موتور سنکرون یکی از نوآوری‌های مهم در حوزه مهندسی الکترومکانیک محسوب می‌شود که به دلیل دقت بالا در کنترل سرعت، راندمان عالی و عملکرد قابل‌اتکا در کاربردهای صنعتی متنوع، جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. این نوع موتور با فرکانس جریان متناوب به‌صورت هم‌زمان (synchronized) کار می‌کند و همین ویژگی به آن اجازه می‌دهد تا حتی در شرایط بار متغیر، سرعت چرخش خود را ثابت نگه دارد.
از آن‌جا که الکتروموتور سنکرون می‌تواند با ضریب توان پیش‌فاز کار کند، در اصلاح ضریب توان در شبکه‌های برق نقش مهمی بر عهده دارد. طراحی ماژولار آن هم باعث شده تا در طیفی از کاربردها، از ابزارهای دقیق زمان‌سنجی گرفته تا ماشین‌آلات سنگین صنعتی، مورد استفاده قرار گیرد.
در این مقاله از آتور صنعت با ساختار، مکانیسم و اصول عملکرد موتور سنکرون آشنا خواهیم شد و تفاوت‌های آن با موتور القایی یا آسنکرون را درخواهیم یافت.
موتور سنکرون چیست؟
الکتروموتور سنکرون (به انگلیسی: Synchronous Motor) نوعی موتور جریان متناوب (AC) است که با سرعت ثابتی کار می‌کند. این سرعت ثابت که به آن سرعت سنکرون گفته می‌شود، ارتباط مستقیمی با فرکانس جریان ورودی داشته و با تعداد قطب‌های موتور نسبت معکوس دارد. در این نوع الکتروموتور، سرعت چرخش روتور برابر با سرعت میدان مغناطیسی دواری است که توسط استاتور تولید می‌شود. به همین دلیل به آن «سنکرون» می‌گویند.
ویژگی‌های اصلی الکتروموتور سنکرون عبارتند از:
- سرعت ثابت: سرعت چرخش موتور فقط به فرکانس برق و تعداد قطب‌های آن بستگی دارد و تغییر بار تأثیری بر سرعت نمی‌گذارد.
- نیاز به تحریک: موتور سنکرون برای ایجاد میدان مغناطیسی روتور نیاز به تغذیه مستقیم DC دارد که یا از منبع خارجی (اکسایتر مجزا) یا از توان تولیدی خود موتور (خودتحریکی) تأمین می‌شود.
- بدون لغزش (اسلیپ): برخلاف موتورهای القایی، در الکتروموتور سنکرون اختلافی بین سرعت میدان مغناطیسی و روتور وجود ندارد و سرعت آن دقیقاً برابر با سرعت سنکرون است.
موتور سنکرون چگونه کار می‌کند؟
عملکرد سنکرون بر اساس سه اصل کلیدی پایدار است:
- میدان مغناطیسی چرخان (RMF): جریان سه‌فاز اعمال‌شده به سیم‌پیچ‌های استاتور، یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند که با سرعتی مشخص در فضا می‌چرخد. سرعت این میدان تابع فرکانس منبع و تعداد قطب‌هاست.
- قفل مغناطیسی: میدان مغناطیسی تحریک شده در روتور با میدان چرخان استاتور تعامل دارد و یک اتصال مغناطیسی به وجود می‌آید که باعث قفل‌شدن و حرکت هم‌زمان روتور با استاتور می‌شود.
- سازگاری با بار: اگرچه سرعت ثابت است، امت موقعیت زاویه‌ای روتور نسبت به میدان استاتور کمی تغییر می‌کند تا گشتاور مورد نیاز بار را تأمین کرده و هم‌زمانی را حفظ کند.
در الکتروموتور سنکرون، سرعت چرخش روتور دقیقاً با فرکانس میدان مغناطیسی چرخان استاتور هم‌زمان است. وقتی به سیم‌پیچ استاتور جریان متناوبی اعمال می‌شود، یک میدان مغناطیسی چرخان به وجود می‌آید. برخلاف موتورهای القایی آسنکرون که برای کار کردن متکی به القای مغناطیسی و وجود اسلیپ هستند، موتور سنکرون در حالت پایدار بدون لغزش کار می‌کند.
