چرخه کاری الکتروموتور یا دوره کاری یا Duty Cycle

در پلاک الکتروموتور یک آیتم بسیار مهم با عنوان چرخه کاری الکتروموتور یا دوره کاری وجود دارد. اصطلاحات ذکر شده برگرفته از Duty Cycle بوده و در برخی منابع به شکل رژیم کاری موتور نیز ترجمه شده است. چرخه یا دوره کاری مشخص کننده ی زمان کاری الکتروموتور نسبت به کل زمان است. در واقع این آیتم مشخص می کند که الکتروموتور در چه شرایط و بازه ای می تواند بدون آسیب به کار خود ادامه دهد. چرخه کاری یا Duty Cycle طبق استاندارد NEMA در پلاک الکتروموتورها قید شده و می تواند بین 1 تا 10 باشد.

در مقاله ی پلاک خوانی موتور سه فاز شرح داده شد که اطلاعات مهم موتور معمولا بر اساس یکی از استانداردهای IEC یا NEMA بیان می شود. در برخی از پلاک های IEC ممکن است یک یا دو سطر به بیان اطلاعات با استاندارد NEMA نیز اختصاص داده شده باشد. این امر را می توانید در تصویر پلاک الکتروموتور شرکت زیمنس مشاهده کنید. در این پلاک آیتم های 1 تا 6 طبق استاندارد NEMA عبارتند از:

• نوع لرزش موتور
• ضریب خدمات یا Service Factor
• چرخه کاری یا Duty Cycle
• جدول بازدهی استاندارد NEMA
• نوع محفظه موتور
• کد طراحی یا Design Lette

1.لرزش موتور یا Vibration

در اولین بخش مربوط به پلاک موتور طبق استاندارد NEMA عبارت Vibration B وجود دارد. این عبارت مربوط به میزان لرزش الکتروموتور بوده و بر اساس کلاس و یک حرف مشخص می‌شود. ازآنجایی‌که کلاس روی پلاک درج نمی‌شود، ابتدا باید از طریق جدول زیر آن را مشخص کنیم.

نوع کلاس	نوع موتور
کلاس I	الکتروموتورهای صنعتی تا 15 کیلووات
کلاس II	الکتروموتورهای صنعتی 18.5 تا 75 کیلووات بدون فونداسیون یا الکتروموتورهای تا 300 کیلووات که به‌خوبی روی فونداسیون محکم شده باشند.
کلاس III	پیشرانه و الکتروموتورهای بزرگ به‌خوبی محکم شده روی فونداسیون‌های سخت
کلاس IV	پیشرانه و الکتروموتورهای بزرگ مانند ژنراتورها یا توربین‌های کمتر از 10 مگاوات نصب‌شده روی فونداسیون نرم

در جدول زیر چهار ستون برای کلاس‌های مختلف وجود دارد. پس از مشخص شدن کلاس الکتروموتور باید به حرف درج‌شده روی پلاک آن توجه کنیم. به‌عنوان‌مثال در این نمونه باید حرف B را در ستون مناسب جستجو کنیم. با این کار میزان RMS لرزش مشخص خواهد کرد.

سرعت لرزش RMS	کلاسI	کلاس II	کلاس III	کلاس IV
0.28 mm/s	A	A	A	A
0.45 mm/s
0.71 mm/s
1.12 mm/s	B
1.8 mm/s		B
2.8 mm/s	C		B
4.5 mm/s		C		B
7.1 mm/s	D		C
11.2 mm/s		D		C
18 mm/s			D
28 mm/s				D
45 mm/s

2.ضریب خدمات یا Service Facto

پس از فرکانس الکتروموتور یک عبارت به‌صورت S.F 1.1 درج‌شده است. این حروف مخفف عبارت Service Factor بوده و میزان اضافه‌بار الکتروموتور به‌صورت طولانی‌مدت را مشخص می‌کند. به‌عنوان‌مثال در این نمونه عدد 1.1 به معنی 110 درصد یا 10 درصد اضافه‌بار قابل‌تحمل در زمان طولانی است.

