معیارهای خرید الکتروموتور

    زمانی که برای یک کاربرد خاص و خرید الکتروموتور به یک فروشگاه و یا یک سایت فروش الکتروموتور مراجعه می‌کنید، می‌توانید با در نظر داشتن یک‌سری از مشخصات و اطلاعات، الکتروموتور خاص خود را انتخاب نمائید. الکتروموتورهای موجود در بازار به منظور استفاده صنعتی و خانگی به صورت تک‌فاز و سه‌فاز یافت می شوند لذا دارای خصوصیاتی هستند که لازم است به هنگام استفاده از آنها مورد بررسی قرار گیرند. به طور کلی در بررسی یک الکتروموتور ایده‌آل موارد زیر را می‌توان در نظر گرفت:

    • جنس بدنه

    • نوع کلاس کاری

    • نوع درجه حفاظت

    • جنس متریال به کار رفته

    • دقت در سیم پیچی استاتور

    • راندمان کاری بالا

    • کم مصرف بودن در انرژی برق

    در گام اول، باید الکتروموتور مورد نظر را از یکی از سه گروه اصلی الکتروموتورها انتخاب کنید:

    1- موتورهای جریان متناوب AC، سنکرون یا آسنکرون

    2- موتورهای جریان مستقیمDC ، جاروبک‌دار یا بدون جاروبک

    3- موتورهای خاص، پله‌ای، سروو، خطی و ...

    به منظور انتخاب الکتروموتور از میان سه دسته مذکور نخست باید نوع کاربرد مورد نیاز خود را تعیین کنید زیرا قطعا کاربرد الکتروموتور بر انتخاب شما مؤثر خواهد بود. توضیحات فنی هر یک از گروه‌های سه‌گانه الکتروموتور را نیز در مقاله الکتروموتور و انواع آن مطالعه نمائید.

مقاله الکتروموتور و انواع آن

    در مواردی که برق مورد استفاده، برق شهری بوده معمولا از الکتروموتورهای AC استفاده می‌شود. عموما از موتورهای DC در مواردی که برق موجود به شکل باتری بوده و یا از برق شهری به همراه یکسوساز جریان در اختیار است، استفاده می‌شود. موارد کنترل زاویه چرخش موتور و یا سیستم‌های کنترل دور از موتورهای خاصی مانند موتورهای پله‌ای و یا سروو استفاده می‌شود.

    تعیین ملاحظات فنی مستلزم آگاهی از توان، گشتاور و سرعت موتور است. به منظور تعیین اندازه موتور باید از حجم الکتروموتور و نحوه نصب آن (یعنی نحوه قرارگیری آن در سیستم) آگاهی داشت. هنگام انتخاب ابعاد و یکپارچگی موتور باید ملاحظات زیست محیطی حوزه صنعتی محل کاربرد موتور را در نظر داشت. متناسب با هر محیط (انفجاری، مرطوب، خورنده، دمای بالا و …) باید از نوع خاصی از الکتروموتور استفاده کرد. برای کار در محیط‎های سخت از الکتروموتورهایی با پوسته‎های تقویت شده، ضد آب، ضد ضربه یا مقاوم در برابر غبار استفاده می‌شود. در نهایت، در سال‌‎های اخیر، بهره‎وری انرژی به یک عامل کلیدی در انتخاب موتور تبدیل شده است، الکتروموتور با بازدهی انرژی بالاتر مصرف انرژی کمتری دارد و در نتیجه هزینه انرژی کمتری خواهد داشت.

معیارهای انتخاب الکتروموتور بر اساس نوع تعذیه AC و DC

    اصلی‎ ترین اختلاف میان این دو نوع الکتروموتور در منبع تغذیه آن دوست: موتورهای AC جریان متناوب (تک فاز یا سه فاز) هستند و الکتروموتورهای DC جریان مستقیم )مثل باتری‌ها( هستند. سرعت دومین اختلاف میان این دو نوع الکتروموتور است. بدین ترتیب، سرعت چرخش موتورهای AC معمولا از سرعت چرخش موتورهای DC بالاتر است. الکتروموتورهای AC محبوب‌ترین موتورهای مورد استفاده در صنعت هستند و مزایای متعددی دارند:

    • ساختار این موتورها ساده است.

    • مصرف توان این الکتروموتورها در هنگام راه‎اندازی پایین‌تر و به لحاظ اقتصادی به صرفه‌تر هستند.

    • این الکتروموتورها به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارند.

