موتور سنکرون چیست؟ | روشهای راه اندازی و کاربردهای آن
موتور سنکرون چیست؟ بررسی روشهای راه اندازی و کاربردهای آن در شیبا صنعت
در مطالب قبلی بصورت مفصل درباره انواع الکتروموتور صنعتی و اهمیت آنها در صنایع مختلف صحبت کردیم، در اینجا درباره موتور سنکرون و اهمیت آن در حوزه برق و تکنولوژی صحبت می‌کنیم. به طور کلی این نوع الکتروموتور به دلیل عملکرد دقیقی که با جریان متناوب دارد، بسیار پرکاربرد است و عضو مهمی در صنایع مختلف و کارخانجات است.
و اما موتور سنکرون نوعی الکتروموتور است که همزمان با فرکانس جریان وارد شده به آن شروع به کار می‌کند، و برخلاف موتورهای آسنکرون که با سرعت کمتری کار می‌کنند، این نوع موتورهای الکتریکی با سرعت ثابتی که توسط منبع تغذیه AC تامین می‌شود، به گردش در می‌آیند. سرعت موتور سنکرون با تعداد قطب‌های موتور و فرکانس منبع تغذیه، به طور مستقیم مرتبط است.
نحوه عملکرد موتور سنکرون
اصل اساسی نحوه عملکرد موتور سنکرون، مانند همه موتورهای الکتریکی بر اساس تعامل بین میدان مغناطیسی دوار تولید شده توسط استاتور و میدان مغناطیسی روتور است. هنگامی که جریان متناوب از سیم‌پیچ‌های استاتور عبور می‌کند، میدان مغناطیسی دوار تولید می‌شود، که این میدان مغناطیسی جریان الکتریکی را در سیم‌پیچ‌های روتور القا کرده و میدان مغناطیسی را در روتور ایجاد می‌کند.
باید به این نکته مهم توجه داشت که در موتورهای سنکرون، میدان مغناطیسی روتور با میدان مغناطیسی دوار استاتور هماهنگ است. این هماهنگی تضمین می‌کند که روتور با همان فرکانس میدان مغناطیسی استاتور بچرخد. بنابراین، موتور سنکرون به طور همزمان با منبع تغذیه AC کار کرده و سرعت ثابتی را حفظ می‌کند.
در واقع در موتور سنکرون سرعت روتور و سرعت میدان مغناطیسی استاتور برابر است، ولی در موتور آسنکرون روتور با سرعتی کمتر از سرعت سنکرون حرکت می‌کند. در این نوع موتورهای الکتریکی، میزان بار وارده بر موتور تاثیر زیادی بر عملکرد آن ندارد. فقط مهمترین عیب موتور سنکرون، این است که خود راه انداز نمی‌باشد و برای راه اندازی نیاز به محرک خارجی دارد.
تعریف مختصری از موتورهای آسنکرون
در موتورهای آسنکرون تفاوت بین سرعت چرخش شفت و سرعت میدان مغناطیسی موتور است که باعث حرکت آن می‌شود، و این عامل امکان افزایش گشتاور را هم فراهم می‌کند. همچنین این تفاوت در سرعت باعث ایجاد لغزش در شروع کار می‌شود، به همین دلیل هنگام راه اندازی الکتروموتور آسنکرون باید از یک اینوتر استفاده شود تا این میزان لغزش کمتر شود. ولی در موتورهای سنکرون به دلیل هم سرعت بودن استاتور و روتور، هیچ لغزشی وجود ندارد و همچنین به منبع برق AC خارجی نیز نیاز دارند.
برخلاف موتورهای سنکرون، موتورهای القایی یا آسنکرون می‌توانند با انتقال جریان الکتریکی به استاتور شروع به کار کنند و نیاز به منبع تغذیه برای راه اندازی روتور ندارند. این موتورهای الکتریکی همچنین بصورت قفس سنجابی هستند و اغلب در فن ها، کمپرسورها، نوار نقاله ها، ماشین های تراش و بالابرها کاربرد دارند. ولی در کل این دو نوع الکتروموتور دارای قطعات یکسانی هستند و از نظر ظاهری بسیار شبیه به هم می‌باشند.
دیگر تفاوت موتور سنکرون با آسنکرون که بسیار مهم است، میزان کیفیت و دقت موتورها هنگام کنترل سرعت است. در موتورهای سنکرون با تغییر سرعت روتور میزان سرعت استاتور نیز گردش پیدا می‌کند. به همین دلیل دقت کار موتور بالاتر رفته و در نهایت کنترل روی آن نیز راحت‌تر می‌شود.