برای راه اندازی موتور سنکرون، ابتدا باید روتور تقریباً تا سرعت سنکرون افزایش پیدا کند. میدان مغناطیسی استاتور جریان را به روتور القا می‌کند. هنگامی که سرعت روتور به حدود ۹۵٪ سرعت سنکرون رسید، تحریک DC به روتور اعمال می‌شود. موتور وارد مدار می‌شود و در وضعیت سنکرون قرار می‌گیرد.
روتور از طریق تحریک DC، میدان مغناطیسی خاص خودش را ایجاد می‌کند. این دو میدان با هم برهم‌کنش می‌دهند و گشتاوری ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود روتور با همان سرعت میدان چرخان استاتور بچرخد و هم‌زمانی حفظ شود.
اگر بار وارده بر الکتروموتور سنکرون بیش از حد مجاز شود و گشتاور کششی آن کاهش یابد، ممکن است هم‌زمانی را از دست بدهد و متوقف شود. در سیستم‌های مدرن، رله‌های حفاظتی برای قطع برق در چنین شرایطی تعبیه شده‌اند تا از آسیب به موتور جلوگیری شود.
اجزای ساختاری موتور سنکرون
مونتاژ استاتور
- هسته: از ورق‌های نازک فولاد سیلیکونی ساخته شده تا از تلفات جریان گردابی جلوگیری شود.
- سیم‌پیچ‌ها: سیم‌پیچ‌های سه‌فاز که برای تولید میدان مغناطیسی سینوسی توزیع شده‌اند.
- قاب یا پوسته: بدنه‌ای مستحکم که وظیفه نگهداری مکانیکی و خنک‌سازی (از طریق پره یا کانال خنک‌کاری مایع) را بر عهده دارد.
- اسلیپ رینگ و براش‌ها: دو حلقه لغزشی از جنس برنز فسفری روی شافت قرار دارند که با دو زغال کربنی در تماسند. از طریق این آرایش، تحریک DCتولید شده توسط اکسایتر موتور سنکرون به روتور منتقل می‌شود.
ساختار روتور
- روتور با قطب برجسته: این نوع موتور سنکرون دارای قطب‌های بیرون‌زده و سیم‌پیچ متمرکز است و خصوصاٌ برای کاربردهای کم‌سرعت مانند ژنراتورهای آبی به کار می‌رود.
- روتور سیلندری: طراحی صاف و بدون برجستگی دارد و برای سرعت‌های بالا مانند کمپرسورهای توربینی مناسب است.
- روتور با آهنربای دائم: در موتورهای کوچک‌تر به‌کار می‌روند و با حذف نیاز به تحریک، راندمان را افزایش می‌دهند (مثلاً در بازوهای رباتیک).
سیستم‌های کمکی
- وایندینگ دامپر: میله‌های مسی یا آلومینیومی متصل به رینگ‌های کوتاه‌شده که برای راه‌اندازی غیرهم‌زمان کاربرد دارند.
- سیستم تحریک: منبع تغذیه DC (ثابت یا بدون براش) برای ایجاد میدان مغناطیسی روتور. معمولاً برای تأمین توان از یک ژنراتور شنت DC با ظرفیت پایین که روی همان شافت موتور نصب شده، استفاده می‌شود.
- بلبرینگ: از نوع ضد اصطکاک یا هیدرودینامیکی برای کاهش تلفات مکانیکی.
کاربردهای الکتروموتور سنکرون
الکتروموتور سنکرون به دلیل راندمان بالا و توانایی عملکرد با سرعت ثابت، در بسیاری از صنایع کاربرد گسترده‌ای دارد. برخی از این صنایع به شرح زیر هستند.
صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
در پالایشگاه‌ها و خطوط لوله، ژنراتور سنکرون برای راه‌اندازی کمپرسور سانتریفیوژ، انواع پمپ و اکسترودر به کار می‌رود. عملکرد با سرعت ثابت در این موتورها موجب ثبات نرخ جریان در فرآیندهای حساس می‌شود. راندمان بالای الکتروموتور سنکرون (بیش از ۹۵ درصد) باعث کاهش چشمگیر مصرف انرژی در کاربری‌های پیوسته می‌شود.
نیروگاه‌ها و صنایع تأمین انرژی
در نیروگاه‌ها، الکتروموتور سنکرون با توان بالا (بیش از ۱۰ مگاوات) برای تأمین انرژی پمپ‌های تغذیه دیگ بخار و فن‌های مکش اجباری استفاده می‌شود. این موتورها با عملکرد در ضریب توان پیش‌فاز می‌توانند بارهای پس‌فاز را جبران کرده و پایداری شبکه برق را بهبود ببخشند.
