بررسی موتور دالاندر و سربندی آن

مقدمه

احتمالا نام موتور دالاندر را شنیده باشید، در این مطلب میخواهیم ببینیم این موتور چه ساختاری دارد و کاربرد آن چیست، و در انتها با نحوه سربندی آن نیز آشنا شویم. موتور های دالاندر، نوعی الکتروموتور القایی هستند که ویژگی بارز آن ها دو سرعته بودن یا چند سرعته بودن است برای همین به آن ها موتورهای چند سرعته نیز گفته می شود. این تغییر سرعت بر اساس تغییر پل ها انجام می شود و بصورت نسبت 1به2 می باشد. یعنی مثلا سرعت حالت پایه اگر 1500 دور بر دقیقه باشد در حالت دور تند 3000 دور بر دقیقه خواهد بود. این ویژگی در برخی موارد نیاز شما را به خرید درایو های گران قیمت رفع می کند.

تاریخچه

در آغاز انقلاب صنعتی، تقاضای زیادی برای نیرو و ماشین آلات وجود داشت که مطابق با نیازهای صنعت باشد، به همین دلیل دانشمند بزرگی به نام نیکولا تسلا موتورهای القایی را اختراع کرد. موتورهای القایی دارای مزایای بسیاری از جمله هزینه بسیار ارزان، راندمان بالا، ساختار مستحکم است که قابلیت اطمینان آنها را افزایش می دهد. با تمام مزایایی که برای موتورهای القایی ذکر شده و ذکر نشده است، یک نقطه ضعف جدی برای این موتورها وجود دارد و آن “سرعت چرخش ثابت” است. رابرت دالاندر (Robert Dahlander)، مهندس سوئدی که برای شرکت ASEA کار می‌کرد (که این شرکت بعدا به ABB تغییر نام پیدا کرد)، کشف کرد که تعویض قطب‌ها در یک موتور منجر به کاهش سرعت موتور می‌شود. در سال 1897 او یک پیکربندی الکتریکی برای جابجایی بین قطب‌ها در یک موتور اختراع کرد که به همراه همکارش کارل آروید لیندستروم حق ثبت اختراع دریافت کردند. نحوه اتصال جدید “اتصال دالاندر” نام داشت و موتوری با چنین پیکربندی بعنوان “موتور تغییر قطب” یا “موتور دالاندر” شناخته می شود. می توان گفت موتور دالاندر همان موتور القایی است با این تفاوت که برخلاف موتور القایی (سرعت ثابت) می تواند با دو سرعت متفاوت کار کند.

انواع الکترو موتور های چند سرعته

در موتورهای القایی به موتورهایی که می توانند دو یا چند توان و سرعت را از یک اندازه سازه به دست آورند «موتورهای چند سرعته» می گویند. موتورهای دو سیکل به طور کلی در دو قدرت و چرخه متفاوت تولید می شوند که گشتاور از یک سیم پیچی که روی استاتور قرار می گیرد یا از دو سیم پیچ مجزا به دست می آید. این موتورها با توجه به شکل سیم پیچ به دو دسته تقسیم می شوند.

• موتور دالاندر

موتورهایی هستند که می توانند دو دور مختلف را با نسبت 1:2 از یک سیم پیچی که روی استاتور قرار می گیرد به دست آورند. موتورهای 4/2 و 8/4 قطب موتورهایی با سیم پیچی دالاندر هستند. معمولا بر روی پلاک این نوع از موتور ها حالت λλ/∆ نوشته شده است که نشان می دهد این یک موتور دالاندر است.

• دو موتور جداگانه

از 2 سیم پیچ مجزا برای 2 مدار مختلف که روی استاتور قرار می گیرند تشکیل شده است. این مدل معمولاً زمانی استفاده می شود که نسبت قطب ها نامناسب باشد. موتورهای 6/4 قطبی، موتورهایی با دو سیم پیچ مجزا هستند.

