چاپ مقاله تحقیقی به نوشته مهندس بابک رستگار خجسته در مجله لوله و اتصالات پلی اتیلن تابستان 1396

بهره گیری از موتورهای سنکرون با ساختار مغناطیس دائم (PMS) جهت راندن مستقیم  اکسترودرهای تولید لوله های پلی اتیلن

خلاصه:

امروزه صنعت به شدت نیازمند نوآوری تکنولوژیک و ارائه راه حل های نوین و هوشمندانه است . در این راستا هدف نه تنها ارتقاء کیفی وکمی محصولات ، بلکه کاهش مصرف انرژی و هزینه های تولید میباشد . نوآوری در ساختار الکتروموتورها بعنوان قلب سیستمهای صنعتی و تولیدی در تحقق این اهداف نقشی کلیدی دارد . از سوی دیگر چگونگی بکارگیری الکتروموتورها در کاربری های مختلف صنعتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

در جهت نیل به اهداف مطروحه ، این مقاله از شرکت محترم رسا لوله پاسارگاد موضوع بهره گیری از الکتروموتورهای سنکرون با گشتاور بالا و بدون سیستم مکانیکی افزایش و انتقال گشتاور (Gear box) را جهت راندن مستقیم اکسترودرهای تولید لوله های پلی اتیلن طرح مینماید . 

مشخصات کلی :

یک الکتروموتور PMS عبارتست از یک الکتروموتور AC با روتور آهنربای دائم و استاتور سه فاز کلاسیک همانند موتورهای القایی .

در حقیقت الکتروموتور PMS معادل یک موتور القایی است که میدان مغناطیسی در فاصله هوایی خود را از طریق روتور مغناطیس دائم تامین مینماید .

ولتاژ سینوسی سه فاز اعمال شده به استاتور الکتروموتور PMS سبب ایجاد شار مغناطیسی میشود که در تقابل با شار مغناطیسی حاصل از آهنربای دائم روتور گشتاور و سرعت الکتروموتور را باعث میگردد .

نکته قابل توجه در الکتروموتورهای PMS در مقایسه با موتورهای القایی ، لغزش صفر (Zero Slip) میباشد که مستقل بودن سرعت موتور از بار اعمال شده به آن را سبب میگردد . این مسئله نکته کلیدی در کنترل دقیق سرعت در شرایط گشتاور ثابت در اکسترودرهای تولید لوله های پلی اتیلن میباشد . ازآنجائیکه برای راندن این اکسترودرها به گشتاور بالایی نیاز میباشد و استفاده از سیستم مکانیکی افزایش و انتقال گشتاور (Gear box) در خروجی سیستم محرک الکتریکی اجتناب ناپذیر به نظر میرسد ولی با بهره گیری از این نوع موتورها که به موتورهای با گشتاور بالای بدون گیربکس (High Torque Gearless motors)نیز معروف میباشند . راندن مستقیم اکسترودرهای تولید لوله های پلی اتیلن به صورت بدون واسطه مکانیکی امکان پذیر میگردد .

تصاویر 1 و 2 بیانگر این دو سیستم مطرح شده می باشد.

شکل 1-سیستم رانش بدون گیربکس با گشتاور بالا

شکل 2-سیستم رانش غیر مستقیم (موتور + گیربکس)

با توجه به این نکته که درتولید لوله های پلی اتیلن کنترل دقیق ضخامت لایه ها و نیز دقت بسیار بالا در کنترل وزن واحد طول لوله (Kg/m) بطور قابل ملاحظه ای سبب ارتقاءکیفی محصول میگردد، اهمیت بهره گیری از این موتورها در راندن اکسترودرها بصورت مستقیم و بدون واسطه مکانیکی مشخص میشود .

استفاده از الکتروموتورهای گشتاور بالا بدون گیربکس (High Torque Gearless) در مقایسه با سیستمهای قبلی به سبب حذف گیربکس باعث افزایش راندمان بین 20 تا 40 درصد متناسب با گشتاور خروجی می گردد.

