نحوه کاهش مصرف انرژی الکتروموتور
الکتروموتورها بیشترین سهم مصرف برق صنایع را به خود اختصاص می دهند. آمار بدست آمده بیانگر آن است که حدود دو سوم انرژی الکتریکی صنایع در موتورهای الکتریکی مصرف می شود. مطالعات انجام شده در صنایع حکایت از وضعیت نابسامان انتخاب و بهره برداری از موتورهای الکتریکی دارد. براساس این تحقیقات، اغلب موتورها بزرگتر از میزان نیاز انتخاب شده و در شرایط بدی نگهداری می شوند.
روش های کاهش مصرف انرژی در الکتروموتور
الکتروموتورها بیشترین سهم مصرف برق صنایع را به خود اختصاص می دهند. آمار بدست آمده بیانگر آن است که حدود دو سوم انرژی الکتریکی صنایع در موتورهای الکتریکی مصرف می شود. طی سال های اخیر، بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع به دلایل اقتصادی و زیست محیطی اهمیت بیشتری یافته و موجب شده که اقدامات عملی گسترده ای در این زمینه صورت پذیرد. بدیهی است که افزایش بازدهی محرک های صنعتی نه تنها از نظر اقتصادی مورد توجه استفاده کنندگان می باشد، بلکه در برنامه ریزی انرژی در سطح ملی نیز حائز اهمیت است.
مطالعات انجام شده در صنایع حکایت از وضعیت نابسامان انتخاب و بهره برداری ازموتورهای الکتریکی دارد. براساس این تحقیقات اغلب موتورها بزرگتر از میزان نیاز انتخاب شده و در شرایط بدی نگهداری می شوند.
استفاده از موتورهای با راندمان بالا در ایران رایج نبوده و گزارش موثری در جهت استفاده از درایو برای صرفه جویی انرژی در دست نیست. کاربردهای صنعتی بسیاری می توان یافت که موتورها در بازدهی بسیار پایین تر از مقدار بهینه قرار دارند.
شناسایی موضوع و راهکارهای کلی:
اقدامات مختلفی برای صرفه جویی انرژی در الکتروموتور های صنعتی صورت می گیرد. در حالت کلی این مقدمات به دو دسته کلی تقسیم می شوند.
- اقدامات مربوط به طراحی موتور
- اقدامات مربوط به بهره برداری از موتورها
اقدامات مربوط به بهره برداری موتورها را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:
- اقدامات روی موتور: نظیر تهویه، روغنکاری، بارگذاری
- استفاده از درایو یا کنترل کننده دور موتور
دستور العمل های لازم برای بهبود عملکرد موتورهای الکتریکی
| عامل | توضیحات | |
| وابسته به شرایط بارگذاری موتور | بار کامل | بازدهی موتور عموما در صورتی حداکثر خواهد بود که بار موتور حدود 80 تا 100 درصد بار نامی شود. |
| سرعت | تغییر سرعت باید توسط کنترل کننده دورموتور انجام گیرد. | |
| بار ثابت | برای جلوگیری از هرنوع کونه تغییر سرعت در موتور | |
| ولتاژ بار | برای جلوگیری از کاهش گشتاور موتور | |
| وابسته به شرایط نگهداری موتور | تهویه | برای اطمینان یافتن از عدم افزایش دمای موتور از حد مجاز و برخورداری از عمر مفید مورد نظر |
| روغن کاری | برای جلوگیری از اعمال بار مجازی برمحورموتور ناشی از افزایش اصطکاک | |
راهکارهای کلی
- تطابق موتور با بار
موتورهای القایی تک فاز و سه فاز با توجه به تنوع و نوع مصرف مختلف آنها کاربردهای زیادی دارند. مشخصه بار مکانیکی، ناشی از کاربرد مورد استفاده می باشد. بدیهی است موتور در صورتی می تواند بار مکانیکی متصل به آن را تامین کند که مشخصه عملکردی موتور منطبق بر مشخصه بار مکانیکی باشد. منظور از تطابق بین موتور و بار، انطباق بین مشخصه های خاص خود می باشد. در صورتیکه موتور انتخاب شده بزرگتر از حد لازم باشد، موتور در حالت بار کامل و یا نزدیک به بار کامل کار نکرده و لذا بازدهی آن پایین تر از مقدار بهینه آن خواهد بود. این امر اشکالات جدی در بهینه سازی مصرف انرژی ایجاد خواهد کرد. در موتورهای القایی سه فاز درصورت کاهش میزان بازدهی موتور به ویژه به میزان کمتر از 80% بار کامل، شامل کاهش قابل توجه در بازدهی موتور خواهد بود.
