چه نقشی اعوجاج هارمونیک در تولید گرما در موتورها دارد؟
تاثیر تحریف هارمونیک بر گرمایش موتور
1. افزایش ضریب سربازو
اصل: در یک موتور، مقاومت پیچیده سربازو را (ضریب مقاومتی) در فرکانس اساسی تولید می‌کند. با این حال، وقتی جریان‌های هارمونیک از طریق پیچ‌ها می‌گذرند، اثر پوست به دلیل فرکانس‌های هارمونیک بالاتر بیشتر محسوس می‌شود. اثر پوست باعث می‌شود که جریان نزدیک به سطح رسانا تمرکز شود، مساحت مؤثر قطاع را کاهش دهد و مقاومت را افزایش دهد، بنابراین سربازو را افزایش می‌دهد.
نتیجه: افزایش ضریب سربازو مستقیماً منجر به افزایش دمای پیچ‌های موتور می‌شود، که موجب تسریع در پیری مواد عایق‌بندی و کوتاه شدن عمر موتور می‌گردد.
2. افزایش ضریب آهن
اصل: در هسته آهنی یک موتور، ضریب‌های تردیدی و جریان‌های دایره‌ای (که به طور کلی ضریب آهن نامیده می‌شوند) در فرکانس اساسی رخ می‌دهند. وقتی جریان‌های هارمونیک از طریق موتور می‌گذرند، فرکانس تغییرات میدان مغناطیسی افزایش می‌یابد، که منجر به افزایش ضریب‌های تردیدی و جریان‌های دایره‌ای می‌شود. به ویژه، هارمونیک‌های فرکانس بالا ضریب جریان‌های دایره‌ای را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند زیرا این ضریب‌ها متناسب با مجذور فرکانس هستند.
نتیجه: افزایش ضریب آهن باعث افزایش دمای هسته آهنی می‌شود، که موجب تشدید گرمایش کلی موتور، کاهش کارایی و قابلیت اطمینان می‌گردد.
3. افزایش ضریب‌های اضافی
اصل: علاوه بر ضریب سربازو و آهن، هارمونیک‌ها می‌توانند ضریب‌های اضافی دیگری را ایجاد کنند. به عنوان مثال، جریان‌های هارمونیک می‌توانند نیروهای الکترومغناطیسی اضافی بین استاتور و روتور تولید کنند، که منجر به ارتعاشات مکانیکی و ضریب‌های لیز می‌شود. علاوه بر این، هارمونیک‌ها می‌توانند ضریب‌های مکانیکی اضافی را در مولفه‌هایی مانند لرزه‌گیرها و پنک‌ها ایجاد کنند.
نتیجه: این ضریب‌های اضافی گرمای تولید شده توسط موتور را بیشتر می‌کنند، که ممکن است منجر به گرم شدن بیش از حد لرزه‌گیرها، خرابی چربی‌کاری و حتی خرابی مکانیکی شود.
4. افزایش دمای غیرهمگن
اصل: وجود جریان‌های هارمونیک می‌تواند منجر به توزیع نامساوی میدان مغناطیسی در داخل موتور شود، که باعث گرم شدن محلی می‌گردد. به عنوان مثال، برخی از نواحی پیچ‌ها ممکن است دارای چگالی جریان هارمونیک بالاتر باشند، که باعث می‌شود آن نواحی دمای بسیار بیشتری نسبت به سایر نواحی داشته باشند. این افزایش دمای غیرهمگن پیری مواد عایق‌بندی محلی را تسریع می‌کند و خطر خرابی موتور را افزایش می‌دهد.
نتیجه: گرم شدن محلی نه تنها عمر موتور را تحت تأثیر قرار می‌دهد، بلکه می‌تواند منجر به خرابی عایق‌بندی و باعث ایجاد خطاهای الکتریکی جدی شود.
