تبلیغات
واردات و تامین تجهیزات اتوماسیون صنعتی - کاربرد اینورتر در کنترل موتورهای صنعتی و صرفه جویی انرژی2

واردات و تامین تجهیزات اتوماسیون صنعتی

اقدامات عملی ساده ای منجر به افزایش راندمان كار می گردد به عنوان مثال مقدار معمول جریان بی باری در موتورهای القائی سه فاز در محدوده 3 تا 5 درصد جریان نامی موتور است . ولی در بررسی های بعمل آمده مشاهده شده است كه در اكثر موراد جریان بی باری موتور بیشتر از این مقدار بوده و در برخی موارد تا 12% جریان نامی افزایش یافته است . این افزایش در جریان بی باری موتور بعلت عدم نگهداری صحیح از موتور است . در اكثر موارد این شرائط نامطلوب در حالات بارگذاری نیز مشاهده می شود. به این معنی كه با اعمال بار مكانیكی غیر مفید به محور موتور ، بصورت اصطكاكهای مکانیکی ناشی از عدم نگهداری صحیح، موجب میشود که موتور بار اعمال شده را در جریان الكتریكی بیشتری تامین می كند . و در واقع بخشی از توان الكتریكی ورودی صرف تامین بار و قسمت دیگر آن برای غلبه بر اصطكاك مكانیكی مصرف می شود .

بدین ترتیب موارد زیر را در ارتباط با تلفات اهمی موتور میتوان بیان كرد :

1- تلفات اهمی موتور متغیر بوده و تابعی از میزان و نحوه بارگذاری موتور می باشد .

مطلب در ادامه..

2- در بسیاری از موارد عدم نگهداری صحیح از قسمتهای چرخان موتور به ویژه بلبرینگ محور موتور ، موجب ایجاد بار مجازی ناشی از افزایش اصطكاك مكانیكی شده و لذا جریان ورودی موتور در حالت بی باری و بار از حد مطلوب و اعلام شده توسط سازنده بیشتر خواهد شود

افزایش جریان ورودی موتور موجب بالا رفتن تلفات اهمی و حرارت ایجاد شده در سیم پیچ شده و لذا درجه حرارت اطراف سیم پیچ افزایش خواهد یافت .

از مشخصات بارز تلفات مكانیكی موتور دشواری محاسبه میزان و تعیین منابع آن است . بخش عمده تلفات مكانیكی در قسمت های چرخان موتور بوده و ناشی از اصطكاك و بار می باشد و لذا میزان تلفات مكانیكی تا حد زیادی وابسته به شرایط نگهداری موتور دارد . با روغن كاری مناسب و بموقع بلبرینگ و نظافت قسمتهای چرخان موتور و همچنین اطمینان از بالانس بودن محور ، میتوان تلفات مكانیكی موتور را به حداقل رساند بدین ترتیب در ارتباط با تلفات مكانیكی موتور میتوان موارد زیر را اظهار داشت :

میزان تلفات مكانیكی تابعی از شرایط نگهداری موتور می باشد .

با انجام اقدامات مناسب در نگهداری موتور می توان تلفات مكانیكی را بسادگی در مقدار حداقل خود نگه داشت.

تلفات مكانیكی نیز منجر به افزایش درجه حرارت بویژه در قسمتهای چرخان موتور می شود .

انواع تلفات موتور بدون توجه به نوع آن منجر به ایجاد حرارت می شود بدین ترتیب خنك كاری موتور بویژه در شرائطی كه موتور زیر بار است از اهمیت ویژه ای برخوردار است . بالا رفتن درجه حرارت موتور باعث كاهش عمر مفید آن می‌شود .

در موارد زیادی مشاهده شده است كه بدلیل عدم رعایت نكات ساده و مهم در نگهداری موتور باعث كاهش بازدهی سیستم خنك كن شده و درجه حرارت موتور در حالت بار نامی افزایش پیدا كند . در این گونه موارد گاهی اوقات بجای رفع اشكال نگهداری، اقدام به جایگزین كردن موتور با توان بیشتر می شود كه این امر خود منجر به كاهش بازدهی سیستم و اتلاف انرژی خواهد شد .

