موتورهای الکتریکی به عنوان هسته‌ی اصلی سیستم محرک در لباسشویی‌ها عمل می‌کنند و هرگونه اختلال در عملکرد آنها می‌تواند منجر به توقف کامل دستگاه شود.
سوختن موتورها، یکی از پیچیده‌ترین انواع خرابی است که معمولاً ناشی از ترکیب عوامل الکتریکی، حرارتی و مکانیکی رخ می‌دهد.
بر اساس مطالعات انجمن مهندسان برق و الکترونیک (IEEE)، ۴۲ درصد از خرابی‌های موتورهای القایی در لوازم خانگی مستقیماً به تخریب عایق سیم‌پیچ‌ها مرتبط است. این تخریب ممکن است به دلیل گرمای بیش از حد، نفوذ رطوبت یا سایش مکانیکی ایجاد شود.
در این آزمایش، با شبیه‌سازی شرایط واقعی کارکرد موتور و استفاده از تجهیزات پیشرفته‌ی آزمایشگاهی، علل ریشه‌ای سوختن موتور یک لباسشویی خانگی مورد بررسی قرار گرفته است.
اهداف آزمایش
این مطالعه‌ی جامع با هدف شناسایی علل چند بعدی خرابی موتور و ارائه‌ی راهکارهای مهندسی طراحی شده است. اهداف اصلی به شرح زیر است:
- تشخیص نقص‌های الکتریکی:
- ارزیابی سلامت سیم‌پیچ‌ها از طریق اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی.
- شناسایی اتصال کوتاه بین حلقه‌های سیم‌پیچ یا نشتی جریان به بدنه.
- تست مقاومت عایق با اعمال ولتاژ بالا و بررسی احتمال شکست دیالکتریک.
- تحلیل تأثیرات حرارتی:
- بررسی رابطه‌ی بین بار مکانیکی موتور و افزایش دمای نقاط حیاتی مانند هسته‌ی سیم‌پیچ و بلبرینگ‌ها.
- تعیین میزان انحراف دما از محدوده‌ی مجاز تعیین‌شده توسط استانداردهای بین‌المللی.
- ارزیابی مکانیکی:
- تشخیص سایش بلبرینگ‌ها با استفاده از میکروسکوپ دیجیتال و طیف‌سنجی EDS.
- اندازه‌گیری ارتعاشات غیرعادی ناشی از تراز نبودن شفت یا لقی مکانیکی.
روش‌شناسی آزمایش
۱. تجهیزات و فناوری‌های به کار رفته
- مولتیمتر پیشرفته (Fluke 87V): این دستگاه برای اندازه‌گیری پارامترهای پایه‌ی الکتریکی مانند مقاومت سیم‌پیچ‌ها (با دقت ۰.۱ اهم) و جریان بی‌باری استفاده شد. همچنین، تست اتصال زمین با اعمال ولتاژ ۲۵۰ ولت AC انجام گرفت.
- دوربین حرارتی (FLIR T540): با قدرت تفکیک‌پذیری ۳۲۰×۲۴۰ پیکسل، توزیع دما در سطح موتور با دقت ±۲ درجه سانتیگراد ثبت شد. نقاط داغ (Hotspots) در هسته‌ی سیم‌پیچ و بلبرینگ‌ها به‌طور ویژه مورد توجه قرار گرفتند.
- اسیلوسکوپ چهار کاناله (Keysight DSOX1204A): شکل موج جریان و ولتاژ موتور در حالت‌های بی‌باری و تحت بار تحلیل شد تا نویزهای هارمونیک یا افت ولتاژ ناگهانی شناسایی شود.
- میکروسکوپ دیجیتال (Dino-Lite AM7013MT): سطوح بلبرینگ‌ها با بزرگنمایی ۲۰۰x بررسی شدند تا علائمی مانند سایش ساچمه‌ها، خوردگی یا ترک‌های ریز تشخیص داده شوند.
- ویبرومتر (Brüel & Kjær 3560): طیف فرکانسی ارتعاشات موتور در محدوده‌ی ۱۰ Hz تا ۱۰ kHz اندازه‌گیری شد تا ناهنجاری‌های مکانیکی مانند عدم بالانس روتور شناسایی شود.
۲. مراحل اجرای آزمایش
- خارج‌سازی و آماده‌سازی موتور:
- موتور از بدنه‌ی لباسشویی جدا شد و تمامی اتصالات مکانیکی و الکتریکی قطع گردید.
- سطح موتور با هوای فشرده و حلال‌های صنعتی تمیز شد تا ذرات گرد و غبار یا الیاف پارچه حذف شوند.
- بررسی بصری:
- علائم سوختگی روی سیم‌پیچ‌ها (تغییر رنگ به قهوه‌ای تیره یا ذوب‌شدگی عایق) مستند سازی شد.
- وضعیت بلبرینگ‌ها از نظر وجود خوردگی یا نشت گریس بررسی گردید.
