دانلود تحقیق روش های کاهش مصرف انرژی الکتریکی الکتروموتور ها

مقدمه موتورها مصرف‎‎کننده‎‎های عمده برق در اغلب کارخانه‎‎ها هستند.

وظیفه یک موتورالکتریکی تبدیل انرژی الکتریسیته به‎ انرژی مکانیکی است.

در یک موتور سه‎‎فاز AC جریان از سیم‎‎پیچ‎‎های موتور عبور کرده و باعث ایجاد میدان مغناطیسی دواری می‎شود که این میدان مغناطیسی محور موتور را می‎‎چرخاند.

موتورها به‎‎‎گونه‎‎ای طراحی شده‎‎اند که این وظیفه را به‎‎‎خوبی انجام دهند.

مهم‎‎ترین و ابتدایی‎‎ترین گزینه صرفه‎‎جویی در موتورها مربوط‎‎به‎ انتخاب آنها و استفاده از آنها می‎‎باشد.

1- هرزگردی موتورها بیشترین صرفه‎‎جویی مستقیم برق را می‎‎توان با خاموش کردن موتورهای بی‎‎بار و درنتیجه حذف تلفات بی‎‎باری به‎‎‎دست آورد.

روش ساده آن درعمل نظارت دایم یا کنترل اتوماتیک است.

اغلب به‎ مصرف برق در بی‎‎باری اهمیت چندانی داده نمی‎‎شود درحالی‎‎که غالباً جریان در بی‎‎باری حدود جریان در بار کامل است.

مثالی از این نوع تلفات را می‎‎توان در واحدهای بافندگی یافت، جایی‎‎که ماشین‎‎های دوزندگی معمولاً برای دوره‎‎های کوتاهی کار می‎‎کنند.

اگرچه موتورهای این ماشین‎‎ها نسبتاً کوچک هستند (1.3 اسب بخار) ولی چون تعداد آنها زیاد است (معمولاً تعداد آنها در یک کارخانه به‎ صدها عدد می‎‎رسد) اندازه این تلفات قابل‎‎ملاحظه است.

اگر فرض کنیم 200 موتور 1.3 اسب‎‎بخار در 90درصد زمان هرزگرد بوده و باری معادل 80درصد بار کامل بکشند، هزینه کار بیهوده موتورها با درنظر گرفتن 120ریال بهای واحد انرژی الکتریکی ، به‎‎‎شکل زیر محاسبه می‎شود: هزینه بی‎‎باری = 200موتور×3/1 اسب‎‎بخار × 80% بار × 6000ساعت در سال × 90% بی‎‎باری ×120ریال= 25میلیون ریال با اتصال یک سوئیچ به‎ پدال چرخ‎‎ها می‎‎توان آنها را به‎‎‎طور اتوماتیک خاموش کرد.

2- کاهش بازده در کم‎‎باری وقتی از موتوری استفاده شود که مشخصات نامی بالاتر از مقدار مورد نیاز را داشته باشد، موتور در بارکامل کار نمی‎‎کند و در این‎‎حالت بازده موتور کاهش می‎‎یابد.

استفاده از موتورهای بزرگتر از اندازه موردنیاز معمولاً به‎ دلایل زیر است : - ممکن است پرسنل مقدار بار واقعی را ندانند و بنابه احتیاط موتوری بزرگتر از اندازه موردنیاز انتخاب شود - طراح یا سازنده برای اطمینان از اینکه موتور توان کافی را داشته باشد، موتوری بسیار بزرگتر از اندازه واقعی موردنیاز پیشنهاد ‎‎کند و بار حداکثر درعمل به‎‎‎ندرت اتفاق ‎‎افتد.

به‎‎‎علاوه اغلب موتورها می‎‎توانند برای دوره‎‎های کوتاه در باری بیشتر از بار کامل نامی کار کنند.

(درصورت تعدد این وسایل اهمیت مسئله بیشتر می‎شود) - وقتی موتور با مشخصات نامی موردنظر در دسترس نیست یک موتور بزرگتر نصب می‎شود و حتی وقتی موتوری با اندازه نامی موردنظر پیدا می‎شود جایگزین نشده و موتور بزرگ همچنان به‎ کار خود ادامه می‎‎دهد.

- به‎‎‎خاطر افزایش غیرمنتظره در بار که ممکن است هیچگاه هم رخ ندهد یک موتور بزرگتر انتخاب می‎شود.

- نیازهای فرآیند تولیدی کاهش یافته است در برخی بارها گشتاور راه‎‎انداز بسیار بیشتر از گشتاور دورنامی است و باعث می‎شود موتور بزرگتر به‎‎‎کار گرفته شوند.