به طور کلی در یک موتور آسنکرون انرژی الکتریکی زیادی در گردش است، و برای تغییر در سرعت موتور از روش‌هایی مانند کوپل کردن شفت به گیربکس استفاده می‌شود. اما در یک موتور سنکرون، برای تغییر سرعت نیازی به کوپل کردن نیست زیرا با تغییر فرکانس تغذیه سرعت موتور تغییر می‌کند.
هنگام راه اندازی یک پروژه بهتر است به این تفاوتها دقت کنید تا پس از نصب و استفاده به مشکل خاصی برخورد نکنید. در جدول زیر این تفاوتها را بصورت خلاصه و ساده برای کسب اطلاعات بیشتر کاربران می‌آوریم:
| ویژگی | موتور سنکرون | موتور آسنکرون |
|---|---|---|
| انواع کاربردی | موتور براشلس، موتور رلوکتانس متغیر، موتور رلوکتانس سوئیچ شده و موتور هیسترزیس | موتور های القایی AC |
| لغزش | ندارد | دارد |
| منبع تغذیه اضافی | برای چرخش اولیه روتور نزدیک به سرعت سنکرون، به یک منبع تغذیه DC اضافی نیاز دارد. | به هیچ منبع تغذیه اضافی نیاز ندارد. |
| اختلاف در سرعت روتور و استاتور | سرعت روتور و استاتور کاملا یکسان بوده و با تغییر یا کنترل سرعت هر کدام از آنها سرعت چرخش دیگری نیز تغییر خواهد کرد. | سرعت روتور و استاتور با یکدیگر برابر نیست. |
| بازدهی | بالاتر از آسنکرون | کمتر |
| تاثیر بار | این نوع موتورها از بار اعمالی تاثیر نمی‌گیرند. | در این موتورها با افزایش بار اعمالی، سرعت موتور کاهش می‌یابد. |
مزایا و معایب موتور سنکرون
موتورهای سنکرون به دلیل مزایای زیادی مثل دقت بالا، سرعت ثابت و عملکرد همزمان با منبع تغذیه بسیار پرکاربرد هستند. اما مانند هر ماشین صنعتی، علاوه بر ویژگیهای زیادی که دارند، دارای معایبی نیز هستند که نقش مهمی در انتخاب آنها برای استفاده در صنایع مختلف دارند. در ادامه به بررسی مزایا و معایب این موتورهای الکتریکی می‌پردازیم:
مزایای موتور سنکرون
- سرعت ثابت: یکی از مهمترین ویژگیهای این نوع الکتروموتورها، توانایی آنها در کار با سرعت ثابت است که توسط فرکانس منبع تغذیه AC ایجاد می‌شود. این کنترل دقیق سرعت، این موتورها را برای کاربردهایی که نیاز به حرکت ثابت و هماهنگ دارند مناسب می‌کند. در واقع سرعت موتور سنکرون کاملاً مستقل از بار و همیشه برابر با سرعت میدان مغناطیسی است.
- بازدهی بالا: موتورهای سنکرون به طور کلی دارای راندمان بالاتری نسبت به انواع دیگر الکتروموتورها هستند. آنها قابلیت ارائه ضریب توان بهبود یافته هستند که این ویژگی باعث می‌شود تا بازدهی کلی سیستم افزایش یافته و به بهبود مصرف انرژی کمک کند.
- تصحیح ضریب توان: از موتورهای سنکرون برای بهبود ضریب توان در سیستم های الکتریکی می‌توان استفاده کرد. با تنظیم تحریک میدان، آنها می‌توانند به عنوان یک اصلاح‌کننده ضریب توان عمل کنند و در نتیجه کارایی سیستم را بهبود بخشیده و از مصرف بیهوده انرژی در سیستم جلوگیری کند.
- مناسب کاربردهای پرقدرت: موتور سنکرون برای کاربردهای پرقدرت به ویژه در صنایع بزرگ و نیروگاه‌ها مناسب است. آنها برای ماشین آلات صنعتی سنگین مانند کمپرسورها، پمپها و ژنراتورها بسیار کاربرد دارند.
- مناسب کاربردهای با دقت بالا: موتورهای سنکرون به دلیل توانایی کنترل دقیق سرعت و گشتاور، در ماشین‌های تخصصی که نیاز به عملکرد دقیق و کارایی بالا دارند، مانند رباتیک، ماشین‌های CNC، سروو موتور، تجهیزات مخابراتی و ماهواره ای، بسیار کاربرد دارند.
- لغزش محدود: برخلاف موتورهای آسنکرون که دارای لغزش بین میدان مغناطیسی دوار استاتور و روتور هستند، موتورهای سنکرون این لغزش را ندارند. این ویژگی به کنترل دقیق سرعت و عملکرد همزمان آنها کمک می‌کند.
