ژنراتور الکتریکی

[am in 25041]

در این دهه نیز همچون دهه‌های گذشته تلاشهای زیادی در جهت بهبود سیستمهای عایقی صورت گرفت. در این میان می‌توان به ارایه سیستمهای عایق میكاپال كه توسط كمپانی جنرال الكتریك از تركیب انواع آلكیدها و اپوكسیها در سال 1990 بدست آمده بود، اشاره كرد. درسال 1992 شركت وستینگهاوس الكتریك یك سیستم جدید عایق سیم‌پیچ رتور كلاس F را ارایه كرد. این سیستم شامل یك لایه اپوكسی ‌گلاس بود كه با چسب پلی‌آمید- اپوكسی روی هادی مسی چسبانده می‌شد. مقاومت در برابر خراشیدگی، استرسهای الكتریكی و مكانیكی و كاهش زوال حرارتی از مزایای این سیستم بود. گروه صنعتی ماشینهای الكتریكی و توربین نانجینگ عایق سیم‌پیچ رتور جدیدی از جنس نومكس اشباع شده با وارنیش چسبی را در سال 1998 ارایه كرد. از مهمترین مزایای این سیستم می‌توان به انعطاف‌پذیری و استقامت عایقی، بهبود اشباع شوندگی با وارنیش، تمیزكاری آسان و عدم جذب رطوبت اشاره كرد. در اواخر دهه 1990 تلاشهایی برای افزایش هدایت گرمایی عایقها صورت گرفت. آقای میلر از شركت زیمنس- وستینگهاوس روشی را ارایه كرد كه در آن لایه پركننده مورد استفاده در طرحهای قبلی به وسیله رزینهای مخصوصی جایگزین می‌شد. مزیت اصلی این روش پرشدن فاصله هوایی بین لایه پركننده و دیواره استاتور بود كه موجب می‌شد هدایت گرمایی عایق استاتور به طرز چشمگیری افزایش پیدا كند.

دراین دهه مسائل مكانیكی در عملكرد ماشینهای سنكرون بیشتر مورد توجه قرار گرفت. در سال 1993 آقای جانگ از دانشگاه بركلی روشی برای كاهش لرزش در ژنراتورهای آهنربای دائم ارایه كرد. لرزش در ژنراتورهای آهنربای دائم در اثر نیروهای جذبی اعمال شده توسط آهنرباهای دائم گردان به استاتور است. در این روش لرزشها با استفاده از سنسورهای ماكسول، روش اجزاء محدود و بسط فوریه مورد بررسی قرار می‌گرفت و نهایتاً برای كاهش لرزشها، ابعاد هندسی جدیدی برای آهنرباها ارایه می‌شد البته با این شرط كه كارایی ماشین افت نكند.

همزمان با پیشرفتهای مذكور، افزایش سرعت و حافظه كامپیوترها و ظهور نرم‌افزارهای قدرتمند موجب شد تا راه برای استفاده از كامپیوترها در تحلیل و طراحی ژنراتورهای سنكرون بیش از پیش باز شود. در سال 1995 آقای كوان روشی برای طراحی سیستمهای خنك‌سازی با هیدروژن ارایه كرد كه بر مبنای محاسبات كامپیوتری دینامیك شاره پایه‌ریزی شده بود. دراین روش بااستفاده از یك مدل معادل سیستم خنك‌سازی، توزیع دما در بخشهای مختلف ژنراتور پیش‌بینی می‌شد.

نحوه پیاده‌سازی سیستمهای خنك‌سازی نیز از جمله موضوعاتی بود كه مورد توجه قرار گرفت. در سال 1995 اقای آیدیر تاثیر مكان حفره‌های تهویه برمیدان مغناطیسی ژنراتور سنكرون را با استفاده از روش اجزاء محدود مورد بررسی قرار داد و نشان داد كه انتخاب مكان مناسب حفره‌های تهویه جهت جلوگیری از افزایش جریان مغناطیس‌كنندگی و پدیده اشباع بسیار حائز اهمیت است. مكان حفره‌ها تاثیر قابل توجهی بر شار یوغ دارد.

از مهمترین تحولاتی كه در این دهه در زمینه ژنراتورهای ابررسانا صورت گرفت می‌توان به نتایج پروژه سوپرجی‌ام كه از دهه قبل در ژاپن آغاز شده بود، اشاره كرد. حاصل این پروژه ساخت و تست سه مدل رتور ابررسانا برای یك استاتور بود. مدل اول كه در تركیب با استاتور، خروجی MW79 را می‌داد در سال 1997 و مدل دوم در سال 1998 با خروجی MW7/79 تست شد. نهایتاً مدل سوم كه دارای یك سیستم تحریك پاسخ سریع بود در سال 1999 تست و در شبكه قدرت نصب شد.

با بكارگیری مواد ابررسانای دمابالا در این دهه، تكنولوژی ژنراتورهای سنكرون ابررسانا وارد مرحله جدیدی شد. كمپانی جنرال الكتریك طراحی، ساخت و تست یك سیم‌پیچ دمابالا را در اواسط این دهه به پایان رساند. در ادامه، همكاری وستینگهاوس و شركت ابررسانای آمریكا به طراحی یك ژنراتور ابررسانای دما‌بالای 4 قطب، rpm1800، Hz60 انجامید.

این دهه شاهد پیشرفتهای مهمی در زمینه سیستمهای تحریك مانند ظهور سیستمهای تحریك استاتیك الكترونیكی بود. استفاده از اینگونه سیستمها باعث انعطاف‌پذیری در طراحی سیستمهای تحریك و جذب مشكلات نگهداری جاروبك در اكسایترهای گردان می‌شد. یكی از اولین نمونه‌های این سیستمها در سال 1997 توسط آقای شافر از كمپانی باسلر الكتریك آلمان ارایه شد.

در این مقطع زمانی كاربرد سیستمهای دیجیتال در تحریك ژنراتورها آغاز شد. یكی از اولین نمونه‌های سیستم تحریك دیجیتالی، سیستمی بود كه در سال 1999 توسط آقای ارسگ از دانشگاه زاگرب كرواسی ارایه شد.

در ادامه تلاشهای صورت گرفته برای بهبود خنك‌سازی، شركت زیمنس- وستینگهاوس طرح یك ژنراتور بزرگ با خنك‌سازی هوایی را در سال 1999 ارایه داد. ارایه این طرح آغازی بر تغییر طرحهای خنك‌سازی از هیدروژنی به هوایی بود. استفاده از عایقهای استاتور نازك دمابالا و كاربرد محاسبات كامپیوتری دینامیك شاره موجب اقتصادی شدن این طرح نسبت به خنك‌سازی هیدروژنی شد.

پایان دهه 90 مصادف با ظهور تكنولوژی پاورفرمر بود. در اوایل بهار سال 1998 دكتر لیجون از كمپانی ABB سوئد، ایده تولید انرژی الكتریكی در ولتاژهای بالا را ارایه كرد. مهمترین ویژگی این طرح استفاده از كابلهای فشار قوی پلی‌اتیلن متقاطع معمول در سیستمهای انتقال و توزیع در سیم‌پیچی استاتور است.

در این طرح به علت سطح ولتاژ بسیار بالا از كابلهای استوانه‌ای به منظور حذف تخلیه جزیی و كرونا استفاده می‌شود.

در سال 1998 اولین نمونه پاورفرمر در نیروگاه پرجوس واقع در شمال سوئد نصب شد. این پاورفرمر دارای ولتاژ نامی KV45، توان نامی MVA11 و سرعت نامی rpm600 بود.

یكی از مسائل مهم مطرح در پاورفرمر فیكس شدن دقیق كابلها در شیارها به منظور جلوگیری از تخریب لایه بیرونی نیمه هادی كابل در اثر لرزشها است. به این منظور كابلها را با استفاده از قطعات مثلثی سیلیكون – رابر فیكس می‌كنند.

به علت پایین بودن جریان سیم‌پیچ استاتور پاورفرمر تلفات مسی ناچیز است، لذا استفاده از یك مدار خنك‌سازی آبی كافی است. سیستم خنك‌سازی دمای عملكرد كابلها را در حدود 70 درجه سانیگراد نگه می‌دارد، در حالی كه طراحی عایقی كابلها برای دمای نامی 90 درجه انجام شده است. لذا می‌توان پاورفرمر را بدون مشكل خاصی زیر اضافه بار برد. جمعبندی تحولات دهه 1990

 

با بررسی مقالات IEEE این دهه (157 مقاله) در موضوعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنكرون به نتایج زیر می‌رسیم:

1-تمركز موضوعی مقالات

2-فعالیت روی ژنراتورهای ابررسانای دمابالا آغاز شد.

3-كاربرد سیستمهای تحریك استاتیك و دیجیتال گسترش یافت.

4-روشهای كاهش لرزش حین عملكرد ژنراتور مورد توجه قرار گرفت.

5-در اوایل دهه رویكرد طراحان بهبود عملكرد سیستمهای خنك‌سازی هیدروژنی بود، اما در اواخر دهه سیستمهای خنك‌سازی با هوا به دلایل زیر مجدداً مورد توجه قرار گرفتند:

 

• تولید عایقهای استاتور نازكتر با مقاومت حرارتی پایینتر
  
• ظهور روشهای محاسبات كامپیوتری دینامیك شاره
  
• ارزانی و سادگی ساخت سیستمهای خنك‌سازی با هوا
  

6-تكنولوژی پاورفرمر ابداع شد.

7-رویكرد طراحان از افزایش ظرفیت ژنراتورها به سمت ارایه طرحهای برنده- برنده یعنی كیفیت و هزینه مورد قبول برای مشتری و تولید‌كننده تغییر كرد.

[am in 25041]

همچون دهه‌های پیش، روند روزافزون استفاده از روشهای عددی خصوصاً‌روش اجزاء محدود ادامه یافت. آقای زولیانگ یك روش اجزاء محدود جدید را با بهره‌گیری از عناصر قوسی شكل در مختصات استوانه‌ای ارایه كرد. مزایای این روش دقت زیاد و فرمولبندی ساده بود. این روش برای تحلیل میدان درشكلهای استوانه‌ای مانند ماشینهای الكتریكی بسیار مناسب است.

در سال 2004 آقای شولت روش نوینی برای طراحی ماشینهای الكتریكی ارایه داد كه تركیبی از روش اجزاء محدود و روشهای تحلیلی بود. از روش تحلیلی برای طراحی اولیه بر مبنای گشتاور، جریان و سرعت نامی و از روش اجزاء محدود برای تحلیل دقیق میدانها به منظور تكامل طرح اولیه استفاده می‌شد. به این ترتیب زمان و هزینه مورد نیاز طراحی كاهش می‌یافت.

در زمینه عایق تلاشها جهت بهبود هدایت گرمایی در سال 2001 به ارایه یك سیستم با هدایت گرمایی بالا توسط كمپانیهای توشیبا و ونرول ایزولا انجامید. اثر بهبود هدایت گرمایی دراین سیستم نسبت به سیستم معمول مشهود است.

در زمینه ژنراتورهای ابررسانا می‌توان به تحولات زیر اشاره كرد. در سال 2002 كمپانی جنرال‌الكتریك برنامه‌ای را با هدف ساخت و تست یك ژنراتور MVA100 آغاز كرده است. هسته رتور و استاتور این ژنراتور مانند ژنراتورهای معمولی است. هدف این است كه یك رتور معمولی بتواند میدان حاصل از سیم‌پیچی ابررسانا را بدون اشباع شدن از خودعبور دهد. مهمترین قسمتهای این پروژه، سیم‌پیچ میدان دمابالا و سیستم خنك‌سازی است

از سال 2000 به بعد فعالیتهای گسترده‌ای در جهت ساخت و نصب پاورفرمرها صورت گرفته است كه نتیجه آن نصب چندین پاورفرمر در نیروگاههای مختلف است. این پاورفرمها و مشخصات آنها عبارتند از:

• پاورفرمر نیروگاه توربو ژنراتوری اسكیلزتونا سوئد با مشخصات KV136، MVA42، rpm3000
  
• پاورفرمر نیروگاه هیدرو ژنراتوری پرسی سوئد با مشخصات kv155، MVA75، rpm125
  
• پاورفرمر نیروگاه هیدروژنراتوری هلجبرو سوئد با مشخصات KV78، MVA25، rpm4/115
  
• پاورفرمر نیروگاه هیدرو ژنراتوری میلرگریك كانادا با مشخصات KV25، MVA8/32، rpm720
  
• پاورفرمر نیروگاه هیدروژنراتوری كاتسورازاوا با مشخصات KV66، MVA9، rpm5/428
  

جمعبندی تحولات 2000 به بعد

 

با بررسی مقالات IEEE این سالها (149 مقاله) در موضوعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنكرون به نتایج زیر می‌رسیم:

 

1. تمركز موضوعی مقالات
   
2. تلاشهای زیادی برای بهبود هدایت حرارتی عایق سیم‌پیچی استاتور خنك شونده با هوا با هدف رسیدن به ظرفیتهای بالاتر صورت گرفت.
   
3. پاورفرمرها در نیروگاههای مختلف نصب شدند.
   
4. فعالیت روی پروژه‌های ژنراتورهای ابررسانای دمابالا آغاز شده در دهه قبل ادامه یافت.
   
5. كاربرد سیستمهای تحریك دیجیتال به خصوص سیستمهای با چند ریزپردازنده گسترش یافت.
   
6. استفاده از روشهای عددی در طراحی و آنالیز ژنراتورهای سنكرون به ویژه سیستمهای خنك‌سازی بسیار گسترش یافت.
   

