تفاوت موتور های گیرلس با گیربکس

تفاوت موتور های گیرلس و گیربکس

گر نگاهی به تاریخ تحولات و نو آوری های صنعت آسانسور داشته باشیم، مشاهده می کنیم آسانسور های گیرلس یا ام آر ال تقریبا از اواخر قرن گذشته حدود سال ۱۹۹۸ توسط کمپانی شیندلربه بازار عرضه شد که بیشتر مخصوص بارار اروپا و آمریکا بود. و چندین سال بعد با تعداد اندک به دلیل قیمت تقریبا دو برابر آن نسبت به آسانسورهای دیگر، و به مرور وارد بازار ایران گردید.

موتورهای الکتریکی آسانسور های کششی با توجه به نوع موتور و سیستم  کنترل به دو توع تقسیم می شود.

 

موتور گیربکس ( Geared traction drives)

گیربکس ماشینی است که برای انتقال توان مکانیکی از یک منبع تولید توان به یک مصرف کننده و هچنین

برآورده ساختن گشتاور و سرعت دورانی مورد نیاز مصرف کننده به کار می رود.
گیربکس درواقع یک واسطه بین منبع توان و مصرف کننده توان می باشد که بین منبع توان و مصرف کننده توان یک انعطاف پذیری بر قرار میکند

انواع  موتور های گیربکسی به چند بخش تشکیل می شود

–         موتور AC یک سرعته

–         موتور AC دو سرعته

–         موتور AC  با ولتاژ متغیر و فرکانس متغیر

–         موتور DC  ولتاژ متغیر

موتور گیربکس یا نیروی محرکه به چهار بخش زیر تشکیل می شود.

–         موتور الکتریکی

–         گیربکس

–         فلکه گیربکس

–         ترمز الکتریکی

بطور کلی وظیفه گیربکس٬ تبدیل سرعت بالا که توسط موتور به شافت ورودی اعمال شده وبه سرعت پایین که از شافت خروجی به فلکه گیربکسی منتقل می شود .

موتورهای بدون گیربکس  Gearless traction drives))

 

• همان طور که از نام ( گیرلس ) پیداست این موتورها فاقد گیربکس می باشند و این مسئله باعث می شود لرزش کابین هنگام حرکت به حداقل برسد و حداقل ۵۰% در مصرف انرژی الکتریکی صرفه جویی نماید.

• گیرلس نسل جدید موتورها می باشد و از لحاظ حرکتی به هیچ عنوان قابل قیاس با موتورهای گیربکس دار نیستند، اما از لحاظ قیمتی دو برابر انها هستند. این موتور ها به دلیل عدم استفاده از روغن، با محیط زیست سازگاری بسیار خوبی دارند.

• ضمنا بدلیل بازدهی بسیار بالا، دارای برگشت پذیر ی بالائی نیز هستند بنابراین با توجه به ماهیت ترمز الکتریکی در این گونه آسانسورها در مرحله ترمز انرژی ناشی از ترمز به جای اتلاف به صورت حرارت، مجدد به شبکه تزریق می شود.

آسانسور های گیرلس به جهت حجم کم دستگاه محرکه، افزایش کارایی، نیاز به فضای محدود و حذف موتورخانه، نصب سریع آسانسور، و به حد اقل رساندن خدمات مربوط به تعمیر و نگهداری، آسانسور بسیار ایده آلی برای ساختمانها و مجتمع های پر ترافیک می باشد.
و لذا سیستم طراحی آن بسیار پیچیده تر از آسانسورهایی است که از گیر بکس مار پیچ دنده ای یا دنده حلزونی استفاده می کند.

موتور الکتریکی گیرلس که شامل یک موتور محرکه٬ فلکه کششی٬ شاسی٬ ترمز مغناطیسی٬آرمیچر جریان مستقیم ٬ بلبرینگ های محافظ٬ و در صورت نیاز فلکه هرز گرد و در حالت های خاص با سیم بکسل بندی دوبل شده است.