3. چرخه کاری الکتروموتور یا دوره کاری یا Duty Cycle

در بخش 3 از پلاک فوق عبارت CONT درج شده است. این حروف مخفف Continuous یا پیوسته بوده و مشخص‌کننده‌ی توانایی الکتروموتور برای کار طولانی است. قابل ذکر است حالت کار دائم اولین گروه Duty Cycle بوده و در برخی از پلاک‌ها با حرف S1 نیز مشخص می‌شود. میزان و نحوه‌ی کار الکتروموتورها یا Duty Cycle در استاندارد NEMA در 10 گروه تعریف می‌شود. هر یک از این گروه‌ها بیان‌کننده‌ی نوع و مدت‌زمان روشن بودن الکتروموتور نسبت به کل زمان هستند. در ادامه توضیحات هر یک از چرخه های کاری الکتروموتور آورده شده است.

کار پیوسته یا S1

در این گروه؛ الکتروموتور می‌تواند در بار نامی و بدون وقفه و افزایش دما کار کند.

چرخه کاری موتور به صورت کوتاه یا S2

الکتروموتور باید در بازه‌ی کوتاهی با بار نامی کار کند. در این کلاس؛ دوره‌ی کاری  یا N باید نسبت به دوره‌ی توقف و از دست دادن دما کوتاه‌تر باشد. بازه‌های 10، 30، 60 و 90 دقیقه برای زمان کار توصیه‌شده است.

دوره‌ی کاری متناوب یا S3

در این گروه الکتروموتور دارای یک بازه‌ی کار و توقف به‌صورت در صد است. قابل‌ذکر است که در حالت S3 تاثیر جریان راه‌اندازی و توقف روی افزایش دمای الکتروموتور لحاظ نشده است. مقادیر توصیه‌شده برای کار الکتروموتور طبق این فرمول \(\frac{N}{N+R}\times 100\) معادل 15، 25، 40و 60 درصد هستند. در این فرمول N زمان کارکرد الکتروموتور با بار کامل و R زمان استراحت آن برای از دست دادن حرارت یا رسیدن به دمای محیط است. مثال: S3 25%

چرخه کاری موتور به صورت متناوب با راه‌اندازی یا S4

در این گروه الکتروموتور دارای یک چرخه‌ راه‌اندازی سنگین، کار با بار نامی و توقف است. این موارد را می‌توانید در بخش‌های D، N و R تصویر زیر مشاهده کنید. الکتروموتور در این دسته‌بندی با نیروی بار یا ترمزهای مکانیکی متوقف‌شده و پروسه‌ی ایستادن آن تاثیری روی افزایش دمای سیم‌پیچ‌ها ندارد.

برای مشخص کردن شرایط کاری الکتروموتور به‌صورت دقیق در گروه S4 از پارامترهای دیگری مانند چرخه‌ کاری بر اساس درصد، تعداد چرخه‌ کاری در ساعت، اینرسی بار و اینرسی الکتروموتور نیز استفاده می‌شود. به‌عنوان‌مثال ممکن است این عبارت‌ها را روی پلاک الکتروموتور مشاهده کنید:

\[S4 \: 25\%\; \: \: 120\: c/h\frac{c}{h}\; \:\; \: J_{L}=0.2kgm^{2}\; \: \: J_{m}=0.1kgm^{2}\]

 

مفهوم هر یک از موارد فوق به این شرح است:

• S4: دوره‌ی کاری متناوب با در نظر گرفتن افزایش حرارت به علت راه‌اندازی
• 25%: درصد کار الکتروموتور طبق فرمول \(\frac{D+N}{D+N+R}\times 100\)
• \(120\: c/h\): تعداد چرخه‌ی کاری در ساعت
• \(J_{L}\): اینرسی بار
• \(J_{m}\): اینرسی الکتروموتور

دوره‌ی کاری متناوب با ترمز الکتریکی یا S5

در این گروه الکتروموتور دارای یک چرخه‌ راه‌اندازی سنگین، کار با بار نامی و توقف با ترمز الکتریکی است. به عبارت ساده‌تر در کلاس S5 علاوه بر کار با توان نامی، تاثیر راه‌اندازی و توقف با ترمز الکتریکی نیز روی افزایش دمای سیم‌پیچ‌ها لحاظ شده است.

