چه اقدامات حفاظتی‌ای باید برای موتور سنکرون با مغناطیس دائم (PMSM) کمپرسور هوا در شرایط کاری با بار ضربه‌ای مکرر در نظر گرفته شود

محافظت موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا در برابر بارهای ضربه‌ای شدید

کارخانه‌های خودکار سازندهٔ ظروف شیشه‌ای که سالانه ۸۴۰۰ ساعت از کمپرسورهای بازگشتی چندمرحله‌ای سنگین بهره می‌برند، اغلب با نوسانات شدید فشار و پیک‌های گشتاور تیز در هر حرکت پیستون روبه‌رو می‌شوند. بهره‌برداری از موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا در این شرایط طاقت‌فرسا مستلزم تنظیم پارامترهای محافظتی قوی است تا از قطع ناگهانی مکانیکی، گرم‌شدن بیش‌ازحد روتور و از بین رفتن فاجعه‌بار عایق استاتور جلوگیری شود. مهندسان کارخانه که در حال ارتقای درایوهای کمپرسور هستند، باید سیستم‌های جامع حفاظتی الکتریکی، حرارتی و سنسوری را تعریف کنند تا عملکرد مکانیکی قابل‌اطمینان هر موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا در چرخه‌های کاری سخت‌گیرانه حفظ شود.

بارهای ضربه‌ای تکراری موجب ایجاد نوسانات الکتریکی شدید، تجمع سریع گرما و ارتعاشات مکانیکی تند در موتور می‌شوند. در صورت عدم وجود آستانه‌های حفاظتی هدفمند، پالس‌های جریان با فرکانس بالا منجر به گرم‌شدن سریع آهنرباهای دائمی، افزایش خستگی مکانیکی یاتاقان‌ها و ایجاد خطرات جدی اززدایی مغناطیسی شده و عمر تجهیزات را کاهش می‌دهند. ENNENG فناوری‌های پیشرفتهٔ محرک آهنربای دائمی را توسعه می‌دهد که به‌طور خاص برای رفع آسیب‌پذیری‌های ناشی از بارهای ضربه‌ای طراحی شده‌اند و مقاومت الکترومغناطیسی تأییدشده و زمان کارکرد پیوستهٔ بدون وقفه را در سیستم‌های فشرده‌سازی صنعتی سنگین فراهم می‌کنند.

پیک‌های گشتاور پویا و خطرات اززدایی مغناطیسی در کاربردهای فشرده‌ساز

فشرده‌سازهای بازگشتی و پیچشی دوار، مقاومت مکانیکی نوسانی را ایجاد می‌کنند که از نظر اساسی با پمپاژ گریز از مرکز پایدار یا تهویه با فن تفاوت دارد. واحد بازگشتی، پالس‌های گشتاور اوجی تولید می‌کند که در طول ضربه‌های فشرده‌سازی به سه تا شش برابر گشتاور اسمی می‌رسد. موتور سنکرون با آهنربای دائمی (PMSM) برای فشرده‌ساز هوا فاقد لغزش طبیعی ماشین‌های القایی نامتعادل است؛ بنابراین پاسخ گشتاور الکترومغناطیسی تقریباً بلافاصله رخ می‌دهد. در نتیجه، جریان‌های شدید در چرخه‌های استاتور عبور کرده و در عرض چند میلی‌ثانیه به آهنرباهای روتور می‌رسند و این امر نیازمند اقدامات ایمنی ویژه‌ای در سیستم است.

بارگذاری ضربه‌ای نوسانی و افزایش سریع جریان استاتور

در چرخه‌های فشرده‌سازی با فشار بالا، مقاومت مکانیکی که موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) کمپرسور هوا با آن روبه‌رو می‌شود، در کسری از ثانیه به‌سرعت نوسان می‌کند. هنگامی که پیستون کمپرسور گاز فرآیندی را فشرده می‌کند، سیستم محرکه با تغییرات بار لحظه‌ای مواجه می‌شود که موجب می‌شود اینورتر جریان عظیمی تأمین کند تا گشتاور لازم را تولید کند. اگر موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) کمپرسور هوا بدون محدودیت‌های جریان کالیبره‌شده کار کند، این پیک‌های سریع جریان منجر به قطع‌شدگی‌های غیرضروری اینورتر بر اثر جریان اضافی یا ایجاد تنش حرارتی شدید در پیچش‌های موتور می‌شود.

