موتورهای الکتریکی طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی از جمله عملکرد پمپ ها، کمپرسورها و فن ها را دارند. موتورها انرژی قابل توجهی مصرف می کنند و می توانند هزینه های جاری قابل توجهی را متحمل شوند که به معنای پتانسیل بزرگی برای صرفه جویی است. به طور متوسط، سیستم های موتور بیش از نیمی از انرژی ورودی خود را قبل از ارائه خدمات نهایی از دست می دهند. بنابراین، در حالی که بازده انرژی موتورها به تنهایی ممکن است بالا باشد، بازده کل سیستم می تواند پایین باشد. در نتیجه بهبود سیستم ارائه خدمات می تواند بیشترین صرفه جویی را به همراه داشته باشد.
پیکربندی و بهینه سازی سیستم
زمینه های بهینه سازی سیستم عبارتند از:
- منطقی کردن یا جداسازی خطوط یا فرآیندهای تولید موجود
- ترتیب ماشین آلات برای به حداقل رساندن تلفات توزیع و تسهیل بازیافت انرژی
- اطمینان از قطر مناسب لوله ها و مجاری برای به حداقل رساندن اصطکاک
- به حداقل رساندن افت فشار ناشی از انسداد جریان، خمیدگی شدید، انبساط و انقباض
- شیرآلات و اتصالات کم تلفات
- حصول اطمینان از اینکه ماشین آلات رانده در نقاط بازده بهینه کار می کنند و برای کار مشخص شده اند.
- اطمینان از تمیز بودن تمام اجزای سیستم و فیلترها
کنترل سرعت موتور
کنترل سرعت به موتورها اجازه می دهد تا توانشان برای برآوردن نیازهای شدید بدون اتلاف انرژی در زمان تقاضای کم، زیاد شوند. فن و پمپ ها معمولاً دارای بارهای گشتاور متغیر هستند که تابع قانون درجه 3 هستند، به این معنی که کاهش سرعت موتور تا 20 درصد می‌تواند قدرت مورد نیاز را تا 50 درصد کاهش دهد. بارهای گشتاور ثابت در جایی رخ می دهد که گشتاور مستقل از سرعت باشد. این اغلب در مورد:
- بالابرها
- نوار نقاله ها
- اکسترودرها
- میکسرها
- کمپرسورهای هوای رفت و برگشتی
- کمپرسورهای هوا پیچ روتاری
در چنین مواردی، رابطه سرعت/قدرت متناسب است. یعنی کاهش 50 درصدی سرعت باعث کاهش 50 درصدی قدرت می شود.
درایوهای سرعت متغیر (VSD) و درایوهای فرکانس متغیر (VFD)
یک VSD سرعت و گشتاور یک موتور AC را با تبدیل فرکانس و ولتاژ ثابت ورودی به فرکانس و ولتاژ خروجی متغیر کنترل می کند. عملکرد سیستم را می توان با کنترل سرعت برای تطبیق دقیق بار، تا حد زیادی بهبود بخشید. در کنار بهینه سازی سیستم و کارایی موتور، کنترل موتور VSD یکی از 3 حوزه اصلی برای دستیابی به صرفه جویی در انرژی است. صرفه جویی به ماهیت و تنوع بار و کل ساعات کار بستگی دارد. در جایی که نیازهای خروجی فرآیند 30 درصد یا بیشتر تغییر می کند، تطبیق بار با VSD می تواند مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
مزایای اینورتر VSD
سیستم های موتور مجهز به VSD می توانند مزایای دیگری نیز داشته باشند، از جمله:
- کاهش حداکثر تقاضای توان
- کاهش فشار بر روی اجزای سیستم
- کنترل دقیق فشار، جریان و دما
- بهبود ایمنی و رفاه، از طریق کاهش سطح گرما و سر و صدا
- ادغام کنترل VSD با سیستم های مدیریت ساختمان (BMS).
در سیستم های پمپاژ، کنترل جریان دریچه گاز از افزایش فشار جلوگیری می کند که این روش کارآمد نیست، زیرا انرژی پمپ کاهش نمی یابد. VSD کنترل دقیق جریان را بدون اتلاف انرژی ناشی از دریچه گاز امکان پذیر می کند. این تضمین می کند که در صورت لزوم، سیستم با سرعت کامل کار نمی کند.
صرفه جویی انرژی
برای تخمین صرفه جویی در انرژی هنگامی که یک VSD به یک بار گشتاور متغیر یا ثابت اعمال می شود، تعیین کنید:
- مدت زمانی که تجهیزات تحت شرایط بار مختلف کار می کنند.
- بهره وری از ترکیب بالقوه VSD و موتور هنگام کار در موقعیت های مشابه
معمولاً می توان مقادیر کارایی سیستم های محرک موتور را هنگام اتصال به بارهای مختلف از سازندگان تجهیزات دریافت کرد.
- VSD های مکانیکی و هیدرولیکی می توانند از تلفات ذاتی رنج ببرند و بنابراین به اندازه کنترل های الکترونیکی از نظر انرژی کارآمد نیستند.
- VSD های الکترونیکی مدرن به عنوان درایوهای فرکانس متغیر (VFD) نیز شناخته می شوند زیرا با تغییر فرکانس ورودی الکتریکی AC برای کنترل سرعت درایو کار می کنند.
- فناوری VFD با موتورهای القایی AC مطابقت گسترده ای دارد. VFD ها به دلیل تغییر سرعت دقیق آنها از صفر دور در دقیقه تا بیش از 100٪ سرعت نامی مورد علاقه هستند. VFD ها همچنین کنترل موتور را در هر جهت امکان پذیر می کنند.