[am in 25041]

ژنراتورهای سنكرون همواره حجم عمده‌ای از تحقیقات را در دهه‌های مختلف به خود اختصاص داده‌اند، تا جایی كه بعد از گذشت بیش از 100 سال از ارایه اولین نوع ژنراتور سنكرون همچنان شاهد ظهور تكنولوژیهای جدید دراین عرصه هستیم. تكنولوژیهای كلیدی كماكان مسائل عایق كاری و خنك‌سازی هستند.

تكنولوژی پیشرفته تولید ژنراتور و ریسك بالقوه موجود باعث شده است تعداد سازندگان مستقل ژنراتور كاهش یابد.

متاسفانه، علی‌رغم اینكه بالا بردن نقطه زانویی اشباع مواد مغناطیسی می‌تواند تاثیر به سزایی در پیشرفت ژنراتورها داشته باشد، تاكنون دستاورد مهمی در این زمینه حاصل نشده است. البته تلاشهایی در گذشته برای كاهش تلفات الكتریكی لایه‌های هسته صورت گرفته است، اما پیشرفتهای حاصله منوط به كاهش ضخامت لایه‌ها یا افزایش غیرقابل قبول قیمت آنهاست. متاسفانه پیشرفت مهمی نیز در آینده پیش‌بینی نمی‌شود.

نیاز امروزه بازار ژنراتورهایی است كه به نحوی پكیج شده باشند كه به راحتی در سایت قابل نصب باشند. پكیجهایی كه از یكپارچگی بالایی برخوردارند به طوری كه نویز حاصل از عملكرد ژنراتور را در خود نگاه می‌دارند، در برابر شرایط جوی مقاومند، ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور ولتاژ دارند، نقطه نوترال در آنهاتعبیه شده و حفاظت اضافه ولتاژ دارند. همچنین سیستم تحریك نیز در این پكیجها تعبیه شده است و تقریباً بی‌نیاز از نگهداری هستند.

پیش‌بینی می‌شود روند جایگزینی سیستمهای خنك‌سازی هیدروژنی به وسیله سیستمهای خنك سازی با هوا ادامه یابد و این در حالی است كه بهبود بازده سیستمهای خنك‌سازی هیدروژنی همچنان مورد توجه است.

با توجه به حجم گسترده تحقیقات در حال انجام روی ژنراتورهای ابررسانای دمابالا، تولید گسترده اینگونه ژنراتورها در آینده نزدیك قابل پیش‌بینی است. پیشرفتهای مورد نیاز در این زمینه به شرح زیر است:

• تولید هادیهای رشته‌ای و استفاده از آنها به جای نوارهای دمابالای امروزی جهت افزایش چگالی جریان
  
• افزایش قابلیت خم كردن سیمهای دمابالا به منظور ایجاد شكل سه‌بعدی مناسب سیم‌پیچی رتور درنواحی انتهایی سیم‌پیچ
  
• استفاده از سیم‌پیچی لایه‌‌ای به جای سیم‌پیچی‌های پنكیك به منظور حداقل سازی اتصالات بین كویلها
  

از موضوعات قابل توجه دیگری كه پیش‌بینی می‌شود صنعت ژنراتور را در سالهای آینده تحت تاثیر قراردهد، تولید انبوه پاورفرمر و رسیدن به سطوح بالاتر ولتاژ است به طوریكه در آینده نزدیك پاور فرمرهایی با ولتاژ kv170 برای نیروگاههای توربو ژنراتوری و kv200 برای نیروگاههای هیدروژنراتوری ساخته خواهند شد و امید است كه سطح ولتاژ خروجی آنها به kv400 هم برسد.

انتظار می‌رود پیشرفت سیستمهای عایقی ادامه یابد. ممكن است از تكنولوژیهای جدید عایقی مانند سیستمهای عایق پلیمری پیشرفته استفاده شود و این سیستمها بتوانند با نوارهای میكا-گلاس امروزی رقابت كنند. این پیشرفتها می‌تواند به بهبود كابلهای پاور فرمر نیز بینجامد.

[spow 44197]

سلام دوستان عزیز

فایلی که تقدیم حضورتون میشه درزمینه اشنایی با ژنراتورها وحفاظت ژنراتورها میباشد که امیدوارم به درد دوستانی که میخوان با ژنراتورها اشنایی بهتری داشته باشن بخوره

ژنراتورها یا مولدهای توان نقشی حیاتی درشبکه های قدرت دارند که اشنایی با اصول کارکرد واصول حفاظتی ژنراتورها از اصول اساسی کاربا انها میباشد

موفق باشیم

 

دانلود کنید

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[spow 44197]

اینم یه فایل دیگه درمورد ژنراتورها

یه فایل از شرکت GE که به توضیخ اصول کلی ژنراتورها ونحوه حفاظت اون میپردازه

امیدوارم برای دوستان عزیز مفید باشه

موفق باشیم

 

دانلود کنید

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[spow 44197]

سیر تکاملی ژنراتورهای سنکرون(از ابتدا تا کنون)

ماشین سنکرون همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی الکتریکی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است.

ساخت اولین نمونه ژنراتور سنکرون به انتهای قرن ۱۹ برمی‌گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. درکانون این تحول؛ یک هیدروژنراتور سه فاز ۲۱۰ کیلووات قرار گرفته بود.

علیرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت وسطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده‌ای برای نیل به این مقصود صورت گرفت.

مهمترین محدودیتها در جهت افزایش ظرفیت، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک‌سازی بود. در راستای رفع این محدودیتها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک‌سازی و بهینه‌سازی روشهای خنک‌سازی با هوا نتایج موفقیت‌آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتورها به بیش از mva1600 افزایش یافته است.

در جهت افزایش ولتاژ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست.

همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است. انتظار می‌رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند.

تاریخچه :

ژنراتور سنکرون تاریخچه‌ای بیش از صد سال دارد. اولین تحولات ژنراتور سنکرون در دهه ۱۸۸۰ رخ داد. در نمونه‌های اولیه مانند ماشین جریان مستقیم، روی آرمیچر گردان یک یا دو جفت سیم‌پیچ وجود داشت که انتهای آنها به حلقه‌های لغزان متصل می‌شد و قطبهای ثابت روی استاتور، میدان تحریک را تامین می‌کردند. به این طرح اصطلاحاً قطب خارجی می‌گفتند. در سالهای بعد نمونه دیگری که در آن محل قرار گرفتن میدان و آرمیچر جابجا شده بود مورد توجه قرار گرفت. این نمونه که شکل اولیه ژنراتور سنکرون بود، تحت عنوان ژنراتور قطب داخلی شناخته و جایگاه مناسبی در صنعت‌برق پیدا کرد. شکلهای مختلفی از قطبهای مغناطیسی و سیم‌پیچهای میدان روی رتور استفاده شد، در حالی که سیم‌پیچی استاتور، تکفاز یا سه‌فاز بود. محققان بزودی دریافتند که حالت بهینه از ترکیب سه جریان متناوب با اختلاف فاز نسبت به هم بدست می‌آید. استاتور از سه جفت سیم‌پیچ تشکیل شده بود که در یک طرف به نقطه اتصال ستاره و در طرف دیگر به خط انتقال متصل بودند.

در واقع ایده ماشین جریان متناوب سه فاز، مرهون تلاشهای دانشمندان برجسته‌ای مانند نیکولا تسلا، گالیلئو فراریس، چارلز برادلی، دبروولسکی، هاسلواندر بود.

هاسلواندر اولین ژنراتور سنکرون سه فاز را در سال ۱۸۸۷ ساخت که توانی در حدود ۸/۲ کیلووات را در سرعت ۹۶۰ دور بر دقیقه (فرکانس ۳۲ هرتز) تولید می‌کرد. این ماشین دارای آرمیچر سه فاز ثابت و رتور سیم‌پیچی شده چهار قطبی بود که میدان تحریک لازم را تامین می‌کرد. این ژنراتور برای تامین بارهای محلی مورد استفاده قرار می‌گرفت.

در سال ۱۸۹۱ برای اولین بار ترکیب ژنراتور و خط بلند انتقال به منظور تامین بارهای دوردست با موفقیت تست شد. انرژی الکتریکی تولیدی این ژنراتور توسط یک خط انتقال سه فاز از لافن به نمایشگاه بین‌المللی فرانکفورت در فاصله ۱۷۵ کیلومتری منتقل می‌شد. ولتاژ فاز به فاز ۹۵ ولت، جریان فاز ۱۴۰۰ آمپر و فرکانس نامی ۴۰ هرتز بود. رتور این ژنراتور که برای سرعت ۱۵۰ دور بر دقیقه طراحی شده بود، ۳۲ قطب داشت. قطر آن ۱۷۵۲ میلیمتر و طول موثر آن ۳۸۰ میلیمتر بود. جریان تحریک توسط یک ماشین جریان مستقیم تامین می‌شد. استاتور آن ۹۶ شیار داشت که در هر شیار یک میله مسی به قطر ۲۹ میلیمتر قرار می‌گرفت. از آنجا که اثر پوستی تا آن زمان شناخته نشده بود، سیم‌پیچی استاتور متشکل از یک میله برای هر قطب / فاز بود. بازده این ژنراتور ۵/۹۶% بود که در مقایسه با تکنولوژی آن زمان بسیار عالی می‌نمود. طراحی و ساخت این ژنراتور را چارلز براون انجام داد.

در آغاز، اکثر ژنراتورهای سنکرون برای اتصال به توربینهای آبی طراحی می‌شدند، اما بعد از ساخت توربینهای بخار قدرتمند، نیاز به توربوژنراتورهای سازگار با سرعت بالا احساس شد. در پاسخ به این نیاز اولین توربورتور در یکی از زمینه‌های مهم در بحث ژنراتورهای سنکرن، سیستم عایقی است. مواد عایقی اولیه مورد استفاده مواد طبیعی مانند فیبرها، سلولز، ابریشم، کتان، پشم و دیگر الیاف طبیعی بودند. همچنین رزینهای طبیعی بدست آمده از گیاهان و ترکیبات نفت خام برای ساخت مواد عایقی مورد استفاده قرارمی‌گرفتند. در سال ۱۹۰۸ تحقیقات روی عایقهای مصنوعی توسط دکتر بایکلند آغاز شد. در طول جنگ جهانی اولی رزین‌های آسفالتی که بیتومن نامیده می‌شدند، برای اولین بار همراه با قطعات میکا جهت عایق شیار در سیم‌پیچهای استاتور توربوژنراتورها مورد استفاده قرار گرفتند. این قطعات در هر دو طرف، با کاغذ سلولز مرغوب احاطه می‌شدند. در این روش سیم‌پیچهای استاتور ابتدا با نوارهای سلولز و سپس با دو لایه نوار کتان پوشیده می‌شدند. سیم‌پیچها در محفظه‌ای حرارت می‌دیدند و سپس تحت خلا قرار می‌گرفتند. بعد از چند ساعت عایق خشک و متخلخل حاصل می‌شد. سپس تحت خلا، حجم زیادی از قیر داغ روی سیم‌پیچ‌ها ریخته می‌شد. در ادامه محفظه با گاز نیتروژن خشک با فشار ۵۵۰ کیلو پاسکال پر و پس از چند ساعت گاز نیتروژن تخلیه و سیم‌پیچها در دمای محیط خنک و سفت می‌شدند. این فرآیند وی پی‌آی نامیده می‌شد.

[am in 25041]

هر واحد نيروگاهي براي كنترل سرعت و قدرت توربين به يك دستگاه گاورنر (Governor) براي تنظيم جريان آب ورودي به توربين، مجهز مي‌گردد.

 

گاورنرها به 3 دسته تقسيم مي‌شوند:

 

- گاورنر مكانيكي

- گاورنر الكترومكانيكي

- گاورنر الكترونيكي

 

در حال حاضر فقط از گاورنر الكترونيكي در نيروگاههاي جديد استفاده مي‌شود و گاورنرهاي مكانيكي و الكترومكانيكي را فقط در نيروگاههاي قديمي مي‌توان پيدا كرد.

 

 

 

گاورنرهاي جديد داراي دو قسمت الكترونيكي و هيدروليكي مي‎باشند.

[am in 25041]

- قسمت الكترونيكي گاورنر

يك كنترل‎كننده الكترونيكي حلقه بسته (close loop) ، مجهز به PLC ، به‌صورت كاملا” دوتايي (Full redundant)، كنترل سيستم را بر عهده مي‌گيرد.

سيگنال‎هاي ورودي اين كنترل‎كننده معمولا" عبارتند از:

- سيگنال آنالوگ سرعت توربين، از خروجي سنسورهاي سرعت توربين (mA20-4)

- سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعيت ويكت گيت‌هاي توربين(mA20-4)

- سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجي ژنراتور (mA20-4)

بر اســــاس سيگنـــــال‎هاي ورودي فــوق و پــردازش آن‌ها در كنتـرل‌كننده PLC، سيگنال خروجــي گـــاورنر الكتـــرونيكي (mA20-4) به شـــير راهنمـــا(Pilot valve) اعمـــال شـــده و با عمــلكرد اين شيـر، فشـــار و دبــي لازم روغـــن براي حركــــت سـرووموتور و دريچه‎هـــاي هـــادي توربيـــن(wicket gates) از طريـق شيـــر كنتـــرل اصـــلي(main valve) گاورنر فراهم مي‎گردد.

كنتـــرل‎كننده فــوق معمولا" به صـورت دوتــايي بـــه عنــوان گاورنــر اصلي و گاورنر پشتيبان در تابلوي كنترل گاورنر قرار مي‌گيرند.

