پیمانکار رتبه یک تاسیسات

سیستم های فتوولتائیک -تحلیل چرخه­ تولید و مصرف انرژی سیستم های فتوولتائیک
1397-04-19
سیستم‌های فتوولتاییک-بررسی فاکتورهای فنی سیستم‌های فتوولتاییک
1397-04-21
Show all

موتورهای الکتریکی – معرفی و بررسی عملکرد موتورهای بیش‌بازده و پربازده

موتورهای الکتریکی بیش‌بازده و پربازده

گردآورنده: محسن قنبرنژاد
تیر ماه 97
موتورهای الکتریکی

موتورهای الکتریکی

مقدمه

پروژه های تاسسیاتی به سه بخش طراحی تاسیسات، انتخاب تجهیزات و پیاده سازی تقسیم می شود در نتیجه انتخاب تجهیزات از مهمترین گزینه های مورد نظر است که باید از لحاظ بازدهی، برند، کارایی و … مورد بررسی قرار بگیرد. در مقاله زیر در رابطه با موتورهای الکتریکی به اختصار توضیحاتی داده شده است، همچنین می توانید برای اطلاعات بیشتر در خصوص تجهیزات الکتریکی و مکانیکی به بخش مقالات در وبسایت ارکان ارزش مراجعه کنید.

امروزه توجه به تجهیزات انتخاب شده جهت اجرای تاسیسات با بازده انرژی بیشتر و کارایی بالاتر روز‌به‌روز بیشتر می‌گردد. سازندگان معتبر موتورهای الکتریکی دنیا نیز انواع موتورهای با بازده بیشتر را تحت عنوان موتورهای الکتریکی بیش‌بازده و پربازده روانه بازار کرده‌اند. این موتورها تا 30% تلفات کمتر و 10% بازده بیشتری نسبت به موتورهای استاندارد دارند.

بازده موتورهای الکتریکی

همواره مقداری از توان ورودی، در داخل موتور به صورت تلفات از دست می‌رود. بازده یک موتور الکتریکی درصدی از توان الکتریکی ورودی موتور است که به توان مکانیکی خروجی آن تبدیل می‌شود.

بازده هر ماشین از جمله یک موتور الکتریکی مطابق رابطه زیر به صورت نسبت توان خروجی مفید به کل توان ورودی آن تعریف می‌شود.

موتورهای بیش‌بازده و پربازده

برای تعیین بازده نامی موتورهای الکتریکی استانداردهای مختلفی وجود دارد. سازندگان همواره باید در طراحی موتورهای الکتریکی، بازده نامی بیشتر یا مساوی مقادیر کمینه جدول های استاندارد را در نظر گیرند.

موتورهای الکتریکی

موتورهای الکتریکی

اهمیت توجه به بازده موتورهای الکتریکی

در ارزیابی مصرف انرژی موتورهای الکتریکی، بازده نامی یکی از مشخصات مهم آنها به حساب می آید. به طور معمول، در مرحله طراحی و خرید یک موتور الکتریکی و یا جایگزینی آن، قیمت خرید و موجود بودن موتور به عنوان عوامل اصلی انتخاب موتور به شمار می آیند و در بیشتر موارد، توجهی به بازده آن نمی شود. سازندگان موتورهای الکتریکی نیز برای برآورده ساختن خواسته خریداران، مبنای کار را عوامل فوق در نظر می گیرند و بیشتر در این موارد به رقابت می پردازند. با توجه به افزایش قیمت انرژی الکتریکی و با در نظر گرفتن سهم قابل توجهی دو سومی موتورهای الکتریکی از مصرف انرژی صنایع، رفته رفته بازده انرژی مورد توجه بیشتری قرار خواهد گرفت. با نگاهی دقیق تر به وضعیت قیمت و مصرف انرژی موتورهای الکتریکی و با توجه به مطالعات انجام شده، می توان دریافت که قیمت خرید موتورهای الکتریکی کمتر از 2% از کل هزینه ای را که در طول دوره عمر آن پرداخت می گردد شامل می شود.

