اندازه گیری مستقیم و یا محاسبه آن کار دشواری است. این تلفات وابسته به بار بوده و عموماً فرض میشود که با مربع گشتاور خروجی نسبت مستقیم دارد. این تلفات طبیعت پیچیدهای داشته و به عوامل زیادی بستگی دارد.

عوامل موثر در تلفات الکتروموتور

برخی از عواملی که بر این تلفات اثر دارند عبارتند از :

• نحوه سیم پیچی استاتور
• نسبت طول فاصله هوایی به عرض شیار روتور
• نسبت تعداد شیارهای روتور به شیارهای استاتور
• چگالی شار در فاصله هوایی
• شرایط سطح استاتور در فاصله هوایی
• شرایط سطح روتور در فاصله هوایی

تفاوت اساسی بین تلفات مسی و آهنی

تفاوت اساسی بین تلفات مسی (سیم پیچ) و آهنی (هسته) چه در استاتور و چه در روتور، نحوه تغییرات آنها با میزان بار است. تلفات مسی از آنجا که متناسب با مجذور جریان است بسیار حساس به میزان باردهی بوده و مقدار آن در بیباری ناچیز و در بار کامل معادل مقدار حداکثر خود میباشد. در صورتی که با فرض ثابت بودن ولتاژ ورودی و فرکانس تغذیه مقدار تلفات آهنی ثابت بوده و تابعی از سطح بار نیست.

بدین ترتیب با توجه به وابستگی تلفات مسی به سطح بار موتور و ثابت بودن تلفات آهنی، بدیهی است بازده کلی موتور تابعی از میزان بار موتور خواهد بود و تنها در بار معینی مقدار بازده حداکثر خواهد بود. نقطه حداکثر بازده موتور نقطه ای است که تلفات ثابت و متغیر موتور برابر باشد.

تفاوت تلفات در موتور های کوچک و بزرگ

موتورهای کوچک در مقایسه با موتورهای بزرگتر مشخصه های ضریب توان ضعیف تری دارند و لذا در تأسیساتی که موتورهای کوچک زیادی به کار گرفته شوند احتمال کاهش ضریب توان وجود دارد. تلفات آهنی شامل تلفات هیسترزیس و تلفات فوکو ( جریان های سرگردان ) است. میزان تلفات هیسترزیس به نوع و ترکیب هسته ها (ورق های فولادی) بستگی دارد و بخش دیگر یعنی تلفات فوکو (یا تلفات جریان های سرگردان) است.

1. تلفات مسی که به میزان تلفات گرمایی شناخته می شود و متناسب با مجذور جریان بار است.
2.  تلفات اصطکاکی ( یا تلفات مکانیکی ) و تلفات سیم پیچی که مستقل از میزان بار و مقدار آن ثابت است.
3.  تلفات آهنی ( تلفات مغناطیس کنندگی یا تلفات هسته ) که مقدار آن به ولتاژ بستگی دارد بنابراین برای هر موتور خاصی مستقل از میزان بار آن ثابت است

برای کسب اطلاعات بیشتر راجع تفاوت موتورهای الکتریکی AC و DC به مقاله مراجعه کنید.

نحوه محاسبه تلفات

(ورودی روتور) = P₂  ، P_in – تلفات استاتور (تلفات مس استاتور و تلفات آهن استاتور).

به طور مثال روتور مجبور است این ورودی روتور را به انرژی مکانیکی تبدیل کند اما این ورودی را بطور کامل نمی‌توان به خروجی مکانیکی تبدیل کرد زیرا تلفات روتور را تأمین می‌کند.

همانطور که در ابتدا توضیح داده شد، تلفات روتور از دو نوع تلفات آهن روتور و تلفات مس روتوراست.

از آنجا که تلفات آهن به فرکانس روتور بستگی دارد، که هنگام چرخش روتور بسیار اندک‌ است، بنابراین معمولاً نادیده گرفته‌ می‌شود. بنابراین ، در روتور فقط تلفات مسی روتور است.

بنابراین ورودی روتور باید این تلفات مس روتور را تأمین‌ کند. پس از تأمین تلفات مسی روتور، قسمت باقیمانده از ورودی روتور ، P2 به توان مکانیکی ، Pm تبدیل می‌شود.

بگذارید P_c تلفات مسی روتور باشد،

I₂ می‌تواند جریان روتور تحت شرایط کار باشد،

R₂ مقاومت روتور است،

 قدرت مکانیکی ناخالص (P_m) توسعه یافته‌است.

• P_c = 3I₂²R₂
• P_m = P₂ – P_c

اکنون این نیروی مکانیکی ایجاد شده توسط شافت به بار داده‌ می‌شود اما برخی از تلفات مکانیکی مانند اصطکاک و تلفات بادگیر نیز اتفاق می‌افتد.

بنابراین، قدرت ناخالص مکانیکی توسعه یافته باید این تلفات را نیز تأمین‌ کند.

قدرت خروجی خالص ایجاد شده در شافت، که در نهایت به بار داده‌ می‌شود P_out است.

P_out =  P_m–  تلفات مکانیکی (از تلفات اصطکاک و بادگیر)

P_out توان شافت یا توان مفید نامیده‌ می‌شود.

برای خرید و اطلاع از قیمت الکتروموتور مشاوره در مورد با ما تماس بگیرید. 

شماره های تماس :  ۰۲۱۳۳۹۹۲۲۹۴ - ۰۲۱۳۳۹۱۴۰۸۴