باید مطمئن شد هیچ کدام از این موارد موجب استفاده از موتورهایی بزرگتر از اندازه و درنتیجه کاهش بازده نشده باشند.

جایگزینی موتورهای کم‎‎بار با موتورهای کوچکتر باعث می‎شود که موتور کوچکتر با بار کامل دارای بازده بیشتری باشد.

این جایگزینی معمولاً برای موتورهای بزرگتر وقتی در 3/1 تا نصف ظرفیت‎‎شان (بسته به‎ اندازه‎‎شان) کار می‎‎کنند اقتصادی است.

برای تشخیص موتورهای بزرگتر از ظرفیت مورد نیاز به‎ اندازه‎گیری‎‎ الکتریکی احتیاج است.

وات‎‎متر مناسب‎‎ترین وسیله‎‎است.

روش دیگر، اندازه‎گیری سرعت واقعی و مقایسه آن با سرعت نامی است.

بار جزئی به‎‎‎عنوان درصدی از بار کامل نامی را می‎‎توان از تقسیم شیب(سرعت) عملیات بر شیب بار کامل به‎‎‎دست آورد.

رابطه بین بار و شیب تقریباً خطی است.

معمولاً در این موارد می‎‎توان برای جلوگیری از سرمایه‎‎گذاری جدید اینگونه موتورها را با دیگر موتورهای موجود در کارخانه جایگزین نمود که تنها هزینه آن اتصالات و صفحه‎‎های تنظیم‎‎کننده هستند.

اگر این تغییرات را بتوان همزمان با تعمیرات برنامه‎‎ریزی‎‎شده در کارخانه انجام داد بازهم هزینه‎‎ها کاهش می‎‎یابد.

3- موتورهای پربازده بازگشت سرمایه قیمت اضافی پرداختی جهت خرید موتورهای پربازده، معمولاً کمتراز دو سال کارکرد موتور به‎‎‎ازای 4000 ساعت کارکرد سالانه و در 75درصد بار می‎باشد.

(بازگشت سرمایه نسبت به‎ موتورهای قدیمی و غیر استاندارد به‎ کمتر از شش ماه نیز می‎‎رسد) درمواردی که بار موتور سبک یا ساعت کارکرد آن کم است یا بارهای تناوبی استثنائاتی وجود دارد.

بیشترین صرفه‎‎جویی در رنج موتورهای 1 تا 20 اسب‎‎بخار به‎‎‎دست می‎‎آید.

در توان بیشتر از 20 اسب‎‎بخار افزایش بازده کاهش می‎‎یابد و موتورهای موجود بیش از 200 اسب‎‎بخار تقریباً دارای بازده کافی هستند.

سازندگان معمولاً موتورهای با طراحی استاندارد و قیمت تمام‎‎شده کم‎‎تر را عرضه می‎‎کنند.

به‎‎‎خاطر رقابت شدید این نوع موتورها بازده کمی دارند.

آنها ضریب قدرت پایین‎‎تری دارند، قابل تعمیر نبوده و نمی‎‎توان به‎‎‎راحتی سیم‎‎پیچ آنها را مجدداً پیچید.

در موتورهای پربازده با استفاده از ورقه‎‎های استیل نازکتر در استاتور و روتور، استفاده از استیل با خواص الکترومغناطیسی بهتر، استفاده از فن‎‎های کوچکتر با بازده بیشتر و بهبود طراحی شکاف روتور بازده افزایش یافته است.

تمام این روش‎‎ها باعث افزایش مصرف مواد اولیه و درنتیجه افزایش هزینه‎‎ مواد یا هزینه‎‎های ساخت می‎شود و بنابراین قیمت تمام شده موتور زیاد می‎شود.

بااین وجود 30-20 درصد اضافه هزینه اولیه با کاهش هزینه‎‎های عملیاتی جبران می‎شود.

از دیگر مزایای موتورهای پربازده اثر کم بر عملکرد موتور به‎‎‎هنگام نوسانات ولتاژ و بار جزئی است.

محاسبه بازگشت هزینه این موتورها به‎‎‎خاطر متغیرهای درگیر پیچیده است.

برای تعیین هزینه عملیاتی موتور باید توان مصرفی توسط موتور در ساعات کار آن و قیمت انرژی الکتریکی ضرب شود.

هریک از این فاکتورها متغیرهای مخصوص به‎‎‎خود را دارند که شامل تغییر در برنامه زمانبندی تولید، تغییر در بار موتور و جریمه‎‎های دیماند می‎‎باشند.

