ضریب کاهش توان الکتروموتور های القایی برای دمای محیط و ارتفاع

توانی که روی پلاک الکتروموتور درج شده است، برای شرایط کاری مشخصی تعریف می‌شود. اگر موتور در ارتفاع زیاد از سطح دریا یا محیطی با دمای بالاتر از شرایط مرجع کار کند، توانایی آن برای دفع حرارت کاهش پیدا می‌کند. در چنین شرایطی ممکن است نتوان موتور را به‌صورت پیوسته با تمام توان نامی زیر بار قرار داد.

برای موتورهای استاندارد، شرایط مرجع معمولاً شامل دمای محیط حداکثر 40 درجه سانتی‌گراد و ارتفاع حداکثر 1000 متر از سطح دریا است. در ارتفاع یا دمای بالاتر، بسته به طراحی موتور و اطلاعات سازنده ممکن است نیاز به کاهش توان یا Derating وجود داشته باشد. در ادامه ابتدا تأثیر دما و ارتفاع را توضیح می‌دهیم و سپس نحوه استفاده از جدول ضریب کاهش توان الکتروموتور را بررسی می‌کنیم.

ضریب کاهش توان الکتروموتور چیست؟

ضریب کاهش توان یا Derating Factor مشخص می‌کند یک موتور در شرایط محیطی متفاوت از شرایط نامی، چه مقدار از توان نامی خود را می‌تواند بدون عبور از محدودیت‌های حرارتی مجاز تأمین کند.

برای مثال اگر یک الکتروموتور 10 کیلووات داشته باشیم و سازنده برای شرایط محل نصب ضریب 0.90 تعیین کرده باشد:

توان مجاز = 10 × 0.90 = 9 کیلووات

یعنی در آن شرایط محیطی، توان قابل استفاده موتور طبق ضریب سازنده 9 کیلووات خواهد بود. این موضوع به معنی تغییر عدد درج‌شده روی پلاک موتور نیست؛ بلکه مشخص می‌کند موتور در شرایط محل نصب با چه میزان بار می‌تواند در محدوده حرارتی مجاز کار کند.

چرا دمای محیط باعث کاهش توان الکتروموتور می‌شود؟

الکتروموتور هنگام کار گرما تولید می‌کند و بخشی از این گرما از طریق بدنه و سیستم خنک‌کاری به محیط منتقل می‌شود. هرچه دمای هوای اطراف موتور بیشتر باشد، اختلاف دمای موتور و محیط کاهش پیدا می‌کند و دفع حرارت دشوارتر می‌شود. در نتیجه اگر موتور همچنان با بار نامی کار کند، ممکن است دمای سیم‌پیچ‌ها افزایش پیدا کند. به همین دلیل موتورهای استاندارد معمولاً با حداکثر دمای محیط 40 درجه سانتی‌گراد به‌عنوان یکی از شرایط مرجع معرفی می‌شوند. اگر دمای محیط از محدوده تعیین‌شده توسط سازنده بیشتر شود، ممکن است لازم باشد توان خروجی کاهش پیدا کند یا موتوری متناسب با شرایط حرارتی موردنظر انتخاب شود.

چرا ارتفاع از سطح دریا روی توان الکتروموتور تأثیر دارد؟

با افزایش ارتفاع از سطح دریا، چگالی هوا کاهش پیدا می‌کند. هوای رقیق‌تر توانایی کمتری برای انتقال گرما از سطح موتور دارد و در نتیجه خنک‌کاری موتور می‌تواند ضعیف‌تر شود. به همین دلیل برای بسیاری از موتورهای استاندارد، ارتفاع تا 1000 متر از سطح دریا جزو شرایط مرجع در نظر گرفته می‌شود و در ارتفاع بیشتر ممکن است نیاز به Derating وجود داشته باشد. البته دما و ارتفاع کاملاً مستقل از یکدیگر نیستند. اگر دمای محیط در ارتفاع زیاد پایین‌تر باشد، کاهش دما می‌تواند بخشی از اثر کاهش چگالی هوا را جبران کند. به همین دلیل برای انتخاب دقیق موتور بهتر است از جدول ترکیبی دما و ارتفاع سازنده استفاده شود.

بیشتر بخوانید: راهنمای خرید انواع الکتروموتور

جدول ضریب کاهش توان الکتروموتور بر اساس دمای محیط

جدول زیر نمونه‌ای از اطلاعات منتشرشده در راهنمای موتورهای فشار ضعیف ABB است و نشان می‌دهد با افزایش دمای محیط، چه درصدی از توان نامی موتور قابل استفاده است

نکته مهم: این جدول نباید به‌عنوان ضریب ثابت برای تمام برندها و مدل‌های الکتروموتور استفاده شود. طراحی موتور، کلاس عایقی، سیستم خنک‌کاری و مشخصات سازنده می‌توانند ضرایب مجاز را تغییر دهند.