به طور کلی موتورهای گیرلس برای آسانسورهای سرعت بالا به طور معمول از ۵/۲ متر بر ثانیه به بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع موتورهای گیرلس به چند بخش تشکیل می شود

–         موتور AC با آهن ربای دائمی

–         موتور AC ولتاژ متغیر و فرکانس متغیر

–         موتور DC ولتاژ متغیر

مقایسه گیرلس به گیربکس:

ردیف	موتور گیرلس(GEARLESS)	موتور گیربکس دار(GEARED)
1	راندمان(Efficiency)حدود۹۸% می باشد	راندمان(Efficiency) حدود ۵۰% می باشد
۲	احتیاج به روغن کاری ندارد	احتیاج به روغن کاری دارد
۳	موتور داغ نمیکند،بنابراین می توان اطمینان داشت آسانسورحتی در شرایط ترافیکی خیلی زیاد جهت خنک شدن موتور متوقف نمی شود.	موتور داغ می کند،در صورت استفاده بیش از حد سنسور حرارتی داخل موتور عمل کرده آسانسور را از حرکت باز می دارد.
۴	دور موتور گیرلس حدود۱۵۰دور در دقیقه می باشد،بنابراین صدای کمتری تولید می کند.	دور تند موتور درموتور گیر بکس حدود۱۵۰۰دور در دقیقه می باشد،بنا براین صدای بیشتری تولید می کند.
۵	جریان استارت موتور۵۰%بیش از جریان نامی است.	جریان استارت موتور بیش از۴ برابر جریان نامی است.
۶	با توجه به ابعاد کوچک موتور گیرلس میتوان آسانسور را حتی به شکل بدون موتور خانه نصب نمود.(M.R.L)	به علت ابعاد حجیم موتور می بایست در قسمت بالای چاه آسانسور اتاقی به عنوان موتور خانه پیش بینی نمود.
۷	موتور گیرلس نسبت به موتور گیربکس هم توان سبکتر می باشد.	موتور گیربکس نسبت به موتور گیرلس هم توان سنگین تر می باشد.
۸	احتیاج به فلایویل ندارد.	احتیاج به فلایویل دارد.
۹	گیربکس وجود ندارد.	گیربکس وجود دارد.

پاسخ این سئوال را در قالب یک مثال مطرح می کنم که تا حدود زیادی به فهم مطلب کمک می کند:

همه ما بدون شک دوچرخه سواری را تجربه کرده ایم. مخصوصا دوچرخه های قدیمی، به خاطر داریم که در سربالائی ها با چه مشقتی و با مصرف انژری زیاد پا می زدیم و چه بسا در اثر خستگی و گرفتن ماهیچه ی پا، مجبور می شدیم توقف کرده و دقایقی را استراحت کرده، یا قدم زنان در حالی که دوچرخه را در دست داشتیم تا رفع خستگی، پیاده به راهمان ادامه دهیم.

با ظهور دوچرخه کورسی و نسل جدید آن، دوچرخه کوهستان، مشکل طی کردن سر بالائی و خستگی و گرفتن ماهیچه حل شد، و بدون اتلاف انرژی و احساس خستگی مسیرهای سربالائی را به راحتی و با صرف حداقل انرژی می شود طی کرد.

موتورگیربکس آسانسورهای قدیمی در مصرف انرژی شباهت زیادی به دوچرخه های قدیمی دارند.

                                               

                                                        موتورگیربکس قدیمی

 برای به حرکت در آوردن این موتورگیربکس ها انرژی بیشتری لازم است. ضمن اینکه راندمان آنها بسیار پائین می باشد.

 در موتورگیربکس های قدیمی از یک موتور با دو سیستم سیم پیچ جداگانه و به عبارتی از دو موتور جداگانه استفاده می شود.

در زمان شروع حرکت (استارت)، موتور با دور کم و با مصرف انرژی زیاد حرکت می کند و بعد دور تند فعال می شود، و در زمان توقف این جابجایی سرعت با دور تند به دور کم، و به کمک ترمز دیسکی آسانسور متوقف می شود. ولذا اصطهلاک لنت ترمز در اینگونه آسانسورها زیاد بوده و دائم باید مرافب بود که لنت ترمز تمام نشود.

ضمنا در زمان حرکت (هر استارت)این نوع موتورگیربکس ها، اصطلاحا آمپر زیادی زیادی کشیده می شود، با توجه به تعداد استارت آسانسور در شبانه روز که حدود 180 استارت در ساعت می باشد، می توان میزان اتلاف انرژی توسط این نوع آسانسور را تخمین زد.