در تصویر بالا بخش F معرف ترمز الکتریکی بوده که زمان آن به بازه‌ کاری الکتروموتور اضافه‌شده است. برای مشخص کردن شرایط کاری الکتروموتور به‌صورت دقیق در کلاس S5 نیز از عبارت‌هایی مانند گروه S4 استفاده می‌شود. به‌عنوان‌مثال این اطلاعات را در نظر بگیرید:

\[S5 \: 40\%\; \: \: 120\: c/h\; \:\; \: J_{L}=2.6kgm^{2}\; \: \: J_{m}=1.3kgm^{2}\]

 

تنها تفاوت این گروه نحوه‌ی محاسبه‌ درصد کاری الکتروموتور است. در کلاس S5 بازه‌ی توقف با ترمز الکتریکی یا F نیز در صورت و مخرج کسر قرار می‌گیرد. به عبارت ساده‌تر درصد کار الکتروموتور با فرمول \(\frac{D+N+F}{D+N+F+R}\times 100\) محاسبه خواهد شد.

دوره‌ی کاری پیوسته با بار موقت یا S6

در این گروه الکتروموتور دائم روشن بوده ولی بازه‌ی کاری آن به‌صورت بار کامل N و بدون بار V تعریف می‌شود. به‌عبارت‌دیگر الکتروموتور در این کلاس دائما با بار نامی کار نخواهد کرد. درصد کار الکتروموتور در گروه S6 با فرمول \(\frac{N}{N+V}\times 100\) محاسبه می‌شود. مقادیر توصیه‌شده برای بازه‌ کاری 10 دقیقه‌ای معادل 15، 25، 40 و 60 درصد است.

چرخه کاری پیوسته با ترمز الکتریکی یا S7

در این گروه الکتروموتور دائم روشن بوده و چرخه‌ی کاری آن به‌صورت راه‌اندازی، کار با بار نامی و ترمز الکتریکی تکرار می‌شود. ترمز الکتریکی در این گروه به‌صورت جریان معکوس در نظر گرفته‌شده است.

ازآنجایی‌که الکتروموتور در دسته‌ی S7 هیچ‌گاه متوقف نمی‌شود، برای بیان اطلاعات دقیق کاری آن دیگر از درصد استفاده نخواهد شد. به‌عنوان‌مثال ممکن است تنها این عبارت را روی پلاک مشاهده کنید:

\[S7 \; \: \: 500\: c/h\; \:\; \: J_{L}=0.08kgm^{2}\; \: \: J_{m}=0.08kgm^{2}\]

 

در این مثال الکتروموتور به‌صورت S7 بوده که چرخه‌ی راه‌اندازی، کار با بار نامی و توقف آن می‌تواند 500 بار در ساعت تکرار شود. همان‌گونه که مشاهده می‌کنید در بخش‌های بعدی اینرسی بار و اینرسی الکتروموتور آورده شده است.

چرخه کاری موتور به صورت پیوسته با تغییرات متناسب سرعت و بار یا S8

در این گروه نیز الکتروموتور دائم کار بوده و چرخه‌های راه‌اندازی، تغییر سرعت و ترمز الکتریکی آن بدون توقف تکرار می‌شود. انتخاب سرعت در این الکتروموتور با تغییر در قطب‌ها انجام‌شده و بار آن در هر سرعت مقدار ثابتی دارد.