- VFD ها در جایی که کنترل دقیق سرعت موتور به فرآیند تولید کمک نمی کند یا ساعت ها کاهش تقاضا کم است، ممکن است سود کمی داشته باشند. VFD ها همچنین برای کاربردهایی که کاهش سرعت دستگاه باعث مشکلات عملکردی مانند گشتاور ناکافی یا خنک کننده ضعیف می شود، توصیه نمی شود.
بهینه سازی با VSD/VFD
اغلب VSD ها می توانند با موتورهای موجود مجهز شوند. ارزیابی موتورها و نیازهای بار باید انجام شود تا ببینیم این کار در کجا امکان پذیر است. ترکیب یک موتور AC در حال کار با یک VSD الکترونیکی فناوری کنترل سرعت موثر را بدون نیاز به نوع دیگری از موتور فراهم می کند. عملکرد موتورهای AC مدرن با VSDهای اکنون با سیستم های DC مطابقت دارد. هزینه های تعمیر و نگهداری موتورهای AC به طور قابل توجهی پایین تر است، که باعث می شود تعویض موتور DC با AC مقرون به صرفه باشد. در برخی موارد، موتورهای تک سرعته را می توان برای پوشش بار پایه متغیر نگه داشت. اینها را می توان با یک VSD بر روی یک موتور با اندازه مناسب تکمیل کرد که برای ارائه بار متغیر اضافی اختصاص داده شده است.
ولتاژ و ضریب توان
موتورهای القایی AC می توانند باعث شوند که یک تاسیسات دارای ضریب توان کم باشد. این منجر به جریان الکتریکی اضافی برای انجام کار مورد نیاز می شود. ضریب قدرت را می توان با موارد زیر بهبود بخشید:
- به حداقل رساندن موتورهای بزرگ و ناکارآمد
- اجتناب از موتورهای در حال کار یا با بار کم
- افزودن دستگاه های تصحیح ضریب توان
موتورهای با اندازه مناسب
موتورها باید برای حداکثر کار در نظر گرفته شده اندازه مناسبی داشته باشند.
اندازه موتور باید در نظر گرفته شود:
- بار در حال اجرا و توان مورد نیاز برای راه اندازی دستگاه
- سرعت و گشتاور مورد نیاز تجهیزات رانده
- توانایی موتور در پاسخ به تغییرات بار
موتور الکتریکی معمولاً وقتی در بارهای کمتر از 40 درصد خروجی نامی خود، کار می کنند نا کارآمد هستند. آنها اغلب در بین 70 تا 80 درصد خروجی نامی بیشترین کارایی را دارند. موتورهای بزرگ بر راندمان و ضریب قدرت تأثیر می گذارد و هزینه های نصب و راه اندازی را افزایش می دهد. کوچک کردن موتور به این معنی است که باید سخت‌تر کار کند، که منجر به دماهای بالاتر، کاهش راندمان و کاهش عمر می‌شود. هنگام اندازه‌گیری موتورها، بار مورد نیاز را ارزیابی کنید تا از تعویض مشابه با موتور جلوگیری کنید. سایز بندی باید بر اساس بارهای واقعی باشد تا ظرفیت نامی موتور.
موتورهای با راندمان بالا
موتورهای با راندمان بالا می توانند تا 40 درصد بیشتر از موتورهای قدیمی و با راندمان استاندارد هزینه داشته باشند، اما دوره بازپرداخت می تواند کمتر از 2 سال از زمان صرفه جویی در انرژی باشد.
مدیریت و نگهداری موتور
یک موتور که به درستی نگهداری شود می تواند تا 15 درصد کارایی بیشتری داشته باشد. ارزش اجرای یک برنامه مدیریت و نگهداری موتور را دارد. یک تاسیسات صنعتی بزرگ می تواند شامل هزاران موتور باشد که بیشتر انرژی توسط چند سیستم ضروری مصرف می شود. نگهداری موتورها بر اساس برنامه زمانبندی احتمالاً بیشترین مزایا را با سریعترین بازپرداخت به ارمغان می آورد. مصرف انرژی موتور را می توان با استفاده از تجهیزات اندازه گیری برق کنترل کرد. سنسور صنعتی می توانند مشکلات احتمالی را قبل از ایجاد مشکل علامت گذاری کنند. ارزیابی موتورها باید زمان اجرا، شرایط محیطی و عواقب خرابی را در نظر بگیرد. بازرسی ها را می توان با استفاده از یک اسکنر حرارتی مادون قرمز برای شناسایی موتورهایی که داغ هستند انجام داد.
نحوه نگهداری از موتور
تعدادی از وظایف تعمیر و نگهداری برای اطمینان از عملکرد بهینه موتورها وجود دارد:
- موتورها و فن ها را تمیز نگه دارید.
- لرزش بیش از حد را بررسی کنید که ممکن است نشانه ای از ناهماهنگی موتور باشد.
- اتصالات یا سیم هایی که ممکن است شل یا آسیب دیده باشند را بررسی کنید.
- موتورها را از طریق تهویه مناسب خنک نگه دارید
- موتورها، بلبرینگ، گیربکس صنعتی و زنجیرها را با توجه به فواصل زمانی توصیه شده سازنده و مشخصات روانکار روغن کاری کنید.
- مطمئن شوید که تسمه ها به درستی کشیده و تمیز هستند. اطمینان حاصل کنید که تسمه های متعدد به طور یکنواخت مطابقت دارند.
- موتورها را در یک کارخانه با توجه به بارهای واقعی اندازه گیری شده تخصیص دهید.
- موتورهای قدیمی را قبل از خراب شدن تعویض کنید.