در صـــورت بروز اشكال در گاورنر اصلي(main) ، كنترل سيستم به صورت خودكار، به گاورنر پشتيبان (backup) منتقل مي‎شود.

سيستم كنترل گاورنر داراي سه حالت عملكرد به شرح زير است:

- حـــالت كنتــــرل ســـرعت با كنترل‎كننده PID (speed control)

- حالت كنترل مقدار بازشدگي دريچه‎هاي هادي(wicket gate) توربين با كنترل‎كننده تناسبي (‍P)(opening control)

- حالت كنترل توان خروجي ژنراتور با كنترل‎كننده PID (Power control)

[am in 25041]

2- قسمت هيدروليكي گاورنر

 

قســـمت هيدروليكي گاورنر شامل تجهيزات زير مي‎باشد:

 

- عمــل‎كننده‎هـــاي الكتروهـــيدروليكي براي تبديل سيگنال‎هاي الكتريكي به مقـــادير مكــانيكي متناظر

 

- تقويت‎كننده هيدروليكي

 

- واحد تأمين فشار روغن

 

از اين واحـــد به منظـــور تأميـــن فشـــار روغــــن بـــراي عمــــلكرد سرومــــوتورهاي تـــوربين و نهايتا” باز و بسته شدن ويكت گيت‌هاي توربين استفاده مي‎شود.

 

سيستم روغـن گـاورنر شامل مخــزن روغن، تانك فشار روغن/هوا(Air Oil Vessel) ، دو دستگاه پمـپ روغـــن گـــاورنر، شيرهاي سولونوئيدي، شير هيدروليكي، سيستم خنك‎كن روغن (شامل دو دستگاه پمپ، كولر و ***** دوتايي مربوطه)، تجهيزات كنترل و اندازه‎گيري، لوله‎كشي و غيره مي‎باشد.

 

برق سيســـتم كنتــــرل گـــاورنر از دو فيـــدر مجــزا،از سيستم DC نيروگاه تأمين مي‎شود

[pesare irani 41805]

من گاونر دوست دارم

 

تنها چیزی که تو ماشین 3 فهمیدم همینه

[spow 44197]

مرسی امین جان

من هم الکترونیکیشو دیدم هم الکترو مکانیکیشو

فقط میتونی مطالبی درزمینه حلقه های کنترلی وارتباطشون با گاورنر هم بزاری که سیر پیشرفتشون وارتباطشون درطول زمان ساخت این حلقه ها(تناسبی,مشتق گیر وانتگرال گیری)چطوری بوده

[spow 44197]

یه نکته ای هم اضافه کنم که استفاده از هیدرولیم تو کنترل یه بحث هست واستفاده از گاورنر صرفا هیدرولیکی یه بحث دیگه که امروزه درنیروگاههای ابی ببه دلیل فلوی بسیار بالا ونویز شدیدی که روی سیگنالهای الکترونیکی ممکنه پیش بیاد از سیستمهای پرفشار هیدرولیکی استفاده میشه

موفق باشیم

[am in 25041]

مرسی امین جان

من هم الکترونیکیشو دیدم هم الکترو مکانیکیشو

فقط میتونی مطالبی درزمینه حلقه های کنترلی وارتباطشون با گاورنر هم بزاری که سیر پیشرفتشون وارتباطشون درطول زمان ساخت این حلقه ها(تناسبی,مشتق گیر وانتگرال گیری)چطوری بوده

چشم

تو جزوه سیستم قدرت و کنترل صنعتیم هست

باید بگردم پیداشون کنم

میزارم واست!!!!

[spow 44197]

روش‎‎هاي كاهش مصرف انرژي الكتريكي موتورها

 

 

موتورها مصرف‎‎كننده‎‎هاي عمده برق در اغلب كارخانه‎‎ها هستند. وظيفه يك موتورالكتريكي تبديل انرژي الكتريسيته به‎ انرژي مكانيكي است. در يك موتور سه‎‎فاز AC جريان از سيم‎‎پيچ‎‎هاي موتور عبور كرده و باعث ايجاد ميدان مغناطيسي دواري مي‎شود كه اين ميدان مغناطيسي محور موتور را مي‎‎چرخاند. موتورها به‎‎‎گونه‎‎اي طراحي شده‎‎اند كه اين وظيفه را به‎‎‎خوبي انجام دهند. مهم‎‎ترين و ابتدايي‎‎ترين گزينه صرفه‎‎جويي در موتورها مربوط‎‎به‎ انتخاب آنها و استفاده از آنها مي‎‎باشد.

1-هرزگردي موتورها

 

بيشترين صرفه‎‎جويي مستقيم برق را مي‎‎توان با خاموش كردن موتورهاي بي‎‎بار و درنتيجه حذف تلفات بي‎‎باري به‎‎‎دست آورد. روش ساده آن درعمل نظارت دايم يا كنترل اتوماتيك است. اغلب به‎ مصرف برق در بي‎‎باري اهميت چنداني داده نمي‎‎شود درحالي‎‎كه غالباً جريان در بي‎‎باري حدود جريان در بار كامل است.

مثالي از اين نوع تلفات را مي‎‎توان در واحدهاي بافندگي يافت، جايي‎‎كه ماشين‎‎هاي دوزندگي معمولاً براي دوره‎‎هاي كوتاهي كار مي‎‎كنند. اگرچه موتورهاي اين ماشين‎‎ها نسبتاً كوچك هستند (1.3 اسب بخار) ولي چون تعداد آنها زياد است (معمولاً تعداد آنها در يك كارخانه به‎ صدها عدد مي‎‎رسد) اندازه اين تلفات قابل‎‎ملاحظه است. اگر فرض كنيم 200 موتور 1.3 اسب‎‎بخار در 90درصد زمان هرزگرد بوده و باري معادل 80درصد بار كامل بكشند، هزينه كار بيهوده موتورها با درنظر گرفتن 120ريال بهاي واحد انرژي الكتريكي ، به‎‎‎شكل زير محاسبه مي‎شود:

هزينه بي‎‎باري = 200موتور×3/1 اسب‎‎بخار × 80% بار × 6000ساعت در سال × 90% بي‎‎باري ×120ريال= 25ميليون ريال

با اتصال يك سوئيچ به‎ پدال چرخ‎‎ها مي‎‎توان آنها را به‎‎‎طور اتوماتيك خاموش كرد.

2-كاهش بازده در كم‎‎باري

 

وقتي از موتوري استفاده شود كه مشخصات نامي بالاتر از مقدار مورد نياز را داشته باشد، موتور در باركامل كار نمي‎‎كند و در اين‎‎حالت بازده موتور كاهش مي‎‎يابد.

استفاده از موتورهاي بزرگتر از اندازه موردنياز معمولاً به‎ دلايل زير است :

- ممكن است پرسنل مقدار بار واقعي را ندانند و بنابه احتياط موتوري بزرگتر از اندازه موردنياز انتخاب شود

- طراح يا سازنده براي اطمينان از اينكه موتور توان كافي را داشته باشد، موتوري بسيار بزرگتر از اندازه واقعي موردنياز پيشنهاد ‎‎كند و بار حداكثر درعمل به‎‎‎ندرت اتفاق ‎‎افتد. به‎‎‎علاوه اغلب موتورها مي‎‎توانند براي دوره‎‎هاي كوتاه در باري بيشتر از بار كامل نامي كار كنند.

درصورت تعدد اين وسايل اهميت مسئله بيشتر مي‎شود)

- وقتي موتور با مشخصات نامي موردنظر در دسترس نيست يك موتور بزرگتر نصب مي‎شود و حتي وقتي موتوري با اندازه نامي موردنظر پيدا مي‎شود جايگزين نشده و موتور بزرگ همچنان به‎ كار خود ادامه مي‎‎دهد.

- به‎‎‎خاطر افزايش غيرمنتظره در بار كه ممكن است هيچگاه هم رخ ندهد يك موتور بزرگتر انتخاب مي‎شود.

- نيازهاي فرآيند توليدي كاهش يافته است

در برخي بارها گشتاور راه‎‎انداز بسيار بيشتر از گشتاور دورنامي است و باعث مي‎شود موتور بزرگتر به‎‎‎كار گرفته شوند.

بايد مطمئن شد هيچ كدام از اين موارد موجب استفاده از موتورهايي بزرگتر از اندازه و درنتيجه كاهش بازده نشده باشند.

جايگزيني موتورهاي كم‎‎بار با موتورهاي كوچكتر باعث مي‎شود كه موتور كوچكتر با بار كامل داراي بازده بيشتري باشد. اين جايگزيني معمولاً براي موتورهاي بزرگتر وقتي در 3/1 تا نصف ظرفيت‎‎شان (بسته به‎ اندازه‎‎شان) كار مي‎‎كنند اقتصادي است.

براي تشخيص موتورهاي بزرگتر از ظرفيت مورد نياز به‎ اندازه‎گيري‎‎ الكتريكي احتياج است. وات‎‎متر مناسب‎‎ترين وسيله‎‎است.

روش ديگر، اندازه‎گيري سرعت واقعي و مقايسه آن با سرعت نامي است. بار جزئي به‎‎‎عنوان درصدي از بار كامل نامي را مي‎‎توان از تقسيم شيب(سرعت) عمليات بر شيب بار كامل به‎‎‎دست آورد. رابطه بين بار و شيب تقريباً خطي است. معمولاً در اين موارد مي‎‎توان براي جلوگيري از سرمايه‎‎گذاري جديد اينگونه موتورها را با ديگر موتورهاي موجود در كارخانه جايگزين نمود كه تنها هزينه آن اتصالات و صفحه‎‎هاي تنظيم‎‎كننده هستند. اگر اين تغييرات را بتوان همزمان با تعميرات برنامه‎‎ريزي‎‎شده در كارخانه انجام داد بازهم هزينه‎‎ها كاهش مي‎‎يابد.

3-موتورهاي پربازده

 

بازگشت سرمايه قيمت اضافي پرداختي جهت خريد موتورهاي پربازده، معمولاً كمتراز دو سال كاركرد موتور به‎‎‎ازاي 4000 ساعت كاركرد سالانه و در 75درصد بار مي‎باشد. (بازگشت سرمايه نسبت به‎ موتورهاي قديمي و غير استاندارد به‎ كمتر از شش ماه نيز مي‎‎رسد) درمواردي كه بار موتور سبك يا ساعت كاركرد آن كم است يا بارهاي تناوبي استثنائاتي وجود دارد. بيشترين صرفه‎‎جويي در رنج موتورهاي 1 تا 20 اسب‎‎بخار به‎‎‎دست مي‎‎آيد. در توان بيشتر از 20 اسب‎‎بخار افزايش بازده كاهش مي‎‎يابد و موتورهاي موجود بيش از 200 اسب‎‎بخار تقريباً داراي بازده كافي هستند.

سازندگان معمولاً موتورهاي با طراحي استاندارد و قيمت تمام‎‎شده كم‎‎تر را عرضه مي‎‎كنند. به‎‎‎خاطر رقابت شديد اين نوع موتورها بازده كمي دارند. آنها ضريب قدرت پايين‎‎تري دارند، قابل تعمير نبوده و نمي‎‎توان به‎‎‎راحتي سيم‎‎پيچ آنها را مجدداً پيچيد.

در موتورهاي پربازده با استفاده از ورقه‎‎هاي استيل نازكتر در استاتور و روتور، استفاده از استيل با خواص الكترومغناطيسي بهتر، استفاده از فن‎‎هاي كوچكتر با بازده بيشتر و بهبود طراحي شكاف روتور بازده افزايش يافته است. تمام اين روش‎‎ها باعث افزايش مصرف مواد اوليه و درنتيجه افزايش هزينه‎‎ مواد يا هزينه‎‎هاي ساخت مي‎شود و بنابراين قيمت تمام شده موتور زياد مي‎شود. بااين وجود 30-20 درصد اضافه هزينه اوليه با كاهش هزينه‎‎هاي عملياتي جبران مي‎شود. از ديگر مزاياي موتورهاي پربازده اثر كم بر عملكرد موتور به‎‎‎هنگام نوسانات ولتاژ و بار جزئي است.

محاسبه بازگشت هزينه اين موتورها به‎‎‎خاطر متغيرهاي درگير پيچيده است. براي تعيين هزينه عملياتي موتور بايد توان مصرفي توسط موتور در ساعات كار آن و قيمت انرژي الكتريكي ضرب شود. هريك از اين فاكتورها متغيرهاي مخصوص به‎‎‎خود را دارند كه شامل تغيير در برنامه زمانبندي توليد، تغيير در بار موتور و جريمه‎‎هاي ديماند مي‎‎باشند. پرداختن به‎ برخي از اين عوامل مشكل است.

حتي وقتي ميزان صرفه‎‎جويي محاسبه مي‎شود از آنجاكه بازده واقعي يك موتور معمولاً ناشناخته است ممكن است اين محاسبات دچار خطا شوند. چون همه سازنده‎‎ها از تكنيك‎‎‎‎هاي يكساني براي اندازه‎گيري بازده موتورها استفاده نمي‎‎كنند ، بنابراين مشخصات نامي درج‎‎شده بروي پلاك را نمي‎‎‎توان با هم مقايسه كرد. به‎عنوان نمونه در آمريكا منظور بيشتر سازنده‎‎ها‎‎ از بازده نامي رنجي از بازده‎‎ها است كه بازده موتور در آن قرار مي‎‎گيرد. از تكنيك‎‎هاي آماري مختلفي براي تعيين حداقل بازده يك موتور با هر بازده نامي استفاده مي‎شود. به‎‎‎عنوان مثال يك موتور با بازده نامي 90.2 % داراي حداقل بازده نامي 88.5 % است.