- آزمون‌های الکتریکی:
- اندازه‌گیری مقاومت سیم‌پیچ‌ها: مقاومت سیم‌پیچ اصلی (Main Winding) و سیم‌پیچ راه‌انداز (Auxiliary Winding) با دقت ۰.۱ اهم اندازه‌گیری شد. انحراف بیش از ۱۰ درصد از مقدار نامی نشان‌دهنده‌ی اتصال ناقص یا قطعی سیم‌هاست.
- تست عایق با مگااهمتر: ولتاژ ۵۰۰ ولت DC بین سیم‌پیچ‌ها و بدنه‌ی موتور اعمال شد. مقاومت عایق کمتر از ۱۰۰ مگااهم (طبق استاندارد IEEE 43) نشان‌دهنده‌ی نفوذ رطوبت یا کربونیزه‌شدن عایق‌هاست.
- ثبت جریان مصرفی: جریان بی‌باری موتور در حالت بدون بار مکانیکی اندازه‌گیری شد. افزایش غیرعادی جریان ممکن است ناشی از اصطکاک داخلی یا اتصال کوتاه جزئی باشد.
- شبیه‌سازی حرارتی:
- موتور به مدت ۳۰ دقیقه تحت ۸۰ درصد بار نامی (معادل چرخش لباس‌های مرطوب) راه‌اندازی شد.
- دمای هسته‌ی سیم‌پیچ، بلبرینگ‌ها و بدنه‌ی موتور هر ۵ دقیقه یک‌بار با دوربین حرارتی ثبت گردید.
- آنالیز مکانیکی:
- بررسی لقی محور: با استفاده از ساعت اندیکاتور، لقی محور (Axial Play) در سه جهت مختلف اندازه‌گیری شد. انحراف بیش از ۰.۱ میلیمتر نشان‌دهنده‌ی سایش بلبرینگ‌ها یا آسیب به یاتاقان‌هاست.
- طیف‌سنجی EDS: نمونه‌های گریس از بلبرینگ‌ها جمع‌آوری و ترکیب شیمیایی آنها تحلیل شد. وجود ذرات ساینده مانند سیلیس (SiO₂) یا آلومینیوم (Al) نشان‌دهنده‌ی نفوذ آلاینده‌های محیطی است.
نتایج آزمایشگاهی و تحلیل داده‌ها
۱. نتایج الکتریکی
- مقاومت سیم‌پیچ اصلی: ۲۵۰ اهم (محدوده‌ی مجاز: ۲۲۰–۲۸۰ اهم) → طبیعی.
- جریان بی‌باری: ۲.۱ آمپر (محدوده‌ی مجاز: ۱.۸–۲.۳ آمپر) → نزدیک به حد بالایی مجاز.
- مقاومت عایق به بدنه: ۰.۴۵ مگااهم (حداقل مجاز: ۱۰۰ مگااهم) → خرابی شدید.
- ولتاژ شکست عایق: ۲۱۰ ولت (حداقل مجاز: ۵۰۰ ولت) → شکست کامل عایق.
۲. تحلیل حرارتی
- هسته‌ی سیم‌پیچ: ۱۲۵ درجه سانتیگراد (حداکثر مجاز برای کلاس عایق B: ۱۰۵ درجه سانتیگراد).
- بلبرینگ‌ها: ۹۵ درجه سانتیگراد (حداکثر تحمل گریس لیتیومی: ۷۰ درجه سانتیگراد).
۳. یافته‌های مکانیکی
- سایش بلبرینگ‌ها: مشاهده‌ی شیارهای عمیق (Pitting) روی سطوح رینگ‌های داخلی و خارجی.
- انحراف محور: لقی محور (Runout) به میزان ۰.۱۵ میلیمتر، که باعث ایجاد ارتعاشات فرکانس پایین (۱×RPM) و افزایش بار دینامیکی روی بلبرینگ‌ها شده است.
نتیجه‌گیری نهایی
سوختن موتور لباسشویی در این مطالعه، نتیجه‌ی ترکیب سه عامل کلیدی زیر است:
- شکست عایق‌بندی: ناشی از گرمای بیش از حد و نفوذ رطوبت به داخل سیم‌پیچ‌ها.
- خرابی مکانیکی: سایش بلبرینگ‌ها به دلیل نگهداری نامناسب و آلودگی گریس.
- تأثیرات محیطی: تجمع الیاف پارچه و گرد و غبار در سیستم تهویه‌ی موتور.
راهکارهای پیشنهادی:
- بهبود عایق‌بندی: استفاده از سیم‌های با کلاس حرارتی H (مقاوم تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد).
- کنترل دما: نصب سنسورهای NTC روی هسته‌ی سیم‌پیچ و فعال‌سازی خودکار فن خنک‌کننده در دمای بالای ۹۰ درجه.
- نگهداری پیشگیرانه: گریس‌کاری دوره‌ای بلبرینگ‌ها با مواد سازگار با محیط‌های مرطوب (مانند Grease NLGI 2).
- فیلتراسیون هوای ورودی: نصب فیلترهای HEPA برای جلوگیری از نفوذ ذرات به داخل موتور.