بر اساس تجارب شركت پرتو صنعت نوع دیگری از اشكالات مربوط به سیم پیچی موتورهای معیوب توسط افراد غیر متخصص می شود. مشاهدات ما نشان می دهد كه در برخی از موارد موتور بدفعات مورد سیم پیچی قرار می گیرد . عدم رعایت نكات فنی در عایق بندی موتور سیم پیچی شده و همچنین استفاده از ابزار و آلات غیر اصولی در درآوردن سیم پیچی سوخته شده موتور نتایج بدی بدنبال دارد .

بعنوان یك اصل تجربی موتورهائی كه به این شیوه سیم پیچی مجدد می شوند برای كار با اینورتر یا كنترل كننده دور موتور مناسب نیستند. اغلب این موتورها بدلیل آسیب هائی كه به مدار مغناطیسی آنها در حین سیم پیچی وارد می شود از جریان بی باری بالاتر از حد معمول برخوردار بوده و عایق بندی آنها برای كار با اینورتر مناسب نمی باشد . این نوع موتورها حرارت بیشتری نسبت به موتورهای سالم دارند و تلفات انرژی زیادی ایجاد می كنند . ضمناً این موتورها بمراتب آسیب پذیرتر از موتورهای فابریك می باشند . توصیه می شود در سیم پیچی موتورهای آسیب دیده از تكنیسین های مجرب و ابزارآلات مناسب استفاده شود . ضمناً تا زمانیكه اطمینان از فرآیند كار حاصل نشده باشد از استفاده از این نوع موتورها همراه با كنترل كننده دور موتور اجتناب گردد .

توصیه می شوداگر قصد تعویض این نوع موتورها را دارید و یا میخواهید موتورهای جدیدی تهیه كنید، موتورهائی تهیه كنید كه راندمان بالاتری داشته باشند.

6- دستور العملهای لازم برای بهبود عملكرد موتورهای الكتریكی
اشاره شد كه عوامل موثر در بازدهی موتورهای الكتریكی را می توان بصورت زیر بیان نمود :

عوامل موثر در مراحل طراحی و ساخت

عوامل موثر در بهره برداری

بررسی عوامل موثر فوق خارج از حوصله این مقاله است. یک مطالعه خوب از عوامل فوق توسط آقای دکتر اوروعی در سال 1373 انجام گرفته است .[F1] 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 ای از عوامل موثر در بازدهی موتورهای الكتریكی آمده است .

جدول (1) عوامل موثر در بازدهی موتورهای الكتریكی

همان طور كه مشاهده می شود مجموعه اقدامات ساده فوق خصوصاً اقداماتی كه به عوامل وابسته به شرایط نگهداری موتور می شود می تواند منجر به صرفه جوئی اقتصادی قابل توجهی شود .

برای اطمینان یافتن از اینكه بازدهی موتورهای مستقر در صنایع و سایر كاربردها در حد مطلوب قرار دارد می توان نسبت به تدوین شناسنامه صنعتی برای هر موتور ( و بویژه موتورهای بزرگ) اقدام نموده و با ثبت اطلاعات مورد نظر از جمله موارد زیر بازدهی این موتور ها را مورد بررسی قرار داد :

میزان بار (درصد از بار كامل)

میزان تغییرات بار ( درصد از بار كامل)

میزان تغییرات سرعت (درصد از سرعت سنكرون)

میزان تغییرات ولتاژ شبكه (درصد از ولتاژ نامی)

توصیه میشود كارخانجاتی كه در آنها تعداد موتور مورد استفاده زیاد می باشد نسبت به جمع آوری اطلاعات فوق و اقدامات اصلاحی اقدام نمایند.

دسته بندی اقدامات لازم برای بهینه سازی مصرف انرژی
برای روشن شدن تاثیر اقدامات مختلف برای افزایش بازدهی موتورهای الكتریكی در جدول(2) نتایج قابل انتظار این اقدامات برای دسته ای از موتورهای القائی با توان خروجی 2/2 تا 30 كیلو وات نمایش داده شده است[F1] .

جدول (2) : اقدامات محتلف برای افزایش بازدهی موتورهای الكتریكی با توان 2/2 تا 30 كیلو وات .

