در علوم مهندسی دورهٔ کاری (به انگلیسی Duty Cycle) به نسبت زمان کاری ماشین به کل بازهٔ زمانی گفته می‌شود. این اصطلاح بیشتر در منابع تغذیه سوییچینگ کاربرد دارد. مثلا دوره کاری ۶۰٪ یعنی دستگاه ۶۰٪ مواقع روشن و ۴۰٪ مواقع خاموش است. واحد کار برحسب نوع فعالیت می‌تواند ثانیه یا حتی روز باشد.
در یک پدیده تناوبی، دوره کاری عبارت است از زمان فعالیت به دوره تناوب.
دوره کاری یا سیکل وظیفه در موتورهای الکتریکی معمولا کمتر از ۱۰۰% است.
استاندارد IEC 60034-1 تعدادی دورهء کاری تعریف کرده است
انواع رژيمهاي كاركرد يك موتور(Duty Types)
براي انتخاب يك موتور، نحوه كاركرد آن بصورت پيوسته و يا غير پيوسته و همين‌طور ثابت بودن و يا متغير بودن اندازه بار، اهميت زيادي دارد. با توجه به كاربرد موتور، نحوه كاركرد آن بر اساس استاندارد IEC34-1 به 10 دسته زير تقسيم مي‌شود:
1- S1: continuous running duty
2- S2: Short-time duty
3- S3: Intermittent duty
4- S4: Intermittent duty with starting
5- S5: Intermittent duty with starting and electrical Braking
6- S6: Continuous Operation periodic duty
7- S7: Continuous Operation periodic duty and electrical Braking
8- S8: Continuous Operation periodic duty with related load speed changes
9- S9: Duty with non-periodic load and speed variations
10-S10: Duty with discrete constant loads
1- S1 : كاركرد پيوسته يكنواخت
2- S2: كاركرد كوتاه مدت
3- S3: كاركرد غير دايمي تناوبي
4- S4: كاركرد غير دايم تناوبي به همراه راه‌اندازي نسبتا” طولاني در ابتداي هر استارت
5- S5: كاركرد غير دايم تناوبي به همراه راه‌اندازي نسبتا” طولاني در ابتداي هر استارت به همراه استفاده از ترمز الكتريكي
6- S6: كاركرد پيوسته بصورت پريوديك
7- S7: كاركرد پيوسته بصورت پريوديك به همراه ترمز الكتريكي براي توقف
8- S8: كاركرد پيوسته به همراه تغييرات سرعت بار
9- S9: كاركرد غير پريوديك بار به همراه تغييرات سرعت در بار
10- S10: كاركرد با باري كه داراي مقادير متفاوت ولي ثابتي باشد.
در مطالب بعدي به بررسي جداگانه هر رژيم كاركرد خواهيم پرداخت.
كاركرد پيوسته و يكنواخت يك موتور القايي (S1- Continuous Running Duty):
در اين حالت، زمان كاركرد موتور القايي در يك بار ثابت به اندازه‌اي است كه درجه حرارت موتور به حالت تعادل مي‌رسد. اين حالت كاركرد موتور را بر اساس استاندارد IEC34-1 با S1 نمايش مي‌دهند. در شكل زير دياگرام تغييرات توان(P) را بر حسب زمان(Time) در اين حالت كاركرد موتور ، نشان مي‌دهد.
P: توان خروجي موتور
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
توجه كنيد كه چنانچه هيچ اطلاعي در مورد نحوه كاركرد موتور، توان و زمان عملكرد آن را نداشته باشيد، از اين مد كاركرد استفاده مي‌شود.
تذكر: منظور از تعادل حرارتي بر اساس استاندارد IEC يعني اينكه افزايش درجه حرارت قسمتهاي مختلف موتور، كمتر از 2 كلوين در ساعت باشد.
كاركرد كوتاه مدت (S2 – Short time duty)
در اين حالت ، موتور در يك زمان مشخص، در يك بار ثابت كار مي كند. اين زمان كاركرد به اندازه‌اي است كه موتور در آن به حالت تعادل حرارتي خود نمي‌رسد. پس از اين زمان، موتور متوقف مي‌شود و در اين حالت باقي مي‌ماند تا درجه حرارت آن به دماي محيط برسد. زمانهاي كاركرد نامي براي اين حالت، 10 ، 30 ، 60 و90 دقيقه ، درنظر گرفته مي‌شوند. بطور مثال S2 60min .