برای بیان اطلاعات کاری این گروه علاوه بر تعداد چرخه‌ی کاری در ساعت و اینرسی‌ها از پارامترهای بار/ سرعت و سیکل کاری هر سرعت نیز استفاده می‌شود. به‌عنوان‌مثال این عبارت را در نظر بگیرید:

\[S8\; \: \: 30\: c/h\; \:\; \: J_{L}=63.8kgm^{2}\; \: \: J_{m}=2.2kgm^{2}\]

\[60kW\; 1460\, rpm\; 30\%\]

\[45kW\; 980\, rpm\; 40\%\]

\[24kW\; 740\, rpm\; 30\%\]

مفهوم هر یک از موارد ذکرشده به این شرح است:

• S8: دوره‌ی پیوسته با بار کامل و سرعت متغیر
• \(30\: \; c/h\): تعداد چرخه‌ی کاری در ساعت
• \(J_{L}\): اینرسی بار
• \(J_{m}\): اینرسی الکتروموتور
• \(60kW\: 1460\, rpm\: 30\%\): کار الکتروموتور در 30 درصد ابتدای چرخه با توان (توان مکانیکی و تحویلی به بار) 60 کیلووات در سرعت 1460 دور در دقیقه
• \(45kW\: 980\, rpm\: 40\%\): کار الکتروموتور در 40 درصد بعدی چرخه با توان 45 کیلووات در سرعت 980 دور در دقیقه
• \(24kW\: 740\, rpm\: 30\%\): کار الکتروموتور در 30 درصد باقی‌مانده‌ی چرخه با توان 24 کیلووات در سرعت 740 دور در دقیقه

چرخه‌ی کاری الکتروموتور فوق در گروه S8 را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید. طبق تصویر هر چرخه کاری شامل راه‌اندازی، کار و توقف با سه سرعت مختلف است. بار الکتروموتور در هر سرعت مقدار مشخصی داشته و قبل از تغییر قطب‌های الکتروموتور از ترمز الکتریکی استفاده می‌شود. به عنوان مثالی از تغییر قطب می توان تغییر سرعت در الکتروموتورهای دالاندر را نام برد.

تغییرات بار و سرعت به‌صورت غیرمنظم یا S9

در این گروه میزان بار و سرعت الکتروموتور به‌صورت غیرمنظم تغییر می‌کند. به‌عبارت‌دیگر در این حالت چرخه‌ی منظم راه‌اندازی، کار، توقف، تغییر سرعت و غیره وجود ندارد. تغییرات بار و سرعت الکتروموتور در محدوده‌ی مجاز انجام‌شده ولی ممکن است در لحظاتی اضافه‌بار نیز رخ بدهد. طبق تصویر زیر، در این چرخه‌ی کاری میزان بار کامل مبنی بر اضافه‌بار در نظر گرفته می‌شود.

دوره‌ی کاری با گروه‌های مجزای بارها و سرعت‌های ثابت یا S10

در این گروه تعداد مشخصی از بارهای مجزا و در صورت امکان سرعت‌های مختلف وجود دارد. در حالت S10 بارها و زمان‌ها مقادیر مختلفی دارند مثلا الکتروموتور می‌تواند در بازه‌ای مشخص از زمان، بدون بار کار کند. نحوه‌ی محاسبه‌ی کمیت‌ها در این گروه کمی پیچیده بوده و برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به استانداردها مراجعه کنید.

4.جدول راندمان MG-1 12-12 در استاندارد NEMA

در استاندارد NEMA برای مشخص کردن مقدار بازده یا راندمان الکتروموتور در بار کامل از جدول زیر استفاده می‌شود. نام این جدول NEMA MG-1 12-12 بوده که روی پلاک الکتروموتور درج‌شده است. به‌عنوان‌مثال این الکتروموتور 25 اسب بخار 2 قطب در فرکانس 60 هرتز و بار کامل؛ بازدهی معادل 91.7 درصد دارد.