تكنولوژی الكترونیك 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 بیشتر پمپها و فن ها موتورهای القائی هستند که در دور ثابت کار میکنند. لیكن در سالهای اخیر با پیشرفتهای انجام گرفته در زمینه تكنولوژی الكترونیك قدرت ، استفاده از موتورهای القائی قفس سنجابی همراه با كنترل كننده دور موتور (AC DRIVE یا اینورتر یا بطور ساده درایو) 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 های دور موتورهای الكتریكی هر چند كه ادوات پیچیده ای هستند ولی چون در ساختمان آنها از مدارات الكترونیك قدرت استاتیك استفاده می شود و فاقد قطعات متحرك می باشند، از عمر مفید بالائی برخوردار هستند . مزیت دیگر كنترل كننده های دور موتور توانائی آنها در عودت دادن انرژی مصرفی در ترمزهای مكانیكی و یا مقاومت های الكتریكی به شبكه می باشد . در چنین شرائطی با استفاده از كنترل كننده های دور مدرن می توان از اتلاف این نوع انرژی جلوگیری نمود . بطوریكه در برخی كاربردها قیمت انرژی بازیافت شده از این طریق ، در كمتر از یكسال معادل هزینه سرمایه گذاری سیستم بازیافت انرژی می شود .

كنترل كننده های دور موتور
تا اینجا درمورد مجموعه اقداماتی كه برای بهینه سازی مصرف انرژی میتوانستیم روی موتورهای الكتریكی اعمال كنیم بحث شد. اشاره شد كه در كشور ایران در سال 73 بیش از 35 درصد مصرف انرژی در موتورهای الكتریكی بخش صنعت بوده است . البته این مقدار در كشورهای صنعتی تا 65 در صد نیز میرسد. این امر اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی در موتورهای الكتریكی را نشان میدهد. در این قسمت از مقاله در مورد تاثیر استفاده از كنترل كننده های دور موتور در كاهش مصرف انرژی صحبت خواهیم كرد. سعی میكنیم با استفاده از تعدادی مثال اهمیت

موضوع را نشان دهیم . بطور خلاصه در كاربردهای صنعتی زیادی، صرفه جوئی كه با استفاده از كنترل كننده دور موتور در مصرف انرژی حاصل میشود بمراتب بیشتر از اقدامات برشمرده در قسمتهای قبلی مقاله است.

استفاده از موتورهای مجهز به كنترل كننده دور موتور ، امكان 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 از اتلاف انرژی ایجاد شده در تنظیم كننده های مكانیكی جلوگیری نمود . با استفاده از درایو موتور به بار تطبیق داده شده ، و هر گونه نیاز به خاموش و روشن كردن موتور و یا ادوات تنظیم کننده نظیر شیر یا دمپر حذف می گردد . همچنین كنترل سرعت دقیق و متعاقب آن توان خروجی قابل دسترسی بوده و با توجه به استفاده از مدارات الكترونیكی ، استهلاك قسمتهای كنترل كننده در حد بسیار پایین خواهد بود . تصمیم گیری در مورد استفاده از موتور با كنترل كننده دور متغییر بستگی به نوع كاربرد مورد نظر دارد . از آنجا كه هزینه اولیه این سیستمها (كنترل كننده دور موتور) بیش از سایر روشها می باشد و با توجه به اینكه صرفه جوئی ناشی از بالا بودن بازدهی تنها بصورت كاهش هزینه راهبری نمایان می شود، لذا استفاده از موتورهای مجهز به كنترل كننده دور در طول زمان منجر به صرفه جوئی اقتصادی می شود . معمولاً بسته به نوع كاربرد زمان بازگشت سرمایه گذاری بین یك تا سه سال متغیر خواهد بود .