در شكل زير دياگرام تغييرات بار بر حسب زمان اين حالت كاركرد نمايش داده شده است
: توان خروجي
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
كاركرد غير پيوسته تناوبي(S3 – intermittent duty)
در اين حالت، موتور داراي يك مجموعه سيكل كاري مشابه با هم مي‌باشد كه هر سيكل كاري شامل يك پريود كاري و يك پريود توقف و استراحت مي‌باشد. سيكلهاي كاري آنقدر كوتاه هستند كه موتور به حالت تعادل حرارتي نمي‌رسد. جريان راه‌اندازي موتور نيز به اندازه‌اي نيست كه باعث افزايش درجه حرارت موتور گردد.
مقادير پيش‌فرض براي فاكتور مدت زمان سيكل (cyclic duration factor) ، 15 ، 25 ، 40 و 60% مي‌باشد ، مانند S3 25%.
فاكتور مدت زمان سيكل از رابطه زير بدست مي‌آيد:
Cyclic duration factor =100* N/ (N+R) %
P: توان خروجي
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
R: زماني كه موتور در حالت توقف قرار دارد.
كاركرد غير دايم تناوبي به همراه راه‌اندازي نسبتا” طولاني در ابتداي هر استارت (S4 – Intermittent duty with starting)
در اين حالت، موتور داراي يك مجموعه سيكل كاري مشابه با هم مي‌باشد كه هر سيكل كاري شامل يك دوره راه‌اندازي با زمان قابل توجه ، يك دوره كاري در بار ثابت و يك پريود توقف است.
سيكلهاي كاري آنقدر كوتاه هستند كه موتور به حالت تعادل حرارتي نمي‌رسد. در اين نوع كاركرد، موتور به كمك نيروي ترمزي بار و يا ترمز مكانيكي متوقف مي‌گردد كه اين نوع ترمزها باعث گرم شدن قابل توجه موتور نمي‌شوند.
براي توصيف كامل اين نوع رژيم كاري، پارامترهاي cyclic duration factor ، تعداد سيكلهاي كاري در ساعت(c/h) ، ممان اينرسي بار (JL) و ممان اينرسي موتور JM بايد تعيين شوند.
Cyclic duration factor = 100*(D+N)/ (D+N+R) %
مثال :S4 , 25% , 120 c/h , JL=0.2 Kgm2 , JM=0.1 Kgm2
در شكل زير دياگرام تغييرات بار نسبت به زمان در اين رژيم كاري نمايش داده شده است.
: توان خروجي
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
R: زماني كه موتور در حالت توقف قرار دارد.
D: زمان استارت و شتاب گرفتن موتور
كاركرد غير پيوسته تناوبي به همراه راه‌اندازي نسبتا” طولاني در ابتداي هر استارت و استفاده از ترمز الكتريكي (S5 Intermittent duty with starting and electrical braking)
در اين حالت، موتور داراي يك مجموعه سيكل كاري مشابه با هم مي‌باشد كه هر سيكل كاري شامل يك پريود راه‌اندازي نسبتا” طولاني، يك پريود كاري در بار ثابت، يك پريود ترمز الكتريكي سريع و يك پريود توقف است.
سيكلهاي كاري آنقدر كوتاه هستند كه موتور به حالت تعادل حرارتي نمي‌رسد. براي توصيف كامل اين نوع رژيم كاري، پارامترهاي cyclic duration factor ، تعداد سيكلهاي كاري در ساعت(c/h) ، ممان اينرسي بار (JL) و ممان اينرسي موتور JM بايد تعيين شوند.
Cyclic duration factor = 100*(D+N+F)/ (D+N+R+F) %
مثال :S5 , 40% , 120 c/h , JL=2.6 Kgm2 , JM=1.3 Kgm2
در شكل زير دياگرام تغييرات بار در زمان اين رژيم كاري نمايش داده شده است:
P: توان خروجي
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
R: زماني كه موتور در حالت توقف قرار دارد.
D: زمان استارت و شتاب گرفتن موتور
F: زماني كه صرف ترمز الكتريكي مي‌شود.
كاركرد پيوسته و پريوديك (S6 – Continuous operation periodic duty)
در اين رژيم كاري، موتور داراي يك مجموعه سيكل كاري مشابه با هم مي‌باشد كه هر سيكل كاري شامل يك پريود كاري با بار ثابت و يك پريود كاري بصورت بي‌بار مي‌باشد. سيكلهاي كاري آنقدر كوتاه هستند كه موتور به حالت تعادل حرارتي نمي‌رسد.
مقادير پيشنهادي براي cyclic duration factor برابر با 15 ، 25 ، 40 و 60 درصد مي‌باشند.مدت زمان يك سيكل كاري نيز حداكثر 10 دقيقه مي‌باشد.
Cyclic duration factor = 100*N/(N+V) %
مثال :S6 , 40%
در شكل زير دياگرام تغييرات بار در زمان اين رژيم كاري نمايش داده شده است.