علاوه‌براین، نوسانات مکرر جریان، نیروهای الکترودینامیکی بالایی بین رساناهای پیچش استاتور ایجاد می‌کند. در یک موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) فشرده‌کننده هوا بدون تقویت، این نیروهای الکترومغناطیسی نوسانی باعث ارتعاش مکانیکی بین پیچ‌های مجاور سیم‌پیچ می‌شوند که به‌تدریج عایق شیار را فرسایش داده و منجر به اتصال کوتاه زودرس بین فازها می‌گردد. به‌کارگیری یک موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) پیشرفته فشرده‌کننده هوا که با تقویت ساختاری سیم‌پیچ و تزریق خلأ تحت فشار بدون حفره طراحی شده است، حرکت رساناها را خنثی می‌کند و یکپارچگی عایق را در برابر نوسانات بار مکرر حفظ می‌نماید.

کاهش پذیرفتاری ذاتی و مرزهای آهنگری

خطربخش‌ترین ریسک عملیاتی که یک موتور سنکرون با آهنگر دائمی (پی‌ام‌اس‌ام) برای کمپرسور هوا در شرایط بار ضربه‌ای با آن روبه‌رو می‌شود، از دست‌رفتن غیرقابل‌بازگشت مغناطیسی روتور است. آهنگرهای نئودیمیوم-آهن-بورون حاوی عناصر کمیاب، دارای مقاومت مغناطیسی ذاتی هستند که با افزایش دمای داخلی روتور کاهش می‌یابد. هنگامی که یک موتور سنکرون با آهنگر دائمی برای کمپرسور هوا در شرایط بارهای ضربه‌ای اوج، تحت تأثیر ترکیبی تنش حرارتی و میدان‌های مغناطیسی شدید معکوس استاتور قرار می‌گیرد، نقطهٔ عملیاتی مغناطیسی می‌تواند زیر شکل‌گیری «زانوی افت مغناطیسی بحرانی» سقوط کند.

عبور از این آستانه، جریان مغناطیسی درون موتور سنکرون با آهنگر دائمی برای کمپرسور هوا را به‌طور دائم کاهش می‌دهد، ظرفیت گشتاور خروجی را کم می‌کند و جریان کاری را برای انجام کار مکانیکی معادل افزایش می‌دهد. پیشگیری از افت مغناطیسی مستلزم انتخاب موتور سنکرون با آهنگر دائمی برای کمپرسور هوا با آهنگرهای سری UH یا EH با مقاومت مغناطیسی بالا و تنظیم محدودیت‌های گشتاور اینورتر با رعایت مرزهای مغناطیسی تعدیل‌شدهٔ دماست. یک راه‌حل بهینه‌شدهٔ موتور صرفه‌جویی در انرژی تضمین می‌کند که افزایش‌های گذرا در بار، هرگز عملکرد مغناطیسی بلندمدت را به‌خطر نمی‌اندازند.

تنظیمات اینورتر سطح درایو و محافظت الکتریکی موتور

حفاظت از موتور سنکرون با آهنربای دائمی (PMSM) برای کمپرسور هوا از رابط اینورتر فرکانس متغیر آغاز می‌شود. از آنجا که موتور PMSM کمپرسور هوا نیازمند کنترل برداری الکترونیکی دقیق است، اینورتر به‌عنوان اولین سد دفاعی در برابر بارهای ضربه‌ای مکانیکی و اوج‌های الکتریکی عمل می‌کند.

محدودسازی سریع جریان و محدودسازی هماهنگ گشتاور

پیکربندی یک موتور سازگان‌دار با درایو فرکانس متغیر برای کاربرد فشرده‌ساز نیازمند تعیین سقف‌های پویای محدودیت جریان است که نوسانات سریع فشار را بدون ایجاد خطاهای غیرضروری جذب می‌کنند. برای یک موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) فشرده‌ساز هوا، محدودیت جریان عملیاتی پیوسته باید بین ۱۲۰ تا ۱۵۰ درصد ظرفیت اسمی تنظیم شود، در حالی که محدودیت لحظه‌ای جریان اوج بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ درصد برای مدت‌زمانی کمتر از دو ثانیه تعیین می‌شود. تنظیم این آستانه‌ها از جریان‌کشی بیش از حد جلوگیری می‌کند و در عین حال به موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) فشرده‌ساز هوا اجازه می‌دهد تا از ضربه‌های اوج فشرده‌سازی عبور کند.