متاسفانه در اكثر موارد مهمترین عامل در انتخاب محرك قیمت اولیه است. بدین معنی كه سیستم بر مبنای كمینه سازی هزینه اولیه انتخاب می شود. در حالیكه در طول عمر مفید آن هزینه قابل توجهی صرف انرژی تلف شده و یا تعمیر و نگهداری می 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

مزایای استفاده از كنترل كننده های دور موتور
مزایای استفاده از كنترل كننده های دور موتور هم در بهبود بهره وری تولید و هم در صرفه جوئی مصرف انرژی در كاربردهائی نظیر فنها ، پمپها، كمپروسورها و دیگر محركه های كارخانجات ، در سالهای اخیر كاملا مستند سازی شده است. كنترل كننده های دور موتور قادرند مشخصه های بار را به مشخصه های موتور تطبیق دهند. این اسباب توان راكتیو ناچیزی از شبكه میكشند و لذا نیازی به تابلوهای اصلاح ضریب بار ندارند. در زیر به مزایای استفاده از كنترل دور موتور اشاره میشود

1- در صورت استفاده از كنترل كننده های دور موتور بجای كنترلرهای مكانیكی، در كنترل جریان سیالات، بطور مؤثری در مصرف انرژی صرفه جوئی حاصل میشود. این صرفه جوئی علاوه بر پیامدهای اقتصادی آن موجب كاهش آلاینده های محیطی نیز میشود.

2- ویژگی اینكه كنترل كننده های دور موتور قادرند موتور را نرم راه اندازی كنند موجب میشود علاوه بر كاهش تنشهای الكتریكی روی شبكه ، از شوكهای مكانیكی به بار نیز جلو گیری شود. این شوكهای مكانیكی میتوانند باعث استهلاك سریع قسمتهای مكانیكی ، بیرینگها و كوپلینگها، گیربكس و نهایتا قسمتهائی از بار شوند. راه اندازی نرم هزینه های نگهداری را كاهش داده و به افزایش عمر مفید محركه ها و قسمتهای 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 صورتی كه نیاز بار ایجاب كند با استفاده از كنترل كننده دور ، موتور میتواند در سرعتهای پائین كار كند . كار در سرعتهای كم منجر به كاهش هزینه های تعمیر و نگهداشت ادواتی نظیر بیرینگها، شیرهای تنظیم كننده و دمپرها خواهد شد.

6- یك كنترل كننده دور قادر است رنج تغییرات دور را ، نسبت به سایر روشهای مكانیكی تغییر دور، بمیزان قابل توجهی افزایش دهد. علاوه بر آن از مسائلی چون لرزش و تنشهای مكانیكی نیز جلو گیری خواهد شد.

7- كنترل كننده های دور مدرن امروزی با مقدورات نرم افزاری قوی خود قادرند راه حلهای متناسبی برای كاربردهای مختلف صنعتی ارائه دهند.

11- مدیریت بهینه سازی مصرف انرژی و نقش كنترل كننده های دور موتور
امروزه در كشورهای صنعتی الزامات زیست محیطی از یكسو و رقابت بنگاههای اقتصادی از سوی دیگر ، مدیریت بهینه سازی انرژی را در بصورت یك امر غیر قابل اجتناب در آورده است. مجموعه اقداماتی كه برای صرفه جوئی انرژی در كارخانجات صورت میگیرد شامل مواردی چون جایگزینی موتورهای الكتریكی با انواع موتورهای با بازدهی بالا، استفاده از كنترل كننده های دور موتور در كاربردهائی كه اتلاف انرژی در آنها زیاد است، بازیافت انرژی از پروسه های حرارتی و نظایر انها میشود. نتایج اعمال چنین اقداماتی نشان میدهد در موارد زیادی ، و بخصوص در جاهائی كه از فنها ، پمپها، و كمپروسورها در فرایند تولید استفاده میشود، بكارگیری كنترل كننده های دور موتور علاوه بر انعطاف پذیر نمودن كنترل فرایند، تاثیر قابل توجهی در كاهش مصرف انرژی داشته است. در بسیاری از موارد زمان بازگشت سرمایه بین یك تا سه سال میباشد.

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

12- پمپها و فنها
چیزی حدود 40 درصد انرژی مصرفی در بخش صنعت در پمپها و فنها مصرف میشود. برای مثال در انگلستان ترکیب مصرف کنندگان انرژی در موتورها و در کاربردهای صنعتی بصورت زیر است[15].