جدول ضریب کاهش توان الکتروموتور بر اساس ارتفاع

در همان راهنمای ABB، برای ارتفاع‌های بیشتر از 1000 متر نیز مقادیر زیر برای توان مجاز ارائه شده است.

برای مثال، اگر یک موتور استاندارد براساس این جدول در ارتفاع 2500 متر نصب شود، مقدار قابل استفاده تقریباً 88 درصد توان نامی خواهد بود؛ البته به شرط آنکه سایر شرایط با فرضیات همان کاتالوگ مطابقت داشته باشند.

اگر هم دما و هم ارتفاع زیاد باشد چه اتفاقی می‌افتد؟

در بسیاری از پروژه‌های واقعی فقط یکی از پارامترها تغییر نمی‌کند. ممکن است موتور هم در ارتفاع بیشتر از 1000 متر نصب شده باشد و هم دمای محیط بالاتر از شرایط مرجع باشد. در چنین حالتی بهتر است جدول ترکیبی دما و ارتفاع سازنده موتور بررسی شود، نه اینکه الزاماً دو ضریب مستقل از دو جدول مختلف استخراج و بدون تأیید سازنده در یکدیگر ضرب شوند. برای نمونه، WEG برای موتورهای خود جدول Correction Factor ترکیبی ارائه می‌کند که ضریب مجاز را مستقیماً براساس دمای محیط و ارتفاع محل نصب مشخص می‌کند. این موضوع نشان می‌دهد ضرایب باید در چارچوب اطلاعات همان سازنده تفسیر شوند.

نحوه محاسبه توان الکتروموتور با ضریب کاهش توان

اگر سازنده یک ضریب اصلاح مشخص برای شرایط محل نصب ارائه کرده باشد، محاسبه ساده است:

توان قابل استفاده = توان نامی موتور × ضریب کاهش توان

فرض کنید یک موتور با توان نامی 15 کیلووات داریم و براساس جدول سازنده، ضریب مناسب برای شرایط محل نصب 0.90 است. بنابراین:

15 × 0.90 = 13.5 kW

در نتیجه توان قابل استفاده موتور در آن شرایط حدود 13.5 کیلووات خواهد بود. اگر بار دستگاه واقعاً به 15 کیلووات توان پیوسته نیاز داشته باشد، این موتور دیگر حاشیه کافی ندارد و ممکن است لازم باشد موتور بزرگ‌تری انتخاب شود یا از موتوری استفاده شود که برای همان شرایط محیطی طراحی شده باشد.

بیشتر بخوانید: ابعاد بدنه الکتروموتور

چگونه موتور مناسب برای دما و ارتفاع بالا انتخاب کنیم؟

اگر محل نصب از شرایط استاندارد موتور خارج است، بهتر است انتخاب موتور فقط براساس توان مورد نیاز بار انجام نشود. ابتدا باید ارتفاع دقیق محل نصب و حداکثر دمای واقعی محیط اطراف موتور مشخص شود. سپس کاتالوگ سازنده بررسی شود تا معلوم شود آیا برای این شرایط Derating لازم است و ضریب آن چقدر است. پس از تعیین ضریب می‌توان بررسی کرد که موتور انتخاب‌شده هنوز توان مورد نیاز بار را تأمین می‌کند یا خیر.

برای مثال اگر بار به 11 کیلووات نیاز دارد و ضریب شرایط محیطی 0.90 باشد، یک موتور 11 کیلووات استاندارد در این شرایط لزوماً انتخاب مناسبی نیست؛ زیرا توان قابل استفاده آن طبق این ضریب:

11 × 0.90 = 9.9 kW

خواهد بود.

در چنین شرایطی باید سایز مناسب بعدی یا موتور مخصوص شرایط محیطی موردنظر با توجه به اطلاعات سازنده انتخاب شود.

آیا همیشه در ارتفاع بالاتر از 1000 متر باید موتور بزرگ‌تری انتخاب کنیم؟

خیر. افزایش ارتفاع الزاماً به معنی این نیست که همیشه باید موتور با توان نامی بالاتر خریداری شود. اگر بار واقعی کمتر از توان قابل استفاده موتور باشد، ممکن است همان موتور همچنان پاسخ‌گوی نیاز باشد. همچنین بعضی موتورها برای شرایط محیطی خاص طراحی شده‌اند و ممکن است سازنده توان نامی آن‌ها را برای ارتفاع یا دمای متفاوتی اعلام کرده باشد. کاهش دمای محیط در ارتفاع نیز می‌تواند بخشی از اثر ارتفاع را جبران کند. برای نمونه، برخی استانداردها و دستورالعمل‌های سازندگان ترکیب‌هایی از ارتفاع و دمای پایین‌تر را ارائه می‌کنند که امکان حفظ توان نامی را فراهم می‌کند. بنابراین معیار نهایی باید دیتاشیت و دستورالعمل سازنده همان الکتروموتور باشد.