    سرعت موتورهای AC بدون استفاده از اینورتر ثابت و برای کاربردهای فن، نوار نقاله و پمپ‌ها به عنوان یک گزینه ایده‎ آل مطرح هستند.

    ویژگی‌ها و مشخصات اصلی الکتروموتورهای DC عبارتند از:

    • دقیق و سریع هستند.

    • سرعت آن‏ ها با تغییر ولتاژ تغذیه قابل کنترل است.

    • نصب آن‎ ها ساده است.

    • گشتاور راه ‎اندازی بالایی دارند.

    • زمان لازم برای انجام عملیات استارت، توقف، شتاب‎گیری و عملکرد معکوس کوتاه است.

    این موتورها برای کاربردهای دینامیک و نیازمند دقت بالا، به ویژه از نظر سرعت (مانند آنچه در آسانسورها مطرح است) یا از لحاظ دقت (مانند آنچه در روبات ‎ها یا ماشین ابزار مطرح است) بسیار مناسب هستند. همچنین در مواردی که ولتاژ تغذیه منحصرا به شکل DC موجود است مانند اتومبیل‌ها مناسب هستند. در ادامه مهم‌ترین معیارها و مشخصات الکتروموتور ذکر شده است:

    1- خرید الکتروموتور بر اساس قدرت (توان)

    2- خرید الکتروموتور بر سرعت چرخش

    3- خرید بر اساس نوع محفظه الکتروموتور

    4- خرید الکتروموتور با ملاحظه بازدهی انرژی

    اولین و مهم‌ترین شاخص در زمان انتخاب الکتروموتور برای یک کاربرد خاص، میزان توان خروجی آن است. توان خروجی، میزان انرژی مکانیکی تحویل داده شده در یک بازه زمانی را مشخص می‌کند. دو واحد اندازه‌گیری برای توان الکتروموتور شامل واحد اسب بخار و کیلووات است. هر اسب بخار برابر 0.75 کیلووات است. این عدد مشخص کننده میزان قدرت و توان الکتروموتور در خروجی آن برای به حرکت درآوردن بار مکانیکی است. موتورهای الکتریکی معمولا با توان‌های 0.06 کیلووات (0.09 اسب بخار)، 0.09 کیلووات (0.12 اسب بخار)، 0.12 کیلووات (0.18 اسب بخار)، 0.18 کیلووات (0.25 اسب بخار)، 0.25 کیلووات (0.32 اسب بخار) و .... طراحی و تولید می‌شوند.

    قدرت یک مشخصه بسیار مهم برای انتخاب الکتروموتور است که ابعاد الکتروموتور را برای استفاده و کاربری های مختلف تعیین می‌کند. قدرت و سرعت الکتروموتور باید برای استفاده مورد نظر مطابقت داشته باشند. به طور کلی الکتروموتورها بر اساس قدرت مصرفی به سه دسته کلی زیر تقسیم می شود:

    • الکترو موتور کوچک (0.05 تا 1 اسب بخار)

    • الکترو موتور متوسط (1 تا 400 اسب بخار)

    • الکتروموتور بزرگ (400 تا 50000 اسب بخار)

    عامل مهم دیگری که باید در زمان مشخص کردن ویژگی‌های الکتروموتور به آن دقت شود، سرعت آن است. این کمیت معمولا بر اساس دور بر دقیقه یا rpm بیان می‌شود. الکتروموتورهایی که به طور معمول در بازار وجود دارند، دارای سرعت‌های 750 دور بر دقیقه، 900 تا 1000، 1400 تا 1500 و 3000 دور بر دقیقه هستند. به طور کلی هرچه سرعت الکتروموتور کمتر باشد، قیمت آن بیشتر خواهد بود. علت این موضوع آن است که جهت کاهش سرعت الکتروموتورهای AC نیاز به افزایش تعداد قطب‌ها و پیچیدگی بیشتر در طراحی هستیم. برای مثال الکتروموتوری با توان 10 اسب بخار و سرعت 3000 دور بر دقیقه، با قیمت بسیار کمتری در مقایسه با الکتروموتور 10 اسب با سرعت 750 دور عرضه می‌شود. به طور کلی الکتروموتورها بر حسب سرعت روتور به چهار دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند:

    • موتورهای دو قطب 3000 دور در دقیقه

    • موتورهای چهار قطب 1500 دور در دقیقه

    • موتورهای شش قطب 1000 دور در دقیقه

    • موتورهای هشت قطب 750 دور در دقیقه

    رابطه سرعت چرخش روتور در یک الکتروموتور به تعداد قطب و فرکانس تغذیه الکتروموتور بستگی دارد. هر چه تعداد قطب که عددی زوج است بالاتر باشد سرعت چرخش کمتر خواهد بود.