سیستم‌های دریایی
در شناورها، موتور سنکرون با قابلیت تغییر سرعت و کنترل توسط مبدل‌های جریان بار (LCI)، وظیفه به حرکت درآوردن رانشگرهای آزیموتی و محورهای محرک را برعهده دارد. این ترکیب، دقت مانوردهی و بهره‌وری سوخت را در سامانه‌های موقعیت‌یابی دینامیکی افزایش می‌دهد.
صنایع فلزات و معادن
در آسیاب‌های نیمه‌خودکوب (SAG) و نورد، موتور سنکرون با گشتاور راه‌اندازی بالا و توان تحمل اضافه‌بار، نقش کلیدی دارد. ساختار مستحکم این موتورها در برابر گرد و غبار ساینده و ضربات مکانیکی بسیار مقاوم است.
سامانه‌های تهویه مطبوع و تصفیه آب
در سیستم‌های چیلر و پمپ‌های آب، موتور سنکرون باعث حفظ دبی یکنواخت و کاهش سایش ناشی از نوسانات سرعت می‌شود. در تأسیسات تصفیه‌خانه فاضلاب نیز از ژنراتورهای سنکرون برای بازیابی انرژی جنبشی بهره‌برداری می‌شود.
صنایع دقیق و تولید پیشرفته
در دستگاه‌های CNC و پرینترهای سه‌بعدی، از موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) استفاده می‌شود تا دقت در حد میکرون و پاسخ‌دهی سریع به سیگنال‌های کنترلی حاصل شود.
چه زمانی از موتور سنکرون استفاده می‌شود؟
در شرایطی خاص که ویژگی‌های منحصربه‌فرد موتور سنکرون مزایای قابل‌توجهی به همراه دارند، از این سیستم بهره گرفته می‌شود. موارد زیر، موقعیت‌هایی هستند که کاربرد الکتروموتور سنکرون در آن‌ها کاملاً توجیه‌پذیر است.
۱. نیاز به سرعت ثابت
در کاربردهایی که به سرعت دقیق و بدون نوسان نیاز دارند، استفاده از ژنراتور سنکرون انتخاب اول است. سرعت روتور این موتورها مستقیماً به فرکانس برق شبکه قفل شده و مستقل از تغییرات بار، ثابت باقی می‌ماند (تا مرز گشتاور کششی). برخی از این کاربردها عبارتند از:
- دستگاه‌های صفحه‌گردان و تجهیزات صوتی
- خطوط مونتاژ و تولید صنعتی
- تولید الیاف مصنوعی
- سامانه‌های رباتیک و موقعیت‌یابی
- ساعت‌ها و تایمرهای دقیق
۲. کاربردهایی با راندمان بالا
در ماشین‌آلات بزرگ و با عملکرد پیوسته، موتور سنکرون به‌ویژه در توان‌های بالا و دورهای کم، راندمان بیشتری نسبت به موتورهای القایی دارد. نمونه‌های کاربرد موتور سنکرون در صنعت داخل دستگاه‌های زیر مشاهده می‌شود.
- پمپ‌ها و کمپرسورهای بزرگ
- فن‌ها و دمنده‌های صنعتی
- آسیاب‌های نورد و خردکن
۳. اصلاح ضریب توان شبکه
برای بهبود ضریب توان سیستم برق، استفاده از موتورهای سنکرون گزینه‌ای ایده‌آل است. برخلاف موتورهای القایی که همیشه با ضریب توان پس‌فاز کار می‌کنند، موتور سنکرون را می‌توان با تنظیم تحریک میدان، در ضریب توان تک فاز یا حتی سه فاز به کار گرفت. مزایای این قابلیت شامل موارد زیرند:
- کاهش تلفات انرژی در سیستم توزیع
- بهبود تنظیم ولتاژ
- کاهش جریان مصرفی از شبکه برق
۴. کاربردهای گشتاور بالا و سرعت پایین
در ماشین‌آلاتی که مستقیماً با سرعت پایین کار می‌کنند، استفاده از موتور سنکرون همراه با مبدل فرکانسی (VFD) بسیار مؤثر است. این موتورها می‌توانند در سرعت‌های کمتر از ۳۰۰ دور در دقیقه با گشتاور بالا و بازدهی مناسب عمل کنند؛ از جمله در تجهیزات زیر:
- آسیاب‌های توپی و کوره‌های دوار
- اکسترودرها و میکسرهای صنعتی
۵. کاربردهای خاص
در برخی سامانه‌های خاص نیز موتور سنکرون نقش کلیدی دارد، مانند:
- درایوهای سروو
- توربین‌های بادی
- سنکرون موتور برق
- سامانه‌های کششی (traction)
ویژگی‌های فنی موتور سنکرون
موتور سنکرون ویژگی‌های فنی خاصی دارد که آن را از سایر انواع موتورها متمایز می‌کند. نخست اینکه این نوع موتور در زمان کارکرد، سرعت ثابتی دارد و بار تغییرات بار، تأثیری بر سرعت آن نمی‌گذارد. این ویژگی، موتور سنکرون را برای کاربردهایی که نیاز به سرعت یکنواخت دارند، بسیار قابل‌اعتماد می‌سازد.