موتورهای بیش بازده و پربازده

پس از بحران انرژی دهه هفتاد میلادی در سطح جهان، سازندگان معتبر موتورهای الکتریکی، موتورهای خود را در انواع مختلف استاندارد و با بازده بیشتر تحت عنوان های بیش بازده و پربازده تولید می کنند. هدف اصلی در طراحی این موتورهای الکتریکی، کمینه سازی تلفات بوده است. تحقیقات گسترده ای که در یکی دو دهه اخیر در زمینه طراحی موتورهای الکتریکی و با هدف افزایش بازده آن ها به عمل آمده است، منجر به کاهش حدود 30 درصدی تلفات موتور و افزایش 1 تا 10 درصدی در بازده موتورها گردیده است.

در آمریکا این موتورها تحت عنوان های EEM (Energy Efficient Motors) و PEM (Premium Efficient Motors) شناخته می شوند. موتورهای EEM موتورهای هستند که بازده بیشتری از موتورهای استاندارد دارند و در استاندارد NEMA MG-1 حداقل سطوح بازده آن ها مشخص شده است. وزارت انرژی آمریکا مقرر داشته که طبق برنامه EPACT، از سال 1997 کلیه موتورهای جدید از 1 تا 200 اسب بخار که برای فروش در آمریکا ساخته می شوند، باید از نوع بیش بازده (EEM) انتخاب گردند.

اتحادیه اروپا نیز از سال 1998 و به دنبال تصمیم برای استفاده از موتورهای با بازده بیشتر با همکاری کمیته سازندگان ماشین های الکتریکی و الکترونیک قدرت اروپا، موتورهای ولتاژ پایین خود در محدوده 1 تا 90 کیلووات را در سه کلاس بازده تقسیم بندی کرده است.

  • موتورهای Eff3 که همان موتورهای معمولی مورد استفاده هستند. این موتورها تحت عنوان موتورهای استاندارد شناخته می شوند.
  • موتورهای Eff2 که موتورهای با بازده بیش از موتورهای استاندارد هستند و تحت عنوان موتورهای بیش بازده شناخته می شوند. تلفات این موتورها به طور میانگین 20% کمتر از موتورهای استاندارد است.
  • موتورهای Eff1 یا همان موتورهای پربازده که بیشترین بازده را در بین موتورهای ساخته شده دارند. تلفات این موتورها به طور میانگین 40% کمتر از موتورهای استاندارد است. این موتورها به دلیل استفاده از مواد بهتر، نسبت به دیگر انواع موتورها دارای طول عمر بیشتری هستند.
موتورهای الکتریکی

موتورهای الکتریکی

نسل جدید موتورهای پربازده: ابرماشین های HTS (High Temperature Conductors)

امروزه با توسعه و پیشرفت در زمینه ابررساناها که از اوایل دهد 90 میلادی به سرعت صورت گرفته است، ساخت این مواد با دمای محیطی حدود 35 تا 40 درجه کلوین که هنوز هم دمای پایینی است، امکان پذیر شده است که تحت عنوان مواد ابررسانای با دمای بالا و یا HTS شناخته می شوند. این پیشرفت ها، امکان ساخت موتورها و ژنراتورهای سنکرون با سیم پیچ های ابررسانای HTS به جای سیم پیچ های مسی متداول را تحت عنوان کلی ابرماشین و یا همان ماشین های HTS را فراهم نموده است. ویژگی بارز سیم های ابررسانا، مقاومت الکتریکی بسیار پایین آن ها در مقابل جریان الکتریکی است که باعث می گردد تلفات اهمی کاهش قابل توجهی یافته و امکان عبور دادن جریان های بالاتر نسبت به سیم های مسی با همان سطح مقطع فراهم آید و بنابراین چگالی توان قابل انتقال از طریق آن سیم افزایش یابد که منجر به کاهش وزن و افزایش بازده سیستم خواهد شد. این مزیت ها، باعث شده که این مواد به عنوان گزینه مناسبی جهت ساخت تجهیزات الکتریکی مورد توجه سازندگان آنها قرار گیرد.