در صورتیکه در آسانسورهای جدید(بدون گیربکس) با کاهش توان، انرژی کمتری مصرف می شود، این کاهش توان با حذف گیربکس و استفاده از موتور الکتریکی القایی می باشد.

در این نوع آسانسور برای شتاب گیری آرام، در مدار میدان ژنراتور از رگولاتور تنظیم کننده ای استفاده می شود که بازده خروجی ژنراتور را کنترل می کند.

                                            

                                                          موتور گیرلس جدید

یک مقاومت متغیر در مدار میدان به تدریج میزان مقاومت را کاهش و ولتاژ ژنراتور را افزایش می دهد تا کابین آسانسور با شتاب گیری آرام به سرعت کامل برسد، با ایجاد سرعت کامل، ولتاژ ژنراتور تا کاهش سرعت کابین ثابت باقی می ماند. برای کاهش سرعت و توقف کابین از یک مجموعه کلید القایی استفاده می شود.

در این نوع آسانسور ترمزها فقط در زمان ثابت و توقف آسانسور عمل می کند و لذا در این آسانسورها اصلا نیاز به تعویض لنت ترمز ندارد.

اگر بخواهیم در همان قالب مثال موضوع را تمام کنیم، درآسانسورهای فاقد گیربکس کار دنده های دوچرخه کورسی را درایوهای VVVF انجام می دهند، که ضمن کاهش میزان انرژی تا حدود %50 و با ایجاد حرکت نرم و بدون لرزش، با فرکانس پائین شروع به حرکت می کند و گشتاور ثابت روی کل محدوده سرعت وجود دارد.

 

 

 

 

 

 

در باب نصب آسانسورهای گیرلس آسانسورهای بدون گیربکس یا به اصطلاح گرلس (Gearless) آسانسورهایی هستند که موتور آنها از نوع بدون گیربکس بوده و دور فلکه کششی آنها صرفا توسط درایو کنترل سرعت (inverter) کنترل می گردد.این موتورها عموما (Permanent Magnet) آهنربای دائم هستند در گذشته در این نمونه  آسانسورها از موتورهای DC برای کنترل منحنی شتاب مثبت و شتاب منفی استفاده می کردند ولی به دلیل نداشتن توجیه اقتصادی ( به جزء در اسانسورهای بزرگ) این موتورها دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرند. امروزه با پیشرفت چشمگیری در زمینه مگنت های دائمی و الکترونیک قدرت از موتورهای AC به جای موتورهای DC استفاده می شود. عملکرد این موتورها اینگونه می باشدکه یک inverter در سر راه موتور و منبع تغذیه قرار گرفته که این مبدل منحنی شتاب مثبت و شتاب منفی را در آسانسور کنترل می کند. این موتورها در مقایسه با موتور های DC دارای اندازه مناسب و قیمت مناسب و همچنین کارایی بالا در آسانسورهای تا یک متر بر ثانیه  می باشند. در این گونه از موتورها فلکه کشش و ترمز الکترومکانیکی بدون وابسته به شفت موتور متصل می باشند. این موتورها برای آسانسورهای با سرعت بالا مورد استفاده قرار می گیرند. موتورهای فاقد گیربکس کارایی و کاربرد خیلی ساده ای در آسانسورهای سرعت پایین دارند. یعنی در واقع پیاده سازی آسانسورهای گرلس با سرعت پایین بسیار ساده می باشد. ابعاد این گونه آسانسورها بایستی بزرگ طراحی و ساخته شود به دلیل آنکه موتور مورد نظر باید گشتاور خروجی بالایی در دورهای پایین (به دلیل عدم استفاده از گیربکس کاهنده سرعت) ایجاد کند. در این نوع موتورها به دلیل حذف گیربکس، شفت موتور مستقیما به فلکه کششی موتور متصل است. بنابراین فلکه فلایولی که در موتورهای گیربکس دار با دور بالا گردش میکند حذف شده است. دور گردشی فلکه کششی موتور آنها بسته به نوع سیستم مکانیکی برابر یا دو برابر سرعت کابین است. در این نوع موتورها به دلیل حذف شدن گیربکس حجم آنها کوچکتر شده است. گشتاور حرکتی این نوع موتورها بالا بوده و با هر دو جریان AC و DC قابل اجراست. موتورهای گرلس قابلیت دست یابی به بیش از سرعت 10 متر بر ثانیه را دارا هستند. موتورهای گرلس از چند لحاظ به موتورهای گیربکس دار برتری دارند:

• مصرف برق و انرژی پایینتر
• حجم فیزیکی کوچکتر 
• قابلیت اجرا در آسانسورهای بدون موتورخانه (Machine roomless)
• کاهش هزینه های ساختمانی و بنایی در اجرای آسانسورهای بدون موتورخانه
• کاهش نویز و سر وصدا
• عدم نیاز به روغن کاری گیربکس
• کاهش هزینه های سرویس و نگهداری
• سرویس و نگهداری آسانتر
• قابلیت دستیابی به سرعتهای بالاتر همراه با ظرفیتهای بالاتر
• نصب آسانتر
• تکنولوژی جدیدتر و به روزتر

 در مدل جدید موتورهای گرلس ( مدل EMF) ساخت آلمان (تکنولوژی LiProKa) قابلیتهای دیگری نیز به نسل موتورهای بدون گیربکس (گرلس) افزوده شده است. موتورهای EMF قابلیت اجرا با برق تکفاز 220 ولت را نیز دارند از جمله مزایای این موتورها :

• عضو گروه مصرف انرژی A+
• قابلیت اجرا با برق 3 فاز 380 وات و تکفاز 220 ولت
• قابلیت پیاده سازی سیستمهای مکانیکی 1:1 و 2:1
• دارای درجه حفاظت الکتریکی IP=54
• دارای تعداد قطبهای 66 و 119
• حداقل آلودگی برای محیط زیست
• قابلیت پیاده سازی سرعتهای بالا
• دو سال گارانتی

 فناوری حرکت سبز (Green motion lift technology) :

فناوری حرکت سبز آسانسور یا به اصطلاح Green Motion Lift Technology که با استفاده از موتور های گرلس لیپروکا (LiProKa Gearless Lift Motors) نصب و اجرا می گردند ، حرکتی نوین در صنعت آسانسور می باشد. این سیستم متناسب با ظرفیتهای 6، 8، 10 و 13 نفره طراحی گردیده است. سیستم Green Motion در یک آسانسور شش نفره تنها معادل یک سشوار به انرژی برق نیاز داشته و در صورت قطع برق شبکه سراسری، این آسانسور قادر است تا 200 عدد استارت بدون کوچکترین نیاز به برق شهر ، ساعتها کار کند و قطع برق هیچگونه مانعی برای ادامه حرکت آسانسور نخواهد بود. لذا با توجه باینکه کنتورهای برق هوشمند جدید، در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) برق مصرفی به صورت تصاعدی محاسبه می گردد، این آسانسور قادر است در این ساعات، بدون کوچکترین نیاز به برق شبکه شهری با بهره گیری از انرژی ذخیره شده در (پک باطری) به کار خود ادامه داده و پس از ساعات پیک مصرف مجددا به شبکه برق شهری متصل گردد.   

 

مگنت های دائمی در این موتورها در هسته موتور قرار گرفته اند همچنین، موتور در سطح بیرونی و سیم پیچی استاتور در داخل قرار دارد.از قسمت خارجی موتور به عنوان دیسک ترمز استفاده می کنند. یکی از مزایای این موتورها این می باشد که نیروی وارد شده به وسیله مگنت های دائمی از قطر محیط چرخش آنها مستقل است پس ما می توانیم با بزرگ ترین چرخش ممکن آنها بیشترین گشتاور مورد نیازمان را ایجاد کنیم. برای این که گشتاور مناسبی داشته باشیم باید از یک ردیف مگنت دائمی در دایره ای با قطر بالا استفاده کنیم. در این گونه موتورها بدون افزایش طول و پهنا ی موتور و فقط با افزایش قطر موتور  می توانیم قطب موتور را تا 100 قطب افزایش دهیم.پس نتیجه می گیریم که پهنای موتور با پهنای مگنت های دائمی نسبت مستقیم دارد. به طور مثال برای یک آسانسور 8 نفره با سرعت یک متر بر ثانیه در سیستم 2:1 پهنای این مگنت ها کمتر از 4 سانتی متر می باشد. مگنت ها گاهی با فاصله حدود 30 میلیمتر از یکدیگر چیده می شوند. برای کمتر کردن هزینه ها و کوچکتر کردن ابعاد بالابر می توانیم از قطب های زیادتری استفاده کنیم تا میزان واکنش آرمیچر در لبه های قطب کمتر شود و همچنین ضخامت قطب و استاتور کمتر می شود. در این حالت قسمت های فعال موتور و استاتور  مانند دو تاج روبروی هم قرار می گیرند.