اصول کار موتور دالاندر

همانطور که قبلاً گفتیم، موتور دالاندر چیزی جز یک موتور القایی دو سرعته نیست و از معادله زیر می‌توان دریافت که سرعت یک موتور القایی را می‌توان با تغییر فرکانس منبع تغذیه و تعداد قطب ها در سیم پیچ موتور تغییر داد. رابطه سرعت موتور را در زیر ملاحظه می کنید.

Motor Speed (rpm) = 120 x (F/P)

کهF  فرکانس توان ورودی بر حسب هرتز و P تعداد قطب موتور است.

ایده پشت موتورهای Dahlander این است که آنها می توانند با تغییر پیکربندی سیم پیچ های الکتریکی، اضافه کردن یا حذف غیرمستقیم قطب ها و در نتیجه تغییر سرعت روتور، به سرعت های مختلفی دست پیدا کرد.

دو شیوه ی معمول در اتصالات ممکن برای سیم‌پیچ دالاندر عبارتند از :

حالت اول: اتصال مثلثی که هر فاز آن دو شاخه موازی دارد (مثلث موازی) و می‌توان آن‌ها را به صورت سری جفت کرد و به اتصال ستاره تبدیل نمود.

حالت دوم: اتصال ستاره موازی که می‌توان آن را به یک اتصال مثلث با جفت‌شدگی سری شاخه‌ها تبدیل کرد. با تغییر اتصال در هر یک از دو حالت یادشده، جهت جریان الکتریکی در نیمی از مسیر سیم‌پیچ وارون می‌شود و موجب تغییر قطب‌ها می‌گردد. در طراحی‌ها ترجیح داده می‌شود از میان این دو شیوه، شیوه‌ای را انتخاب کنند که در حالت کار معمول ماشین، اغلب اتصال ستاره استفاده شود.

مزایا و معایب موتور دالاندر

موتورهای تعویض قطب معمولاً در کاربردهایی استفاده می شوند که عملکرد دو سرعته مورد نیاز است. مزیت اصلی موتورهای دالاندر این است که عملکرد بهتری نسبت به سایر سیستم های کنترل سرعت مانند درایوهای فرکانس متغیر دارند، زیرا اتلاف انرژی کمتری دارند. این به این دلیل است که بیشتر نیرو برای به حرکت درآوردن موتور استفاده می شود و هیچ گونه تعویض پالس الکتریکی انجام نمی شود. این سیستم در مقایسه با سایر روش های کنترل سرعت موجود بسیار ساده تر و آسان تر است.

از جمله معایب اینگونه موتور ها نیز می توان به اینکه قابلیت تنظیم یک بازه سرعتی را ندارند و سایش مکانیکی بالا و پارگی ناشی از تغییر سرعت اشاره کرد.

کاربردهای موتور Dahlander

برخی از کاربردهای معمولی این نوع از الکتروموتور ها عبارتند از:

• پمپ ها، که در آنها از دو سرعت می توان برای کنترل جریان خروجی استفاده کرد.
• فن ها، برای خروجی جریان هوای متغیر.
• کاربردهای آسیاب.
• جرثقیل ها و وینچ‌ها ، که در آن می توان از دو سرعت در کاربردهای بالابر استفاده کرد: یک سرعت برای حرکت مواد و دیگری برای قرار دادن مواد نگه داشته شده در بالابر.
• پله برقی هایی که می توانند دو نوع سرعت در حالت عادی و در حالت شلوغی داشته باشند.
• تامین آب و فاضلاب شهری در ساعات معینی از روز فراز و فرودهای مشخصی دارد.
• نوار نقاله ای که مواد خام را به یک قسمت از ماشین آلات فرآیند می رساند ممکن است دو سرعت برای یکنواخت کردن بارهای سبک و سنگین داشته باشد.

نحوه اتصال و سربندی موتور دالاندر

قطب ها را می توان با نسبت 1:2 تغییر داد و بنابراین سرعت را می توان به نسبت 2:1 تغییر داد. سیم پیچ استاتور موتور دالندر از شش سیم پیچ تشکیل شده است. با آرایش این ها به روش های مختلف، سیم پیچ را می توان به تعداد جفت قطب های مختلف تغییر داد. به طور معمول، پیکربندی الکتریکی سیم‌پیچ‌ها از یک اتصال مثلث به یک اتصال دو ستاره (یا برعکس) به منظور تغییر سرعت موتور تغییر می‌کند. موتورهای دالاندری که برای استفاده در کنار درایوهای گشتاور ثابت به کار می‌روند اغلب دارای اتصال Δ/YY هستند، اما درایوهای فن معمولاً گشتاور متغیر هستند که اتصال Y/YY دارند.