موتور سنکرون توانایی عملکرد با بازه وسیعی از ضرایب توان را دارد، چه تکفاز و چه چندفاز. این قابلیت، امکان اصلاح ضریب توان شبکه را فراهم می‌کند. موتورهای سنکرون در توان‌های بالا، راندمان مطلوبی دارند و می‌توانند بدون مشکل پایداری، به‌صورت موازی با سایر ماشین‌ها در شبکه عمل کنند.
از دیگر ویژگی‌های قابل‌توجه الکتروموتور سنکرون می‌توان به ساختار مقاوم و طول عمر بالا اشاره کرد که آن را برای استفاده در فرآیندهای صنعتی سنگین و بلندمدت به گزینه‌ای مطمئن تبدیل می‌کند.
ویژگی‌های اصلی الکتروموتور سنکرون
الکتروموتور سنکرون یا دقیقاً با سرعت سنکرون کار می‌کند یا اصلاً کار نمی‌کند؛ یعنی از بی‌باری تا بار کامل، سرعتش ثابت است.
- سرعت آن کاملاً مستقل از بار است.
- اگر در هنگام کار، بار از حد مجاز تجاوز کند، موتور سنکرون متوقف خواهد شد.
- الکتروموتور سنکرون قابلیت عملکرد با ضرایب توان مختلف، از پس‌فاز تا پیش‌فاز را دارد.
تفاوت موتور سنکرون و موتور آسنکرون چیست؟
در موتور القایی یا آسنکرون (induction motor)، سرعت روتور همواره اندکی کمتر از سرعت سنکرون است. اگر این موتور با سرعت سنکرون بچرخد، در هادی‌های روتور شار مغناطیسی قطع نمی‌شود. در نتیجه نیروی محرکه الکتریکی EMF القا نمی‌شود، جریان برقرار نمی‌گردد و گشتاوری تولید نمی‌شود.
روتور موتور القایی همواره با سرعتی کمتر از سرعت سنکرون حرکت می‌کند و به همین دلیل آن را «آسنکرون» می‌نامند. در جدول زیر می‌توانید تفاوت‌های بین این دو نوع موتور را مشاهده نمایید.
| ویژگی | موتور سنکرون | موتور القایی |
| تعریف موتور سنکرون و آسنکرون | موتور سنکرون یک ماشین با تحریک دوگانه است، یعنی سیم‌پیچ آرمیچر آن به یک منبع AC متصل است و سیم‌پیچ میدان آن از یک منبع DC قدرت می‌گیرد. | موتور القایی یک ماشین با تحریک یگانه است، یعنی سیم پیچ استاتور آن از یک منبع AC انرژی می گیرد. |
| سرعت | سرعت مستقل از بار است و در انواع سه فاز، تغییر سرعت نیازی به استفاده از گیربکس یا کوپلینگ ندارد. | با افزایش بار، سرعت کاهش می یابد. |
| راه اندازی | خود راه انداز نیست. برای راه اندازی به وسایل خارجی نیاز دارد. | موتور القایی دارای گشتاور خود راه انداز است. |
| بازده | موتور سنکرون نسبت به موتور القایی با همان توان نامی، بازده بیشتری دارد. | بازده موتور القایی نسبت به موتور سنکرون با همان توان نامی کمتر است. |
| ضریب توان | موتور سنکرون می تواند در محدوده وسیعی از ضریب توان، هم پس فاز و هم پیش فاز، کار کند. ضریب توان موتور سنکرون را می توان با تغییر تحریک آن تغییر داد. | موتور القایی فقط در ضریب توان پس فاز کار می‌کند. ضریب توان موتور القایی قابل کنترل نیست. در بارهای زیاد بسیار ضعیف (پس فاز) می شود. |
| حرکت نسبی | برای عملکرد موتور سنکرون، هیچ حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی دوار استاتور (RMF) و روتور مورد نیاز نیست. | برای عملکرد موتور القایی، باید یک حرکت نسبی بین RMF استاتور و روتور وجود داشته باشد. |