عده زيادي موتورهاي پربازده را بدون اينكه درصدد توجيه برگشت هزينه آن باشند ، استفاده مي‎كنند ، مگر درمورد موتورهاي بزرگتر. معمولاً مدت بازگشت هزينه تقريباً يك سال است.

بازده موتورها از مشخصات نامي آنها متفاوت است(به‎‎‎دست نمي‎‎آيد). مثلاً يك موتور 100-hp.1800-rpm سرپوشيده با فن خنك‎‎ساز از يك سازنده داراي يك حداقل بازده تضمين‎‎شده معادل 90.2درصد در بار كامل در مدل استاندارد و 94.3درصد در مدل بازده بالا است. موتور هم‎‎اندازه آن از يك سازنده ديگر داراي همان بازده 90.2درصد در مدل استاندارد و حداقل بازده 91درصد در مدل بازده بالا است. براي تعيين بازده واقعي يك موتور خاص بايد از تجهيزات تست پيچيده‎‎اي استفاده كرد.

به‎‎‎خاطر اين اختلاف‎‎ها، به‎‎‎هنگام ارزيابي ميزان صرفه‎‎جويي، استفاده از حداقل بازده تضمين‎‎شده قابل اطمينان‎‎تر است چون همه موتورها بايد برابر يا بزرگتر از اين اندازه باشند.

4-درايوهاي تنظيم سرعت

 

وقتي تجهيزات بتوانند در سرعت كاهش‎‎يافته كار كنند چند گزينه قابل انتخاب است.

[spow 44197]

مثال‎‎هاي ذيل نمونه‎‎هايي براي همه صنايع هستند

4-1 موتورهاي AC فركانس متغير (با تنظيم فركانس)

 

وقتي پمپ‎‎هاي گريز از مركز، فن‎‎ها و دمنده‎‎ها در سرعت ثابت كار مي‎‎كنند و خروجي با استفاده از والوها و مسدود‎‎كننده‎‎ها كنترل مي‎شود موتور صرفنظر از مقدار خروجي در نزديكي بار كامل كار مي‎‎كند كه باعث مي‎شود انرژي زيادي توسط اين مسدودكننده‎‎ها و والوها تلف شود. اگر اين تجهيزات بتوانند همواره در سرعت مورد نياز كار كنند مقدار زيادي انرژي صرفه‎‎جويي مي‎شود. درايوهاي تنظيم سرعت باعث مي‎شوند تجهيزات باتوجه به نياز سيستم در حالت بهينه عمل كنند.

كنترلرهاي AC تنظيم فركانس (فركانس متغيير) وسايل پيچيده‎‎اي بوده و گرانقيمت هستند. بااين‎‎حال مي‎‎توانند به‎‎‎راحتي به‎ موتورهاي القايي AC استاندارد اضافه شوند. با هزينه تجهيزات كمتر و هزينه‎‎هاي الكتريكي بيشتر (با كاهش هزينه تجهيزات و افزايش هزينه‎‎هاي الكتريكي) كاربرد اين وسايل در اغلب موارد اقتصادي مي‎شود. بسياري از انواع پمپ‎‎ها، فن‎‎ها، ميكسچرها، نقاله‎‎ها، خشك‎‎كننده‎‎ها، خردكننده‎‎ها (سنگ‎‎شكن‎‎ها) آسياب‎‎ها، صافي‎‎ها و برخي انواع كمپرسورها، دمنده‎‎ها و همزن‎‎ها در سرعت‎‎هاي مختلف با وسايل تنظيم سرعت كار مي‎‎كنند.

تجهيزات مجهز به‎ تنظيم سرعت كمتراز نصف تجهيزات مجهز به‎ مسدودكننده انرژي مصرف مي‎‎كنند.

در عمل بايد براي محاسبه دقيق صرفه‎‎جويي حاصل براساس كيلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زير50درصد ظرفيت نامي افت مي‎‎كند.

4-2-درايوهاي DC حالت جامد (نيمه‎‎هادي)

 

مي‎‎توان با تنظيم سرعت با استفاده از درايوهاي DC صرفه‎‎جويي‎‎هاي مشابهي را انجام داد. هزينه اوليه نسبت‎‎به‎ درايوهاي AC تنظيم فركانس بيشتر است به‎‎‎خصوص وقتي مستقيماً بتوان از كنترلرهاي الكتريكي در موتور ACاستفاده كرد. تعمير و نگهداري كموتاتور و زغال نيز هزينه زيادي در درايوهاي DC دربردارد. همچنين سيستم‎‎هاي DC نسبت‎‎به‎ هواي خورنده و كثيف (مملو ازذرات) كه در يك محيط صنعتي معمول است حساس‎‎ترند.

بنابراين درايوهاي AC معمولاً ترجيح داده مي‎شوند مگر در مواردي كه شرايط عملياتي برخي از مشخصه‎‎هاي سيستم‎‎هاي DC از قبيل تنظيم سرعت خيلي دقيق، معكوس كردن سريع جهت، يا گشتاور ثابت در رنج سرعت نامي مورد نياز باشد.از اين درايوها در ماشين‎‎هاي حديدهdrawing machins، پوشش‎‎دهنده‎‎ها (لعاب‎‎دهنده‎‎ها coaters) ماشين‎‎هاي تورق (laminators)، دستگاه‎‎هاي سيم‎‎پيچي (winders) و ساير تجهيزات استفاده مي‎شود.

ساير تكنيك‎‎هاي تغيير سرعت موتور عبارت است از درايوهاي لغزش (slip) الكترومكانيكي، درايوهاي سيال. و موتورهاي القايي (موتورهاي با روتور سيم‎‎پيچي‎‎شده). اين درايوها با تغيير درجه لغزش بين درايو و عنصر درحال حركت سرعت را كنترل مي‎‎كنند. چون قسمتي از انرژي مكانيكي كه تبديل به‎ بار نمي‎‎شود به‎ حرارت تبديل مي‎گردد اين درايوها داراي بازده كمي بوده و معمولاً به‎‎‎خاطر مشخصه‎‎هاي خود در كاربردهاي خاصي به‎‎‎كار برده مي‎‎شوند. مثلاً ممكن است از درايوهاي سيال در سنگ‎‎شكن‎‎ها (خردكننده‎‎ها) استفاده شوند چون داراي ظرفيت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانايي مقاومت دربرابر بارهاي شوك، قابليت مقاومت در سيكل‎‎هاي سكون (ازكارافتادگي)، ماهيت ايمني آن و قابليت تحمل هواي ساينده را دارند.

چون درايوهاي AC وDC سرعت چرخنده اصلي را تغيير مي‎‎دهند براي صرفه‎‎جويي در انرژي ترجيح داده مي‎‎شوند.

4-3-درايوهاي مكانيكي

 

درايوهاي تنظيم سرعت مكانيكي ساده‎‎ترين و ارزانترين وسايل تغيير سرعت هستند. اين نوع چرخ‎‎هاي قابل تنظيم مي‎‎توانند در امتداد محور باز و بسته شوند و درنتيجه ميزان تماس چرخ را با تسمه تنظيم كنند.

مزيت عمده درايوهاي مكانيكي سادگي آنها ، سهولت تعمير و نگهداري و هزينه پايين آنها است. يك سرويس تعمير و نگهداري درحد متوسط و كنترل سرعت با دقت كم (معمولاً 5درصد) از خصوصيات اين درايوها است.

درايوهاي تسمه‎‎اي براي گشتاورهاي كم تا متوسط (100اسب‎‎بخار) در دسترس هستند. بازده درايوهاي تسمه‎‎اي 95 درصد است و نسبت كاهش سرعت تا 10به‎ 1 مي‎‎رسد.

از درايوهاي زنجيري فلزي در گشتاور زياد استفاده مي‎شود. اين درايوها مشابه درايوهاي تسمه‎‎اي هستند فقط به‎‎‎جاي تسمه‎‎هاي لاستيكي از تسمه‎‎هاي فلزي استفاده شده است.

4-4-كاهش يك سرعته

 

وقتي فقط با يك كاهش سرعت به‎ نتيجه رضايت‎‎بخش برسيم گزينه ارزانتري را مي‎‎توانيم انتخاب كنيم. اگرچه سرعت‎‎هاي متغيير اين مزيت را دارند كه در وضعيت‎‎هاي مختلف مي‎‎توان سرعت بهينه را به‎‎‎كار برد، در مواقعي كه رنج تغيير سرعت محدود است و زماني كه موتور بايد در سرعت پايين‎‎تري كار كند نسبت ‎‎به‎ زمان كل كار موتور كم است احتمالاً يك كاهنده تك‎‎سرعته ازنظر هزينه و اثربخشي به‎‎‎صرفه‎‎تر است.

درايوهاي تسمه‎‎اي: در اين درايوها يك (يك‎‎بار) كاهش سرعت با كمترين هزينه همراه است چون به‎‎‎راحتي مي‎‎توان چرخ‎‎ها را عوض كرد. ازآنجاكه با نصب دوباره چرخ‎‎هاي قديمي براحتي مي‎‎توان تغييرات را بازگرداند از اين روش وقتي استفاده مي‎شود كه كاهش خروجي براي يك دوره معين موردنياز است. مثلاً وقتي سطح توليد براي يك زمان نامشخص كاهش يافته ولي ممكن است در آينده نياز باشد كه به‎ ظرفيت اوليه برگرديم.

كاهش دور توسط چرخ‎‎دنده: حالت‎‎هاي مشابه‎‎اي را توسط تغيير چرخ‎‎دنده مي‎‎توان به‎‎‎كار برد.

تعويض موتور: درمواردي كه يك بار كاهش سرعت موردنياز است يك موتور با سرعت كم‎‎تر را نيز مي‎‎توان جايگزين‎‎نمود.

4-5موتورهاي دوسرعته

 

موتور دوسرعته يك راه‎‎حل اقتصادي ميانه درمقايسه با استفاده از‎ درايوهاي چندسرعته و سرعت ثابت است.

همانطوركه در مثال‎‎هاي قبلي بيان شد چون توان مصرفي با مكعب (توان سوم) سرعت متناسب است، صرفه‎‎جويي در انرژي اهميت زيادي دارد. درعمل يك افزايش جزئي به‎‎‎خاطر تلفات اصطكاك رخ مي‎‎دهد. از اين روش و استفاده از روش‎‎هاي كنترلي ديگر مي‎‎توان خروجي را در يك رنج محدود كنترل كرد.

دوسرعت را مي‎‎توان از يك سيم‎‎پيچ به‎‎‎دست آورد ولي سرعت پاييني بايد نصف سرعت بالايي باشد. مثلاً سرعت‎‎هاي موتور به‎ اين شكل است 900/1800 ، 600/1200 ، 1800/3600

وقتي به نسبت‎‎هاي ديگري از سرعت نياز است استفاده از يك استاتور دو سيم‎‎پيچه ضروري است. از موتورهاي قفسي چندسرعته (multispeed squirrel cage motors) نيز كه داراي سه يا چهار سرعت همزمان هستند مي‎‎توان استفاده نمود.

قيمت موتورهاي دوسرعته تقريباً دو برابر موتورهاي تك‎‎سرعته است. اگر يك موتور بتواند در دوره‎‎هاي زماني محسوسي با سرعت كم‎‎تر كار كند صرفه‎‎جويي حاصله سرمايه‎‎گذاري اضافي را توجيه مي‎‎كند. در موتورهاي چندسرعته استارترهاي گرانقيمتي موردنياز است چون اندازه محافظ‎‎هاي اضافه‎‎بار در سرعت‎‎هاي مختلف متفاوت است.

5-كاهش بار

 

مسلماً كاهش بار موتور يكي از بهترين روش‎‎هاي كاهش هزينه‎‎هاي الكتريكي است. تعمير و نگهداري مناسب تجهيزات نيز مي‎‎تواند با ازبين بردن تلفات ناشي از اصطكاك در تجهيزات ناميزان (غير هم‎‎محور)، ياتاقان‎‎هاي سخت‎‎شده و نقاله‎‎ها، بار موتور را كاهش دهد. روغن‎‎كاري مناسب قسمت‎‎هاي متحرك مانند ياتاقان‎‎ها و زنجيرها تلفات ناشي از اصطكاك را به‎ حداقل مي‎‎رساند. جايگزيني ياتاقان‎‎هاي غلطكي و بلبرينگ‎‎ها با ياتاقان‎‎هاي تخت به‎‎‎خصوص در شافت‎‎هاي انتقال نيز روش مؤثري است.

6-گشتاور راه‎‎اندازي زياد

 

در بارهايي كه گشتاور استارت بزرگي نياز دارند بايد از يك موتورB -NEMA (رايج‎‎ترين موتور مورد استفاده در صنعت) يا موتورA -NEMA استفاده كرد. درجايي‎‎كه بارهاي با اينرسي زياد وجود دارد مي‎‎توان از موتورهاي كوچكتري كه به‎‎‎گونه‎‎اي طراحي شده‎‎اند كه قابليت گشتاور زياد را دارند استفاده كرد. يك موتور NEMA-B مي‎‎تواند ازعهده بار زياد استارت برآيد ولي وقتي بار به‎ سرعت نهايي رسيد موتور در كمتراز ظرفيت نامي كار مي‎‎كند. ولي انتخاب يك موتور كوجكتر از از نوع C-NEMA يا NEMA-D ضمن اينكه همان گشتاور راه‎‎انداز را توليد كرده ، در شرايط معمول عملياتي نيز نزديك بار كامل نامي كار مي‎‎كند.