رابطه تعداد قطب الکتروموتور AC با سرعت چرخش و فرکانس تغذیه الکتروموتور

    مورد مهم دیگری که باید بدانید، این است که سرعت یا دور الکتروموتور، قابلیت تغییر و تنظیم ندارد. اما در مواردی ممکن است شما به دلیل مشخصات فنی دستگاه خود، نیاز به کاهش سرعت الکتروموتور داشته باشید. در چنین مواردی دو راه برای تغییر سرعت الکتروموتور وجود دارد:

    خرید اینورتر و اتصال آن به موتور، به شما کمک می‌کند تا سرعت را از صفر تا چند برابر تعداد دور اسمی الکتروموتور تغییر دهید. به این ترتیب مصرف انرژی از 25 تا 79 درصد کاهش پیدا می‌کند و در عین حال طول عمر موتور هم بیشتر خواهد شد.

    استفاده از گیربکس در الکتروموتورها می‌تواند سرعت را به صورت موثری کاهش داده و از ایجاد اضافه بار بر روی موتور جلوگیری کند. در کنار این‌ها استفاده از گیربکس می‌تواند انرژی مصرفی را هم کاهش دهد که این موضوع در نهایت هزینه‌های واحد صنعتی را کمتر خواهد کرد. در این میان برخی از انواع الکتروموتور به صورت گیربکس‌دار ساخته می‌شوند؛ به این معنا که برای کنترل سرعت آن‌ها، نیاز به نصب جعبه دنده جداگانه نیست.

    باید بدانید که سرعت باید بر اساس گشتاوری انتخاب شود که موتور در شروع کار دارد. بنابراین باید گفت که گشتاور خروجی یک الکتروموتور، تعیین‌کننده محدوده کاربرد آن است. باید بدانید که سرعت و گشتاور با هم ارتباط معکوس دارند. برای مثال به مثال‌های زیر و نحوه محاسبه گشتاور در الکتروموتورها توجه کنید: یک موتور 15 کیلووات 3000 دور بر دقیقه دارای گشتاوری به شکل زیر است:

15kw*9550/3000rpm=47.75 nm

    همین موتور 15 کیلووات در 1500 دور بر دقیقه گشتاور دو برابری را تولید می کند

15kw*9550/1500rpm=95 nm

    در واقع علت این امر این است که شما دور را فدای گشتاور کرده‌اید توجه داشته باشید که مصرف الکتریکی الکتروموتور در دو حالت توسط توان 15 کیلووات تعیین می‌گردد و در دو صورت یکسان می‌باشد. در حالت دوم جابجایی بار بیشتر در زمان کمتر را دارید لذا توان کار انجام شده در هر دو حالت یکسان است.

جدول رابطه تعداد قطب‌های الکتروموتور و سرعت تقریبی در فرکانس‌های مختلف الکتروموتور

    محفظه یک الکتروموتور، تمامی اجزای داخلی موتور الکتریکی را از رطوبت و مواد شیمیایی و مواد خورنده و یا تماس ذرات و اشیاء محافظت می‌کند. هم‌چنین محفظه موتور الکتریکی تجهیزات و افراد را در برابر حرارت بالای تولید شده توسط الکتروموتور محافظت می‌کند و امنیت را برای تجهیزات و افراد اطراف دستگاه فراهم می‌آورد. صدا و لرزش تولیدی الکتروموتور را تا حدود زیادی می‌گیرد و امکان فعالیت ایمن برای افراد اطراف تجهیز را فراهم می‌کند. به طور کلی دو دسته‌بندی کلی در خصوص محفظه الکتروموتورها به شکل زیر وجود دارد.

    • الکتروموتورهای محفظه باز (open)

    • الکتروموتورهای محفظه بسته (closed)

    موتورهای محفظه باز بعنوان الکتروموتور امن (Safe) یا معمولی شناخته می‌شود. در یک موتور معمولی امکان تبادل آزادانه هوا از خارج موتور در اطراف سیم پیچ‌ها وجود دارد، در حالی که از ورود قطره‌های مایع یا ذرات خارجی به الکتروموتور جلوگیری می‌شود.