| مقرون به صرفه بودن | در سطح توان نامی مشابه، موتور سنکرون گران تر از موتور القایی است. | موتور القایی ارزان تر از موتور سنکرون است. |
| ساختار | موتور سنکرون ساختار پیچیده ای دارد. | موتور آسنکرون ساختار ساده تری نسبت به موتور سنکرون دارد. |
| گشتاور راه اندازی | موتور سنکرون در مقایسه با آسنکرون گشتاور راه اندازی بالایی دارد. | گشتاور راه اندازی کمتری دارد. |
| دور در دقیقه (RPM) | موتورهای سنکرون برای سرعت های زیر 300 دور در دقیقه مقرون به صرفه هستند. | موتورهای القایی آسنکرون برای سرعت های بالای 600 دور در دقیقه مقرون به صرفه‌اند. |
| تحریک | موتورهای سنکرون به تحریک DC در روتور نیاز دارند. | موتورهای القایی برای روتور به تحریک نیاز ندارند. |
| کاربردها | به حرکت درآوردن بارهای مکانیکی با سرعت ثابت، اصلاح ضریب توان سیستم های الکتریکی و غیره. | موتورهای القایی فقط برای به حرکت درآوردن بارهای مکانیکی استفاده می شوند. |
انتخاب میان موتور سنکرون و موتور آسنکرون بستگی به نیازهای خاص هر کاربرد دارد. اگر دقت در کنترل سرعت و راندمان انرژی از اولویت‌های اصلی شما باشد، الکتروموتور سنکرون می‌تواند انتخاب مناسب‌تری باشد.
انواع الکتروموتور سنکرون
الکتروموتورهای سنکرون از نظر ساختار روتور و روش‌های تحریک به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند.
موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM)
در این نوع، از آهنربای دائم که در سطح یا داخل روتور قرار دارد، برای تولید میدان مغناطیسی استفاده می‌شود. این موتورها به دلیل راندمان بالا و ابعاد جمع‌وجور، بسیار پرکاربردند. انواع آن عبارتند از:
- موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی (IPMSM): آهنرباها در داخل روتور جاسازی شده‌اند.
- موتور سنکرون مغناطیس دائم سطحی (SPMSM): آهنرباها روی سطح روتور نصب شده‌اند.
موتور سنکرون تحریک خارجی (EESM)
در مدل EESM میدان مغناطیسی روتور از طریق سیم‌پیچ‌هایی تأمین می‌شود که با جریان DC تغذیه می‌شوند. این تحریک می‌تواند از طریق براش یا سیستم براشلس (Brushless) انجام شود. این نوع موتور سنکرون امکان تنظیم قدرت میدان و کنترل دقیق گشتاور و ضریب توان را دارد.
موتور سنکرون رلوکتانسی
در این مدل روتور بدون سیم‌پیچ یا آهنربا و از جنس مواد فرومغناطیسی ساخته شده است. این نوع الکتروموتور سنکرون بر اساس گرایش روتور به هم‌راستا شدن با مسیر کمترین رلوکتانس در میدان مغناطیسی استاتور کار می‌کند.
موتور سنکرون هیسترزیس
در این موتور الکتریکی سنکرون از روتاری با ماده هیسترزیسی استفاده می‌شود که قابلیت حفظ مغناطیسی شدن را دارد و با میدان استاتور هم‌زمان می‌شود. ویژگی بارز آن، عملکرد نرم است و اغلب در کاربردهای دقیق استفاده می‌شود.
مزایا و معایب موتور سنکرون
مزایای موتور سنکرون
- کارکرد با سرعت ثابت: موتور سنکرون همواره با سرعت سنکرون می‌چرخد، بدون اینکه تحت تأثیر تغییرات بار قرار گیرد. این ویژگی برای کنترل دقیق سرعت بسیار مطلوب است.