شکل(8): میزان انرژی مصرفی توسط بارهای مختلف در انگلستان

اغلب این سیستمها از موتورها القائی با روتور قفس سنجابی استفاده میكنند. و خروجی توسط ادواتی چون شیرهای تنظیم كننده و دمپرها كنترل میشوند. متاسفانه مقادیر قابل توجهی انرژی توسط این فنها و پمپها تلف میشوند. موتورهای بكار رفته در اغلب این ادوات از مقدار مورد نیاز بزرگتر بوده و سیستمهای مكانیكی تنظیم كننده جریان سیالات در آنها بسیار تلفاتی میباشند. به این عوامل باید هزینه های قابل توجه تعمیر و نگهداشت نیز اضافه شود. با توجه به اینکه هزینه های خرید پمپ معمولا کمتر از 5 درصد هزینه های بهره برداری آن در طول عمر سیستم پمپ است، کیفیت بهره برداری عامل مهمتری در تصمیم گیری برای انتخاب سیستمهای پمپ بشمار میرود.

شکل(9): مقایسه انرژی مصرفی کنترل فلو با شیر و درایو

انتخاب پمپ ها معمولا بر اساس حداکثر دبی مورد انتظار صورت میگیرد. در حالیکه اغلب اوقات هرگز فلوی ماکزیمم مورد استفاده قرار نمیگیرد. این امر منجر به بزرگ شدن پمپ ها شده و بدین ترتیب مقدمات کار برای اتلاف انرژی و استهلاک هر چه سریعتر سیستم های پمپ فراهم میشود. اگر یک پمپ در دور نامی خود کار کند و دبی خروجی پمپ به مصرف برسد سیستم در راندمان مطلوب خود کار خواهد کرد. اما اگر تنها 50 درصد دبی حداکثر مورد نیاز باشد چه اتفاقی خواهد افتاد؟ بدیهی است که در این حالت نیز موتور در دور نامی خود کار خواهد کرد و توان مصرفی اضافی توسط موتور تلف خواهد شد. از سوی دیگر برای کنترل دبی خروجی لازم خواهد بود از ادوات مقاومتی نظیر شیر خفه کن استفاده گردد. با استفاده از كنترل كننده های دور موتور میتوان جریان سیالات در پمپ ها را با اعمال تغییر دور موتور ، كنترل نمود. امروزه این روش بدلیل انعطاف پذیری و صرفه جوئی اقتصادی قابل توجه جایگزین روشهای سنتی متكی بر تنظیم جریان سیال با استفاده از شیرهای تنظیم كننده مكانیكی و دمپرها میشود. در شکل(9) تفاوت دو روش در میزان مصرف انرژی نشان داده شده است.

13- قوانین افینیتی در کاربردهای پمپ و فن

قوانین افینیتی در کاربردهای پمپ و فن های سانتریفوژ پایه نظری صرفه جوئی انرژی با استفاده از درایو هستند. بر طبق این قوانین و در یک پمپ یا فن سانتریفوژ، روابط زیر حاکم است:

Q ~ N فلو یا حجم : Q , سرعت : N

H ~ N2 هد یا فشار : H

P ~ N3 توان ورودی : P

با توجه به شکل(10) فلو/ ولوم بصورت خطی با دور پمپ/فن تغییر میکند. برای مثال اگر دور موتور نصف شود فلو نیز نصف خواهد شد. از طرف دیگر با توجه به منحنی وسط فشار یا هد متناسب با مربع دور تغییر میکند. در این حالت اگر دور موتور نصف شود، فشار یا هد چهار برابر کاهش پیدا کرده و به 25% خواهد رسید. منحنی سمت راست نشان میدهد که اگر دور موتور نصف شود مصرف توان 8 برابر کاهش پیدا کرده و به 12.5% خواهد رسید

شکل(10): نمایش تصویری قوانین افینیتی در کاربردهای پمپ و فن سانتریفوژ

به خاطر میسپاریم با استفاده از كنترل كننده های دور موتور و كاهش تنها 15 درصد دور میتوان به میزان 40 درصد در مصرف انرژی صرفه جوئی كرد. حال اجازه بدهید کمی دقیقتر به رفتار یک پمپ توجه کنیم. شکل(11) مشخصات یک سیستم پمپ را نشان میدهد. هد استاتیك عبارتست از اختلاف ارتفاع پمپ و تانك مقصد. بدیهی است كه اگر یك پمپ نتواند به این ارتفاع غلبه كند دبی خروجی صفر خواهد بود. مولفه دوم هد اصطکاکی است . که در واقع بیانگر توان مورد نیاز جهت غلبه بر تلفات ناشی از عبور سیال از لوله ها، شیرها، زانوها و دیگر اجزای سیستم لوله کشی میباشد. این تلفات کلا وابسته به سرعت عبور سیال بوده و غیر خطی است. با اضافه کردن دو منحنی، منحنی سیستم بدست میاید.