آنچه قابل ذکر می باشد این است که مواد ابررسانای HTS امروزه در سیم پیچ های میدان DC در ماشین های الکتریکی سنکرون مورد استفاده قرار می گیرند و در سیم پیچ های استاتور مورد استفاده قرار نمی گیرند. استفاده از مواد HTS در سیم پیچ های استاتور باعث می گردد که دندانه های هسته استاتور به دلیل میدان شدید مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ های HTS به اشباع بروند. به دلیل پایین بودن دمای نگهداری سیم پیچ های HTS که نیاز به خنک سازی های قابل نصب در ماشین با استفاده از گازهایی مانند هلیوم و نیتروژن دارند، تجهیزات خنک سازی آنها در روتور نصب می گردند. هم اکنون استفاده از مواد ابررسانا در موتورها و ژنراتورهای سنکرون بزرگ (معمولا بیشتر از 1000 اسب بخار) دارای توجیه قتصادی و فنی می باشد و در موتورهای کوچکتر ساخته نمی شوند. موتورهای الکتریکی بیش از 1000 اسب بخار حدود 25% انرژی الکتریکی تولیدی کشورهای صنعتی را مصرف می نمایند. این موتورها به طور وسیعی در صنایع بزرگ در کمپرسورها، اکسترودرها، فن ها، پمپ ها و … کاربرد دارند. از جمله کاربردهای قابل توجهی که موتورهای HTS پیدا نموده اند، استفاده از آنها در صنعت حمل و نقل و به ویژه در موتورهای بزرگ پیشران ناوها و کشتی های تجاری می باشد که باعث کاهش قابل توجه وزن و حجم آن ها می گردد. این موتورها دارای قیمت پایین تر، اندازه کمتر از نصف، وزن کمتر از یک سوم و بازده بالاتر از موتورهای مشابه معمولی می باشند. این موتورها می توانند به همراه دستگاه های کنترل دور VFD (Variable Frequency Drive) در سرعت های مورد نیاز به کار گرفته شوند تا بتوان از مزایای کاهش سرعت در سیستم های سیال بهره گرفت.

صرفه جویی انرژی در موتورهای الکتریکی بیش بازده و پربازده

در صورت استفاده از موتورهای الکتریکی با طراحی بهتر که دارای بازده نامی بالاتری نسبت به موتورهای الکتریکی استاندارد هستند، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی حاصل خواهد شد. البته رسیدن به بازده موتورهای پربازده نیازمند تحلیلی جامع در مورد کلیه موتورهای موجود است و جایگزینی موتورهای موجود با موتورهای پربازده، به معنای رسیدن به بازده نامی آنها نیست؛ چرا که به طور مثال ممکن است موتور با بار تطابق نداشته باشد که باعث می شود بازده مورد نظر به دست نیاید. به هر حال استفاده از موتورهای الکتریکی پر بازده باید در قالب برنامه ریزی جامع مدیریت مصرف انرژی الکتریکی ارائه گردد تا بتوان مقادیر پیش بینی شده ی صرفه جویی دست یافت.

در ادامه روابط مربوط به محاسبه میزان هزینه و انرژی صرفه جویی شده در یک بازه زمانی مشخص آورده شده است:

موتورهای بیش‌بازده و پربازده

ES : انرژی صرفه جویی شده در یک دوره زمانی(به طور معمول سالانه) بر حسب kWh

EU : انرژی مصرف شده در دوره زمانی مشخص بر حسب kWh

  : توان نامی موتور بر حسب kW

 : درصد بار نامی

hr : ساعات کارکرد در همان دوره زمانی

 : بازده موتور در حال کار

 : بازده موتور بیش بازده یا پربازده

به ازای مقادیر صرفه جویی انرژی و با توجه به قیمت انرژی الکتریکی، می توان صرفه جویی اقتصادی ناشی از بهبود کاری موتورها را طبق رابطه زیر به دست آورد:

موتورهای بیش‌بازده و پربازده

RS : صرفه جویی اقتصادی بر حسب ریال

ES : صرفه جویی انرژی بر حسب kWh

C : قیمت انرژی بر حسب Rls/kWh

جمع بندی:

افزایش بازده در موتورهای الکتریکی پربازده همراه با افزایش وزن، حجم و قیمت موتور خواهد بود، ولی از آنجا که این موتورها با فناوری پیشرفته تر و از مواد بهتری ساخته شده اند، نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند، عمر عایقی آنها بیشتر است، دارای تلفات حرارتی کمتری هستند و لرزش و صدای آنها نیز کمتر است. به طور کلی همگی این عوامل باعث افزایش قابلیت اطمینان ایت تجهیزات الکتریکی پربازده شده است و استفاده از آنها در دراز مدت دارای توجیه اقتصادی خواهد بود.

منابع:

www.superpower-inc.com

Introduction to Superconductivity: Second Edition by Michael Tinkham

 

یک دیدگاه