: توان خروجي
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
R: زماني كه موتور در حالت توقف قرار دارد.
D: زمان استارت و شتاب گرفتن موتور
V: زمان بي‌باري
كاركرد پيوسته بصورت پريوديك به همراه ترمز الكتريكي براي توقف Continuous Operation periodic duty with electrical braking – S7
در اين حالت، موتور داراي مجموعه‌اي از سيكلهاي كاري مشابه مي‌باشد كه هر سيكل كاري شامل يك دوره راه‌اندازي نسبتا” طولاني، يك پريود كاري در بار ثابت و يك دوره شامل ترمز الكتريكي است. ترمز الكتريكي مي‌تواند روشي مانند ترمز با جريان معكوس باشد.سيكلهاي كاري آنقدر كوتاه هستند كه موتور به حالت تعادل حرارتي نمي‌رسد.
براي توصيف كامل اين نوع رژيم كاري، پارامترهاي تعداد سيكلهاي كاري در ساعت(c/h) ، ممان اينرسي بار (JL) و ممان اينرسي موتور JM) (بايد تعيين شوند.
مثال :S7 , 500 c/h , JL=0.08 Kgm2 , JM=0.08 Kgm2
در شكل زير دياگرام تغييرات بار نسبت به زمان در اين رژيم كاري نمايش داده شده است.
P: توان خروجي
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
D: زمان استارت و شتاب گرفتن موتور
F: زماني كه صرف ترمز الكتريكي مي‌شود.
رژيم كاري پيوسته به همراه امكان تغيير در سرعت بار
S8: Continuous Operation periodic duty with related load speed changes
در اين حالت، موتور داراي مجموعه‌اي از سيكلهاي كاري مشابه مي‌باشد كه هر سيكل كاري شامل يك دوره راه‌اندازي ، يك پريود كاري در بار ثابت و با يك سرعت معين از پيش تعيين شده كه با يك يا چند دوره كاري با بارهاي ثابت و سرعتهاي ثابت ولي متفاوت ادامه پيدا مي‌كند ود بين اين سرعتهاي متفاوت نيز از پروسه ترمزي نيز استفاده مي‌شود. هيچ مرحله توقفي در اين نوع كاركرد وجود ندارد. سيكلهاي كاري نيز آنقدر كوتاه هستند كه موتور به حالت تعادل حرارتي نمي‌رسد.
براي توصيف كامل اين نوع رژيم كاري به پارامترهاي زير نياز مي‌باشد:
– تعداد سيكلهاي كاري در ساعت(c/h)
– ممان اينرسي بار (JL)
– )ممان اينرسي موتور JM)
– اندازه بار ،سرعت و cyclic duration factor براي هر سرعت و هر بار
مثال : S8 , 30 c/h , JL=63.8 Kgm2 , JM=2.2 Kgm2
24 KW : 740 rpm, 30%
60KW : 1460 rpm, 30%
45KW : 980 rpm, 40%
Cyclic duration factor1 = 100*(D+N1)/ (D+N1+F1+N2+F2+N3) %
Cyclic duration factor2 = 100*(F1+N2)/ (D+N1+F1+N2+F2+N3) %
Cyclic duration factor1 = 100*(F2+N3)/ (D+N1+F1+N2+F2+N3) %
در شكل زير دياگرام تغييرات بار نسبت به زمان در اين رژيم كاري نمايش داده شده است.
P: توان خروجي
N: زمان كاركرد موتور در وضعيت نامي
D: زمان استارت و شتاب گرفتن موتور
F: زماني كه صرف ترمز الكتريكي مي‌شود.
رژيم كاري غير پريوديك بار با سرعت متغير
S9: Duty with non-periodic load and speed variations
در اين رژيم كاري، عموما” بار و سرعت آن بصورت غير پريوديك و غير يكنواخت در محدوده مجاز كاري موتور تغيير مي‌نمايد. در اين رژيم كاري ممكن است كه به صورت مكرر با overload هايي برخورد كنيم كه مقدار قابل توجهي از مقدار بار نامي موتور نيز بيشتر باشد. در اين رژيم كاري بايد متناسب با اضافه بار درخواستي ، توان نامي موتور انتخاب گردد.
كاركرد با باري كه داراي دامنه‌هاي متفاوت، ولي ثابتي باشد.
S10: Duty with discrete constant loads
در اين رژيم كاري، دامنه بار حداكثر مي‌تواند در 4 مقدار مختلف تغيير نمايد ولي هر كدام از اين مقادير بايد آنقدر طول بكشد تا موتور از لحاظ حرارتي به حالت تعادل برسد. مقدار حداقل مي‌تواند مي‌تواند صفر (توقف) نيز باشد.