بهره‌وری صنعتی با موتورهای القایی قفس سنجابی افزایش یافت

در بسیاری از بخش‌های صنعتی از جمله تصفیه آب، تولید مواد شیمیایی و تولید، محرک‌های شیر برقی نقش مهمی ایفا می‌کنند. نیروی محرکه پشت این محرک‌ها اغلب از موتورهای قفس سنجابی قابل اعتماد، بادوام و مقرون به صرفه ناشی می‌شود. چه چیزی باعث می‌شود این موتورها تا این حد مورد استفاده قرار گیرند؟ آنها دقیقاً چگونه کار می‌کنند؟ این مقاله یک تجزیه و تحلیل عمیق از ساختار موتور قفس سنجابی، اصول کار، کاربردها و ملاحظات نگهداری ارائه می‌دهد.

یک موتور القایی قفس سنجابی یک موتور AC است که بر اساس اصول القای الکترومغناطیسی کار می‌کند: میدان مغناطیسی دوار استاتور، جریان را در روتور القا می‌کند و باعث چرخش و تولید توان مکانیکی می‌شود. همانطور که از نامش پیداست، روتور آن شبیه یک قفس سنجابی است که از ورق‌های فولادی سیلیکونی لمینت شده تشکیل شده است که یک استوانه را با میله‌های هادی تعبیه شده و توسط حلقه‌های انتهایی در هر دو انتها اتصال کوتاه شده است.

درک عملکرد موتور قفس سنجابی نیازمند شناخت اجزای کلیدی آن است:

• استاتور
• روتور
• بلبرینگ
• محافظ انتهایی
• شفت

موتورهای قفس سنجابی چه تفاوتی با سایر انواع موتورهای القایی استاندارد دارند؟

برخلاف موتورهای روتور سیم‌پیچی شده، طرح‌های قفس سنجابی، برس‌ها و حلقه‌های لغزشی را حذف می‌کنند و اجزای مستعد سایش را کاهش می‌دهند. این امر منجر به کاهش نیازهای نگهداری می‌شود، که به ویژه برای کاربردهای محرک شیر برقی مفید است.

ساخت و ساز ساده معمولاً راندمان بالاتری را با مدیریت حرارتی برتر و کاهش تلفات داخلی ارائه می‌دهد و این موتورها را برای عملکرد مداوم در موارد زیر ایده‌آل می‌کند:

• سیستم‌های نقاله
• پمپ‌ها و فن‌ها
• سیستم‌های HVAC

موتورهای قفس سنجابی تطبیق پذیری استثنایی را ارائه می‌دهند که در اندازه‌ها و توان‌های مختلف برای پاسخگویی به نیازهای خاص کاربرد در دسترس هستند. هنگامی که با درایوهای فرکانس متغیر (VFD) جفت می‌شوند، آنها تنظیم سرعت دقیقی را برای کاربردهای با سرعت متغیر امکان پذیر می‌کنند.

موتورهای القایی استاندارد معمولاً برای کاربردهایی که به گشتاور راه‌اندازی بالا یا تنظیم سرعت صاف نیاز دارند، مانند جرثقیل‌ها، کارخانه‌های نورد و ماشین‌آلات صنعتی سنگین استفاده می‌شوند.

القای الکترومغناطیسی چگونه به طور خاص در موتورهای قفس سنجابی عمل می‌کند؟ بیایید اجزای اصلی و مکانیک‌های عملیاتی را بررسی کنیم:

استاتور بخش بیرونی ثابت موتور را تشکیل می‌دهد که از ورق‌های فولادی سیلیکونی لمینت شده تشکیل شده است که در یک ساختار استوانه‌ای مرتب شده‌اند. فرآیند القای الکترومغناطیسی از اینجا شروع می‌شود.

هنگامی که توان AC سیم‌پیچ‌های استاتور را فعال می‌کند، یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می‌کند که با سرعت سنکرون می‌چرخد - که توسط فرکانس AC و تعداد قطب‌های سیم‌پیچ استاتور تعیین می‌شود. موتورهای القایی سه فاز، توان AC را در سه فاز دریافت می‌کنند و عملکرد نرم‌تر و راندمان بالاتری را در مقایسه با مدل‌های تک فاز ارائه می‌دهند.