HP	بازدهی در بار کامل
	فریم باز			فریم محصور
	2 قطب	4 قطب	6 قطب	2 قطب	4 قطب	6 قطب
1	77.0	85.5	82.5	77.0	85.5	82.5
1.5	84.0	86.5	86.5	84.0	86.5	87.5
2	85.5	86.5	87.5	85.5	86.5	88.5
3	85.5	89.5	88.5	85.5	89.5	89.5
5	86.5	89.5	89.5	88.5	89.5	89.5
7.5	88.5	91.0	90.2	89.5	91.7	91.0
10	89.5	91.7	91.7	90.2	91.7	91.0
15	90.2	93.0	91.7	91.0	92.4	91.7
20	91.0	93.0	92.4	91.0	93.0	91.7
25	91.7	93.6	93.0	91.7	93.6	93.0
30	91.7	94.1	93.6	91.7	93.6	93.0
40	92.4	94.1	94.1	92.4	94.1	94.1
50	93.0	94.5	94.1	93.0	94.5	94.1
60	93.6	95.0	94.5	93.6	95.0	94.5
75	93.6	95.0	94.5	93.6	95.4	94.5
100	93.6	95.4	95.0	94.1	95.4	95.0
125	94.1	95.4	95.0	95.0	95.4	95.0
150	94.1	95.8	95.4	95.0	95.8	95.8
200	95.0	95.8	95.4	95.4	96.2	95.8
250	95.0	95.8	95.4	95.8	96.2	95.8
300	95.4	95.8	95.4	95.8	96.2	95.8
350	95.4	95.8	95.4	95.8	96.2	95.8
400	95.8	95.8	95.8	95.8	96.2	95.8
450	95.8	96.2	96.2	95.8	96.2	95.8
500	95.8	96.2	96.2	95.8	96.2	95.8

در ویدئوی زیر که برگرفته از دور جامع راه اندازی و حفاظت موتور سه فاز است یک نمونه پلاک موتور را بررسی کردیم:

5.نوع محفظه طبق استاندارد Nema

در استاندارد NEMA نوع محفظه‌ی الکتروموتور و تهویه‌ی آن در 7 گروه زیر مشخص می‌شود. محفظه یا بدنه‌ الکتروموتور نقش حفاظت از بخش‌های داخلی در برابر صدمات مکانیکی، نفوذ رطوبت و مواد شیمیایی را بر عهده دارد.

مدل ODP: Open Drip Proof

در این مدل از گردش هوا به‌صورت مستقیم برای تهویه سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌شود. این محفظه مقاومت کمی در برابر نفوذ مایعات داشته و تنها می‌تواند در برابر ریزش قطرات آب تا زاویه‌ی 15 درجه نسبت به خط عمود ایمن باشد. از این الکتروموتورها بیشتر در محل‌های خشک و بدون آلودگی استفاده می‌شود.

مدل TEFC: Totally Enclosed Fan Cooled

در این مدل محفظه بسته بوده و از جابجایی هوای داخل موتور با محیط پیرامون جلوگیری می‌شود. در نظر داشته باشید این ساختار به معنی خالی بودن محفظه الکتروموتور از هوا نیست. گردش هوا در تیپ TEFC توسط فن روی شفت انجام‌شده و هوای خنک به پوسته‌ی بیرونی و شیارهای روی قاب هدایت می‌شود. گروه TEFC از پرکاربردترین الکتروموتورها در صنعت هستند.

مدل TENV: Totally Enclosed Non-Ventilated

این مدل شبیه به حالت TEFC بوده ولی فاقد فن برای تهویه است. با توجه به بسته بودن محفظه و عدم وجود فن، می‌توان از این الکتروموتور در محیط‌های آلوده و مرطوب استفاده کرد. در نظر داشته باشید استفاده از این موتور در مناطق خطرناک مجاز نمی‌باشد.

