8 فرصت بهبود بهره وری انرژی در موتورهای الکتریکی

راهکار های صرفه جویی در انرژی

با توجه به بهبود بهره وری انرژی در تجهیزات سیستم های موتور، یک رویکرد ترکیبی از پمپ ها، کمپرسورها و فن ها را باید به منظور دستیابی به صرفه جویی مطلوب و عملکرد بهینه مورد استفاده قرار داد.

در ادامه، ملاحظات با توجه به مصرف انرژی و فرصت های صرفه جویی در انرژی برای یک سیستم موتور ارائه شده است و در برخی از موارد، با مطالعه موردی نشان داده شده است. علاوه بر موتورهای الکتریکی، سیستم پمپاژ، فن و سیستم های هوای فشرده مورد بررسی قرار گرفتند.

ظرفیت های بهبود بهره وری انرژی :

1. طرح مدیریت موتور

2. برنامه تعمیر و نگهداری

3. بکارگیری موتورهایی با کارکرد بهینه

4. کلاف بندی موتور ( سیم پیچی مجدد موتور)

5. اندازه مناسب موتور

6. استفاده از درایوهای سرعت قابل تنظیم (ASDS)

7. اصلاح ضریب قدرت

8. به حداقل رساندن ولتاژ نامتعادل

1-طرح مدیریت موتور

یک برنامه مدیریت موتور، بخش مهمی از یک استراتژی مدیریت انرژی در یک کارخانه است. داشتن یک طرح مدیریت موتور در محل می تواند به شرکت ها در رابطه با سیستم های بلند مدت صرفه جویی در مصرف انرژی کمک کند و اطمینان خواهد داد که بروز هرگونه عیب و نقصی در موتور، در کوتاه ترین زمان و با کمترین هزینه بر طرف خواهد شد.

بهترین سیستم برای مدیریت تمام پارامترهای موتور از قبیل پارامترهای نمایشی و پارامترهای حفاظتی و پارامترهای مربوط به انرژی اینورتر فرکانس متغیر است.

کمپین مربوط به رسیدگی به مسائل SM (در خصوص تصمیماتی که برای موتور گرفته می شود)، عناصر کلیدی زیر را برای طرح مدیریت موتور پیشنهاد می کند(CEE، 2007):

1. ایجاد یک نظرسنجی برای موتور و برنامه ردیابی.

2. توسعه دستورالعمل ها برای تصمیمات تعمیر / جایگزینی فعال.

3. آمادگی برای بروز مشکل در عملکرد موتور با ایجاد موجودی کاملی از قطعات یدکی.

4. توسعه و گسترش مشخصات خرید.

5. توسعه و گسترش مشخصات تعمیر.

6. توسعه و پیاده سازی یک برنامه تعمیر و نگهداری پیشگیرانه و پیش بینی کننده.

2-برنامه تعمیر و نگهداری

هدف از تعمیر و نگهداری موتور، افزایش عمر موتور و پیش بینی زمان خرابی یک موتور است. بنابراین، اقدامات مربوط به تعمیر و نگهداری موتورمی تواند به صورت پیشگیرانه و یا قابل پیش بینی طبقه بندی شود.

 

اقدامات پیشگیرانه، شامل به حداقل رساندن ولتاژ نامتعادل، ملاحظات بار الکتریکی، هم ترازی موتور، روانکاری و تهویه موتور است.

برخی از این اقدامات، بطور مفصل در زیر مورد بحث قرار گرفته است. توجه داشته باشید که برخی از آنها با هدف جلوگیری از افزایش درجه حرارت موتور کار می کند، درجه حرارتی که اگر کنترل نشود می تواند منجر به افزایش مقاومت سیم پیچ، کوتاه شدن عمر موتور و افزایش مصرف انرژی شود.

بهره وری انرژی

 

هدف از پیش بینی دوره های تعمیر و نگهداری موتور، نظارت بر دما، لرزش، و دیگر داده های عملیاتی برای شناسایی، زمانی ضرورت پیدا می کند که یک موتور،  قبل از خرابی کامل، تحت تعمیرات اساسی قرار گرفته و یا موتور جایگزین شده باشد.

 

صرفه جویی در مصرف انرژی که توام با یک برنامه مداوم تعمیر و نگهداری می باشد، می تواند در محدوده  2 درصد تا 30 درصد از کل انرژی موتور، تغییر کند و متغیر باشد.

3-بکارگیری موتورهایی با کارکرد بهینه

مثالی از یک موتور با مصرف انرژی بهینه

بکارگیری موتورهایی با کارکرد بهینه می تواند از طریق بهبود طراحی، مواد بهتر، تلرانس های دقیق تر و بهبود تکنیک های ساخت باعث کاهش تلفات انرژی شود. عملیات نصب مناسب نیز باعث خنک تر ماندن این موتورها خواهد شد و به کاهش بار گرمایشی مورد مصرف ( پایین آمدن انرژی مصرفی برای گرم کردن) کمک خواهد کرد و فاکتورهای خدمات بالاتر، آستانه تحمل بیشتر، دوام بالاتر سیستم عایقکاری و لرزش کمتر را موجب خواهد شد.