    به طور کلی دو نوع دسته‌بندی برای استاندارد محفظه الکتروموتورها وجود دارد بر اساس استاندارد امریکایی NEMA و در استاندارد اروپایی IEC این مورد با نام حفاظت بدنه یا International protection یا IP تعریف شده است. جهت توضیحات بیشتر بر روی استانداردهای محفظه الکتروموتور مقاله استانداردهای محفظه الکتروموتور را ببینید.

مقاله استانداردهای محفظه الکتروموتور

    تولیدکنندگان الکتروموتورها همواره بر مسئله بازدهی انرژی آن‌ها متمرکز هستند. طبق مطالعه کمیسیون اروپا، 65٪ از مصرف انرژی صنعتی در اروپا به الکتروموتورها اختصاص دارد. از این رو، اقدام در جهت بهبود بازدهی الکتروموتورها اقدامی مهم در جهت کاهش انتشار CO2 است. بر اساس پیش‎بینی‎های این کمیسیون تا سال 2020 می‎توان بازدهی انرژی موتورهای ساخته شده در اروپا را 20 تا 30 درصد افزایش داد. بنابراین 63 میلیون تن CO2 کمتر در اتمسفر تولید و 135 میلیارد کیلووات ساعت در مصرف انرژی صرفه‎ جویی خواهد شد.

استانداردهای بین‎المللی الکتروموتور

    کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) برای موتورهای الکتریکی موجود در بازار کلاس‌های بازدهی انرژی موسوم به کد IE تعریف کرده است که به طور خلاصه در استاندارد بین ‎المللی IEC ارائه شده است.IEC بازدهی انرژی الکتروموتورها را در چهار سطح تعریف می‎کند: (بازدهی انرژی یک الکتروموتور معرف عملکرد انرژی آن موتور است)

    IE1 بازدهی استاندارد

    IE2 بازدهی بالا

    IE3 بازدهی عالی

    IE4 بازدهی فوق‎العاده

    استاندارد IEC 60034-2-1: 2014 نیز به آزمایش الکتروموتورها حکایت دارد. بسیاری از کشورها ضمن استفاده از استانداردهای ملی آزمون به استاندارد بین‎ المللی IEC 60034-2-1 نیز مراجعه می‏کنند. رده بندی استاندارد بازدهی انرژی IEC، در ایران مطابق با استاندارد ملی 30-3772 به گروه A،B، C وD نام¬گذاری شده است.

مقایسه استانداردهای IE1، IE2 و ... بر اساس استاندارد IEC در بازدهی انرژی الکتروموتورها

استاندارد الکتروموتورها در اروپا

    در اتحادیه اروپا چندین دستورالعمل با هدف کاهش مصرف انرژی موتورها به تصویب رسیده است که از آن میان می‌توان به تعهد تولیدکنندگان به ارائه موتورهای کم مصرف به بازار اشاره کرد. بنابراین،

    • از سال 2011 رعایت استاندارد کلاس IE2 برای همه موتورها اجباری است.

    • از ژانویه 2015 رعایت استاندارد کلاس IE3 برای موتورهای با قدرت 7.5 تا 375 کیلووات اجباری است

    • از ژانویه 2017 رعایت استاندارد کلاس IE3 برای موتورهای با قدرت 0.75 تا 375 کیلووات اجباری است

نمودار زمانبندی اجباری شدن استاندارد IEC با توجه به توان کاری الکتروموتورها در اروپا

استاندارد الکتروموتورها در ایالات متحده

    در ایالات متحده از استانداردهای تعریف شده توسط انجمن آمریکایی NEMA (انجمن ملی تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی) استفاده می‎شود. از سال 2007، حداقل سطح استاندارد مورد نیاز IE2 تعیین شده است. همین طبقه‎بندی در استرالیا و نیوزیلند نیز وجود دارد.

استاندارد الکتروموتورها در آسیا

    در چین، از سال 2002، استانداردهای کره‎ای MEPS (استاندارد حداقل عملکرد انرژی) بر موتورهای سه فاز کوچک و متوسط آسنکرون اعمال شده است (18693 GB). در سال 2012، استانداردهای MEPS با استانداردهای IEC هماهنگ و از IE1 به IE2 و در حال حاضر به IE3 تبدیل شد.