مدل TEAO: Tottaly Enclosed Air Over

این نوع از موتورها برای نصب در دمنده یا فن‌های ضد گرد و غبار طراحی‌شده‌اند. قابل‌ذکر است که موتور برای داشتن تهویه‌؛ باید در مسیر هوای فن یا دمنده قرار داشته باشد. به‌عنوان‌مثال در تصویر مقابل الکتروموتور ساخته‌شده توسط شرکت WEG برای اگزاست فن با بدنه‌ی TEAO را مشاهده می‌کنید.

مدل TEWD: Totally Enclosed Wash Down

این مدل مقاومت بالایی در برابر پاشش آب با فشار داشته و می‌تواند در محیط‌های بسیار مرطوب استفاده شود. قابل‌ذکر است که این موتور دارای مدل‌های مختلف محفظه مانند TEAO، TEFC و غیره بوده و می‌توان گزینه‌ی مناسب را در محیط‌های آلوده به مواد شیمیایی نیز نصب کرد. از کاربردهای متداول الکتروموتور قابل شستشو می‌توان به صنایع دارویی، غذایی، بسته‌بندی و محیط‌های بهداشتی دیگر اشاره کرد. در نظر داشته باشید که نصب این الکتروموتور در محیط‌های قابل‌انفجار مجاز نمی‌باشد.

مدل EXPL: Explosion-Proof Enclosures

این مدل با محفظه‌ی کاملا بسته برای نصب در محیط‌های خطرناک طراحی‌شده است. الکتروموتورهای ضد انفجار به نحوی طراحی‌شده‌اند تا هیچ‌گونه گاز یا غبار قابل اشتعال به محفظه نفوذ نکرده و خارج از الکتروموتور نیز هیچ‌گونه آرک و جرقه‌ای تولید نشود.

مدل HAZ: Hazardous Location

این مدل برای نصب در محیط‌های خطرناک به همراه مقاومت در برابر مواد خاص طراحی است. از مشخصه‌های این محفظه می‌توان به مقاومت در برابر نفوذ گاز و غبار قابل اشتعال و عدم افزایش دما از حد تعیین‌شده اشاره کرد.

مطالبی که در حال مطالعه ی آن هستید به صورت تصویری در دوره جامع راه اندازی و حفاظت موتور سه فاز آموزش داده شده است. در این دوره تصویری روش پلاک خوانی موتور، شناخت اصول حفاظت، شناخت تجهیزات راه اندازی و محاسبه سایز آن ها آموزش داده شده است. در بخش عملی می توانید سیم بندی راه اندازی های کنتاکتوری مانند تک ضرب، چپ گرد و راست گرد، ستاره مثلث به همراه نصب و سیم بندی 6 برند سافت استارتر زیمنس، اشنایدر، ABB، دانفوس، اوکام و سانترنو را مشاهده کنید. قسمت آخر دوره مربوط به بازدید از تاسیسات و تابلو برق های مختلف و بررسی چیدمان تجهیزات و سایز آن ها در تابلو برق است. جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص این دوره می توانید صفحه آموزش جامع راه اندازی و حفاظت موتورهای سه فاز را مشاهده کنید.

6. کد طراحی یا Design Letter

عبارت DES A روی پلاک به معنی طراحی این الکتروموتور با مشخصه‌ی A است. طبق تصویر زیر؛ الکتروموتورها با کدهای مختلفی مانند A، B، C و D ساخته‌شده و هر یک رفتار متفاوتی ازنظر گشتاور و جریان راه‌اندازی دارند.

خصوصیات طراحی‌های مختلف یا Design Letter را می‌توانید به‌صورت خلاصه در جدول زیر مطالعه کنید. به‌عنوان‌مثال الکتروموتور طراحی A دارای جریان راه‌اندازی بالایی بوده و در لحظه‌ی استارت گشتاور متوسطی را تولید می‌کند.

نوع طراحی	A	B	C	D
جریان راه‌اندازی	زیاد	متوسط	متوسط	متوسط
گشتاور راه‌اندازی	متوسط	متوسط	زیاد	خیلی زیاد
گشتاور شکست	زیاد	متوسط	زیاد	خیلی زیاد