 

در عملیات نصب آسانسور : آسانسورهای دارای درایو کنترل سرعت یا به اصطلاح دارای Inverter که به آسانسورهای VVVF یا همان 3VF موسوم هستند، دارای حرکت نرم چه در شتاب مثبت (استارت) و چه در شتاب منفی (استپ) می باشند که می توان روی نمودار سرعت زمان (V.T) حرکت آنرا بصورت منحنی نمایش داد. برخلاف نمودار سرعت زمان آسانسورهای دوسرعته که حرکت آنها بصورت خطی و با شتاب بالا (در زمان استارت و استپ) انجام میشود و شتاب بالای حرکتی باعث ایجاد شوک به کابین و مسافرین میگردد. پس نتیجه میگیریم در آسانسورهای  3VF مسافرین به دلیلی نرمی حرکت، متوجه استارت و استپ نمیشوند. این مسئله به دلیل کنترل ولتاژ و فرکانس برق شهری توسط Inverter می باشد، به این ترتیب که فرکانس و ولتاژ اولیه ی اعمال شده از تابلو به موتور بسیار پایین بوده و به تدریج Inverter آنرا افزایش داده تا به فرکانس 50Hz (حداکثر فرکانس برق شهری) و ولتاژ 380V (حداکثر ولتاژ برق سه فاز شهری) می رساند که در نهایت موتور به حداکثر سرعت تعریف شده ی خود رسیده و تا قبل از مرحله ی دوراندازی با این سرعت به حرکت خود ادامه می دهد.

وجود Inverter در سیستم کنترل آسانسور باعث صرفه جویی در مصرف برق شهری می شود و علت آن این است که آسانسور در کورس حرکتی خود قسمتی از مسیر را (هنگام استارت و استپ) با ولتاژ پایین تر از حد نهایی (380) طی می کند، همچنین اتلاف انرژی که در آسانسورهای دوسرعته هنگام ترمز صورت می گیرد در آسانسورهای 3VF تقریبا به صفر رسیده است زیرا همانطور که میدانید در آسانسورهای دوسرعته وقتی برق به یکباره قطع می گردد ترمز مسئول متوقف ساختن موتور می باشد در صورتیکه در آسانسورهای3VF  ابتدا inverter سرعت حرکت موتور را به صفر رسانده سپس ترمز اعمال می شود. 
این مسئله در زمان استارت نیز صادق است، یعنی وقتی سیستم کنترل فرمان بصورت ناگهانی ولتاژ 380 را اعمال میکند اینرسی کابین باعث هدر رفتن انرژی برق میشود ، در صورتیکه اگر حرکت آرامتر صورت پذیرد مقاومت کابین در برابر حرکت کاهش یافته و مصرف انرژی نیز خود به خود کاهش می یابد. در یک جمع بندی معایب استفاده از سیستم دو سرعته و مزایای سیستم 3VF  بدین شرح می باشد:

معایب سیستم دوسرعته:

1. مصرف انرژی و جریان برق فوق العاده بالا
2. محدودیت در انتخاب سرعت و ظرفیت آسانسور در پیاده سازی سیستم با روش دوسرعته
3. تغییرات ناملایم و پله ای سرعت بصورت ناگهانی از دور تند به دور کند
4. شوک حرکتی در حین استارت و استپ حرکت و افول کیفیت حرکتی آسانسور و عدم قابلیت پیاده سازی در ساختماهای حساس
5. کاهش عمر قطعات در اثر شوک حرکتی
6. انتقال شوک و ضربه های موتور به سازه ساختمان
7. سر و صدای بالا ناشی از تغییرات سرعت موتور و کنتاکتورهای تابلو فرمان

مزایای سیستم 3VF:

1. کیفیت حرکتی بالا و حرکت نرم و بدون لرزش و بدون شوک حرکتی
2. کاهش استهلاک قطعات به ویژه ترمز موتور که در سیستم دو سرعته نقش اساسی در استپ کابین دارد اما در سیستم 3VF خیر
3. افزایش عمر مفید قطعات از جمله موتور گیربکس و سیستم تابلو فرمان
4. کاهش سر و صدای آسانسور
5. کاهش قابل ملاحظه مصرف انرژی و برق
6. عدم محدودیت در انتخاب سرعت و ظرفیت
7. اصلاح ضریب قدرت (CosΦ) : اختلاف فاز بین ولتاژ (v) و جریان (i) که معمولا جریان عقب تر از ولتاژ است ، باعث به وجود آمدن توان راکتیو و بازگشت این توان غیر مفید به شبکه برق مصرفی می گردد. درنتیجه این مسئله باعث کاهش توان موتور می گردد. در سیستمهای 3VF به خاطر یکسو شدن ولتاژهای AC به DC و هم فاز شدن جریان و ولتاژ ، توان راکتیو به حداقل مقدار خود می رسد. و با توجه به اینکه توان موتور نسبت مستقیم با ضریب اصلاح قدرت دارد، هر چه ضریب به عدد یک نزدیکتر باشد در نتیجه مقدار توان اکتیو نیز بیشتر خواهد شد.

 

درایو یا همان Inverter های با کیفیت موجود در بازار برای پیاده سازی سیستم 3VF عبارتند از :

• Yaskawa
• Danfoss
• Toshiba
• Gefran
• LG
• ZIEHL ABEGG
• rich
• KEB

           و ...

چرا موتورهای 3VF نسبت به موتورهای دو سرعته ارزانترند؟

موتورهای دوسرعته همانطور که از نامشان پیداست دارای دو سیم پیچی برای دو سرعت مختلف می باشند( معمولا سیم پیچ اول یک متر بر ثانیه و سیم پیچ دوم نیم متر برثانیه) از سیم پیچ نیم متر بر ثانیه جهت استپ استفاده می گردد.

سیم پیچ اول: U,V,W    سیم پیچ دوم:U1,V1,W1

اما موتورهای 3VF تنها دارای یک سیم پیچ می باشند ، بنابراین این مسئله باعث گرانتر شدن موتورهای دوسرعته میشود. البته این مقایسه زمانی صحیح است که موتور 3VF به انکدر مجهز نباشد تا قیمت آن افزایش یابد.

تفاوت سیستم  Close Loop و Open Loop در آسانسورهای 3VF چیست؟

سیستم Close loop به آسانسور 3VFای گفته می شود که موتور حتما از نوع 3VF بوده و دارای Encoder باشد. وظیفه Encoder ارسال پالس­های حرکت کابین به تابلو فرمان جهت اطلاع Inverter از مکان و سرعت دقیق کابین می باشد. encoder به ازای یک دور چرخش موتور یک پالس به Inverter ارسال کرده و وظیفه ی Inverter پردازش ، تحلیل و انتخاب بهترین نوع حرکت برای موتور می باشد.اما در سیستمهای Open Loop موتور فاقد encoder بوده و بنابراین می توان از موتورهای دوسرعته نیز در این سیستم استفاده کرد. در مقایسه حرکت بین این دو سیستم کاملا بدیهی است که حرکت کابین در سیستم Close Loop کاملا نرم تر و دقیق تر می باشد.

 در حالت کلی هزینه های یک آسانسور 3VF بالاتر است یا آسانسور دوسرعته؟

  طبیعتا به دلیل وجود سیستم inverter ، آسانسور های 3VF در نصب اولیه گرانترند، اما با توجه به مباحث بالا و همچنین افزایش قیمت برق میتوان نتیجه گرفت در بازه زمانی چند ماهه آسانسور 3VF  چه در مقوله هزینه های برق و چه در مقوله سرویس و نگهداری و کیفیت نسبت به آسانسور دوسرعته ارزانتر می باشد لذا پیشنهاد می گردد در صورت امکان از این سیستم استفاده گردد.

  جهت بهره مندی از خدمات نصب ، تعمیرات و سرویس آسانسورهای 3VF و همچنین تبدیل آسانسور دو سرعته به آسانسور 3VF با این مجموعه تماس حاصل فرمایید