هارمونیک تحریف در تولید گرما در موتورها نقش چه کاری ایفا می‌کند؟
تاثیر تحریف هارمونیک بر گرمایش موتور
1. افزایش زیان‌های مسی
اصل: در یک موتور، مقاومت پیچیدنی موجب زیان‌های مسی (زیان‌های مقاومتی) در فرکانس اصلی می‌شود. اما وقتی جریان‌های هارمونیک از طریق پیچیدنی عبور می‌کنند، اثر پوست به دلیل فرکانس‌های هارمونیک بالاتر بیشتر قابل توجه می‌شود. اثر پوست باعث می‌شود که جریان نزدیک سطح هادی تمرکز یابد و مساحت مؤثر مقطعی را کاهش دهد و مقاومت را افزایش دهد، بنابراین زیان‌های مسی افزایش می‌یابند.
نتیجه: افزایش زیان‌های مسی مستقیماً منجر به افزایش دمای پیچیدنی موتور می‌شود، که باعث می‌شود مواد عایق‌بندی سریع‌تر پیر شوند و عمر موتور کوتاه‌تر شود.
2. افزایش زیان‌های آهنی
اصل: در هسته آهنی یک موتور، زیان‌های تردیدی و گردابی (که به طور کلی زیان‌های آهنی نامیده می‌شوند) در فرکانس اصلی رخ می‌دهند. وقتی جریان‌های هارمونیک از طریق موتور عبور می‌کنند، فرکانس تغییرات میدان مغناطیسی افزایش می‌یابد، که منجر به افزایش زیان‌های تردیدی و گردابی می‌شود. به خصوص، هارمونیک‌های با فرکانس بالا زیان‌های گردابی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند زیرا این زیان‌ها متناسب با مجذور فرکانس است.
نتیجه: افزایش زیان‌های آهنی باعث افزایش دمای هسته آهنی می‌شود، که گرمایش کلی موتور را بیشتر می‌کند، کارایی و قابلیت اطمینان را کاهش می‌دهد.
3. افزایش زیان‌های اضافی
اصل: علاوه بر زیان‌های مسی و آهنی، هارمونیک‌ها می‌توانند انواع دیگری از زیان‌های اضافی ایجاد کنند. به عنوان مثال، جریان‌های هارمونیک می‌توانند نیروهای الکترومغناطیسی اضافی بین استاتور و روتور ایجاد کنند که منجر به ارتعاشات مکانیکی و زیان‌های اصطکاکی می‌شود. همچنین، هارمونیک‌ها می‌توانند زیان‌های مکانیکی اضافی در اجزایی مانند لغزنده‌ها و مراوح ایجاد کنند.
نتیجه: این زیان‌های اضافی گرمایش موتور را بیشتر می‌کنند و می‌توانند به گرم شدن بیش از حد لغزنده‌ها، شکستن روغن‌کشی و حتی شکست مکانیکی منجر شوند.
4. افزایش غیریکنواخت دما
اصل: وجود جریان‌های هارمونیک می‌تواند منجر به توزیع غیریکنواخت میدان مغناطیسی در داخل موتور شود که منجر به گرم شدن محلی می‌شود. به عنوان مثال، برخی مناطق پیچیدنی ممکن است تراکم جریان هارمونیک بالاتری داشته باشند، که باعث می‌شود دمای آن مناطق بسیار بیشتر از دیگر مناطق شود. این افزایش غیریکنواخت دما باعث پیری سریع‌تر مواد عایق‌بندی محلی و افزایش خطر شکست موتور می‌شود.
نتیجه: گرم شدن محلی نه تنها عمر موتور را تحت تأثیر قرار می‌دهد بلکه می‌تواند منجر به شکست عایق‌بندی و ایجاد خطاهای الکتریکی جدی شود.
5. کاهش کارایی سیستم خنک‌سازی
اصل: سیستم خنک‌سازی یک موتور (مانند مراوح و پره‌های گرما) معمولاً برای مقابله با بار حرارتی در فرکانس اصلی طراحی شده است. وقتی جریان‌های هارمونیک گرمایش موتور را افزایش می‌دهند، توانایی سیستم خنک‌سازی در تبدیل این گرما اضافی ممکن است کافی نباشد، که منجر به افزایش مداوم دمای موتور می‌شود.