- هرزگردی موتورها
بیشترین صرفه جویی مستقیم برق را می توان با خاموش کردن موتورهای بی بار و در نتیجه حذف تلفات بی باری بدست آورد. روش ساده در عمل نظارت دایم با کنترل اتوماتیک است. اغلب به مصرف برق در بی باری اهمیت چندانی داده نمی شود، در حالی که غالبا جریان در بی باری حدود جریان در بار کامل است. با اتصال یک سوئیچ به پدال چرخ ها می توان آن ها را به طور اتوماتیک خاموش کرد.
- موتورهای با راندمان بالا
قیمت موتورها با راندمان بالا بیشتر از موتورهای استاندارد است، ولی در اغلب کاربردها استفاده از آنها کاملا اقتصادی است.
کاربردها:
- مدت زمان روشن بودن موتور بیش از زمان خاموش بودن آن باشد.
- گشتاور بارنسبتا ثابت بوده و موتور بیش بدرستی به بارتطبیق شده باشد.
- مدت زمان روشن بودن موتور بیش از 2000 ساعت در سال باشد.
بارهایی چون نقاله ها، میکسرها و فیدرها از این نوع هستند. اهمیت موضوع وقتی آشکار می شود که توجه کنیم هزینه انرژی مصرفی یک الکترو موتور در طول عمر مفید آن 10 تا 20 برابر قیمت موتور است.
توصیه می شود هنگام خرید موتور و با سفارش ساخت ماشین به سازندگان ماشین از موتورهای با راندمان بالا، استفاده گردد. همچنین معمولا اقتصادی است که بجای سیم پیچی کردن موتورهای سوخته و استفاده مجدد از آنها، از موتورهای با راندمان بالا استفاده گردد.
- کنترل کننده های دور موتور
استفاده از موتورهای مجهز به کنترل کننده دور موتور، امکان اعمال تغییرات لازم در سرعت موتور فن و یا پمپ را بطور دائم فراهم آورده و بدین ترتیب می توان با توجه به فرآیند مورد نظر ازاتلاف انرژی ایجاد شده در تنظیم کننده های مکانیکی جلوگیری نمود. با استفاده ازدرایوموتور به بار تطبیق داده شده، و هر گونه نیاز به خاموش و روشن کردن موتور و یا ادوات تنظیم کننده نظیر شیریا دمپر حذف گردد. همچنین کنترل سرعت دقیق و متعاقب آن توان خروجی قابل دسترسی بوده و با توجه به استفاده از مدارات الکترونیکی، استهلاک قسمت های کنترل کننده درحد بسیارپایین خواهد بود. تصمیم گیری درمورد استفاده از موتور با کنترل کننده دور متغیر بستگی به نوع کاربرد مورد نظر دارد.
بسیاری از انواع پمپ ها، فن ها، میکسچرها، نقاله ها، خشک کننده ها، سنگ شکن ها، آسیاب ها، صافی هاوبرخی انواع کمپرسورها، دمنده و همزن ها، در ساعت های مختلف با وسایل تنظیم کار می کنند. پمپ ها و فن ها عمده ترین بارهای موتورهای الکتریکی هستند. اینها از ادواتی نظیر دمپرها و یا شیرهای خفه کن برای تنظیم دبی استفاده می کنند. اما این روش ها انرژی را تلف می کنند. در کاربردهایی نظیر پمپ و فن استفاده از درایوها تا 50% در کاهش انرژی موثر است.
- تسمه ها
بازده درایوهای V-belt تاثیرزیادی در بازده موتوردارد. عوامل تاثیر گذاردربازده V-belt عبارتند از:
- Over belting: تسمه های با مشخصات نامی بالاتر باعث افزایش کارایی می شوند.
- تنش (فشار): فشارنامناسب باعث کاهش بازده تا 10درصد می شود. بهترین فشار برای V-belt کمترین فشاری است که در آن تسمه در بازار کامل نلغزد.
- اصطکاک: تلفات اصطکاک اضافی درنتیجه غیرهم محور بودن، فرسودگی، چرخ ها تهویه نامطلوب یا مالیده شدن تسمه ها به چیزی به وجود می آیند.
- قطر چرخ: هر چه قطر چرخ بزرگ تر باشد بازده افزایش می یابد.