- اصلاح ضریب توان: الکتروموتور سنکرون می‌تواند با ضریب توان واحد یا پیش‌فاز کار کند و در نتیجه، بازده کلی سیستم را بهبود دهد و مصرف توان راکتیو را پایین بیاورد.
- بازدهی بالا: ژنراتور سنکرون، به‌ویژه در کاربردهایی با بار و سرعت ثابت، نسبت به موتورهای آسنکرون، عملکردی به‌مراتب کارآمدتر دارد.
- گشتاور راه‌اندازی قوی: در صورت تجهیز به سازوکارهای راه‌اندازی مناسب، موتور سنکرون قادر به تولید گشتاور راه‌اندازی بالاست.
- طول عمر بالا و قابلیت اطمینان: به‌دلیل ساختار مستحکم و داشتن قطعات متحرک کمتر، این موتورها دوام خوبی دارند و کمتر نیازمند تعمیرات دورهای می‌شوند.
- عملکرد نرم و کم‌صدا: به‌خاطر میدان مغناطیسی پایدار و لرزش‌های کم، موتور سنکرون گزینه‌ای ایده‌آل برای محیط‌های حساس به صدا است.
معایب موتور سنکرون
- عدم راه‌اندازی اتومات: این موتورها برای راه افتادن، نیازمند سیستم خارجی یا سیم‌پیچ دمپر هستند که باعث پیچیدگی و افزایش هزینه می‌شود.
- نیاز به تغذیه مستقل برای تحریک: الکتروموتور سنکرون نیاز به منبع DC برای تحریک روتور دارد که به پیچیدگی سیستم و احتمال بروز خرابی می‌افزاید.
- محدودیت در کنترل سرعت: سرعت این موتورها توسط فرکانس تغذیه تعیین می‌شود؛ بنابراین برای تنظیم سرعت، نیاز به تجهیزات پیچیده و گران‌قیمت وجود دارد.
- حساسیت به تغییرات ناگهانی بار: در صورتی که بار به‌صورت ناگهانی تغییر کند، ممکن است عملکرد و بازده موتور سنکرون مختل شود و حتی خطر از دست رفتن هم‌زمانی یا افزایش دما را به‌دنبال داشته باشد.
- هزینه و پیچیدگی بالا: ساخت، راه‌اندازی و نگهداری این موتورها در مقایسه با موتورهای آسنکرون پرهزینه‌تر و پیچیده‌تر است.
نکات مهم برای انتخاب موتور سنکرون مناسب
انتخاب نوع مناسب الکتروموتور سنکرون به عواملی مانند نیاز به سرعت، گشتاور، راندمان و میزان پیچیدگی کنترل بستگی دارد. هریک از این پارامترها را در ادامه شرح می‌دهیم.
نیازمندی‌های سرعت و هم‌زمانی
موتور سنکرون تنها با سرعتی ثابت کار می‌کند که وابسته به فرکانس برق ورودی و تعداد قطب‌هاست. در کاربردهایی مانند دستگاه‌های CNC، رباتیک یا کمپرسورهای متصل به شبکه برق که نیاز به هم‌زمانی دقیق سرعت دارند، موتور سنکرون بهترین انتخاب است.
نیاز به قدرت و گشتاور
برای عملکرد بهینه، توان (بر حسب کیلو وات یا اسب بخار) و گشتاور مورد نیاز باید با ظرفیت موتور تطابق داشته باشد. در کاربردهای سنگین مانند پیشرانه کشتی یا کمپرسورهای صنعتی، باید از موتورهایی با توان بالا، گشتاور قوی و بازده بالای ۹۵٪ استفاده کرد.
ویژگی‌های بار
انتخاب الکتروموتور سنکرون باید با در نظر گرفتن نوع بار انجام شود. در محیط‌هایی که بازده انرژی مهم است (مثل بارهای گشتاور ثابتی مانند نوار نقاله) از موتور سنکرون بهره گرفته می‌شود.
بارهای متغیر (مانند دستگاه‌های خردکن و آسیاب صنعتی) نیازمند اینرسی زیاد یا کنترل‌های جانبی برای تنظیم نوسانات گشتاور هستند و الکتروموتور سنکرون، برای این کاربرد مطلوب‌ترین گزینه است.
بارهای با اینرسی بالا مانند پمپ‌های سانتریفیوژ هم نیاز به موتورهایی با گشتاور راه‌اندازی قوی دارند که این امر با استفاده از سیم‌پیچ دمپر یا درایوهای فرکانس‌پایین (VFD) امکان‌پذیر است.