7- موتورهايي كه مجدداً پيچيده مي‎‎شوند (موتورهاي سوخته‎‎اي كه سيم‎‎پيچي آنها عوض مي‎شود)

 

بازده موتورهايي كه براي بار دوم پيچيده مي‎‎شوند كاهش مي‎‎يابد كه البته مقدار اين كاهش بستگي به‎ كارگاهي دارد كه موتور در آن پيچيده شده‎‎است، چون كارگاه‎‎هاي سيم‎‎پيچي لزوماً از بهترين روشي كه عملكرد اوليه موتور را حفظ كند استفاده نمي‎‎كنند. در برخي موارد به‎‎‎دليل بازده كم به‎‎‎خصوص در موتورهاي كوچك پيچيدن دوباره موتور توجيه‎‎پذير نيست.

درحالت ايده‎‎آل بايد بازده موتور قبل و بعد از پيچيدن آن با هم مقايسه شود. يك روش تقريباً ساده براي ارزيابي كيفيت موتور پيچيده‎‎شده مقايسه جريان بي‎‎باري موتور است، اين مقدار در موتورهايي كه به‎‎‎خوبي پيچيده نشده باشند افزايش مي‎‎يابد، بررسي روشي كه دركارگاه سيم‎‎پيچي استفاده مي‎شود، نيز مي‎‎تواند كيفيت كار را مشخص كند. در زير برخي نكاتي كه بايد موردتوجه قرارگيرد آمده است :

-وقتي موتوري را براي پيچيدن مجدد باز مي‎‎كنند، عايق بين ورقه‎‎ها خراب شده و باعث افزايش تلفات جريان گردابي مي‎‎گردد مگر اينكه بازكردن (سوزاندن) عايق در كوره‎‎اي با دماي قابل تنظيم انجام شده و ورقه‎‎هاي عايق غيرآلي جايگزين گردد.

-گداختن و سوزاندن سيم‎‎پيچ كهنه (خراب‎‎شده) در دماي كنترل نشده يا استفاده از يك مشعل دستي براي نرم‎‎كردن و خردكردن لاك بين سيم‎‎ها به‎‎‎منظور بازكردن آسان‎‎تر سيم‎‎پيچ به‎ اين معني است كه كار در اين كارگاه به‎‎‎خوبي انجام نمي‎‎شود و بايد به‎ كارگاه ديگري براي پيچيدن موتور مراجعه كرد.

-اگر در نتيجه بازكردن و سوزاندن نامناسب تلفات هسته افزايش يابد، موتور در دماي بيشتري كار مي‎‎كند و زودتر از موعد خراب مي‎شود.

-اگر تعداد دورهاي سيم‎‎پيچ در استاتور كاهش يابد تلفات هسته استاتور افزايش مي‎‎يابد اين تلفات درنتيجه جريان نشتي (هارمونيك) القا شده توسط جريان بار به‎‎‎وجود مي‎‎آيد و اندازه آن برابر با توان دوم جريان بار است.

-در پيچيدن موتور اگر از سيم‎‎هاي با قطر كوچكتر استفاده شود، مقاومت و درنتيجه تلفات افزايش مي‎‎يابد.

روش‎‎هاي پيچيدن موتور در كارگاه‎‎هاي مختلف تعميراتي متفاوت است بنابراين قبل‎‎از تصميم‎ به‎ پيچيدن دوباره موتور بايد كارگاه‎‎ها كاملاً بررسي و بهترين كارگاه انتخاب شود.

شركت Wanlass يك روش پيچيدن موتور ارائه كرده كه مدعي است بازده را تا ده درصد افزايش مي‎‎دهد اين روش برمبناي جايگزيني سيم‎‎پيچ موجود با دو سيم‎‎پيچ است كه به‎گونه‎‎اي طراحي شده‎‎اند كه سرعت موتور را متناسب‎‎با بار تغيير دهد. درمورد ادعاي بهبود بازده بحث‎‎هاي زيادي صورت گرفته و درحالي‎‎كه از عرضه موتورهاي Wanlass بيش‎‎از يك دهه مي‎‎گذرد استفاده كننده‎‎هاي عمده معتقدند اين نوع طراحي بهبودي را كه مي‎‎توان ازطريق تكنيك‎‎هاي متعارف طراحي موتور و سيم‎‎پيچ به‎‎‎دست آورد در صنعت موتور ارائه نكرده است.

8-ژنراتور موتورها

 

يكسوكننده‎‎هاي نيمه‎‎هادي يك منبع مناسب جريان مستقيم DC براي موتورهاي DC يا ديگر استفاده‎‎هاي از جريان DC هستند، ژنراتور موتورهايي كه معمولاً براي جريان مستقيم به‎‎‎كار مي‎‎روند قطعاً نسبت‎‎به‎ يكسوكننده‎‎هاي نيمه‎‎هادي بازده كمتري دارند بازده موتور ژنراتور در بار كامل حدود 70 درصد است در حاليكه بازده يكسوكننده‎‎هاي نيمه‎‎هادي تقريباً 96 دصد در بار كامل است. وقتي ژنراتور موتوري در كمتراز بار نامي كار كند بازده آن به‎‎‎طور قابل‎‎ملاحظه‎‎اي كاهش مي‎‎يابد چون بازده آن برابر با حاصل‎‎ضرب بازده ژنراتور و موتور است.

9-تسمه‎‎ها (Belts)

 

بازده درايوهاي V-belt تأثير زيادي در بازده موتور دارد. عوامل تأثيرگذار در بازده V-belt عبارتنداز:

1- Overbelting:

تسمه‎‎هاي با مشخصات نامي بالاتر باعث افزايش كارايي مي‎شوند

2-تنش (فشار)

فشار نامناسب باعث كاهش بازده تا 10 درصد مي‎شود. بهترين فشار براي يك V-belt كمترين فشاري است كه در آن تسمه در بار كامل نلغزد.

3- اصطكاك:

تلفات اصطكاك اضافي درنتيجه ناميزان بودن(غيرهم‎‎محوري)، فرسودگي چرخ‎‎ها تهويه نامطلوب يا ماليده شدن تسمه‎‎ها به‎ چيزي به‎‎‎وجود مي‎‎آيند.

4-قطر چرخ:

هرچه قطر چرخ بزرگتر باشد بازده افزايش مي‎يابد.

جايگزيني V-beltهاي شياردار با V-beltهاي متعارف صرفه‎‎جويي زيادي دربردارد. يك V-belt درمعرض تنش فشاري بزرگي متناسب با قطر چرخ قراردارد. ازآنجاكه در V-beltهاي شياردار در قسمت تحت‎‎فشار از ماده كمتري استفاده شده تغيير شكل لاستيك و تنش‎‎هاي فشاري به‎ حداقل مي‎‎رسد بنابراين بازده عملياتي در V-beltهاي شياردار بيشتر مي‎شود.

اگر هزينه عملياتي سالانه يك موتور 60 اسب‎‎بخار (براي 6000ساعت) 18000 دلار باشد حتي يك درصد بهبود در بازده موتور باعث 180 دلار صرفه‎‎جويي در سال مي‎شود. هزينه اضافي براي 6 تسمه با اندازه 128 تقريباً 7 دلار است.

بهینه سازی مصرف انرژی در الکتروموتورهای صنعتی با استفاده از کنترل کننده های دور موتور

امروزه صرفه جوئي انرژي الكتريكي تنها از ديدگاه اقتصادي آن مورد توجه قرار نمي گيرد، بلكه آثار زيست محيطي آن نيز روز بروز اهميت بيشتري پيدا ميكند. از اين رو صرفه جوئي انرژي به معني حفاظت از محيط زيست است.

بيش از 65% انرژي الكتريكي، در صنايع، در موتورهاي الكتريكي مصرف ميشود.فنها، پمپ ها، و كمپرسورها، بارهاي اصلي موتورهاي الكتريكي هستند.

[spow 44197]

ميتوان اقدامات مختلفي براي صرفه جوئي انرژي الكتريكي در الكتروموتورهاي صنعتي بعمل آورد. در حالت كلي اين اقدامات به دو دسته تقسيم ميشود:

1- اقدامات مربوط به طراحي موتور

2- اقدامات مربوط به بهره برداري از موتورها

توليد كنندگان موتور اينك موفقیتهاي خوبي در زمینه طراحي و ساخت موتورهاي با راندمان بالا بدست آورده اند. هر چند كه قيمت اين موتورها بالاتر است، ولي محاسبات ساده اي نشان مي دهد كه استفاده از اين موتورها بسيار اقتصادي تر از انواع قديمي ترشان است.

اقدامات مربوط به بهره برداري از موتورها را نيز ميتوان به دو دسته تقسيم نمود:

1- اقدامات روي موتور، نظير تهويه، روغنكاري، و بارگذاري

2- استفاده از درايو

در كنار ماموريت اصلي درايوها كه همان تنظيم دور موتور است، مزاياي بيشمار ديگري نيز عايد ميگردد. كه صرفه جوئي انرژي يكي از اين مزايا است.استفاده از کنترل کننده های دور موتور هم در بهبود بهره وری تولید و هم در صرفه جویی مصرف انرژی - توانایی بازیافت انرژی تلفاتی در ترمزهای مکانیکی ویا انرژی تلف شده در مقاومت ترمز درایوهای معمولی به شبکه - در کاربردهای صنعتی ، علاوه بر پیامدهای اقتصادی آن ، کاهش آلاینده های محیطی را نیز بدنبال خواهد داشت.

قوانين افينيتي در كاربردهاي فن و پمپ پايه نظري صرفه جوئي انرژي، با استفاده از درايو هستند. بر طبق اين قوانين تنها باكاهش ده درصد از دور موتور 27% در مصرف انرژي الكتريكي صرفه جوئي خواهد شد. همچنين اگر دور موتور را 20% كاهش دهيم، بايد انتظار 49% صرفه جوئي انرژي داشته باشيم.

بايد توجه كرد كه فنها و پمپ ها عمده ترين بارهاي موتورهاي الكتريكي هستند. اينها از ادواتي نظير دمپرها و يا شيرهاي خفه كن براي تنظيم دبي استفاده ميكنند. اما اين روشها انرژي را تلف ميكنند.

عملكرد اين تجهيزات را ميتوان به راننده اتومبيلي تشبيه نمود كه براي كاهش سرعت، در حالي كه پدال گاز را تا آخر فشرده است، از پدال ترمز استفاده ميكند. نمونه هاي عملي متعددي از كاربرد درايو در صرفه جوئي انرژي الكتريكي وجود دارد. براي مثال شركت اطلس كوپكو با استفاده از درايو موفق شده است، مصرف انرژي كمپرسورهاي توليدي خود را به ميزان 35% كاهش دهد.

در كنار اين دستاورد مهم اطلس كوپكو توانسته است، با استفاده از درايو، فشار كمپرسور را با انعطاف و پايداري بيشتري كنترل نمايد- جريان راه اندازي را به كمتر از 10% جريان نامي موتور كاهش دهد- و ضريب قدرت را به بيش از 95% برساند. و بدين ترتيب كمپرسورهاي اطلس كوپكو نيازي به خازن اصلاح ضريب قدرت ندارند.

از سال 1994 ببعد كه شرکت اطلس كوپكو اين كمپرسورها را معرفي كرده است توانسته است بازار كمپرسورهاي دنيا را تسخير كند.

در کاربردهایی نظیر پمپ و فن استفاده از درایوها تا 50% در کاهش مصرف انرژی موثر است.

پتانسيل قابل توجهي براي صرفه جوئي انرژي در نيروگاهها وجود دارد. مصرف داخلي نيروگاهها ميتواند بين 5 تا 14 درصد برق توليدي نيروگاه باشد. اين ميزان انرژي عمدتا" در id فن، fd فن، فيد پمپ، فنهاي كولينگ تاور، و پمپ هاي سيركولاسيون و خنك كن مصرف ميشود.

يك مطالعه موردي از صرفه جوئي مصرف انرژي در نيروگاههاي هند نشان ميدهد، كه از مجموع 22 واحد نيروگاهي 210 مگاواتي، با بكارگيري درايو در فنهاي id و يا پمپ هاي bfp ، سالانه بالغ بر 158 ميليون كيلووات ساعت انرژي، به ارزش 11.3 ميليون دلار صرفه جوئي حاصل ميگردد. اين درحالي است كه ارزش سرمايه گذاري اوليه 25.7 ميليون دلار بوده است. و بدين ترتيب ميتوان انتظار داشت كه در كمتر از 2.3 سال سرمايه گذاري اوليه مستهلك شده و عوايد سرشاري نصيب نيروگاهها گردد.

پتانسيل صرفه جوئي انرژي در صنايع سيمان از نيروگاهها نيز بالاتر است. در ايران حدود 9% انرژي الكتريكي در كارخانجات سيمان مصرف ميشود. در يك مطالعه نشان داده شد كه ميزان شدت انرژي الكتريكي در كارخانجات منتخب سيمان در ايران، در مقايسه با استانداردهاي جهاني آن ، خيلي بالاتر است.

برآوردها نشان میدهد که در كارخانجات منتخب سالانه بالغ بر 138 ميليون كيلووات ساعت امكان صرفه جوئي انرژي وجود دارد.

