بخشی از مقاله
چکیده:
بخش صنعت بزرگترین مصرف کننده انرژي در سراسر جهان میباشد. موتورهاي صنعتی بخش عمدهاي از کل انرژیهاي صنعتی را استفاده میکنند. از آنجایی که موتورها استفاده کننده اصلی انرژي هستند, نیاز به استراتژیهاي صرفه جویی انرژي براي کاهش مصرف انرژي و بهبود مسائل زیست محیطی در صنایع بسیار احساس میشود. در این مقاله استراتژي بکارگیري درایوهاي سرعت متغیر در پتروشیمی شهید تندگویان مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین در این مقاله علاوه بر صرفه جویی انرژي در موتورها، مسائل زیست محیطی مورد بررسی قرار میگیرد.
کلمات کلیدي: موتورهاي صنعتی، استراتژي صرفه جویی انرژي، بازده الکتروموتور
مقدمه
موتورهاي الکتریکی کاربرد وسیعی در زمینه صنعت، کسب و کار و خدمات عمومی و لوازم خانگی برقی، تأمین انواع تجهیزات، پمپهاي آب، ابزارآلات ماشین و کمپرسورها دارند.
در کشورهاي توسعه یافته صنعتی و کشورهاي در حال توسعه یافته صنعتی و کشورهاي در حال توسعه، موتورهاي الکتریکی نسبت قابل توجهی از کل مصرف برق محسوب میشوند. آمار در سال 2008، [2] نشان میدهد که موتورهاي الکتریکی به طور کلی در هر کشور حدود ٣٢ از مصرف برق صنعتی یا حدود 40 درصد از مصرف کل انرژي را بر عهده دارند. براساس تخمینهاي زده شده در سال 2008، صرفه جویی ناشی از استراتژیهاي صرفه جویی انرژي حدود 11 تا 18 درصد است [13]اخیراً،. نگرانی زیادي در زمینه مصرف انرژي و تأثیرات سوء آن بروي محیط زیست پدیدار شده است. در کشورهاي درحال توسعه هدف، استفاده صحیح از انرژي با هدف کاهش انرژي مصرفی و استفاده بهینه از منابع تولید باتوجه به محدودیتهاي اقتصادي و زیست محیطی می باشد.[12] در میان بخشهاي مختلف بخش صنعت سهم قابل توجهی در انتشار گازهاي گلخانهاي1 دارند.
بنابراین با صرفهجویی و بهینهسازي انرژي در صنایع میتوان انتشار گازهاي گلخانهاي و اثرات سوء آن بر مسائل زیست محیطی را کاهش داد. از طرف دیگر، بهبود و بالا رفتن راندمات انرژي با کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي حاصل شود. در سال 2007 مطالعات آقاي [5] Chan DYL نشان میدهد که یکی از راههاي دستیابی به راندمان و بهرهوري بیشتر از انرژي نهایی در صنعت، مشخص کردن میزان انرژي مصرفی و تلفات انرژي انواع تجهیزات و دستگاههاي می باشد که به مشخصات و شرایط کاري آنها یستگی دارند. بهرهوري و بهینهسازي و اجراي برنامه استفاده از انرژي در صنعت در بسیاري از کشورها مورد بررسی قرار گرفتهاند12]و.[13 در اسلونی، 52 درصد از انرژي کل در بخش صنعت مصرف میشود.[10] در ترکیه حدود 35 درصد کل انرژي در بخش صنعتی استفاده میشود.[13] آقاي MeerowBC در سال 2008 نشان داد که بهبود راندمان بازده ماشینهاي الکتریکی میتواند تأثیر بسیار زیادي در مصرف انرژي داشته باشد.[11] مطالعات در اروپا نشان میدهد که سیستمهایی که توسط موتور کار میکنند حدود 65 درصد از برق مصرفی صنعت اروپا را استفاده میکنند.[1]
در بسیاري از کشورهاي صنعتی تا بیشتر از 70 درصد کل انرژي تولید شده توسط موتورهاي برقی استفاده میشود. شکل 1 درصد تفکیکی استفاده از موتور در صنعت را نشان میدهد. درایوهاي دور متغیر و بانک خازنی جهت تصحیح ضریب توان بیان میشود. هرچه راندمان موتورها در صنایع افزایش یابد تلفات کاهش مییابد در نتیجه مصرف انرزي کمتر میشود. بنابراین یکی از راههاي صرفهجویی انرژي استفاده از موتورها با بازده بالا میباشد. موتورهاي سرعت متغیر براي کنترل و بهرهبرداري موتورهاي باتوجه به سرعت و گشتاور به کار میروند. درایوهاي دور متغیر، سرعت موتورها را مطابق با بارشان تغییر میدهند و براي ذخیرهسازي انرژي بسیار مناسب میباشند.[13] همچنین استفاده از بانک خازنی در سطح موتورها نه تنها باعث کاهش انرژي میشود بلکه عمر مفید تجهیزات را بالا میبرد.[12] خازنهاي کوچک به آسانی در موتورها استفاده میشوند و داراي قیمت پائینی هستند. در صورت استفاده پس از یک سال بازگشت سرمایه1 اولیه حاصل میشود. مطالعات انجام شده توسط آقاي Bayindir در سال 2009 نشان داده که ترکیب استراتژیهاي صرفهجویی انرژي حدود 30 تا 35 درصد صرفهجویی انرژي حاصل میگردد .[3] در این مقاله هدف صرفهجویی انرژي در موتورها و کاهش تلفات بوسیله استراتژیهاي متفاوت صرفه جویی انرژي میباشد.