5. کاهش کارایی سیستم خنک‌سازی
اصل: سیستم خنک‌سازی یک موتور (مانند پنک‌ها و رادیاتورها) معمولاً برای مدیریت بار حرارتی در فرکانس اساسی طراحی شده است. وقتی جریان‌های هارمونیک گرمای تولید شده توسط موتور را افزایش می‌دهند، توانایی سیستم خنک‌سازی برای تخلیه این گرما اضافی ممکن است کافی نباشد، که منجر به افزایش مداوم دمای موتور می‌گردد.
نتیجه: کاهش کارایی سیستم خنک‌سازی مشکل گرم شدن موتور را بیشتر تشدید می‌کند و یک چرخه خبیث ایجاد می‌کند که می‌تواند به طور نهایی منجر به فعال شدن مکانیسم‌های محافظت از گرم شدن یا حتی سوختن موتور 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 معناست که موتور باید جریان بیشتری از شبکه جذب کند تا توان خروجی مشابهی حفظ کند، که باعث افزایش ضریب‌های خط و ترانسفورماتور می‌شود و موجب افزایش گرمای تولید شده توسط موتور می‌گردد.
نتیجه: کاهش عامل توان نه تنها گرمای تولید شده توسط موتور را افزایش می‌دهد، بلکه کارایی کلی سیستم توان را نیز کاهش می‌دهد و موجب افزایش هزینه‌های برق می‌گردد.
اجرا اقدامات برای کاهش تاثیر هارمونیک‌ها بر گرمایش موتور
برای کاهش تاثیر هارمونیک‌ها بر گرمایش موتور، می‌توان اقدامات زیر را انجام داد:
نصب فیلترهای هارمونیک: از فیلترهای هارمونیک فعال یا غیرفعال برای جذب یا سرکوب جریان‌های هارمونیک در سیستم استفاده کنید، که موجب بازگشت شکل موج سینوسی ولتاژ شبکه و کاهش تاثیر هارمونیک‌ها بر موتور می‌گردد.
انتخاب موتورهای مقاوم در برابر هارمونیک: برخی از موتورها به طور خاص طراحی شده‌اند تا بهتر با هارمونیک‌ها مقاومت کنند، مانند آنهایی که دارای ساختار پیچ خاص یا مواد هسته‌ای هستند که ضریب‌های اضافی و گرمای تولید شده توسط هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهند.
بهینه‌سازی مدیریت بار: برنامه‌های تولید را به گونه‌ای تنظیم کنید که از اجرای همزمان بارهای غیرخطی بیش از حد پرهیز کنید، که موجب کاهش تولید هارمونیک می‌گردد.
استفاده از حالت کم هارمونیک در درایورهای فرکانس متغیر (VFDs): اگر موتور توسط یک VFD مورد استفاده قرار گرفته است، VFDهایی با ویژگی‌های کم هارمونیک را انتخاب کنید یا پارامترهای VFD را تنظیم کنید تا تولید هارمونیک را کاهش دهید.
بهبود سیستم‌های خنک‌سازی: برای موتورهایی که از قبل تحت تاثیر هارمونیک‌ها قرار گرفته‌اند، سیستم خنک‌سازی را (مانند افزایش قدرت پنک یا بهبود طراحی رادیاتور) بهبود بخشید تا تخلیه گرما و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد را افزایش دهید.
نگهداری و نظارت منظم: به طور منظم وضعیت عملکرد موتور را بررسی کنید، پارامترهایی مانند دمای، 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 تاثیر قابل توجهی بر گرمایش موتور دارد که اصلی‌ترین آنها افزایش ضریب سربازو، ضریب آهن، ضریب‌های اضافی، افزایش دمای غیرهمگن، کاهش کارایی سیستم خنک‌سازی و کاهش عامل توان است. این عوامل به طور کلی منجر به افزایش دمای موتور، تسریع در پیری مواد عایق‌بندی، کوتاه شدن عمر موتور و می‌تواند باعث شود خطاهای الکتریکی و مکانیکی جدی رخ دهد. برای کاهش تاثیر هارمونیک‌ها بر گرمایش موتور، اجرای اقدامات مؤثر برای کاهش هارمونیک‌ها، بهینه‌سازی انتخاب و نگهداری موتور و تضمین عملکرد پایدار سیستم توان ضروری است.
