حفاظت از موتور ها در برابر PWM

دپارتمان انرژی ایالات متحده (DOE) یک محدودیت برای حداقل راندمان سیستم های پمپاژ قرار داده است. به همین دلیل شرکت های سازنده پمپ نیاز دارند تا پمپ هایی با سرعت متغیر ارائه دهند و سرعت موتور را بر اساس نیاز تنظیم کنند تا راندمان سیستم همواره بالا باشد.

در سیستم هایی که از پمپ های الکتریکی بهره میگیرند، معمولا با اضافه کردن یک اینورتر راندمان کل سیستم بالا میرود. (۹ مزیت استفاده از اینورتر را در اینجا بخوانید) در این سیستم ها اینورتر با کنترل و تنظیم جریان متناوب، باعث تغییر سرعت و گشتاور موتور میشود. تقریبا تمام کسانی که در صنعت پمپ هستند با اینورتر و استفاده از آن آشنایی دارند. اما آنچه معمولا کمتر توجه شده است آسیب هایی است که اینورتر میتواند به موتور بزند و اینکه چگونه میتوان این آسیب ها را کم کرد.

حفاظت از موتور در برابر شکل موج های PWM

خیلی از تولیدکنندگان موتور های الکتریکی، بعضی موتور ها را طوری میسازند که مناسب برای اتصال به یک درایور VFD باشند، خروجی درایوهای VFD از شکل موج های PWM استفاده میکند که باعث میشود راندمان بالایی داشته باشد.

شکل موج PWM میتواند مشکلاتی را برای موتور به وجود آورد. برای مثال، باعث میشود سیم پیچی موتور ولتاژ های ضربه ای بالاتر از مقدار نامی موتور تحمل کنند.

به همین دلیل موتور هایی که برای کار با VFD ها طراحی میشوند، معمولا از نظر مواد اولیه، عایقی و ایزولاسیون باید بتوانند ولتاژ بیش از ولتاژ نامی موتور را تحمل کنند.

بر اساس انجمن ملی تولید کنندگان برقی (NEMA) ، موتور هایی با ولتاژ کمتر از ۶۰۰ ولت که با درایور VFD کار میکنند، باید بتوانند که تا ۳٫۱ برابر ولتاژ نامی را تحمل کنند. و موتور هایی که ولتاژ بیش از ۶۰۰ دارند باید بتوانند تا ولتاژ ۲٫۰۴ برابر ولتاژ نامی خود را تحمل کنند.

حفاظت در برابر عدم توازن بار

شکل موج PWM میتواند مانند یک یاتاقان الکتریکی عمل کند. هنگامی که موتور توسط یک سه فاز سینوسی تغذیه میشود، تعادل بار الکتریکی وجود دارد. به عبارت دیگر زمانی که یک فاز ۴۰۰ ولت است، فاز دیگر ۴۰۰- میباشد و فاز سوم صفر ولت است. این در حال است که شکل موج PWM یک سینوسی واقعی نیست در واقع یک شکل موج DC است که با صورت پالسی در آمده و مقدار موثر آن به صورت سینوسی حول یک نقطه تغییر میکند. این امر باعث میشود که یک اختلاف پتانسیل بین روتور و استاتور به وجود بیاید. این ولتاژ را ولتاژ مد مشترک (CMV) مینامند.

اگر یاتاقان ها کاملا از شفت موتور ایزوله نباشند یا سیستم به طور غیر مناسب زمین شده باشد، یاتاقان ها بهترین مسیر برای تخلیه بار الکتریکی بین روتور و استاتور میشوند. در این صورت اگر موتور در حال حرکت باشد قسمتی از یاتاقان  ممکن است کنده شود که موجب آسیب جدی به یاتاقان میشود. حداقل خسارت میتواند ایجاد صدای بیشتر، تولید گرما و خرابی زودرس موتور باشد.

یک راه برای جلوگیری از این موضوع و تخلیه بار بین استاتور و روتور، زمین کردن شفت موتور است و همچنین در موتور های بزرگ، استفاده از یاتاقان های ایزوله میتواند از جریان های گردشی بین استاتور و روتور جلوگیری کند.