بنابراین هزینه مصرف انرژي براي کارکردن موتورها به یک نگرانی واقعی براي صنایع تبدیل شده است. در سال 2008 آقاي Kaya نشان داد انرژي مصرف شده در موتورهاي الکتریکی در ماشینآلات حدود 65 درصد مصرف انرژي کل در ترکیه میباشد که انتخاب موتورهاي با بازده بالا در ماشینآلات صنعتی و کارخانجات براي کاهش انرژي مصرفی را پیشنهاد داد.[9] براي صرفهجویی انرژي در موتورها استراتژیهاي مختلفی وجود دارند که در این مقاله استراتژي ذخیره به کمک موتورها با بازدهی بالا، استفاده از
-2 تلفات موتور
بازده یک موتور بوسیله تلفات ذاتی2 که میتواند با تغییرات طراحی موتور کاهش یابد، تعیین میشود. تلفات ذاتی به دو تلفات ثابت و متغیر تبدیل میشود.
1-2 تلفات ثابت
تلفات ثابت و مستقل بار موتور، از تلفات هسته مغناطیسی و اصطکاك و بادخوري تشکیل میشود. تلفات هسته مغناطیسی - تلفات آهن - شامل تلفات جریان گردابی و تلفات هیسترزیس در استاتور میباشد.
2-2 تلفات متغیر
تلفات متغیر وابسته به بار، شامل تلفات مقاومت دراستاتور و رتورو تلفات متفرقه موجود دیگر میباشد. تلفات پراکندگی3 از انواع مختلف منابع بوجود میآیند و اندازهگیري مشخص و محاسبه آنها مشکل است اما به طور کلی با مربع جریان رتور متناسب است.[12] تلفات در موتور در نتیجه افت حرارت میتواند موجب کاهش قابل توجهی از بارهاي سرمایشی1 بر سیستم تأسیسات صنعتی تهویه شود. تلفات انرژي موتور را میتوان به 5 دسته تقسیم کرد که هر کدام تحت تأثیر طراحی و ساخت میباشد. در صورتیکه راندمان موتور از 92 درصد به 94 درصد برسد کاهش 25 درصد در تلفات وجود خواهد داشت.[6]
3-2 تلفات هسته
تلفات هسته، انرژي مورد نیاز براي مغناطیس شوندگی مواد هسته - هیسترزیس - را نشان میدهد و شامل تلفات ناشی از جریان گردابی در هسته است. این تلفات مستقل از بار و 20 تا 25 درصد از کل تلفات میباشند. تلفات هیسترزیس یک تابع از چگالی شار و تلفات گردابی بوسیله جریان در حال چرخش در هسته تولید میشود.
4-2 اصطکاك و بادخوري
تلفات اصطکاك و بادخوري ناشی از اصطکاك و مقاومت هوا می باشد. هر دو تلفات اصطکاك و هسته از بار مستقل هستند. تلفات اصطکاك و بادخوري در نتیجه اصطکاك و گردش هوا از طریق موتور و 8 تا 12 درصد تلفات کل میباشند.
5-2 تلفات استاتور
6-2 تلفات رتور
تلفات رتور بخاطر گرما در سیمپیچ رتور بوجود میآید. تلفات رتور با افزایش اندازه میله هاي هادي کاهش مییابد. نوع دیگري از تلفات توان، تلفات لغزش2 نامیده میشود که تا حد زیادي اما نه بطور کامل وابسته به درجه لغزش موتور میباشد. لغزش تفاوت بین سرعت چرخش میدان مغناطیس و رتور میباشد.7-2 تلفات سرگردان بار - پراکندگی - تلفات با رپراکنده نتیجه شار نشستی - I - از طریق مقاومت - R - از سیمپیچ استاتور است و زمانی وجود خواهد داشت که موتور در حالت بار کامل کار نکند. این تلفات باتوجه به مرجع جریان بار متغیر است و حدود 4 تا 5 درصد تلفات کل را شامل میشود.
در سال 2009 آقاي Vanwyk - جدول - 2 توزیع تلفات در توانهاي مختلف موتورها را نشان داده شده است.[16] همچنین درصد تلفات مختلف در موتور در شکل 2 نشان داده شده است[4]
تلفات اساتور بخاطر گرما بر اثر عبور جریان I از طریق مقاومت R در سیم پیچ استاتور بوجود میآید. این تلفات، تلفات اصلی ماشین محسوب میشوند و حدود 55 تا 60 درصد تلفات کل میباشند. تلفات RI ، تلفات حرارتی ناشی از عبور جریان در میان هادیهاي رتور و استاتور است و این تلفات تابعی از مقاومت هادي و سریع جریان است. تلفات RI رتور، تابعی از هاديهاي رتور و لغزش رتور است. تلفات استاتور تلفات رتور تلفات گردابی تلفات هیسترزیس اغتشاشات ناشی به هنگام عبور هواي داخلی اغتشاشات ناشی به هنگام عبور هواي خارجی بیرینگ، گریس تلفات سطح بر اثر عبور جریان هارمونیکها شار نشستی