جایگزینی V-beltهای متعارف صرفه جویی زیادی در بردارد. یک V-belt در معرض تنش فشاری بزرگی متناسب با قطر چرخ دارد. از آنجا که در V-belt در معرض تنش فشاراز ماده کمتری استفاده شده تغییر شکل لاستیک و تنش فشاری به حداقل می رسد بنابراین بازده عملیاتی V-belt های شیاردار بیشتر می شود.
- ژنراتور موتورها
یکسو کننده های نیمه هادی یک منبع مناسب جریان مستقیم DC برای موتورهای DC یا دیگر استفاده کننده ها از جریان DC هستند. ژنراتور موتورهایی که معمولا برای جریان مستقیم به کار می روند قطعا نسبت به یکسوکننده های نیمه هادی بازده کمتری دارند بازده موتور ژنراتور در بارکامل حدود 70 درصد است در حالیکه بازده یکسوکننده های نیمه هادی تقریبا 96 درصد در بار کامل است.
- گشتاور زیاد راه اندازی
دربارهایی که گشتاور استارت بزرگی نیازدارند باید یک موتور B-NEMA (رایج ترین موتور مورد استفاده در صنعت) یا موتور A-NEMA استفاده کرد. در جایی که بارهای با اینرسی زیاد را دارند می توان از موتورهای کوچک تری که که به گونه ای طراحی شده اند که قابلیت گشتاورزیاد را دارند استفاده کرد. یک موتور B-NEMA می توان از عهده بار زیاد استارت برآید. وقتی باربه سرعت نهایی رسید موتور در کمتر از ظرفیت نامی کارمی کند. ولی انتخاب یک موتور کوچکتر از نوع C-NEMA یا D-NEMA ضمن اینکه همان گشتاور راه انداز را تولی کرده، در شرایط معمول عملیاتی نیز نزدیک بارکامل نامی کار می کند.
روش های بهبود بازدهی عملکرد سیستم های مرتبط با الکتروموتور:
یک الکترو موتورمعمولا با اجزا و سیستم های دیگر در ارتباط است. برای بهبود عملکرد الکتروموتورها لازم است سیستم های مرتبط با موتور نیز در نظر گرفته شود. این سیستم ها شامل شبکه برق، کنترل کننده های موتور، الکتروموتور و سیستم انتقال نیرو می گردد.
کیفیت توان (Power Quality)
مسائل کیفیت توان شبکه شامل کلیه اختلالات شبکه برق مثل عدم تقارن در ولتاژ، افت ولتاژ، چشمک زدن، اسپایک، سیستم ارت پد، هارمونیک ها و نظایر آن می شود. از انجا که کیفیت توان تاثیر زیادی دراتلاف انرژی دارد، لازم است یک مهندس مجرب وضعیت شبکه برق تاسیسات را زیر نظر داشته باشد.
تثبیت ولتاژ شبکه
تا آنجا که ممکن است باید ولتاژ اعمالی به موتور نزدیک به ولتاژ کار موتور باشد. گرچه تغییرات 10% در ولتاژ موتور مجاز است اما از نقطه نظر اتلاف انرژی میزان انحراف از ولتاژ نامی موتور باید کمتراز 5%باشد. تغییر ولتاژ موتور موجب افت ضریب قدرت، عمر مفیدموتورو راندمان می گردد.
ضریب قدرت
ضریب قدرت پایین موجب افزایش جریان کابل ها و ترانسفورماتورها و افت ولتاژ شده و بدین ترتیب باعث کاهش ظرفیت سیستم تغذیه می شود. ضریب قدرت پایین ناشی از بار کم در شفت موتور است.
عوامل موثر در بازدهی موتورهای الکتریکی
برای اطمینان یافتن از اینکه بازدهی موتورهای مستقر در صنایع و سایر کاربردها در حد مطلوب قرار دارد می توان نسبت به تدوین شناسنامه صنعتی برای هر موتور و به ویژه موتورهای بزرگ اقدام نموده وبا ثبت اطلاعات مورد نظراز جمله موارد زیربازدهی این موتورها رامورد بررسی قرار داد:
- میزان بار ( درصداز بار کامل)
- میزان تغییرات بار (درصدازبارکامل)
- میزان تغییرسرعت (درصداز سرعت سنکرون)
- میزان تغییرات ولتاژشبکه (درصداز ولتاژنامی)
توصیه می شود کارخانجاتی که درآنها تعداد موتور مورد استفاده زیاد می باشد نسبت به جمع آوری اطلاعات فوق و اقدامات اصلاحی اقدام نمایند.