- دوام بالا: به دلیل کاهش حرارت و عدم سایش مکانیکی، طول عمر این موتورهای الکتریکی بالا است.
معایب موتور سنکرون
- هزینه بالا: موتور سنکرون برای ایجاد میدان مغناطیسی روتور، نیاز به منبع جریان مستقیم (DC) جداگانه یا آهنرباهای دائمی دارد، که این مورد باعث افزایش هزینه طراحی الکتروموتور می‌شود.
- راه اندازی پیچیده: موتورهای سنکرون دارای مکانیزم راه اندازی پیچیده به دلیل نیاز به تجهیزات اضافی مانند موتورهای راه انداز کمکی هستند، تا آنها را به سرعت سنکرون برساند و باعث افزایش هزینه اولیه آنها نسبت به سایر انواع الکتروموتورها می‌شود.
- بروز عدم هم زمانی: در شرایط خاص، مانند تغییرات ناگهانی بار یا اختلالات در منبع تغذیه، ممکن است عدم همگامی یا هم زمانی بوجود بیاید، که این می‌تواند منجر به از کار افتادن موتور یا کاهش کارایی آن شود.
- محدوده سرعت محدود: بر خلاف موتورهای آسنکرون که می‌توانند در محدوده سرعت وسیعی کار کنند، موتورهای سنکرون محدوده سرعت محدودی دارند. این محدودیت باعث می‌شود که آنها را برای پروژه هایی که نیاز به سرعت متغیر دارند، نامناسب کند.
- تعمیر و نگهداری از تحریک میدان: موتورهای سنکرون برای اطمینان از عملکرد صحیح نیاز به کنترل و نگهداری دقیق تحریک میدان دارند که باعث پیچیدگی عملکرد و افزایش سیستم های کنترل آنها می‌شود.
کاربردهای موتور سنکرون
با توجه به مزایای مهم دقت، سرعت ثابت و راندمان بالای موتور سنکرون، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد و برای طیف وسیعی از کاربردها در بخش‌های مختلف صنعتی مناسب می‌باشد، که عبارتند از:
- ماشین آلات صنعتی سنگین: در کمپرسورها، پمپ‌های بزرگ و آسیاب‌ها به دلیل نیاز به سرعت ثابت و توان بالا کاربرد دارند. همچنین برای تجهیزات سنگین مورد استفاده در تولید، نفت و گاز، معدن و صنایع شیمیایی مورد استفاده هستند.
- ژنراتورها: موتورهای سنکرون در نیروگاه‌ها به عنوان ژنراتور برای تولید برق کاربرد دارند. قابلیت آنها در حفظ سرعت همزمان با فرکانس شبکه برق بسیار مهم است. این موتورها به کارایی و قابلیت اطمینان نیروگاه ها کمک می‌کنند.
- خودروهای برقی: به دلیل بازده بالا و حجم کوچک، در طراحی خودروهای الکتریکی و هیبریدی به کار می‌روند.
- سیستم‌های کنترل دقیق: در رباتیک و ماشین‌آلات CNC به دلیل دقت بالا کاربرد بسیاری دارند.
- صنعت هوا و فضا: موتور سنکرون در صنعت هوافضا بسیار پر کاربرد است. آنها سیستم‌های مختلفی از جمله پمپ صنعتی سوخت، سیستم‌های هیدرولیک و مکانیسم های دیگری که نیاز به هماهنگ سازی دقیق دارند را در هواپیما و فضاپیما هدایت می‌کنند. قابلیت اطمینان و عملکرد پایدار موتور سنکرون، آن را برای عملکردهای حیاتی در این موارد مناسب می‌کند و ایمنی و عملکرد را تضمین می‌کند.
- سیستم های زمان بندی و ساعت: در برنامه‌هایی که نیاز به زمان‌سنجی دقیق دارند مانند ساعت‌های سنکرون، صفحه‌های گردان، و پخش‌کننده‌های ضبط، موتورهای سنکرون نقشی مهم دارند. قابلی آنها برای حفظ سرعت ثابت و دقیق، زمان بندی دقیق را تضمین می‌کند.
انواع موتور سنکرون
1-موتور سنکرون با آهنربای دائم
این موتورها از آهنرباهای دائم در روتور استفاده می‌کنند و به دلیل راندمان بالا و طراحی کوچک، در خودروهای برقی و سیستم‌های کنترل دقیق کاربرد دارند.