در شکل(12) منحنی های سیستم و منحنی پمپ باهم نشان داده شده است. نقطه كار یك پمپ محل تلاقی منحنی پمپ و منحنی سیستم می باشد. با توجه به این منحنی ها روشن میشود که میزان فلو در این سیستم 800 لیتر در ثانیه و هد 60 متر میباشد. اگر بخواهیم نقطه کار را تغییر بدهیم لازم خواهد بود چیزی به سیستم اضافه نمائیم.

یک روش متداول در اینجا استفاده از شیر خفه کن است. در شکل(13) تاثیر عملکرد شیر خفه کن در نقطه کار پمپ را مشاهده میکنید. در واقع شیر اصطکاک مسیر سیال را افزایش داده و باعث افت فلو میگردد. با وجود اینکه با حضور شیر فلو به 600 لیتر در ثانیه کاهش پیدا کرده ولی در توان مصرفی سیستم تغییر محسوسی ایجاد نشده است. حال نگاهی دقیقتر به موضوع خواهیم داشت. همانطور که در شکل(14) مشاهده میکنید، برای دستیابی به فلوی مورد نظر از دو روش کنترل فلو با استفاده از شیر و کنترل با استفاده از درایو استفاده شده است . در روش کنترل فلو با شیر میزان توان مصرفی 87 درصد و در کنترل فلو با درایو توان مصرفی 42 درصد توان نامی میباشد. برای مثال اگر توان نامی پمپ 100KW باشد. تفاوت توان مصرفی دو روش برابر خواهد بود با:

(100KW x 0.875) – (100KW x 0.42) = 45.5KW

شکل(14) مقایسه توان مصرفی یک سیستم پمپ در دو حالت: الف) کنترل فلو با استفاده از شیر خفه کن (شکل سمت چپ) . ب) کنترل فلو با استفاده از درایو (شکل سمت راست).

شكل (15) - میزان مصرف انرژی در یك پمپ در پنج حالت : با استفاده از شیر برگشتی، با استفاده از شیر خفه کن، با قطع و وصل پمپ، با استفاده از کوپلینگ هیدرولیک، با استفاده از كنترل كننده دور موتور

هر چند كه در سیستمهائی كه هد استاتیك بالا ئی دارند با تغییر دور، راندمان پمپ هم به میزان زیادی تغییر میكند، ولی مزایای دیگر درایو استفاده از آن را بخوبی توجیه میكند. برای مثال میزان فشار هیدرولیك وارد شده به پره های پمپ سانتریفوژ با مجذور سرعت افزایش مییابد. این نیروها به بیرینگهای پمپ اعمال شده و عمر مفید آنها را كاهش خواهد داد. خاطر نشان میشود كه عمر بیرینگها بطور معكوس با توان هفتم سرعت متناسب است. از سوی دیگر با كاهش دور نویز و نوسانات سیستم نیز كاهش پیدا میكند.

درشكل (15) میزان مصرف انرژی در یك پمپ در پنج حالت : با استفاده از شیر برگشتی، با استفاده از شیر خفه کن، با قطع و وصل پمپ، با استفاده از کوپلینگ هیدرولیک، و با استفاده از كنترل كننده دور موتور نمایش داده شده است. با توجه به این شكل تاثیر قابل توجه كنترل كننده دور موتور در كاهش انرژی مصرفی ، نسبت به روشها، مشاهده میشود. در روش شیر برگشتی متناسب با نیاز مقداری از دبی خروجی پمپ به وروی آن عودت داده میشود. بدیهی است که در این حالت توان مصرفی برای هر دبی خروجی ثابت خواهد بود..

امروزه در كشورهای پیشرفته بعنوان یك برخورد اولیه در كاهش سریع مصرف انرژی، مجهز نمودن این نوع فنها و پمپها به درایو میباشد.