سیستم به صورت رانش مستقیم (Direct Drive)و دارای سیستم اتصال(Hollow Shaft With Thrust Bearing) میباشد .

سیستم خنک سازی بصورت آبگرد بوده و دارای ضریب حفاظتی IP 54 میباشد . این سیستم از کلاس عایقی Fمطابق استاندارد EN 60034 برخوردار بوده و طراحی سیم پیچهای استاتور برای دمای 105^{0 K} بازاء دمای35^{0 C}آب ورودی سیستم خنک سازی انجام پذیرفته است .

جهت کنترل دقیق سرعت اکسترودر از مبدل فرکانسی (Frequency Convertor)استفاده میشود که تضمین کننده ثبات دور بازاء تغییرات بار بصورت (Error Free)میباشد .

شکل 3 نحوه اتصال موتور به اکسترودر تولید لوله های پلی اتیلن را نشان میدهد.

شکل 3- نحوه اتصال موتور به اکسترودر

درخاتمه به ذکر پاره ای از مزایای بکارگیری موتورهای با گشتاور بالا ( حداکثر (11000Nm و بدون گیربکس میپردازیم :

مزایای بکارگیری الکتروموتورهای PMS در سیستمهای اکستروژن :

1-     عدم نیاز به تعمیر و نگهداری  

2-     افزایش بهره وری و راندمان سیستم به سبب حذف گیربکس . ( بین 20 تا 40 درصد )

3-     عدم نیاز به توان راکتیو جهت ایجاد گشتاور ( ضریب قدرت 100% )

کلیه موارد فوق سبب کاهش اساسی در هزینه های تولید میگردد .

4-     طراحی کوچک و فشرده ولی صنعتی

5-     دانستیه بالای قدرت ( حجم کوچک + بهره وری بالا )

6-     قابلیت های بالای سخت افزاری و نرم افزاری در رانش سیستم (Perfect control on driving system)

7-     گشتاور ثابت از دور صفر تا دور نامی ( حداکثر (11000 Nm

8-     گشتاور بالا در دور بسیار پایین به مدت طولانی

9-     ضریب حفاظتی بسیار بالا (IP 54)

10-  دقت بسیار بالا در تنظیم دور موتور

11-  تناسب فوق العاده جریان و گشتاور بازاء کلیه سرعتها

12-  تکنولوژی سنکرون که سبب بهره وری بالاتر میگردد . ( لغزش صفر و ضریب قدرت 1 )

13-  کیفیت بسیار بالا و تکرار پذیری فوق العاده در تولید به سبب وجود کلیه ویژگیهای فوق الذکر .

14-  در بحث کاهش مصرف انرژی به سبب کاهش قابل ملاحظه انتشار گاز Co₂ در محیط راه موثری جهت مقابله با اثر گلخانه (Green house effect) میباشد .                                                                    

منابع:

 Babu S.A.(2011)"Direct Torque Control of Permanent Magnet Synchronous Motor" Published on International Journal of Scientific & Engineering Research Volume 2,Issue 10,October

Narayan Prasad Gupta(2012)"Performance Analysis of Direct Torque Control of PMSM Drive using SVPWM-Inverter "IEEE-IICPE

http://www.battenfeld-cincinnati.com/en/products/extruder/single-screw-extruder-for-   pipe/gearless-gl-single-screw-extruders

http://www.kraussmaffeiberstorff.com/media/files/kmdownloadlocal/en/EXT_BR_Rohrextrusion_en.pdf

http://www.tecnomaticsrl.net/news/en/407/The-new-Extruders-Zephyr-40-L-D-with-high-performance.aspx

  http://standarddavis.com/direct-drive-extruders

http://www.baumueller.de/en/products/motors/high-torque-motors

http://w3.siemens.com/drives/global/en/motor/low-voltage-motor/high-torque-motors/simotics-ht/pages/ht-direct.aspx