محاسبات ساده اي نشان خواهد داد كه در هر خط توليد سيمان بطور متوسط سالانه تا 1.5 ميليون دلار و در كل خطوط توليد سيمان در ايران، كه بالغ بر 65 خط توليد ميشود، سالانه پتانسيل 90 ميليون دلار صرفه جوئي انرژي وجود دارد.

[spow 44197]

کاربرد کنترل کننده های دور موتور در صرفه جویی انرژی

 

 

بحت انرژي از دو ديدگاه اقتصادي و زيست محيطي حائز اهميت است . بهينه سازي مصرف انرژي به اين معني است كه بتوان با استفاده از تجهيزات و يا مديريت بهتر همان كار را ولي با مصرف انرژي كمتر انجام بدهيم .

صرفه جوئي انرژي مي تواند با استفاده از تجهيزات بهتر نظير : عايق بندي مطلوب ، افزايش راندمان سيسمتهاي حرارتي، و بازيابي تلفات حرارتي بدست آيد از طرف ديگر اعمال مديريت انرژي، بمنظور درك سيستمهاي موجود و طريقه استفاده از آنها، ميتواند در كاهش مصرف انرژي نقش مهمي داشته باشد. در سياست گذاري انرژي بايد سازمانها رويكرد سيستمي داشته باشند. براي مثال در بهينه سازي مصرف انرژي الكتريكي هدف تنها كاهش هزينه هاي انرژي يك يا چند الكتروموتور مشخص نيست، بلكه بايد آثار اقدامات مورد نظر روي ساير سيستمها نيز بدقت مورد توجه قرار گيرد. در یک بنگاه اقتصادی صرفه جوئی انرژی میتواند موجب برتری رقابتی بنگاه گردد.

در اغلب بخش هاي صنعتي انرژي الكتريكي مهمترين منبع انرژي صنعت بشمار مي رود . از آنجا كه موتورهاي الكتريكي، مصرف كننده اصلي انرژي الكتريكي در كارخانجات صنعتي ميباشند. لذا بهينه سازي مصرف انرژي در موتورهاي الكتريكي كه موضوع مقاله است از اهميت ويژه اي برخوردار خواهد بود . براي درك اهميت بهينه سازي مصرف انرژي به اين مورد اشاره مي كنيم كه اگر راندمان موتورهاي الكتريكي القائي موجود در اروپا تنها به ميزان 1% افزايش يابد، هزينه مصرف انرژي الكتريكي به ميزان 6/1 ميليارد دلار در سال كاهش خواهد يافت

آمار منتشر شده از سوي وزارت نيرو نشان مي دهد در سال 1373 ، 5/38% از كل انرژي الكتريكي مصرف شده در ايران توسط موتورهاي الكتريكي بوده است. البته اين ميزان در كشورهاي صنعتي تا 65% مي رسد و شاخص خوبي براي نشان دادن سطح صنعتي شدن يك كشور مي باشد . اهداف بهينه سازي مصرف انرژيرا میتوان بصورت زیر بیان نمود:

1) استفاده منطقي از انرژي

2) حفظ منابع انرژي

3) اصلاح ميزان مصرف انرژي در بخشهاي مصرف كننده انرژي

4) كاهش گازهاي گلخانه اي و آلودگي هوا

5) اصلاح وضعيت موجود

6) کسب برتری رقابتی در بنگاههای اقتصادی

مي توان اقدامات مختلفي براي صرفه جوئي انرژي الكتريكي در الكتروموتورهاي صنعتي بعمل آورد. در حالت كلي اين اقدامات به دو دسته تقسيم ميشود:

1- اقدامات مربوط به طراحي موتور

2- اقدامات مربوط به بهره برداري از موتورها

اقدامات مربوط به بهره برداري از موتورها را نيز ميتوان به دو دسته تقسيم نمود:

1- اقدامات روي موتور، نظير تهويه، روغنكاري، و بارگذاري

2- استفاده از درايو یا کنترل کننده دور موتور

در ادامه نخست روشهاي بهينه سازي مصرف انرژي در موتورهاي الكتريكي را مورد بحث قرار مي دهيم سپس كاربرد درايوها در كنترل موتورهاي الكتريكي و تاثيري كه آنها مي تواند در صرفه جوئي مصرف انرژي بگذارند مورد بررسي قرار خواهد گرفت .

1- مصرف انرژي در موتورهای الکتریکی

 

در سالهاي اخير بهينه سازي مصرف انرژي در صنايع بدلايل اقتصادي و زيست محيطي اهميت بيشتري يافته و موجب شده است كه اقدامات عملي گسترده اي در اين زمينه بعمل آيد. علي رغم اينكه يكي از بزرگترين مصرف كنندگان انرژي الكتريكي در بخش صنعت موتورهاي الكتريكي مي باشند ، ليكن در زمينه افزايش بازدهي مبدلهاي انرژي الكتريكي به مكانيكي مستقر در صنايع اقدامات عملي چنداني بعمل نيامده است. بديهي است كه افزايش بازدهي محرك هاي صنعتي نه تنها از نظر اقتصادي مورد توجه استفاده كنندگان مي باشد بلكه در برنامه‌ريزي انرژي در سطح ملي نيز حائز اهميت است .

مطالعات انجام شده در صنایع ایران حکایت از وضعیت نابسامان انتخاب و بهره برداری از موتورهای الکتریکی دارد . بر اساس این تحقیقات اغلب موتورها بزرگتر از میزان نیاز انتخاب شده و در شرائط بدی نگهداشت میشوند. استفاده از موتورهای با راندمان بالا در ایران رایج نبوده و گزارش موثری از استفاده از درایو جهت صرفه جوئی انرژی در دست نیست. كاربردهاي صنعتي بسياري مي تو.ان يافت كه موتورها در بازدهي بسيار پايين تر از مقدار حداكثر قرار دارند . بعنوان مثال در يكي از كارخانجات صنعتي كشورمان در يك مورد ، متوسط توان مصرفي در يك موتور القائي سه فاز صنعتي تنها 28% توان نامي اندازه گيري شده است . بديهي است پايين بودن توان خروجي، تا اين حد تاثيرات منفي قابل توجهي بر بازدهي و ضريب توان موتور خواهد داشت .

از سوی دیگر دولت نیز نتوانسته است در ترویج فرهنگ استفاده بهینه از انرژی الکتریکی توفیقات خوبی داشته باشد. بعنوان مثال وزارت نیرو و سازمانهای وابسته به آن که مشخصا در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی در سطح کلان عمل میکند هنوز در ارتباط با کاهش مصرف داخلی نیروگاهها اقدام موثری بعمل نیاورده است. در حالیکه پتانسیل صرفه جوئی انرژی الکتریکی زیادی در نیروگاهها وجود دارد.

2- موانع در سیاست گذاری انرژی

 

در ایران موانعی که سر راه بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی وجود دارد را میتوان بصورت زیر دسته بندی نمود:

- سیاست دولت در پرداخت سوبسید به صنایع

- عدم آگاهی مدیران صنایع از روشهای صرفه جوئی انرژی الکتریکی

- ضعف دانش فنی مهندسین مرتبط با بهینه سازی مصرف انرژی

- نگرانی از ضریب اطمینان درایو و آثار منفی آن روی شبکه و موتور

- نداشتن یک رویکرد سیستمی در استفاده از موتورهای با راندمان بالا

3- انتخاب موتور مناسب

 

موتورهاي القائي سه فاز و يك فاز به دليل تنوع مصرف در كاربردهاي زيادي مورد استفاده قرار مي گيرند. مشخصه هاي بارمكانيكي ناشي از كاربرد و مورد مصرف مي باشد. بديهي است موتور در صورتي مي تواند بار مكانيكي متصل به آن را تامين كند كه مشخصه عملكردي موتور منطبق بر مشخصه بار مكانيكي باشد .

3-1- تطابق موتور و بار

 

همانطور كه در بالا اشاره شد موتور و بار داراي مشخصه هاي خاص خود مي باشند . منظور از تطابق بين موتور و بار انطباق بين مشخصه هاي موتور و مشخصه هاي بار متصل به محور موتور ميباشد .

مشكل اصلي در صنايع كشور آن است كه در اغلب موارد تطابق مطلوبي بين مشخصه هاي بار و موتور وجود ندارد. توان اغلب موتورها بيش از بار متصل به محور شان مي باشد و با توجه به اينكه قيمت تمام شده موتور متناسب با توان آن مي‌باشد، لذا بديهي است انتخاب موتور با توان بيش از نياز بار، علاوه بر افزايش هزينه اوليه موتور موجب افزايش ساير هزينه ها از قبيل كابل كشي و نصب و راه اندازي و تعمير خواهد شد .

از طرف ديگر در صورتيكه موتور انتخاب شده بزرگتر از حد لازم باشد در اين صورت موتور در حالت بار كامل و يا نزديك به بار كامل كار نكرده و لذا بازدهي آن پايين تر از مقدار حداكثر آن خواهد بود . و خود اين امر اشكالات جدي در بهينه سازي مصرف انرژي ايجاد خواهد كرد .

در موتورهاي القائي سه فاز در صورت كاهش ميزان بازدهي موتور ، به ويژه به ميزان كمتر از 80% بار كامل ، شاهد كاهش قابل توجه در بازدهي موتور خواهيم بود . متاسفانه در اكثر موارد به اين نكته توجه نشده و تنها تاثير نامطلوب انتخاب موتور بزرگتر از حد لازم بر هزينه اوليه مورد توجه قرار مي گيرد . در صورتيكه محاسبات انجام شده حاكي از آن است كه تاثير انتخاب نامناسب موتور بر هزينه هاي متغير (هزينه اتلاف انرژي اضافي) قابل توجه و بمراتب بيش از افزايش هزينه ثابت اوليه مي باشد .

يك مثال اين موضوع را روشن خواهد كرد :

مثال : فرض مي كنيم براي انجام يك كار مكانيكي ، موتور القائي سه فاز با توان خروجي 110 كيلو وات مناسب باشد و بجاي آن موتور با توان 132 كيلو وات انتخاب شود . اطلاعات زير را مورد توجه قرار مي دهيم :

01. بازدهي موتور در بار كامل = 2/94%

02. بازدهي موتور در 3/83% بار كامل = 5/92%

03. طول عمر مفيد موتور = 15 سال

04. ضريب كاركرد = 8/0

با انجام كمي محاسبات مي توان نتيجه گرفت كه مصرف انرژي در طول 15 سال بمقدار 600/937 كيلو وات ساعت افزايش پيدا خواهد كرد. مطالب فوق اين واقعيت را بيان مي كند كه انتخاب موتور مناسب به لحاظ اقتصادي حائز اهيمت فراوان بوده و لذا تطابق بين بار و موتور از اهميت ويژه اي برخوردار است . انتخاب موتور بزرگتر از حداقل مورد نياز به دلايل زير غير اقتصادي مي باشد :

1- با افزايش توان موتور قيمت آن يعني هزينه اوليه افزايش مي يابد .

2- با افزايش توان موتور هزينه هاي نگهداري و تعميرات آن افزايش مي يابد .

3- با افزايش توان موتور بدليل پايين آمدن ضريب بار ، بازدهي موتور كاهش يافته و بدين ترتيب انرژي تلف شده افزايش مي يايد .

[spow 44197]

3-2- موتورهای با راندمان بالا (Energy Efficient Motors)

 

 

گرچه قیمت موتورهای با راندمان بالا بیشتر از موتورهای استاندارد است، ولی در اغلب کاربردها استفاده از آنها کاملا اقتصادی است. مخصوصا در کاربردهائی که:

- مدت زمان روشن بودن موتور بیش از زمان خاموش بودن ان باشد

- مدت زمان روشن بودن موتور بیش از 2000 ساعت در سال باشد

- گشتاور بار نسبتا ثابت بوده و موتور بدرستی به بار تطبیق شده باشد.

استفاده از موتورهای با راندمان بالا توصیه میشود. بارهائی چون میکسرها، نقاله ها و فیدرها از این نوع هستند. اهمیت موضوع وقتی آشکار میشود که توجه کنیم که هزینه انرژی مصرفی یک الکتروموتور در طول عمر مفید آن 10 تا 20 برابر قیمت موتور است. موتورهای با راندمان بالا علاوه بر صرفه جوئی انرژی معمولا مزیتهای دیگری نیز دارند. برای مثال آنها جریان های بیشتری را در هنگام راه اندازی تحمل میکنند و حرارت و نویزکمتری تولید میکنند. هر چند که موتورهای با راندمان بالا تنها 2 تا 3 درصد راندمان را بهبود میدهند، اما اگر در انتخاب و بکارگیری آنها بجای یک موتور کل سیستم در نظر گرفته شود، اثر بخشی کار بالا خواهد رفت. با رویکرد سیستمی به موضوع و در نظر گرفتن عوامل دیگر نظیر هزینه های تعمیر و نگهداشت و بهره برداری میتوان به کارائی این موتورها بیشتر پی برد. ميزان صرفه جوئي انرژي در صورت استفاده از موتور با راندمان بالا، به جاي موتورهاي استاندارد از رابطه زير قابل محاسبه است:

در رابطه فوق hp توان موتور بر حسب اسب بخار، l ضريب بار( در صد از بار كامل تقسيم بر 100)، hr ساعات كار در طول سال، c متوسط قيمت انرژي ee راندمانstd راندمان موتور استاندارد (%)، و (قيمت هر كيلووات ساعت انرژي)، موتور با راندمان بالا (%) است.