پرداختن به‎ برخی از این عوامل مشکل است.

حتی وقتی میزان صرفه‎‎جویی محاسبه می‎شود از آنجاکه بازده واقعی یک موتور معمولاً ناشناخته است ممکن است این محاسبات دچار خطا شوند.

چون همه سازنده‎‎ها از تکنیک‎‎‎‎های یکسانی برای اندازه‎گیری بازده موتورها استفاده نمی‎‎کنند ، بنابراین مشخصات نامی درج‎‎شده بروی پلاک را نمی‎‎‎توان با هم مقایسه کرد.

به‎عنوان نمونه در آمریکا منظور بیشتر سازنده‎‎ها‎‎ از بازده نامی رنجی از بازده‎‎ها است که بازده موتور در آن قرار می‎‎گیرد.

از تکنیک‎‎های آماری مختلفی برای تعیین حداقل بازده یک موتور با هر بازده نامی استفاده می‎شود.

به‎‎‎عنوان مثال یک موتور با بازده نامی 90.2 % دارای حداقل بازده نامی 88.5 % است.

عده زیادی موتورهای پربازده را بدون اینکه درصدد توجیه برگشت هزینه آن باشند ، استفاده می‎کنند ، مگر درمورد موتورهای بزرگتر.

معمولاً مدت بازگشت هزینه تقریباً یک سال است.

بازده موتورها از مشخصات نامی آنها متفاوت است(به‎‎‎دست نمی‎‎آید).

مثلاً یک موتور 100-hp.1800-rpm سرپوشیده با فن خنک‎‎ساز از یک سازنده دارای یک حداقل بازده تضمین‎‎شده معادل 90.2درصد در بار کامل در مدل استاندارد و 94.3درصد در مدل بازده بالا است.

موتور هم‎‎اندازه آن از یک سازنده دیگر دارای همان بازده 90.2درصد در مدل استاندارد و حداقل بازده 91درصد در مدل بازده بالا است.

برای تعیین بازده واقعی یک موتور خاص باید از تجهیزات تست پیچیده‎‎ای استفاده کرد.

به‎‎‎خاطر این اختلاف‎‎ها، به‎‎‎هنگام ارزیابی میزان صرفه‎‎جویی، استفاده از حداقل بازده تضمین‎‎شده قابل اطمینان‎‎تر است چون همه موتورها باید برابر یا بزرگتر از این اندازه باشند.

4- درایوهای تنظیم سرعت وقتی تجهیزات بتوانند در سرعت کاهش‎‎یافته کار کنند چند گزینه قابل انتخاب است.

مثال‎‎های ذیل نمونه‎‎هایی برای همه صنایع هستند 1-4- موتورهای AC فرکانس متغیر (با تنظیم فرکانس) وقتی پمپ‎‎های گریز از مرکز، فن‎‎ها و دمنده‎‎ها در سرعت ثابت کار می‎‎کنند و خروجی با استفاده از والوها و مسدود‎‎کننده‎‎ها کنترل می‎شود موتور صرفنظر از مقدار خروجی در نزدیکی بار کامل کار می‎‎کند که باعث می‎شود انرژی زیادی توسط این مسدودکننده‎‎ها و والوها تلف شود.

اگر این تجهیزات بتوانند همواره در سرعت مورد نیاز کار کنند مقدار زیادی انرژی صرفه‎‎جویی می‎شود.

درایوهای تنظیم سرعت باعث می‎شوند تجهیزات باتوجه به نیاز سیستم در حالت بهینه عمل کنند.

کنترلرهای AC تنظیم فرکانس (فرکانس متغییر) وسایل پیچیده‎‎ای بوده و گرانقیمت هستند.

بااین‎‎حال می‎‎توانند به‎‎‎راحتی به‎ موتورهای القایی AC استاندارد اضافه شوند.

با هزینه تجهیزات کمتر و هزینه‎‎های الکتریکی بیشتر (با کاهش هزینه تجهیزات و افزایش هزینه‎‎های الکتریکی) کاربرد این وسایل در اغلب موارد اقتصادی می‎شود.

بسیاری از انواع پمپ‎‎ها، فن‎‎ها، میکسچرها، نقاله‎‎ها، خشک‎‎کننده‎‎ها، خردکننده‎‎ها (سنگ‎‎شکن‎‎ها) آسیاب‎‎ها، صافی‎‎ها و برخی انواع کمپرسورها، دمنده‎‎ها و همزن‎‎ها در سرعت‎‎های مختلف با وسایل تنظیم سرعت کار می‎‎کنند.