انتخاب عملیات نصب و راه اندازی یک موتور کارآمد، به شدت به شرایط راه اندازی موتور و مخارج و سرمایه گذاری های مرتبط با طول عمر مفید موتور بستگی دارد.

بطور کلی، موتورهایی با کارکرد بهینه از نظر اقتصادی بسیار جالب توجه هستند، بخصوص اگر با موتورهایی که بیشتر از 2000 ساعت در سال کارمی کنند جایگزین شوند. گاهی تعویض یک موتور راه اندازی شده با یک مدل موتور بهینه سازی شده نیز می تواند دوره بازگشت سرمایه کوتاهی داشته باشد.

 

 

بر اساس موسسه کوپر، ارتقاء سیستم به موتورهایی با  کارکرد بهینه، در مقایسه با موتورهایی که حداقل بازده را دارند و توسط سیاست گذاری های انرژی سال 1992 مشخص شده اند، می تواند دوره بازگشت سرمایه کوتاه تری (کمتر از 15 ماه) را برای موتورهایی با 50 اسب بخار قدرت،  به همراه داشته باشد.

 

4-سیم پیچی مجدد موتور

 

موتور الکتریکی در حال سیم پیچی مجدد(photo credit: soco.co.nz)

در برخی از موارد، انجام سیم پیچی مجدد یک موتور با کارکرد بهینه می تواند بصرفه تر از خرید یک موتور جدید باشد. بعنوان یک قانون کلی، وقتی که هزینه های سیم پیچی مجدد از 60 درصد هزینه خرید یک موتور جدید بیشتر می شود، خرید یک موتور جدید می تواند گزینه بهتری باشد (CEE,2007).

در زمان ترمیم یا سیم پیچی مجدد یک موتور، انتخاب یک مرکز ارائه خدمات موتور که بهترین استانداردهای ترمیم و سیم پیچی موتور را مد نظر قرار می دهد، بسیار حائز اهمیت است زیرا می تواند باعث به حداقل رساندن تلفات انرژی در موتور شود (EASA ).

با پیاده سازی بهترین اقدامات برای سیم پیچی مجدد، تلفات انرژی معمولا کمتر از 1 درصد خواهد بود (EASA,2003). ابزارهای نرم افزاری مانند برنامه موتور مستر پلاس، می توانند به شناسایی برنامه های جالب توجه و مهم در زمینه موتورهای با کارکرد بهینه انرژی کمک کند.

5-اندازه مناسب موتور

کاملا مشخص است که موتورهایی با سایز بزرگ، و خصوصا آن موتورهایی که با باری کمتر از 50 درصد بار مجاز کار می کنند، کارآمد نیستند و بازدهی مناسب را ندارند و باید سریعا با موتورهایی با سایز مناسب تعویض شوند. در واقعیت، برای تکمیل ارزیابی دقیق میزان صرفه جویی در انرژی، به برخی اطلاعات نیاز پیدا خواهیم کرد.

اگر در فرایند فعلی خود الکتروموتوری دارید که با شرایط فوق کار میکند و تعویض آن امکان پذیر نیست (از لحاظ شافت و ابعاد و پایه نصب) بهترین راهکار برای مدیریت و بهینه کردن انرژی در این موارد نصب یک اینورتر فرکانس متغیر میباشد.

 

این اطلاعات عبارتند از بار الکتریکی موتور، کارایی عملیات موتور در آن مقدار از بار، سرعت بار کامل موتور ( دور در دقیقه) و سرعت بار کامل موتور جایگزین شده ( موتور با سایز کوچکتر) است.

بهره وری موتورهای استاندارد و موتورهای با کارکرد بهینه، روی هم رفته معمولا نزدیک به 75 درصد از پیک بار کامل را شامل می شود و سیر نزولی آنها نیز اغلب تا 50٪ از نقطه بارگذاری، پایین می آید. موتورهایی با اندازه بزرگتر می توانند در بارهایی با مقداری کمتر از 25 درصد بار مجاز، با بهره وری بالا عمل کنند.

دو روند دیگر نیز وجود دارد: موتورهای با اندازه بزرگتر می توانند هم در مقادیر بالاتر و هم مقادیر جزئی بار، بهره وری داشته باشند، وافت میزان بازدهی موتور برای بارگذاری کمتر از 50 درصد در موتورهایی با اندازه کوچکتر، با سرعت بیشتری رخ می دهد.