توصيه ميشود هنگام خريد موتور و يا سفارش ساخت ماشين به سازندگان ماشين از موتورهاي با راندمان بالا استفاده گردد. همچنين معمولا اقتصادي است كه بجاي سيم پيچي كردن موتورهاي سوخته و استفاده مجدد از آنها، از موتورهاي با راندمان بالا استفاده گردد. زمان بازگشت سرمايه(به سال) در خريد اين نوع موتورها، بطور ساده عبارت خواهد بود از:

4- اقدامات مورد نياز براي بهبود عملكرد سیستمهای مرتبط با الكتروموتورها

 

يك موتور معمولا با اجزا و سيستمهاي ديگر در ارتباط است. براي بهبود عملكرد الكتروموتورها لازم است سيستمهاي مرتبط با موتور نيز در نظر گرفته شود. اين سيستمها شامل شبكه برق، كنترل كننده هاي موتور، الكتروموتور و سيستم انتقال نيرو ميگردد.

4-1- كيفيت توان Power Quality

 

مسائل كيفيت توان شبكه شامل كليه اختلالات شبكه برق مثل عدم تقارن در ولتاژ، افت ولتاژ، چشمك زدن، اسپايك، سيستم ارت بد ، هارمونيكها و نظاير آن ميشود. از آنجا كه كيفيت توان تاثير زيادي در اتلاف انرژي دارد، لازم است يك مهندس مجرب وضعيت شبكه برق تاسيسات را زير نظر داشته باشد.

4-2- تثبيت ولتاژ شبكه

 

تا آنجا كه ممكن است بايد ولتاژ اعمالي به موتور نزديك به ولتاژ كار موتور باشد. گرچه تغييرات 10% در ولتاژ موتور مجاز است اما از نقطه نظر اتلاف انرژي ميزان انحراف از ولتاژ نامي موتور بايد كمتر از 5% باشد. تغيير ولتاژ موتور موجب افت ضريب قدرت، عمر مفيد موتور و راندمان ميگردد. شكل(1)

شکل(1): بررسی تائیر تغییرات ولتاژ اعمالی به موتور روی تورک، جریان راه اندازی، جریان بار کامل، راندمان و ضریب قدرت

اگر ولتاژ موتور بيش از 5% كاهش پيدا كند، راندمان بين 2 تا 4 درصد افت پيدا كرده و دماي موتور حدود 15 درجه افزايش مي يابد و اين افزايش دما عمر عايق موتور را كاهش خواهد داد. در شكل(2) عمر موتور در دماهاي كار مختلف و با كلاسهاي عايقي مختلف نشان داده شده است.

شکل (2): بررسی تاثیر دمای کلافهای موتور روی عمر مفید آن برای موتورهای با کلاس عایقی مختلف

4-3- عدم تقارن فاز

 

عدم تقارن فاز بايد كمتر از 1% باشد. عدم تقارن فاز بصورت زير توسط NEMA تعريف شده است:

براي مثال اگر ولتاژهاي فاز بترتيب 462 و 463 و 455 ولت باشد. متوسط ولتاژ سه فاز برابر با 460 ولت ميشود و در صد عدم تقارن بصورت زير محاسبه خواهد شد:

ضريب قدرت

 

ضريب قدرت پائين موجب افزايش جريان كابلها و ترانسقورماتورها و افت ولتاژ شده و بدين ترتيب باعث كاهش ظرفيت سيستم تغذيه ميشود. ضريب قدرت پائين ناشي از بار كم در شفت موتور است. در شكل (3) منحنيهاي ضريب قدرت براي بارهاي مختلف و رنجهاي تواني متفاوت موتورها آمده است . بوضوح مشاهده ميشود با كاهش بار موتور ضريب قدرت تغييرات قابل توجهي ميكند.

[spow 44197]

5- روش هاي عملي براي افزايش بازدهي موتور

 

اشاره شد كه بالا بردن بازدهي متوسط موتورهاي القائي به لحاظ اقتصادي از اهميت ويژه اي برخوردار است . بديهي است نحوه عمل و دستيابي به نتايج مطلوب وابسته به نوع و اندازه موتور ، شرايط بارگذاري ، نحوه نگهداري و غيره بوده و لذا نمي توان دستور العمل كلي براي ارتقاء بازدهي كليه موتورهاي القائي ارائه داد. بطور كلي اقدامات لازم براي بالا بردن بازدهي موتورهاي القائي را مي توان به دو دسته تقسيم نمود . دسته اول تمهيداتي است كه در زمان طراحي و ساخت موتور بايد بكار گرفت . دسته دوم شامل مجموعه اقدامات عملي جهت بالا بردن بازدهي موتورهاي القائي در حال كار در صنايع مي شود .

اقدامات عملي ساده اي منجر به افزايش راندمان كار مي گردد به عنوان مثال مقدار معمول جريان بي باري در موتورهاي القائي سه فاز در محدوده 3 تا 5 درصد جريان نامي موتور است . ولي در بررسي هاي بعمل آمده مشاهده شده است كه در اكثر موراد جريان بي باري موتور بيشتر از اين مقدار بوده و در برخي موارد تا 12% جريان نامي افزايش يافته است . اين افزايش در جريان بي باري موتور بعلت عدم نگهداري صحيح از موتور است . در اكثر موارد اين شرائط نامطلوب در حالات بارگذاري نيز مشاهده مي شود. به اين معني كه با اعمال بار مكانيكي غیر مفید به محور موتور ، بصورت اصطكاكهای مکانیکی ناشي از عدم نگهداري صحيح، موجب میشود که موتور بار اعمال شده را در جريان الكتريكي بيشتري تامين مي كند . و در واقع بخشي از توان الكتريكي ورودي صرف تامين بار و قسمت ديگر آن براي غلبه بر اصطكاك مكانيكي مصرف مي شود .

بدين ترتيب موارد زير را در ارتباط با تلفات اهمي موتور ميتوان بيان كرد :

1- تلفات اهمي موتور متغير بوده و تابعي از ميزان و نحوه بارگذاري موتور مي باشد .

2- در بسياري از موارد عدم نگهداري صحيح از قسمتهاي چرخان موتور به ويژه بلبرينگ محور موتور ، موجب ايجاد بار مجازي ناشي از افزايش اصطكاك مكانيكي شده و لذا جريان ورودي موتور در حالت بي باري و بار از حد مطلوب و اعلام شده توسط سازنده بيشتر خواهد شود

3- افزايش جريان ورودي موتور موجب بالا رفتن تلفات اهمي و حرارت ايجاد شده در سيم پيچ شده و لذا درجه حرارت اطراف سيم پيچ افزايش خواهد يافت .

از مشخصات بارز تلفات مكانيكي موتور دشواري محاسبه ميزان و تعيين منابع آن است . بخش عمده تلفات مكانيكي در قسمت هاي چرخان موتور بوده و ناشي از اصطكاك و بار مي باشد و لذا ميزان تلفات مكانيكي تا حد زيادي وابسته به شرايط نگهداري موتور دارد . با روغن كاري مناسب و بموقع بلبرينگ و نظافت قسمتهاي چرخان موتور و همچنين اطمينان از بالانس بودن محور ، ميتوان تلفات مكانيكي موتور را به حداقل رساند بدين ترتيب در ارتباط با تلفات مكانيكي موتور ميتوان موارد زير را اظهار داشت :

1- ميزان تلفات مكانيكي تابعي از شرايط نگهداري موتور مي باشد .

2- با انجام اقدامات مناسب در نگهداري موتور مي توان تلفات مكانيكي را بسادگي در مقدار حداقل خود نگه داشت.

3- تلفات مكانيكي نيز منجر به افزايش درجه حرارت بويژه در قسمتهاي چرخان موتور مي شود .

انواع تلفات موتور بدون توجه به نوع آن منجر به ايجاد حرارت مي شود بدين ترتيب خنك كاري موتور بويژه در شرائطي كه موتور زير بار است از اهميت ويژه اي برخوردار است . بالا رفتن درجه حرارت موتور باعث كاهش عمر مفيد آن مي‌شود .

در موارد زيادي مشاهده شده است كه بدليل عدم رعايت نكات ساده و مهم در نگهداري موتور باعث كاهش بازدهي سيستم خنك كن شده و درجه حرارت موتور در حالت بار نامي افزايش پيدا كند . در اين گونه موارد گاهي اوقات بجاي رفع اشكال نگهداري، اقدام به جايگزين كردن موتور با توان بيشتر مي شود كه اين امر خود منجر به كاهش بازدهي سيستم و اتلاف انرژي خواهد شد .

بر اساس تجارب شركت پرتو صنعت نوع ديگري از اشكالات مربوط به سيم پيچي موتورهاي معيوب توسط افراد غير متخصص مي شود. مشاهدات ما نشان مي دهد كه در برخي از موارد موتور بدفعات مورد سيم پيچي قرار مي گيرد . عدم رعايت نكات فني در عايق بندي موتور سيم پيچي شده و همچنين استفاده از ابزار و آلات غير اصولي در درآوردن سيم پيچي سوخته شده موتور نتايج بدي بدنبال دارد .

بعنوان يك اصل تجربي موتورهائي كه به اين شيوه سيم پيچي مجدد مي شوند براي كار با اينورتر يا كنترل كننده دور موتور مناسب نيستند. اغلب اين موتورها بدليل آسيب هائي كه به مدار مغناطيسي آنها در حين سيم پيچي وارد مي شود از جريان بي باري بالاتر از حد معمول برخوردار بوده و عايق بندي آنها براي كار با اينورتر مناسب نمي باشد . اين نوع موتورها حرارت بيشتري نسبت به موتورهاي سالم دارند و تلفات انرژي زيادي ايجاد مي كنند . ضمناً اين موتورها بمراتب آسيب پذيرتر از موتورهاي فابريك مي باشند . توصيه مي شود در سيم پيچي موتورهاي آسيب ديده از تكنيسين هاي مجرب و ابزارآلات مناسب استفاده شود . ضمناً تا زمانيكه اطمينان از فرآيند كار حاصل نشده باشد از استفاده از اين نوع موتورها همراه با كنترل كننده دور موتور اجتناب گردد .

توصيه مي شوداگر قصد تعويض اين نوع موتورها را داريد و يا ميخواهيد موتورهاي جديدي تهيه كنيد، موتورهائي تهيه كنيد كه راندمان بالاتري داشته باشند.

6- دستور العملهاي لازم براي بهبود عملكرد موتورهاي الكتريكي

 

اشاره شد كه عوامل موثر در بازدهي موتورهاي الكتريكي را مي توان بصورت زير بيان نمود :

- عوامل موثر در مراحل طراحي و ساخت

- عوامل موثر در بهره برداري

بررسی عوامل موثر فوق خارج از حوصله اين مقاله است. یک مطالعه خوب از عوامل فوق توسط آقای دکتر اوروعی در سال 1373 انجام گرفته است . در اینجا بطور خلاصه به عوامل موثر در بهره برداری از موتور که به افزایش بازدهی آنها منجر خواهد شد اشاره میشود.در جدول(1) خلاصه اي از عوامل موثر در بازدهي موتورهاي الكتريكي آمده است .

جدول (1) عوامل موثر در بازدهي موتورهاي الكتريكي

همان طور كه مشاهده مي شود مجموعه اقدامات ساده فوق خصوصاً اقداماتي كه به عوامل وابسته به شرايط نگهداري موتور مي شود مي تواند منجر به صرفه جوئي اقتصادي قابل توجهي شود .

براي اطمينان يافتن از اينكه بازدهي موتورهاي مستقر در صنايع و ساير كاربردها در حد مطلوب قرار دارد مي توان نسبت به تدوين شناسنامه صنعتي براي هر موتور ( و بويژه موتورهاي بزرگ) اقدام نموده و با ثبت اطلاعات مورد نظر از جمله موارد زير بازدهي اين موتور ها را مورد بررسي قرار داد :

- ميزان بار (درصد از بار كامل)

- ميزان تغييرات بار ( درصد از بار كامل)

- ميزان تغييرات سرعت (درصد از سرعت سنكرون)

- ميزان تغييرات ولتاژ شبكه (درصد از ولتاژ نامي)

توصيه ميشود كارخانجاتي كه در آنها تعداد موتور مورد استفاده زياد مي باشد نسبت به جمع آوري اطلاعات فوق و اقدامات اصلاحي اقدام نمايند.

[spow 44197]

7- دسته بندي اقدامات لازم براي بهينه سازي مصرف انرژي

 

 

براي روشن شدن تاثير اقدامات مختلف براي افزايش بازدهي موتورهاي الكتريكي در جدول(2) نتايج قابل انتظار اين اقدامات براي دسته اي از موتورهاي القائي با توان خروجي 2/2 تا 30 كيلو وات نمايش داده شده است .

جدول (2) : اقدامات محتلف براي افزايش بازدهي موتورهاي الكتريكي با توان 2/2 تا 30 كيلو وات .

8- تكنولوژي الكترونيك قدرت و درایوهای AC

 

تکنولوژی الکترونیک قدرت(Power Electronics)، بهره وری و کیفیت فرایندهای صنعتی مدرن را بی وقفه بهبود میبخشد. امروزه با کمک همین تکنولوژی امکان استفاده از منابع انرژی غیرآلاینده بازیافتی(Renewable Energy)، نظیر باد و فتو ولتائیک فراهم شده است. تخمین زده میشود که با استفاده از الکترونیک قدرت، حدود 15 تا 20 درصد امکان صرفه جوئی انرژی الکتریکی وجود دارد[17]. در واقع با کاهش بیوقفه قیمت ها در عرصه الکترونیک قدرت زمینه برای حضور آنها در کاربردهای صنعتی، حمل ونقل و حتی خانگی فراهم میگردد.