2-موتور سنکرون با تحریک مستقیم
در این نوع موتور، سیم‌پیچ تحریک در روتور به کار گرفته شده است و نیازمند منبع تغذیه جداگانه برای ایجاد میدان مغناطیسی است.
3-موتور سنکرون هیسترزیس
این نوع از موتور برای ایجاد گشتاور به کار می‌رود و بیشتر در کاربردهای کم‌قدرت و دقیق استفاده می‌شود.
روش های راه اندازی موتور سنکرون
۱- راه اندازی موتور با کاهش سرعت میدان مغناطیسی:
در این روش اگر سرعت چرخش میدان مغناطیسی استاتور به اندازه کافی پایین باشد، روتور مشکلی از نظر شتاب گرفتن و هم گام شدن با میدان مغناطیسی استاتور نخواهد داشت. سرعت میدان مغناطیسی استاتور را می‌توان با افزایش تدریجی فرکانس تا مقدار نامی به سرعت عادی رساند.
وقتی موتور سنکرون در سرعتی کمتر از سرعت نامی کار می‌کند ولتاژ داخلی آن کمتر از مقدار معمول شده و جریان استاتور بالا می‌رود پس باید در هنگام راه اندازی به روش فوق دقت شود که همزمان با کاهش فرکانس ولتاژ نیز کاهش یابد تا به موتور آسیبی نرسد.
۲- راه اندازی موتور به وسیله گرداننده اولیه خارجی:
در این روش توسط یک موتور راه انداز خارجی سرعت روتور را به سرعت سنکرون رسانده و موتور سنکرون را مانند یک مولد با سیستم قدرت آن موازی کرده، سپس موتور راه انداز را از محور ماشین جدا می‌کنیم، که باعث می‌شود تا سرعت محور ماشین کم شده و وقتی عمل راه اندازی تمام شد می‌توان مانند تمامی موتورها بار دلخواه را به شفت موتور وصل نمود.
توجه داشته باشید که موتور راه انداز خارجی فقط باید بر موتور بی بار غلبه کند و قدرت آن بسیار کمتر از موتور اصلی می‌باشد. همینطور بیشتر موتورهای سنکرون بزرگ دارای سیستم تحریک براشلس هستند که روی محور آنها قرار دارد و اغلب می‌توان از این ماشین‌های تحریک به عنوان موتور راه انداز استفاده نمود.
۳- راه اندازی موتور با استفاده از سیم پیچ‌های میرایی (قفس لبلان یا دمپر):
سیم پیچ‌های میرایی میله‌های خاصی هستند که در شیار‌هایی در جلوی قطب‌های موتور سنکرون کار گذاشته می‌شوند و آنها را توسط حلقه‌هایی در هر دو آنها اتصال کوتاه می‌کنند. اگر در ابتدای راه اندازی، منبع تحریک قطع باشد میدان دوار استاتور در سیم پیچ‌های میرایی یک ولتاژ القا می‌کنند و روتور دور گرفته و راه اندازی می‌شوند.
بنابراین اگر موتور سنکرونی سیم پیچ میرایی داشته باشد می‌توان آن را به صورت زیر راه اندازی نمود:
- ابتدا سیم پیچ میدان تحریک را از منبع تغذیه قطع نموده و آن را بصورت اتصال کوتاه در می‌آوریم، که باعث جلوگیری از ایجاد ولتاژ القایی بالا در دو سر براشلس ها شود.
- در این مرحله ولتاژ سه فاز به استاتور اعمال می‌کنیم و می‌گذاریم روتور مانند یک موتور القایی با سرعتی نزدیک به سرعت سنکرون شتاب بگیرد، پس باید موتور بی بار باشد تا به سرعت مورد نظر برسد. توجه داشته باشید که وقتی موتور در سرعت نامی کار می‌کند ولتاژ و جریان القایی در قفس لبلان صفر می‌باشد.
- در مرحله آخر مدار میدان DC را به منبع تغذیه وصل می‌کنیم تا موتور با سرعت سنکرون به کار خود ادامه دهد، پس حالا می‌توان بار دلخواه را نیز روی روتور قرار داد.
سخن پایانی
موتور سنکرون به دلیل عملکرد دقیق و قوی در صنایع بسیاری پرکاربرد است. این موتورها قابلیت بسیار زیادی در حفظ سرعت ثابت و همگام سازی با منبع تغذیه AC دارند که آنها را برای صنایعی که دقت بالا در آنها اهمیت دارد، مناسب می‌کند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه انواع الکتروموتورها و خرید انواع الکتروموتور و گیربگس صنعتی، می‌توانید با کارشناسان شیبا صنعت تماس حاصل بفرمایید تا از مشاوره رایگان بهره مند شوید.