تجهیزات مجهز به‎ تنظیم سرعت کمتراز نصف تجهیزات مجهز به‎ مسدودکننده انرژی مصرف می‎‎کنند.

در عمل باید برای محاسبه دقیق صرفه‎‎جویی حاصل براساس کیلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود.

بازده موتور تا زیر50درصد ظرفیت نامی افت می‎‎کند.

2-4-درایوهای DC حالت جامد (نیمه‎‎هادی) می‎‎توان با تنظیم سرعت با استفاده از درایوهای DC صرفه‎‎جویی‎‎های مشابهی را انجام داد.

هزینه اولیه نسبت‎‎به‎ درایوهای AC تنظیم فرکانس بیشتر است به‎‎‎خصوص وقتی مستقیماً بتوان از کنترلرهای الکتریکی در موتور ACاستفاده کرد.

تعمیر و نگهداری کموتاتور و زغال نیز هزینه زیادی در درایوهای DC دربردارد.

همچنین سیستم‎‎های DC نسبت‎‎به‎ هوای خورنده و کثیف (مملو ازذرات) که در یک محیط صنعتی معمول است حساس‎‎ترند.

بنابراین درایوهای AC معمولاً ترجیح داده می‎شوند مگر در مواردی که شرایط عملیاتی برخی از مشخصه‎‎های سیستم‎‎های DC از قبیل تنظیم سرعت خیلی دقیق، معکوس کردن سریع جهت، یا گشتاور ثابت در رنج سرعت نامی مورد نیاز باشد.از این درایوها در ماشین‎‎های حدیده ((drawing machins، پوشش‎‎دهنده‎‎ها (لعاب‎‎دهنده‎‎ها coaters) ماشین‎‎های تورق (laminators)، دستگاه‎‎های سیم‎‎پیچی (winders) و سایر تجهیزات استفاده می‎شود.

سایر تکنیک‎‎های تغییر سرعت موتور عبارت است از درایوهای لغزش (slip) الکترومکانیکی، درایوهای سیال.

و موتورهای القایی (موتورهای با روتور سیم‎‎پیچی‎‎شده).

این درایوها با تغییر درجه لغزش بین درایو و عنصر درحال حرکت سرعت را کنترل می‎‎کنند.

چون قسمتی از انرژی مکانیکی که تبدیل به‎ بار نمی‎‎شود به‎ حرارت تبدیل می‎گردد این درایوها دارای بازده کمی بوده و معمولاً به‎‎‎خاطر مشخصه‎‎های خود در کاربردهای خاصی به‎‎‎کار برده می‎‎شوند.

مثلاً ممکن است از درایوهای سیال در سنگ‎‎شکن‎‎ها (خردکننده‎‎ها) استفاده شوند چون دارای ظرفیت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانایی مقاومت دربرابر بارهای شوک، قابلیت مقاومت در سیکل‎‎های سکون (ازکارافتادگی)، ماهیت ایمنی آن و قابلیت تحمل هوای ساینده را دارند.

چون درایوهای AC وDC سرعت چرخنده اصلی را تغییر می‎‎دهند برای صرفه‎‎جویی در انرژی ترجیح داده می‎‎شوند.

3-4-درایوهای مکانیکی درایوهای تنظیم سرعت مکانیکی ساده‎‎ترین و ارزانترین وسایل تغییر سرعت هستند.

این نوع چرخ‎‎های قابل تنظیم می‎‎توانند در امتداد محور باز و بسته شوند و درنتیجه میزان تماس چرخ را با تسمه تنظیم کنند.

مزیت عمده درایوهای مکانیکی سادگی آنها ، سهولت تعمیر و نگهداری و هزینه پایین آنها است.

یک سرویس تعمیر و نگهداری درحد متوسط و کنترل سرعت با دقت کم (معمولاً 5درصد) از خصوصیات این درایوها است.

درایوهای تسمه‎‎ای برای گشتاورهای کم تا متوسط (100اسب‎‎بخار) در دسترس هستند.

بازده درایوهای تسمه‎‎ای 95 درصد است و نسبت کاهش سرعت تا 10به‎ 1 می‎‎رسد.

از درایوهای زنجیری فلزی در گشتاور زیاد استفاده می‎شود.

این درایوها مشابه درایوهای تسمه‎‎ای هستند فقط به‎‎‎جای تسمه‎‎های لاستیکی از تسمه‎‎های فلزی استفاده شده است.

4-4-کاهش یک سرعته وقتی فقط با یک کاهش سرعت به‎ نتیجه رضایت‎‎بخش برسیم گزینه ارزانتری را می‎‎توانیم انتخاب کنیم.