شرایط محیطی و عملیاتی
عوامل محیطی مثل دما، رطوبت و آلودگی در طراحی الکتروموتور سنکرون نقش مهمی دارند. مثلاً در محیط‌های خورنده، باید از اجزای ضد زنگ یا با روکش مقاوم استفاده شود. در دماهای بالا، موتور بایستی عایق‌بندی کلاس F یا H داشته باشد.
راندمان و ملاحظات اقتصادی
اگرچه موتور سنکرون در مقایسه با موتورهای آسنکرون هزینه اولیه بالاتری دارد، اما به‌دلیل کاهش تلفات ناشی از اسلیپ و امکان اصلاح ضریب توان، در بلندمدت صرفه‌جویی قابل‌توجهی در مصرف انرژی ایجاد می‌کند.
به خصوص موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) در وسایل نقلیه الکتریکی و سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر به‌دلیل چگالی توان و راندمان بالا کاربرد گسترده‌ای دارد، هرچند استفاده از مواد نادر خاکی، هزینه و زنجیره تأمین را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
نکات نگهداری از موتور سنکرون
چارچوب نگهداری پیشگیرانه
برنامه چهارمرحله‌ای شرکت ABB برای نگهداری پیشگیرانه الکتروموتور سنکرون شامل سطوح زیر می‌شود:
- سطح L1 (سالیانه): بررسی‌های اولیه مانند بازدید ظاهری، روانکاری و سفت‌کردن اتصالات الکتریکی
- سطح L2 (هر ۳ تا ۵ سال): بررسی جزئی‌تر قطعات، تعویض بلبرینگ‌ها و تست مقاومت عایقی
- سطح L3 (هر ۶ تا ۸ سال): باز کردن روتور، بررسی استحکام قطعات داخلی مانند اجزای استاتور و انجام آزمون‌های دی‌الکتریک پیشرفته
- سطح L4 (پس از ۹ سال): بازسازی کامل موتور، سیم‌پیچی مجدد و به‌روزرسانی با قطعات مدرن
وظایف نگهداری روتین
- روانکاری: روانکاری بلبرینگ‌ها با گریس مناسب از خرابی ناشی از اصطکاک جلوگیری خواهد کرد. کم بودن روغن، سایش را زیاد می‌کند و روانکاری بیش‌ازحد ممکن است منجر به آلودگی شود.
- پایش حرارتی: با استفاده از دوربین مادون‌قرمز می‌توان نقاط داغ در سیم‌پیچ یا اتصالات را شناسایی کرد که ممکن است نشان‌دهنده خرابی عایق یا عدم تعادل بار باشد.
- تحلیل ارتعاشات: به کمک حسگرهای ارتعاش، می‌توان مشکلاتی مانند ناهم‌راستایی، خرابی بلبرینگ یا عدم تعادل روتور را تشخیص داد. ثابت بودن سرعت در موتور سنکرون، تحلیل ارتعاشات را ساده‌تر می‌کند.
بررسی سیستم الکتریکی
- آزمایش مقاومت عایق (IR): اندازه‌گیری‌های دورهای مقاومت عایق برای تشخیص نفوذ رطوبت یا خرابی عایق ضروری است. تست شاخص قطبی (PI) نیز روند سلامت عایق را نشان می‌دهد.
- بازرسی سیستم تحریک: در موتورهایی با روتور سیم‌پیچی شده، وضعیت براش‌ها، تمیزی رینگ لغزنده و پایداری ولتاژ تحریک باید بررسی شوند تا هم‌زمانی موتور حفظ شود.
جمع بندی
در این راهنما با موتور سنکرون، ساختار و مکانیسم آن آشنا شدیم و به بررسی تفاوت‌های آن با موتور آسنکرون پرداختیم. اگر به فکر خرید الکتروموتور سنکرون هستید، بایستی با توجه به کاربرد مدنظر و نیازهای خاص خود، درک دقیقی از ویژگی‌های فنی لازم پیدا کنید و بدانید کدام نوع بهترین گزینه برای شماست.
جهت دریافت مشاوره تخصصی برای انتخاب موتور سنکرون مناسب با بهترین بهره‌وری عملیاتی که مطابق با بودجه شما باشد، می‌توانید با کارشناسان ما در تماس باشید. مشاوران ما در مسیر نیازسنجی، انتخاب و خرید موتور سنکرون همراه شما خواهند بود.