محدودیت‌های گشتاور باید با منحنی فیزیکی ازدست‌رفتن مغناطیسی موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا هماهنگ شوند. اینورترهای دیجیتال مدرن، جریان‌های محور d و محور q را به‌صورت بلادرنگ محاسبه می‌کنند و از آن‌که استاتور مؤلفه‌های میدان ازدست‌دهنده مغناطیس را بیش از حد به روتور تزریق کند، جلوگیری می‌نمایند. این کنترل هماهنگ، هم‌ترازی مغناطیسی سنکرون در موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا را حفظ می‌کند و امکان تحویل پایدار گشتاور را بدون خطر تخریب مغناطیسی در طول نوسانات شدید فشار فراهم می‌سازد.

پروفایل‌بندی شتاب پویا و پیکربندی حافظه حرارتی

راه‌اندازی موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا در برابر فشار باقی‌مانده سیستم، نیازمند تنظیم دقیق شیب شتاب است. شیب شتاب بیش از حد سریع، نوسانات شدید جریان راه‌اندازی ایجاد می‌کند؛ در مقابل، شیب بیش از حد کند باعث می‌شود موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا قبل از دستیابی به فشار تخلیه پایدار، متوقف شود. اجرای پروفایل شتاب منحنی S، امکان جداشدن نرم موتور سنکرون مغناطیس دائمی کمپرسور هوا را فراهم می‌سازد و قطب‌های روتور را پیش از افزایش سرعت به سرعت عملیاتی، هم‌زمان می‌کند.

علاوه‌براین، محافظت الکترونیکی در برابر بار اضافی باید شامل الگوریتم فعال حافظهٔ حرارتی باشد. در کاربردهای بازگشتی با دورهٔ بالا که بر اساس استاندارد IEC 60034-1 در دسته‌بندی‌های S4 یا S6 قرار می‌گیرند، موتور سنکرون با آهنربای دائم (PMSM) مورد استفاده در کمپرسورهای هوا، پالس‌های حرارتی مکرری را ناشی از روشن‌وخاموش‌شدن‌های متعدد تجربه می‌کند. فعال‌سازی حافظهٔ حرارتی تضمین می‌کند که درایو، پراکندگی تجمعی گرما را در طول چندین چرخه پیگیری کند و نه اینکه شمارنده‌های حرارتی پس از هر خاموشی ریست شوند؛ این امر از گرم‌شدن تجمعی در موتور PMSM مورد استفاده در کمپرسورهای هوا جلوگیری می‌کند.

محصولات موتور ENNENG این محصولات در محدوده‌های ولتاژ یکپارچه از ۱۱۰ ولت تا ۶۹۰ ولت و محدوده‌های توان یکپارچه از ۵ کیلووات تا ۵ مگاوات طراحی شده‌اند و راه‌حل‌های درایوی سنگین برای کاربردهای فشرده‌سازی پ demanding ارائه می‌دهند. برای ایستگاه‌های نظارتی دورافتادهٔ بدون اتصال به شبکه و نصب‌های انرژی پاک توزیع‌شده، شرکت ENNENG همچنین سیستم‌های توربین‌های بادی محور عمودی با ظرفیت اسمی از ۱ کیلووات تا ۱۰ کیلووات ارائه می‌دهد که تأکید اصلی بر پلتفرم‌های ۳ کیلووات، ۵ کیلووات و ۱۰ کیلووات است تا تولید قابل‌اطمینان انرژی برای شبکه تضمین شود.