نكاتی كه باید در طراحی سیستمهای پمپ مورد توجه قرار گیرند عبارتند از:

- سیستم را بزرگ انتخاب نكنید. حتی اگر بعدها نیاز به توسعه پیدا كردید. باز مطلوب آن است كه بعدا كنار سیستم موجود پمپ بیشتری اضافه كنید

- توجه كنید كه هزینه های خرید پمپ در مقایسه با هزینه های انرژی آن در طول عمر پمپ ناچیز است. پس پمپهای با راندمان بالا را استفاده كنید.

- از درایو برای كنترل فلو استفاده كنید

- بجای استفاده از یك پمپ بزرگ از تعدادی پمپ كوچك بطوریكه مجموع آنها ظرفیت مورد نیاز را تامین نماید، استفاده كید. بدین ترتیب میتوانید در صورت عدم نیاز به ظرفیت اضافی آن را از مدار خارج كنید.

14- مثال از محاسبات صرفه جوئی انرژی در فن

برای روشن شدن تاثیر استفاده از درایو در كاربرد فن به مثال زیر توجه میكنیم. نخست اشاره میكنیم به قوانین حاكم بر فن كه موسوم به قوانین افینیتی (Affinity Laws ) میباشد:

Eq. 1: (N1 / N2) = Q1 / Q2

Eq. 2: (N1 / N2)2 = P1 / P2

Eq. 3: (N1 / N2)2 = T1 / T2

Eq. 4: (N1 / N2)3 = HP1 / HP2

در معادلات فوق N معرف سرعت، Q معرف میزان جریان سیال، T معرف گشتاور، HP معرف توان مصرفی و P معرف فشار است.

حال فرض میكنیم یك فن با موتور 250hp با راندمان 95% موجود است. و سیكل كار آن را در هر هفته بصورت زیر در نظر میگیریم:

نویسندگان

سیستم های کنترل دور: 

    images/stories/R.png

  images/stories/lenze.png

  images/stories/toyo-logo.png  

    images/stories/gefran.png

   images/stories/delta.png

راه انداز نرم موتور:        

      images/stories/happen.png

لوازم تکمیلی کنترل دورها :

 images/stories/EAGTOP.gif

 گیربکس  و متغیر مکانیکی :

 images/stories/lenze.png  images/stories/tranc.png

 ترمز و کلاج صنعتی:

 images/stories/lenze.png  images/stories/logo_intorq.gif

 PLC – HMI –POWER SUPPLY :

 images/stories/acro.png  

 images/stories/Beijer.png

 images/stories/fatek.png

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

گروه موتورکنترل فعالیت خود را در سال 1365 در زمینه مشاوره و فروش محصولات اتوماسیون صنعتی در قلب بازار صنعت ایران ( خیابان سعدی ) آغاز نموده است. ارتقاء دانش فنی و توانمندیهای علمی به گونه ای که همگامی با پیشرفت های تکنولوژیکی  در داخل کشور و سایر نقاط جهان و بهره گیری موثر از محصولات نوین اتوماسیون صنعتی  در اقتصادی ترین شکل ، همواره مد نظر گروه موتور کنترل بوده و می باشد ، به گونه ای که امروز به عنوان اولین مرکز تخصصی فروش ، مشاوره و اجرای پروژه های سیستم های کنترل دور موتور به روشهای الکترونیکی و الکترومکانیکی در بالا ترین سطح کیفی ، کارایی و بهینه ترین شرایط اقتصادی به صنعتگران گرامی ارائه خدمت می نماید.
این گروه آمادگی خود را جهت ارایه بهترین شرایط در زمینه فروش محصولات اتوماسیون صنعتی ،بهینه سازی خطوط تولید خدمات مشاوره و مهندسی ، خدمات
  گارانتی و تعمیرات سیستم های کنترل دور  در وسیع ترین سطح اعلام می نماید.

در حال حاظر گروه موتور كنترل به عنوان مرجع اصلی واردات و تامین تجهیزات صنعتی  و اتوماسیون صنعتی در سطح وسیع آماده ارائه خدمت به صنعت گران گرامی می باشد .

گروه موتور كنترل نماینده فروش و خدمات كمپانی های زیر را داراست: ENCOM - DELTA - YILMAZ - LG - EGTOP-LENZE-RHYMEBUS -TRANSTECNO