نتیجه: کاهش کارایی سیستم خنک‌سازی مشکل گرمایش موتور را بیشتر می‌کند و یک چرخه خبیث ایجاد می‌کند که می‌تواند به تحریک مکانیسم‌های محافظت از گرم شدن یا حتی سوختن موتور منجر شود.
6. کاهش عامل توان
اصل: وجود جریان‌های هارمونیک عامل توان موتور را کاهش می‌دهد زیرا هارمونیک‌ها به کار مفید کمک نمی‌کنند بلکه توان واکنشی و توان هارمونیک را افزایش می‌دهند. عامل توان پایین‌تر به این معنی است که موتور باید جریان بیشتری از شبکه جذب کند تا توان خروجی مشابهی داشته باشد، که زیان‌های خط و ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد و گرمایش موتور را بیشتر می‌کند.
نتیجه: کاهش عامل توان نه تنها گرمایش موتور را افزایش می‌دهد بلکه کارایی کلی سیستم توان را کاهش می‌دهد و هزینه‌های برق را افزایش می‌دهد.
اصول برای کاهش تأثیر هارمونیک‌ها بر گرمایش موتور
برای کاهش تأثیر هارمونیک‌ها بر گرمایش موتور، می‌توان از اصول زیر استفاده کرد:
نصب فیلترهای هارمونیک: از فیلترهای هارمونیک غیرفعال یا فعال برای جذب یا سرکوب جریان‌های هارمونیک در سیستم استفاده کنید، که شکل موج سینوسی ولتاژ شبکه را بازیابی می‌کند و تأثیر هارمونیک‌ها بر موتور را کاهش می‌دهد.
انتخاب موتورهای مقاوم در برابر هارمونیک: برخی از موتورها به طور خاص طراحی شده‌اند تا بهتر با هارمونیک مقاوم باشند، مانند آنهایی که با ساختارهای پیچیدنی یا مواد هسته‌ای خاصی ساخته شده‌اند که زیان‌های اضافی و گرمایش ناشی از هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهند.
بهینه‌سازی مدیریت بار: برنامه‌های تولید را به گونه‌ای تنظیم کنید تا از اجرای همزمان بارهای غیرخطی بیش از حد پرهیز کنید، که موجب کاهش تولید هارمونیک می‌شود.
استفاده از حالت کم‌هارمونیک در درایورهای فرکانس متغیر (VFDs): اگر موتور توسط یک VFD محرک شود، VFDهایی با ویژگی‌های کم‌هارمونیک را انتخاب کنید یا پارامترهای VFD را تنظیم کنید تا خروجی هارمونیک را کاهش دهید.
بهبود سیستم‌های خنک‌سازی: برای موتورهایی که از قبل توسط هارمونیک‌ها تحت تأثیر قرار گرفته‌اند، سیستم خنک‌سازی (مانند افزایش قدرت مراوح یا بهبود طراحی پره‌های گرما) را بهبود بخشیده تا تبدیل گرما را افزایش دهید و از گرم شدن بیش از حد جلوگیری کنید.
نگهداری و نظارت منظم: به طور منظم وضعیت عملکرد موتور را بررسی کنید، پارامترهایی مانند دما، جریان و عامل توان را نظارت کنید و مشکلات بالقوه را به موقع حل کنید تا عملکرد بهینه موتور را تضمین کنید.
خلاصه
تحریف هارمونیک تأثیر قابل توجهی بر گرمایش موتور دارد، که عمده‌ترین آن در افزایش زیان‌های مسی، آهنی، اضافی، افزایش غیریکنواخت دما، کاهش کارایی سیستم خنک‌سازی و کاهش عامل توان مشخص می‌شود. این عوامل به طور کلی منجر به افزایش دمای موتور، پیری سریع‌تر مواد عایق‌بندی، کوتاه شدن عمر موتور و می‌تواند باعث شکست‌های الکتریکی و مکانیکی جدی شود. برای کاهش تأثیر هارمونیک‌ها بر گرمایش موتور، اتخاذ اصول مؤثر برای کاهش هارمونیک، بهینه‌سازی انتخاب و نگهداری موتور و تضمین عملکرد پایدار سیستم توان ضروری است.