 

6-استفاده از اینورتر های فرکانس متغیر (ASDS) (VFD)

درایو سرعت متغیر AC و موتور کیت IE2- 1.5 کیلووات -230 ولت – تک فاز

درایوهای سرعت با قابلیت تنظیم، بهتر می توانند با الزامات مورد نیاز بارگذاری سازگار شوند. در نتیجه، اطمینان حاصل می شود که می توان انرژی موتور را تا حد مورد نظر بهینه سازی نمود. از آنجایی که انرژی مصرفی موتور تقریبا با مکعب سرعت جریان متناسب است، هر کاهش نسبتا کوچکی در جریان که متناسب با سرعت پمپ باشد، می تواند باعث ذخیره شدن و صرفه جویی چشمگیری در انرژی شود.

سیستم های درایو سرعت قابل تنظیم، توسط بسیاری از تامین کنندگان و عرضه کنندگان در سراسر جهان پیشنهاد می شود. بازه این صرفه جویی درانرژی معمولا بین 7 و 60 درصد متغیر است و دوره بازگشت سرمایه آن بین رنج 0.8-2.8 سال برآورد شده است.

7-اصلاح ضریب توان

ضریب تواندر واقع نسبت توان کار به توان ظاهری است. و میزان استفاده موثر از انرژی برق را اندازه می گیرد. یک ضریب توان بالا، استفاده کارآمد از توان الکتریکی را اعلام می کند، در حالی که یک ضریب توان پایین، یک استفاده ضعیف از انرژی برق را نشان می دهد.

بارهای القائی مانند ترانسفورماتور، موتورهای الکتریکی و روشنایی با شدت بالا ممکن است باعث کاهش ضریب توان شود.

ضریب توان را می توان با به حداقل رساندن سرعت دور درجای موتورهای الکتریکی (یک موتور که خاموش است، هیچ انرژی مصرف نمی کند)، و با جایگزین کردن موتورها با موتورهایی که کارکرد انرژی کارآمدی دارند و یا نصب خازن در مدار AC به منظور کاهش مقدار توان راکتیو سیستم، اصلاح نمود.

8-به حداقل رساندن ولتاژ نامتعادل

یک ولتاژ نامتعادل می تواند باعث تنزل عملکرد و کوتاه شدن عمر موتورهای سه فاز شود.

یک ولتاژ نامتعادل باعث ایجاد یک جریان نامتعادل می شود که منجر به نوسانات گشتاور، افزایش لرزش و تنش مکانیکی، افزایش تلفات و گرمای بیش از حد موتور خواهد شد و می تواند از عمر عایق سیم پیچ موتور بکاهد.

یک مثال از اثرات ولتاژ نامتعادل در موتوری با 5 اسب بخار قدرت:

مشخصات	عملکرد
ولتاژ میانگین	230 - 230 - 230
درصد ولتاژ نامتعادل	0.3 - 2.3 - 5.4
درصد جریان نامتعادل	2.4 - 17.7 - 40
دمای افزایش یافته ( درجه سانتی گراد)	1> - 11 - 60

ولتاژ نامتعادل می تواند به دلیل بروز خطا در تجهیزات اصلاح ضریب توان رخ دهد. بعنوان یک قاعده کلی می توان گفت که ولتاژ نامتعادل در پایانه های موتور نباید از 1 درصد تجاوز کند، هرچند که حتی وجود 1 درصد ولتاژ نامتعادل نیز می تواند از میزان بهره وری موتور ( در هنگام راه اندازی با میزان بار جزئی) بکاهد، و ولتاژ نامتعادل 2.5 درصد نیز می تواند در حالت بار کامل، از میزان بهره وری موتور بکاهد.

 

با نظارت مداوم بر ولتاژها در پایانه های موتور و از طریق بازرسی های ترموگرافیکی منظم، شناسایی و تشخیص ولتاژ نامتعادل ممکن خواهد شد. همچنین توصیه می شود که بررسی شود آیا بارهای تک فاز به طور یکنواخت توزیع شده اند یا نه.

شاخص دیگری برای ولتاژ نامتعادل یک ارتعاش 120 هرتزی است که می تواند باعث ارتقاء یک بازرسی لحظه ای از ولتاژ متعادل شود (U.S. DOE-OIT, 2005b).

به طور معمول، دوره بازگشت سرمایه مربوط به نصب و راه اندازی یک کنترل کننده ولتاژ، برای موتور با  بار سبک، در ایران، 2.6 سال است.

شایان ذکر است یکی از قابلیت های فوق العاده اینورتر ها این است که نوسانات و هارمونیک های ولتاژ ورودی روی ولتاژ و بازه فرکانس خروجی تولید شده اثری نمی گذارد.دقیقا 20% نوسانات ورودی روی عملکرد موتور تاثیری نمیگذارد.

مرجع: کتاب راهنما حسابرسی انرژی صنعتی: راهنمایی برای انجام یک بازرسی انرژی در مراکز صنعتی – علی حسن بیگی، لین پرایز.