روتور قفس سنجابی در داخل استاتور می‌چرخد که از میله‌های هادی (معمولاً آلومینیوم یا مس) تشکیل شده است که در هسته‌های فولادی سیلیکونی لمینت شده تعبیه شده‌اند و توسط حلقه‌های انتهایی اتصال کوتاه شده‌اند.

این میله‌های هادی موازی، حلقه‌های بسته را بین حلقه‌های انتهایی تشکیل می‌دهند. آنها جریان القایی را از میدان دوار استاتور دریافت می‌کنند و میدان مغناطیسی خود را ایجاد می‌کنند که با میدان استاتور تعامل می‌کند تا چرخش ایجاد شود.

مفهوم لغزش برای تولید گشتاور ضروری است. اگر سرعت روتور دقیقاً با سرعت سنکرون میدان مغناطیسی مطابقت داشته باشد، هیچ حرکتی نسبی بین استاتور و روتور رخ نمی‌دهد و از القای جریان جلوگیری می‌شود. بنابراین، موتورهای قفس سنجابی به صورت ناهمزمان کار می‌کنند، به طوری که روتور همیشه کمی عقب‌تر از میدان استاتور است. این اختلاف سرعت (معمولاً 1-6٪) لغزش نامیده می‌شود - لغزش بیشتر، جریان‌های روتور قوی‌تری را القا می‌کند و گشتاور بالاتری تولید می‌کند.

بلبرینگ‌ها از روتور برای چرخش آزاد در داخل استاتور پشتیبانی می‌کنند و در عین حال اصطکاک بین اجزای متحرک و ثابت را به حداقل می‌رسانند. شفت از هسته روتور از طریق محفظه موتور امتداد می‌یابد و توان مکانیکی را به سیستم‌های خارجی مانند محرک‌های برقی منتقل می‌کند.

قاب، تمام اجزای داخلی را در خود جای داده و از آنها محافظت می‌کند و در عین حال در برابر تنش‌های مکانیکی و تغییرات دما مقاومت می‌کند. معمولاً از چدن یا فولاد ساخته شده است و یکپارچگی ساختاری بادوام را فراهم می‌کند.

برای کاربردهای محرک شیر برقی، عملکرد موتور و ویژگی‌های گشتاور، عملکرد قابل اعتماد شیر را تحت شرایط مختلف (فشار، دینامیک سیال و غیره) تعیین می‌کند. پارامترهای کلیدی عملکرد عبارتند از:

• سرعت موتور: سازگاری با الزامات سیستم محرک را تعیین می‌کند
• مشخصات راه‌اندازی: رفتار در هنگام راه‌اندازی، از جمله جریان هجومی را توصیف می‌کند
• عملکرد عملیاتی: شامل رتبه راندمان و ضریب توان (نشان دهنده اثربخشی استفاده از انرژی الکتریکی) می‌شود

ویژگی‌های گشتاور بحرانی عبارتند از:

• گشتاور راه‌اندازی (روتور قفل شده): گشتاور در سرعت صفر برای غلبه بر مقاومت اولیه (به عنوان مثال، شیرهایی که به دلیل رسوب یا تجمع فشار گیر کرده‌اند)
• گشتاور بالا کشیدن: حداقل گشتاور در هنگام شتاب از حالت سکون تا سرعت عملیاتی، جلوگیری از توقف در برابر مقاومت متغیر
• گشتاور شکست: حداکثر گشتاور قبل از توقف تحت بار، مهم برای شرایط اضافه بار گاه به گاه
• گشتاور عملیاتی: گشتاور مورد نیاز برای حفظ حرکت شیر در سرعت عملیاتی

به طور خلاصه، موتورهای قفس سنجابی مزایای طراحی ذاتی و قابلیت‌های عملکردی قوی را ارائه می‌دهند که آنها را برای کاربردهای متعدد از جمله محرک‌های شیر برقی ایده‌آل می‌کند. با انواع مختلف موجود (مدل‌های گشتاور راه‌اندازی بالا یا گشتاور راه‌اندازی پایین)، انتخاب مناسب به مطابقت مشخصات فنی با الزامات سیستم بستگی دارد.