سیم بندی بصورت ستاره – ستاره دوبل

در اتصال Y/YY گشتاور با مجذور سرعت نسبت وارون دارد. در این حالت نسبت سرعت به توان نامی ۱:۵ است که سرعت بیشتر در اتصال YY و سرعت کمتر در اتصال Y نمود پیدا می‌کند.

برای راه اندازی موتور در دور کم، منبع تغذیه به ترمینال‌های (1U,1V,1W) وصل می شود و ترمینال های (2U,2V,2W) را دست نمی زنیم. موتور با این سربندی به صورت ستاره یا Y راه اندازی می گردد. بدلیل سری بودن سیم پیچ های هر کدام از فازها، موتور با جریان کمتری استارت می شود.

برای اینکه از این موتور را در سرعت بالا استفاده کنیم، منبع تغذیه را به سرهای (2U,2V,2W) وصل کرده و سرهای (1U,1V,1W) به هم متصل می کنیم. مطابق شکل موتور به صورت ستاره دوبل YY سربندی شده است و در این حالت تعداد قطب‌ها نصف شده و طبق رابطه 120 x (F/P) سرعت دو برابرمی گردد. مطابق شکل مقاومت سیم پیچ های هر فاز کمتر می شود و در نتیجه جریان راه اندازی نیز افزایش پیدا می کند.

توجه داشته باشید که در مدار قدرت کنتاکتور مربوط به ستاره باید قبل از کنتاکتور اصلی YY (دور زیاد-ستاره دوبل) بسته شود.

سیم بندی بصورت مثلث- ستاره دوبل (Δ/YY)

اتصال Δ/YY در موتورهای دالاندر یک اتصال گشتاور ثابت است و در هر دو سرعت موتور گشتاور مشابهی تولید می‌شود، اما توان نامی موتور به نسبت ۲:۳ تغییر می‌کند. اتصال مثلث سرعت کمتر و اتصال ستاره موازی سرعت بیشتری خواهد داشت.

همانطور که در شکل زیر ملاحظه میفرمایید تصویر بالا نوع سیم بندی در حالت مثلث را نشان می دهد که برای راه اندازی موتور با سرعت پایین استفاده می شود و در تصویر پایین، سیم بندی ستاره دوبل را می بینید که برای استارت در حالت سرعت زیاد استفاده می شود. طبق رابطه سرعت، با کم شدن قطب ها سرعت افزایش پیدا می کند.

در شکل زیر می توانید نحوه آرایش مدار را ملاحظه بفرمایید.

نتیجه گیری

درایوهای کنترل دور از حدود 30 سال پیش که رواج پیدا کردند، کمک زیادی برای بهبود طراحی ماشین انجام داده اند. اینورترها بهینه سازی عملیاتی را از طریق کاهش سرعت و کنترل پذیری افزایش داده اند و کمک زیادی به صرفه جویی در انرژی کرده اند.

با این حال، آنها مسئول فراموش کردن مزایای موتورهای دو سرعته توسط مهندسان بوده اند! در ظاهر، به نظر می رسد ترکیب موتور و درایو بهتر از موتوری است که تنها دو حالت تنظیم سرعت را ارائه می دهد. با این حال، در شرایط خاص، یک موتور دو سرعته هنوز هم انتخاب بهتری است و احتمالاً برای مدت طولانی بعنوان انتخاب بهتر باقی خواهد ماند. در واقع، ارقام فروش در سراسر صنعت نشان می دهد که تقاضا و استفاده از آنها در واقع با سرعتی بیشتر از موتورهای صنعتی به طور کلی رشد می کند، بنابراین می توانیم نتیجه بگیریم که مهندسان به مزایای این دسته از محصولات پی برده اند.