چه عواملی علاوه بر دما و ارتفاع روی توان قابل استفاده موتور اثر دارند؟

دمای محیط و ارتفاع دو عامل مهم‌اند، اما تنها شرایطی نیستند که هنگام انتخاب موتور باید بررسی شوند. نوع سرویس کاری یا Duty، تعداد استارت‌ها، شرایط تهویه محل نصب، نحوه خنک‌کاری موتور، ولتاژ و فرکانس تغذیه و نوع کنترل موتور می‌توانند روی شرایط حرارتی و عملکرد دستگاه تأثیر داشته باشند. اگر موتور با اینورتر کار می‌کند نیز باید شرایط خنک‌کاری در سرعت‌های پایین بررسی شود؛ زیرا در موتورهای خودتهویه، کاهش سرعت می‌تواند سرعت فن خنک‌کننده متصل به محور را نیز کاهش دهد. به همین دلیل Derating ناشی از دما و ارتفاع را نباید جایگزین بررسی کامل شرایط کاری موتور دانست.

جمع‌بندی

توان نامی درج‌شده روی پلاک الکتروموتور برای شرایط مشخصی تعریف شده است. در موتورهای استاندارد، دمای محیط تا حدود 40 درجه سانتی‌گراد و ارتفاع تا حدود 1000 متر از سطح دریا از شرایط مرجع متداول هستند. در دمای بالاتر، اختلاف دمای موتور با محیط کاهش پیدا می‌کند و دفع حرارت دشوارتر می‌شود. در ارتفاع بالاتر نیز کاهش چگالی هوا می‌تواند توانایی خنک‌کاری موتور را کاهش دهد. در نتیجه ممکن است لازم باشد توان قابل استفاده موتور کاهش داده شود. اما جدول ضریب کاهش توان الکتروموتور یک جدول ثابت برای تمام موتورها نیست. ضرایب می‌توانند براساس طراحی و سازنده متفاوت باشند. بنابراین جداول این مقاله برای توضیح نحوه محاسبه و نمونه فنی مناسب‌اند، اما برای انتخاب نهایی باید جدول Derating یا Correction Factor سازنده همان موتور بررسی شود.

سوالات متداول درباره ضریب کاهش توان الکتروموتور

از چه ارتفاعی توان الکتروموتور کاهش پیدا می‌کند؟

برای بسیاری از موتورهای استاندارد، ارتفاع تا 1000 متر جزو شرایط مرجع است و بالاتر از آن ممکن است Derating لازم باشد. مقدار دقیق کاهش توان باید از اطلاعات سازنده موتور گرفته شود.

دمای استاندارد محیط برای الکتروموتور چقدر است؟

در بسیاری از موتورهای استاندارد، حداکثر دمای محیط مرجع 40 درجه سانتی‌گراد در نظر گرفته می‌شود. موتورهای طراحی‌شده برای شرایط خاص ممکن است محدوده متفاوتی داشته باشند .

ضریب کاهش توان الکتروموتور چگونه محاسبه می‌شود؟

اگر سازنده ضریب مشخصی ارائه کرده باشد، توان قابل استفاده از ضرب توان نامی در ضریب اصلاح به دست می‌آید. برای مثال، موتور 10 کیلووات با ضریب 0.9 حدود 9 کیلووات توان قابل استفاده در آن شرایط خواهد داشت.

اگر هم ارتفاع و هم دما زیاد باشد ضرایب را در هم ضرب کنیم؟

الزاماً خیر. بهتر است از جدول ترکیبی دما و ارتفاع سازنده استفاده شود. بعضی سازندگان مانند WEG ضرایب ترکیبی را مستقیماً برای شرایط مختلف ارائه می‌کنند

آیا استفاده از موتور بزرگ‌تر همیشه راه‌حل مناسبی است؟

نه لزوماً. ابتدا باید توان واقعی بار، ضریب کاهش توان، شرایط راه‌اندازی و مشخصات سازنده بررسی شود. ممکن است موتور موجود همچنان ظرفیت کافی داشته باشد یا سازنده موتوری با طراحی مناسب شرایط محیطی موردنظر ارائه کند.