چرا موتورهای AC در سرعت های پایین یا بارهای جزئی کارایی کمتری دارند؟

پاسخ مستقیم: چرا راندمان در سرعت کم و بار جزئی کاهش می یابد؟

یک موتور AC در سرعت های کم یا بارهای جزئی کارایی کمتری دارد زیرا این کارایی دارد تلفات ثابت - تلفات هسته، اصطکاک و باد - بدون توجه به خروجی تقریباً ثابت می مانند ، بنابراین با کاهش خروجی مفید، سهم فزاینده ای از کل توان ورودی را مصرف می کنند. در عین حال، موتورهای AC خود خنک شونده، با کاهش سرعت، جریان هوا را از فن های نصب شده روی محور خود از دست می دهند و اتلاف گرما را دقیقاً زمانی که تلفات داخلی به نسبت بیشتر است کاهش می دهد. نتیجه موتوری است که بسته به اندازه و طراحی، می تواند بازدهی را از بیش از 90 درصد نزدیک بار کامل به زیر 70 درصد در بار سبک کاهش دهد.

بخش‌های زیر مکانیسم‌های خاص پشت این افت را با استفاده از ارقام مشخص توضیح می‌دهند و به طور عملی می‌توانید در مورد آن انجام دهید، اگر برنامه شما به طور منظم یک موتور AC را دور از نقطه امتیاز آن اجرا کند.

تلفات ثابت با کاهش خروجی کاهش نمی یابد

هر موتور AC دارای دسته‌ای از تلفات است که بدون توجه به بار سبکی موتور، اساساً ثابت می‌ماند: تلفات هسته (آهن) ناشی از مغناطیس کردن استاتور، اصطکاک در یاتاقان‌ها و باد ناشی از چرخش روتور در هوا. این تلفات عمدتاً توسط طراحی موتور و ولتاژ و فرکانس نامی آن تنظیم می‌شود، نه با بار مکانیکی که آن را هدایت می‌کند.

موتور AC

چرا این به کارایی در بار جزئی صدمه می زند؟

راندمان صرفاً توان خروجی مفید تقسیم بر توان ورودی کل است. وقتی بار - و در نتیجه توان خروجی - کاهش می‌یابد، تلفات ثابت به صورت مطلق ثابت می‌مانند اما درصد بسیار بیشتری از کل می‌شوند. موتوری که ضرر می کند 5% از توان نامی آن به تلفات ثابت در بار کامل ممکن است از دست بدهد 15% تا 20% از یک ورودی بسیار کوچکتر در بار 25 درصد، زیرا صورت (تلفات) به سختی تغییر می کند در حالی که مخرج (خروجی) به طور چشمگیری کوچک می شود.

• تلفات هسته به چگالی شار بستگی دارد که به ولتاژ بستگی دارد نه بار
• تلفات اصطکاک و باد به سرعت بستگی دارد نه گشتاور تحویلی
• یک موتور القایی با سایز متوسط معمولی ممکن است بازدهی کاهش یابد 10 تا 15 درصد بین 100 تا 25 درصد بار

تلفات لغزش نسبت به کار مفید در بار سبک افزایش می یابد

موتورهای القایی با لغزش کار می کنند - تفاوت بین سرعت سنکرون و سرعت واقعی روتور. لغزش چیزی است که جریان را در روتور القا می کند و گشتاور تولید می کند، اما همچنین نشان دهنده قدرت تلف شده تبدیل شده به گرما در میله های روتور به جای خروجی مکانیکی است. در بار سبک، تلفات لغزش مطلق کمتر است، اما تلفات مس روتور و استاتور (تلفات I²R) به صورت خطی با بار کاهش نمی‌یابد، زیرا جریان مغناطیسی حتی زمانی که جریان تولید کننده گشتاور کاهش می‌یابد تقریباً ثابت می‌ماند.

مشکل جریان مغناطیسی

ظرفیت خنک کننده درست زمانی که لازم است کاهش می یابد

اکثر موتورهای AC استاندارد از یک فن نصب شده روی شفت برای خنک کردن استفاده می کنند، به این معنی که جریان هوا مستقیماً با سرعت شفت متناسب است. هنگامی که یک موتور کند می شود - چه به صورت مکانیکی یا از طریق کاهش فرکانس در تنظیم موتور AC با سرعت متغیر - فن خنک کننده هوای کمتری را در لحظه ای که تلفات داخلی به عنوان درصدی از خروجی بالا می رود، حرکت می دهد. این یک مشکل ترکیبی ایجاد می کند: تلفات راندمان گرما ایجاد می کند و سیستم خنک کننده خود موتور توانایی کمتری در حذف آن گرما دارد.

پیامدهای عملی برای عملیات با سرعت پایین

ضریب قدرت در بار جزئی به شدت کاهش می یابد

ضریب توان ارتباط نزدیکی با راندمان در سیستم های موتور AC دارد و با کاهش بار به طور قابل توجهی کاهش می یابد. موتوری که با ضریب توان کار می کند 0.85 تا 0.90 در بار کامل ممکن است کاهش یابد 0.4 تا 0.6 در 25 درصد بار ، زیرا جریان مغناطیسی (راکتیو) تقریباً ثابت می ماند در حالی که مصرف برق واقعی کاهش می یابد. این بدان معناست که موتور نسبت به کار مفیدی که انجام می‌دهد، جریان بیشتری از مقدار لازم می‌کشد و تلفات مقاومتی را در سیم‌پیچ‌های موتور و سیم‌کشی بالادست افزایش می‌دهد.

