آیا ولتاژ موج مربعی، برای موتور AC مشکل دارد؟

همانطور که می‌دانید، شکل موج ولتاژ شبکه که توسط ژنراتورهای نیروگاه‌ها تولید می‌شود؛ به صورت سینوسی سه فاز است. از طرفی ، امروزه کاربرد موتورهای AC به ویژه موتورهای القایی (آسنکرون) در صنعت ، علیرغم ساختمان نسبتاً ساده ای که دارند بسیار زیاد است. این موتورها طراحی شده‌اند تا با اعمال یک ولتاژ سینوسی (به صورت سه فاز یا تکفاز) به حرکت دربیایند.

به طور کلی ساختن شکل موج سینوسی ( مثلاً با استفاده از دستگاه هایی نظیر UPS ها که دارای بردهای الکترونیکی هستند) نسبتاً دشوار بوده و مدارهای استفاده شده در این دستگاه ها را پیچیده تر میکند. به همین دلیل تولید شکل موج به صورت شبه سینوسی (که در بیشتر UPS ها همان شکل موج مربعی است) ساده تر بوده و هزینه تمام شده دستگاه را پایین تر می آورد.

شکل موج مربعی چیست؟

موج ولتاژ مربعی که به عنوان موج مربعی نیز شناخته می شود، شکل موجی است که بین دو سطح ولتاژ با انتقال ناگهانی متناوب می شود. این شکل موج، در شکل ایده آل خود، یک موج مربعی دارای دامنه ثابت و فواصل زمانی برابر برای هر سطح ولتاژ است و شبیه به یک سری خطوط عمودی است که در آن ولتاژ به طور ناگهانی از یک سطح به سطح دیگر تغییر می کند. در یک موج مربعی، ولتاژ به صورت ناگهانی از یک سطح به سطح دیگر افزایش می یابد و تا زمانی که به سطح اولیه سوئیچ کند، در آن سطح باقی می ماند.

هرچند استفاده از ولتاژ موج مربعی برای مصرف کننده‌های غیرحساس و تجهیزات DC مناسب بوده و مشکلی برای این تجهیزات ایجاد نمی کند، اما سوال مهم اینجاست که آیا می‌توان از این شکل موج‌ها، برای موتورهای AC هم استفاده نمود یا خیر.

به طور کلی ، استفاده از ولتاژ موج مربعی برای موتورهای AC ، توصیه نمی شود و این شکل موج می تواند برای موتورهای AC مضر هم باشد. چراکه  ولتاژ موج مربعی، که شامل تغییرات ناگهانی بین سطوح بالا و پایین است، می‌تواند چندین اثر منفی داشته باشد که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

1- افزایش هارمونیک :

ولتاژ موج مربعی حاوی هارمونیک‌های فرکانس بالا است که در شکل موج سینوسی وجود ندارد.

این هارمونیک‌ها می‌توانند موارد زیر را به‌دنبال داشته باشند:

1-1 افزایش گرمای موتور :

• هارمونیک‌ها،  اجزای فرکانس بالای اضافی هستند که با عبور جریان از سیم پیچ‌های موتور، ظاهر می‌شوند. این جریان‌های فرکانس بالا باعث افزایش تلفات مقاومتی می‌شوند که به‌عنوان تلفات هارمونیک در سیم‌پیچ‌ها شناخته می‌شود. گرمایش اضافی ناشی از تلفات هارمونیک می‌تواند منجر به افزایش دما در موتور شود که به طور بالقوه منجر به تخریب عایق، کاهش عمر موتور و حتی خرابی موتور می‌شود.

2-1 افزایش استرس مکانیکی :

هارمونیک‌ها می‌توانند، ضربه های گشتاور اضافی و ارتعاشات مکانیکی را در موتور AC  القا کنند. این ضربه های گشتاور می‌تواند باعث افزایش فشار مکانیکی روی بلبرینگ های موتور شود که منجر به سایش سریع و خرابی‌های مکانیکی بالقوه می‌شود.

3-1 کاهش ضریب توان :

هارمونیک در شکل موج مربعی می‌تواند منجر به ضریب توان کمتر شود. ضریب توان کم به این معنی است که موتور توان راکتیو را از سیستم قدرت می گیرد که می تواند منجر به افزایش تلفات خط و کاهش راندمان کلی سیستم شود. همچنین می‌تواند منجر به افزایش افت ولتاژ و کاهش ولتاژ موجود برای بارهای دیگر در سیستم شود.

4-1 اثرات تشدید :

هارمونیک‌ها می‌توانند فرکانس‌های تشدید را در موتور و سیستم الکتریکی متصل تحریک کنند. در واقع رزونانس زمانی رخ می‌دهد که فرکانس طبیعی موتور یا سایر اجزای سیستم با فرکانس هارمونیک مطابقت داشته باشد. تشدید می‌تواند اثرات هارمونیک‌ها را تقویت کند، که منجر به افزایش ولتاژ و شدت جریان بیش از حد، افزایش گرمای موتور و آسیب احتمالی شود.

2- موج گشتاور:

ولتاژ موج مربعی می‌تواند منجر به موج گشتاور شود، که تغییر در خروجی گشتاور در طول هر چرخه الکتریکی است. این اتفاق می‌تواند منجر به ارتعاشات مکانیکی، سرو صدا و عملکرد ناهموار موتور شود.

3- افزایش استرس بر روی عایق :

انتقال ناگهانی ولتاژ موج مربعی می‌تواند فشار بیشتری را بر سیستم عایق موتور وارد کند. با گذشت زمان، این می تواند منجر به خرابی عایق و خرابی موتور شود.

4- عدم کنترل دقیق سرعت:

ولتاژ موج مربعی کنترل دقیق سرعت موتور را فراهم نمی‌کند. درواقع تغییرات ناگهانی در ولتاژ می‌تواند منجر به رفتار نامنظم موتور شود و دستیابی به کنترل دقیق سرعت را تا حدودی چالش برانگیز کند.

به‌طور کلی توصیه می‌شود از شکل موج‌های ولتاژ سینوسی کامل ، متناسب با مشخصات طراحی جهت موتورهای AC استفاده شود. البته توجه به این نکته حائز اهمیت است که استفاده از شکل موج های مربعی در زمان کوتاه، نظیر موتورهای AC کرکره های برقی فروشگاه‌ها و مغازه‌ها ، علیرغم توضیحات موارد فوق، می‌تواند خیلی برای موتور درب های AC ، مشکل‌زا نباشد چراکه زمان کم بوده و موتور فرصت کافی برای خنک شدن دارد.

جهت انتخاب و خرید UPS ها، روی لینک کلیک کنید.