    ژاپن مقررات ملی خود را با کلاس‎ های بازدهی IEC هماهنگ کرده و موتورهای الکتریکی IE2 و IE3 را در برنامه Top Runner خود در سال 2014 گنجانده است. برنامه Top Runner (ارائه شده در سال 1999) تولیدکنندگان ژاپنی را به ارائه مدام مدل ‏های جدید (و با بازدهی بالاتری نسبت به نسل‎ های قبلی) به بازار و در نتیجه، شبیه سازی و نوآوری انرژی ملزم می‎ کند. هند از سال 2009 از سازوکار برچسب بازدهی انرژی مقایسه‎ای و از سال 2012 از استاندارد ملی در سطح استاندارد IE2 استفاده می‎ کند.

تفاوت الکتروموتورهای با راندمان IE2 و IE3

    الکتروموتور ها بزرگترین مصرف کننده انرژی در مصارف صنعتی هستند. آنها به تنهایی 74 % انرژی را در صنعت مصرف می‌کنند.در سال های اخیر اکثر کشور های دنیا مخصوصا کشور های توسعه یافته به استفاده از موتور های با راندمان کلاس IE3 روی آورده اند. این کار بازدهی و میزان مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال در کشور هندوستان در سال 2017 استفاده از موتورهای با کلاس راندمان IE1 ممنوع شد. در سال 2020 حدود 68 درصد تمامی موتورهای استفاده شده در هند با راندمان IE2 و 23 درصد موتورهای کلاس IE3 اعلام شد. حال که IE2 ها در صنعت جا افتاده‌اند. برنامه ریزی برای استفاده بیشتر IE3 ها انجام شده. این قانون و مقررات بازی مصرف انری را درهر کشوری تحت تاثیر قرار می‌دهد.

تفاوت طراحی و کارایی الکتروموتور IE2 و IE3

    برای رسیدن به بازدهی بیشتر طراحی موتور های IE3 با الکتروموتورهای IE2 متفاوت است در ساخت الکتروموتورهای IE3 مقدار بیشتری مس و فولاد مصرف می‌شود که همین موضوع تاثیر مستقیم در میزان کارایی و بازدهی موتور الکتریکی دارد. موتور های کلاس IE3 از فریم با سایز کوچکتری بهره می‌گیرند در عین حال دارای محدوده توان گسترده‌تر و استاندارد حفاظتی بهتری هستند. موتور های IE2 کارآمدی 92 درصدی دارند ولی الکتروموتور های IE3 کارایی 93.6 % دارند. این موتورها می‌توانند به طور مداوم در یک نوار نقاله در یک انبار کار کنند و به مدت 3500 ساعت برای یک سال کامل کار کنند. در این صورت موتور کار آمادتر IE3 در طول سال حدود 1580 کیلووات ساعت انرژی صرفه جویی می‌کند.

الکتروموتورهای سبز:

    با بررسی الکتروموتورهای موجود در صنایع مختلف میزان صرفه¬جویی انرژی ممکن با بکارگیری الکتروموتورهای پربازده، مشاهده گردید صنایعی نظیر صنایع غذایی، صنایع شن و ماسه، نساجی، فولاد و نیروگاه که دارای الکتروموتورهایی با محدوده توانی 1/1 تا 110 کیلووات هستند، می¬توان مقدار قابل توجهی انرژی را در طول یک سال ذخیره¬سازی نمود. به عنوان مثال الکتروموتورهای 75 کیلووات به وفور در صنایع ایران مانند صنایع غذایی، کاشی و سرامیک، معادن شن و ماسه و... در کاربردهای فن، پمپ و نوارنقاله مورد استفاده قرار می¬گیرد و ساعات کارکرد بالایی نیز در طول یک سال دارند. جایگزینی یک الکتروموتور معیوب استاندارد 75 کیلوواتی که به طور متوسط حدود 4500 ساعت در سال در کاربرد پمپ در یک نیروگاه برق کار می¬کند، با یک الکتروموتور IE2، به اندازه 7/3 مگاوات¬ساعت در سال صرفه¬جویی در مصرف انرژی خواهد داشت. یا الکتروموتورهای 22 کیلووات که در کاربردهای فن، پمپ و نوارنقاله در صنایع مختلف بخصوص صنایع غذایی مورد استفاده قرار می¬گیرد و ساعات کارکرد بالایی (متوسط حدود 6000 ساعت) نیز در طول یکسال دارند، در صورت جایگزینی با یک الکتروموتور IE3، 6/3 مگاوات-ساعت صرفه¬جویی انرژی به دنبال خواهد داشت.

تعریف الکتروموتورهای با مصرف انرژی کاملا بهینه یا سبز