نیروی محرک بيشتر پمپها و فن ها موتورهاي القائي هستند که در دور ثابت کار میکنند. ليكن در سالهاي اخير با پيشرفتهاي انجام گرفته در زمينه تكنولوژي الكترونيك قدرت ، استفاده از موتورهاي القائي قفس سنجابي همراه با كنترل كننده دور موتور (AC DRIVE يا اينورتر يا بطور ساده درايو) رو به گسترش است . درایوها دستگاههائی هستند که توان ورودی با ولتاژ و فرکانس ثابت را به توان خروجی با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل میکنند. باید توجه کرد که دور یک موتور تابعی از فرکانس منبع تغذیه آن است. برای این منظور یک درایو نخست برق شبکه را به ولتاژ DC تبدیل کرده و سپس آنرا با استفاده از یک اینورتر مجددا به ولتاژ AC با فرکانس و ولتاژ متغیر تبدیل میکند. در شکل(4) قسمتهای اصلی یک درایو ولتاژ پائین نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میکنید قسمت اینورتر متشکل از سوئیچهای قدرتی است که در سالهای اخیر تغییرات تکنولوژیک زیادی پیدا کرده اند. در واقع با معرفی سوئیچهای قدرتی چون IGBT با قیمتهای رو به کاهش، زمینه برای عرضه درایوهای با قیمت مناسب فراهم شد. در هر حال خاطر نشان میکنیم که شکل موج خروجی درایو ترکیبی از پالسهای DC با دامنه ثابت است. این موضوع موجب میشود که خود درایو منشا اختلالاتی در کار موتور شود. برای مثال کیفیت شکل موج خروجی درایو میتواند سبب اتلاف حرارتی اضافی ناشی از مولفه های هارمونیکی فرکانس بالا در موتور شده و یا موجب نوسانات گشتاور Torque Pulsation در موتور گردد. با این حال درایوهای امروزی بدلیل استفاده از سوئیچهای قدرت سریع این نوع مشکلات را عملا حذف کرده اند.

شکل(4): ساختمان یک کنترل کننده دور موتور ( فقط قسمتهای قدرت نشان داده شده است).

كنترل كننده هاي دور موتورهاي الكتريكي هر چند كه ادوات پيچيده اي هستند ولي چون در ساختمان آنها از مدارات الكترونيك قدرت استاتيك استفاده مي شود و فاقد قطعات متحرك مي باشند، از عمر مفيد بالائي برخوردار هستند . مزيت ديگر كنترل كننده هاي دور موتور توانائي آنها در عودت دادن انرژي مصرفي در ترمزهاي مكانيكي و يا مقاومت هاي الكتريكي به شبكه مي باشد . در چنين شرائطي با استفاده از كنترل كننده هاي دور مدرن مي توان از اتلاف اين نوع انرژي جلوگيري نمود . بطوريكه در برخي كاربردها قيمت انرژي بازيافت شده از اين طريق ، در كمتر از يكسال معادل هزينه سرمايه گذاري سيستم بازيافت انرژي مي شود .

9- كنترل كننده هاي دور موتور

 

تا اينجا درمورد مجموعه اقداماتي كه براي بهينه سازي مصرف انرژي ميتوانستيم روي موتورهاي الكتريكي اعمال كنيم بحث شد. اشاره شد كه در كشور ايران در سال 73 بيش از 35 درصد مصرف انرژي در موتورهاي الكتريكي بخش صنعت بوده است . البته اين مقدار در كشورهاي صنعتي تا 65 در صد نيز ميرسد. اين امر اهميت بهينه سازي مصرف انرژي در موتورهاي الكتريكي را نشان ميدهد. در اين قسمت از مقاله در مورد تاثير استفاده از كنترل كننده هاي دور موتور در كاهش مصرف انرژي صحبت خواهيم كرد. سعي ميكنيم با استفاده از تعدادي مثال اهميت

موضوع را نشان دهيم . بطور خلاصه در كاربردهاي صنعتي زيادي، صرفه جوئي كه با استفاده از كنترل كننده دور موتور در مصرف انرژي حاصل ميشود بمراتب بيشتر از اقدامات برشمرده در قسمتهاي قبلي مقاله است.

استفاده از موتورهاي مجهز به كنترل كننده دور موتور ، امكان اعمال تغييرات لازم در سرعت موتور فن و يا پمپ را بطور دائم فراهم آورده و بدين ترتيب مي توان با توجه به فرآيند مورد نظر از اتلاف انرژي ايجاد شده در تنظيم كننده هاي مكانيكي جلوگيري نمود . با استفاده از درایو موتور به بار تطبیق داده شده ، و هر گونه نياز به خاموش و روشن كردن موتور و یا ادوات تنظیم کننده نظیر شیر یا دمپر حذف مي گردد . همچنين كنترل سرعت دقيق و متعاقب آن توان خروجي قابل دسترسي بوده و با توجه به استفاده از مدارات الكترونيكي ، استهلاك قسمتهاي كنترل كننده در حد بسيار پايين خواهد بود . تصميم گيري در مورد استفاده از موتور با كنترل كننده دور متغيير بستگي به نوع كاربرد مورد نظر دارد . از آنجا كه هزينه اوليه اين سيستمها (كنترل كننده دور موتور) بيش از ساير روشها مي باشد و با توجه به اينكه صرفه جوئي ناشي از بالا بودن بازدهي تنها بصورت كاهش هزينه راهبري نمايان مي شود، لذا استفاده از موتورهاي مجهز به كنترل كننده دور در طول زمان منجر به صرفه جوئي اقتصادي مي شود . معمولاً بسته به نوع كاربرد زمان بازگشت سرمايه گذاري بين يك تا سه سال متغير خواهد بود .

متاسفانه در اكثر موارد مهمترين عامل در انتخاب محرك قيمت اوليه است. بدين معني كه سيستم بر مبناي كمينه سازي هزينه اوليه انتخاب مي شود. در حاليكه در طول عمر مفيد آن هزينه قابل توجهي صرف انرژي تلف شده و يا تعمير و نگهداري مي شود .

در شکل(5) میزان استفاده از کنترلرهای دور متغیر نشان داده شده است.

کنترل کننده های دور موتور انواع مختلفی دارند. آنها قادرند انواع موتورهای AC و DC را کنترل کنند. قیمت کنترلرها وابسته به نوع تکنولوژی بکار رفته در ساختمان آنها میباشد. ساده ترین روش کنترل موتورهای AC روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس(یا کنترل V/F ثابت) میباشد. اینک این روش، بطور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع کنترلرها از نوع اسکالر بوده و بصورت حلقه باز با پایداری خوب عمل میکنند. مزیت این روش سادگی سیستمهای کنترلی آن است. در مقابل این نوع کنترلرها برای کاربردهای با پاسخ سریع مناسب نمیباشند.

روبوتها و ماشینهای ابزار نمونه هائی از کاربردهای با دینامیک بالا هستند. در این کاربردها روشهای کنترلی برداری استفاده میشود. در روشهای کنترلی برداری با تفکیک مولفه های جریان استاتور به دو مولفه تورک ساز و فلو ساز، و کنترل آنها با استفاده از رگولاتورهای PI ترتیبی داده میشود که موتور AC نظیر موتور DC کنترل شود. و بدین ترتیب تمام مزایای موتور DC از جمله پاسخ گشتاور سریع آنها در موتورهای AC نیز در دسترس خواهد بود. برای مثال پاسخ گشتاور در روشهای برداری حدود 10 – 20ms و در روشهای کنترل مستقیم گشتاور(Direct Torque Control) این زمان حدود 5ms است. اینک روشهای کنترل برداری متعددی پیاده سازی شده است که بررسی آنها خارج از حوصله این مقاله است. در هر حال نوع کنترلر مطلوب، متناسب با کاربرد انتخاب میگردد. در شکل(6) خلاصه ای از انواع روشهای کنترل موتورهای AC نمایش داده شده است.

شکل(6): خلاصه ای از انواع روشهای کنترل موتورهای AC

10- مزاياي استفاده از كنترل كننده هاي دور موتور

 

مزاياي استفاده از كنترل كننده هاي دور موتور هم در بهبود بهره وري توليد و هم در صرفه جوئي مصرف انرژي در كاربردهائي نظير فنها ، پمپها، كمپروسورها و ديگر محركه هاي كارخانجات ، در سالهاي اخير كاملا مستند سازي شده است. كنترل كننده هاي دور موتور قادرند مشخصه هاي بار را به مشخصه هاي موتور تطبيق دهند. اين اسباب توان راكتيو ناچيزي از شبكه ميكشند و لذا نيازي به تابلوهاي اصلاح ضريب بار ندارند. در زير به مزاياي استفاده از كنترل دور موتور اشاره ميشود:

 1- در صورت استفاده از كنترل كننده هاي دور موتور بجاي كنترلرهاي مكانيكي، در كنترل جريان سيالات، بطور مؤثري در مصرف انرژي صرفه جوئي حاصل ميشود. اين صرفه جوئي علاوه بر پيامدهاي اقتصادي آن موجب كاهش آلاينده هاي محيطي نيز ميشود.

 2- ويژگي اينكه كنترل كننده هاي دور موتور قادرند موتور را نرم راه اندازي كنند موجب ميشود علاوه بر كاهش تنشهاي الكتريكي روي شبكه ، از شوكهاي مكانيكي به بار نيز جلو گيري شود. اين شوكهاي مكانيكي ميتوانند باعث استهلاك سريع قسمتهاي مكانيكي ، بيرينگها و كوپلينگها، گيربكس و نهايتا قسمتهائي از بار شوند. راه اندازي نرم هزينه هاي نگهداري را كاهش داده و به افزايش عمر مفيد محركه ها و قسمتهاي دوار منجر خواهد شد.

 3- جریان کشیده شده از شبکه در هنگام راه اندازی موتور با استفاده از درایو کمتر از 10% جریان اسمی موتور است.

 4- کنترل کننده های دور موتور نیاز به تابلوهای اصلاح ضریب قدرت ندارند.

 5- در صورتي كه نياز بار ايجاب كند با استفاده از كنترل كننده دور ، موتور ميتواند در سرعتهاي پائين كار كند . كار در سرعتهاي كم منجر به كاهش هزينه هاي تعمير و نگهداشت ادواتي نظير بیرینگها، شيرهاي تنظيم كننده و دمپرها خواهد شد.

 6- يك كنترل كننده دور قادر است رنج تغييرات دور را ، نسبت به ساير روشهاي مكانيكي تغيير دور، بميزان قابل توجهي افزايش دهد. علاوه بر آن از مسائلي چون لرزش و تنشهاي مكانيكي نيز جلو گيري خواهد شد.

 7- كنترل كننده هاي دور مدرن امروزي با مقدورات نرم افزاري قوي خود قادرند راه حلهاي متناسبي براي كاربردهاي مختلف صنعتي ارائه دهند.

11- مديريت بهينه سازي مصرف انرژي و نقش كنترل كننده هاي دور موتور

 

امروزه در كشورهاي صنعتي الزامات زيست محيطي از يكسو و رقابت بنگاههاي اقتصادي از سوي ديگر ، مديريت بهينه سازي انرژي را در بصورت يك امر غير قابل اجتناب در آورده است. مجموعه اقداماتي كه براي صرفه جوئي انرژي در كارخانجات صورت ميگيرد شامل مواردي چون جايگزيني موتورهاي الكتريكي با انواع موتورهاي با بازدهي بالا، استفاده از كنترل كننده هاي دور موتور در كاربردهائي كه اتلاف انرژي در آنها زياد است، بازيافت انرژي از پروسه هاي حرارتي و نظاير انها ميشود. نتايج اعمال چنين اقداماتي نشان ميدهد در موارد زيادي ، و بخصوص در جاهائي كه از فنها ، پمپها، و كمپروسورها در فرايند توليد استفاده ميشود، بكارگيري كنترل كننده هاي دور موتور علاوه بر انعطاف پذير نمودن كنترل فرايند، تاثير قابل توجهي در كاهش مصرف انرژي داشته است. در بسياري از موارد زمان بازگشت سرمايه بين يك تا سه سال ميباشد.

کمتر از 10% موتورها مجهز به درایو هستند. در حالیکه در بیش از 25% آنها استفاده از درایو توجیه اقتصادی دارد[16].

بر اساس مطالعات انجام گرفته توسط اتحادیه اروپا [10] تا سال 2005 میلادی پتانسیل صرفه جوئی انرژی بالغ بر 63.5 TWh در صنایع کشورهای عضو اتحادیه اروپا وجود دارد. که از این میزان بیش از 44.7 TWh آن توجیه اقتصادی دارد. این میزان صرفه جوئی انرژی تنها در سایه استفاده از موتورهای با راندمان بالا و درایو بدست میاید. که سهم درایو در صرفه جوئی دارای توجیه اقتصادی حدود 63% است. نتایج چنین مطالعاتی را بطور خلاصه در جدول(3) مشاهده میکنید.

جدول(3): پتانسیل فنی و اقتصادی صرفه جوئی انرژی با استفاده از موتورهای با راندمان بالا(EEM) و کنترل دور(VSD) در کشورهای عضو اتحادیه اروپا تا سال 2005.

مطالعه فوق با تفکیک بار پتانسیل اقتصادی صرفه جوئی انرژی را نیز در اتحادیه اروپا مشخص نموده است. که نتایج آنرا در شکل(7) مشاهده میکنید.

شکل(7): پتانسیل صرفه جوئی اقتصادی درکشورهای عضو اتحادیه اروپا به تفکیک نوع بار