مشاورهٔ مهندسی و پرسش‌های مربوط به محافظت از درایوها

برقراری یک طرح حفاظت بهینه برای موتور سنکرون با مغناطیس دائم (پی‌ام‌اس‌ام) کمپرسور هوا نیازمند ارزیابی چرخه‌های فشرده‌سازی کمپرسور، نسبت‌های گشتاور اوج و توزیع‌های برقی نیروگاه است. ارتقای دارایی‌های کمپرسور با یک موتور القایی فشرده‌ساز هوا کاهش مصرف برق، حذف پدیده شکار فشار و ارائه قابلیت اطمینان مکانیکی پیوسته در شرایط بار ضربه‌ای شدید را به دنبال دارد. متخصصان فنی مدل‌سازی ارتعاشات پیچشی جامع، تنظیم پارامترهای اینورتر و مهندسی کامل سیستم‌های محرک کلیدی-در-جعبه را ارائه می‌دهند. امروزه با متخصصان کاربردی تماس بگیرید تا نیازهای فشرده‌سازی نیروگاه را تحلیل کنند و راهنمایی‌های سفارشی‌شده در زمینه حفاظت سیستم‌های محرک دریافت نمایید.

• واتس‌اپ: +۸۶ ۱۸۵۶۲۷۸۰۲۲۸
• پست الکترونیکی:  [email protected]
• تلفن: +86 532 66000559

F AQ

پ: موتور سنکرون با مغناطیس دائم (پی‌ام‌اس‌ام) کمپرسور هوا چگونه از دموغناطیس‌شدن برگشت‌ناپذیر در شرایط بار ضربه‌ای جلوگیری می‌کند؟

الف:  از فشرده‌کننده هوا با موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) که از آهنرباهای دائمی عناصر کمیاب سری UH یا EH با قدرت مقاومت بالا استفاده می‌کند، به‌گونه‌ای بهره برده می‌شود که می‌تواند تا دمای کاری ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد را بدون کاهش شار تحمل کند. علاوه بر این، درایو فرکانس متغیر از الگوریتم‌های کنترل برداری سریع بهره می‌برد که به‌طور مداوم بردارهای جریان غیرمغناطیس‌کننده را محاسبه می‌کند. محدود کردن اوج لحظه‌ای جریان در سطحی پایین‌تر از نقطه زانوی غیرمغناطیس‌شدن آهنربا، اطمینان حاصل می‌کند که بارهای ضربه‌ای با گشتاور بالا هرگز عملکرد مغناطیسی را کاهش نمی‌دهند.

پرسش: چرا نظارت مستقیم بر دمای پیچش سیم‌پیچ برای فشرده‌کننده هوا با موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) ضروری است؟

الف: از آنجا که جرم حرارتی روتور موتور سنکرون با مغناطیس دائم (PMSM) برای کمپرسور هوا کمتر از موتور القایی استاندارد است، بارهای ضربه‌ای تکراری سریع‌تر از آنچه سنسورهای جریان خارجی قادر به تشخیص آن باشند، اوج‌های حرارتی موضعی ایجاد می‌کنند. قرار دادن مستقیم سنسورهای دمايی PT100 درون پیچ‌های انتهایی استاتور، بازخورد حرارتی فوری فراهم می‌کند. این اندازه‌گیری مستقیم تضمین می‌کند که درایو پیش از آنکه گرماي زیاد عایق پیچ‌ها را آسیب بزند یا آهنرباهای روتور را تضعیف کند، هشدارهای حرارتی و خاموش‌شدن کنترل‌شده را فعال کند.

سوال: برای موتور سنکرون با مغناطیس دائم (PMSM) کمپرسور هوا در شرایط کار با ارتعاش بالا، چه احتیاط‌هایی در مورد انکودر یا بازخورد لازم است؟

الف: بارهای ضربه‌ای شدید کمپرسورهای بازگشتی می‌توانند دیسک‌های شیشه‌ای ظریف داخل انکودرهای نوری استاندارد را بشکنند. یک موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) برای کمپرسور هوا که در شرایط ضربه‌ای کار می‌کند، باید از رزولور مغناطیسی مقاوم یا انکودر القایی سنگین استفاده کند. علاوه بر این، کابل‌های بازخورد باید دارای محافظ بافت‌شده باشند که در انتهای اینورتر زمین‌شده و از نظر فیزیکی از سیم‌های تغذیه موتور جدا نگه داشته شوند تا از آلودگی سیگنال‌های موقعیت روتور توسط نویز الکترومغناطیسی جلوگیری شود.