چرا این مشکل کارایی را تشدید می کند؟

ضریب توان کمتر تنها از طریق هزینه های تقاضا بر صورت حساب آب و برق تأثیر نمی گذارد - همچنین تلفات I²R را در سراسر سیستم توزیع الکتریکی تغذیه کننده موتور افزایش می دهد. برای تاسیساتی که بسیاری از موتورهای نیمه بارگذاری شده را به طور همزمان اجرا می کنند، این اثر تجمعی می تواند به طور معنی داری مصرف کل انرژی را فراتر از آنچه راندمان پلاک موتور به تنهایی نشان می دهد افزایش دهد.

طرح های موتور AC تک فاز با جریمه های اضافی روبرو هستند

A موتور AC تک فاز در سرعت کم و بار جزئی نسبت به همتای سه فاز خود ذاتا کارایی کمتری دارد، عمدتاً به دلیل نحوه تولید میدان مغناطیسی دوار خود. بسیاری از طرح‌های تک فاز برای ایجاد چرخش به سیم‌پیچ‌های کمکی، خازن‌های راه‌انداز یا قطب‌های سایه‌دار متکی هستند و این اجزا تلفات اضافی را وارد می‌کنند که متناسب با کاهش بار کاهش نمی‌یابد. مشخصه گشتاور ضربان دار عملکرد تک فاز نیز تلفات مکانیکی اضافی را از طریق ارتعاش و گرمایش ناهموار روتور ایجاد می کند، به ویژه زمانی که موتور بسیار کمتر از سرعت نامی خود کار می کند.

مقایسه بازده بر اساس نوع موتور

موتورهای القایی سه فاز معمولا راندمان معقول را تا حدود 50 درصد بار قبل از کاهش شدید حفظ می کنند. در مقابل، یک موتور AC تک فاز اغلب با شروع 75 درصد بار به پایین، افت بازده مشخص تری را نشان می دهد، زیرا سیم پیچ های راه اندازی و در حال اجرا آن برای باند کاری باریکتر در شرایط نامی بهینه شده است.

چگونه درایوهای فرکانس متغیر بر راندمان سرعت پایین تأثیر می گذارد

جفت کردن یک موتور AC با یک درایو برای ایجاد یک موتور ac با سرعت متغیر سیستم ملاحظات کارایی خود را با سرعت کم معرفی می کند. اکثر درایوها از کنترل ولت بر هرتز استفاده می کنند و ولتاژ و فرکانس را با هم کاهش می دهند تا شار ثابت را حفظ کنند. این به محدود کردن تلفات هسته در سرعت کم کمک می کند، اما خود درایو دارای تلفات سوئیچینگ است که درصد بیشتری از کل توان پردازش شده (اکنون کوچکتر) می شود، و هر فن خنک کننده خارجی که برای جبران کاهش جریان هوای محور محور اضافه شود، انرژی بیشتری مصرف می کند که مستقیماً به راندمان موتور کمک نمی کند.

نمای کلی سیستم

هنگام ارزیابی تنظیم موتور AC با سرعت متغیر، مهم است که به جای کارایی موتور به تنهایی، به راندمان ترکیبی درایو پلاس موتور توجه کنید. یک درایو ممکن است در خروجی کامل 96 تا 98 درصد کارایی داشته باشد، اما این رقم معمولاً در سرعت کم و بار سبک نیز کاهش می‌یابد و در بالای راندمان کاهش یافته خود موتور در آن منطقه عملیاتی قرار می‌گیرد.

رفتار کارایی معمول در سراسر محدوده بار

گام های عملی برای بهبود راندمان بار کم

اگر برنامه شما به طور منظم یک موتور AC را کمتر از بار یا سرعت نامی خود اجرا می کند، چندین اقدام عملی می تواند جریمه راندمان را کاهش دهد:

1. اندازه موتور را متناسب با بار عملیاتی معمولی خود به جای اندازه بیش از حد برای شرایط اوج نادر تنظیم کنید
2. از درایو موتور ac با سرعت متغیر با پیکربندی مناسب با کنترل بهینه شار در سرعت کم، به جای مقیاس ساده ولت بر هرتز استفاده کنید.
3. خنک کننده خارجی اجباری را برای موتورهایی که باید به طور مداوم با سرعت کم کار کنند اضافه کنید، زیرا فن های محور محور کارایی خود را کمتر از RPM نامی از دست می دهند.
4. خازن های تصحیح ضریب توان را در جایی نصب کنید که چندین موتور با بار سبک بر روی یک سیستم الکتریکی کار می کنند
5. طرح‌های موتور با راندمان برتر یا با راندمان بالا را در نظر بگیرید، که معمولاً منحنی‌های راندمان بهتری را در محدوده بار وسیع‌تری حفظ می‌کنند.