اسپیکو پدیده ای نو در تکنولوژی سیالات New Phenomenon in Fluid Technology

Spico-Logo

شاخص ها و استاندارد های مصرف انرژی جهانی و ملی

4/5

در سراسر جهان استانداردهای مختلفی برای تبیین کاربری ها و عملکرد و ایمنی موتور الکتریکی موجود است.

دو نوع استاندارد که بیش از همه مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از:

  • NEMA انجمن ملی سازندگان الکتریکی)
  • IEC (کمیته بین المللی الکتروتکنیکی)

NEMA

  • NEMA برای بسیاری از محصولات الکتریکی از جمله موتورهای الکتریکی استاندارد تدوین می نماید. NEMA اصولا استاندارد موتورهای مورد استفاده در آمریکای شمالی است.
    استانداردهای معتبر لیاقتهای عمومی صنعتی را بیان میکنند و بوسیله جامعه الکتریکی پشتیبانی می شوند. این استانداردها را میتوان در نشریه شماره NEMA IMG یافت ممکن است بعضی موتورهای بزرگ AC تحت این استاندارد قرار نگیرند. این موتورها برای مواجهه با نیاز در نوع خاصی از کاربری ساخته میشوند و معمولا به صورت سفارشی تولید میگردند که جزء موتورهای NEMA محسوب نمی شوند.

IEC

  • IEC سازمانی اروپایی است که استانداردهای الکتریکی و مکانیکی را در سراسر جهان منتشر و ارتقاء می دهد که شامل الکتروموتور نیز میباشد. در شرایط عادی میتوان گفت که IEC همتای بین المللی NEMA می باشد. در بسیاری از کشورها جهان موتورهای مورد استفاده تحت استاندارد IEC تولید و مصرف می گردند.

طراحی الکترو موتورها براساس استانداردهای NEMA
به طور عمده استانداردهای NEMA چهار نوع طراحی را برای موتورهای AC القایی مشخص می کنند. طرح A-B-C-D

طرح A گشتاور استارت طبیعی بین ۱۵۰ تا ۱۷۰ درصد مجاز و جریان استارت نسبتا بالا دارد. گشتاور شکست آن در میان همه طرحهای NEMA بالاترین مقدار است که موتور را قادر میسازد تا با اضافه بارهای بسیار سنگین برای مدتی کوتاه سروکار داشته باشد. میزان اختلاف (Slip) پنج درصد است. نوعی از استعمال آن در نیرودهی به ماشینهای قالب گیری تزریقی است.

طرح B معمولی ترین نوع موتور القایی AC است که تولید میگردد مانند طرح A گشتاور استارتی طبیعی داشته ولی جریان استارتی پایین دارد گشتاور روتور قفل در آن آنقدر خوب هست که بسیاری از بارهایی را که در کاربری صنعتی با آنها مواجه می شود بکار بیندازد. اختلاف (Slip) آن ۵ درصد است. بازده و ضریب توان ظرفیت تکمیل (PF) آن نسبتا بالا بوده و از انواع کاربردهای آن میتوان به پمپها و فنها و ماشین ابزارها اشاره کرد.

طرح C با گشتاور استارتی بالا بالاتر از دو نوع قبلی ۳۰۰ درصد اسمی مناسب برای استفاده در بارهایی با شروع بکار ناگهانی مانند نقاله ها خرد کننده ها دستگاههای پرتحرک همزنها و پمپهای دو طرفه و کمپرسورها است. این موتورها نامزد استفاده در عملیاتی با سرعت نزدیک به سرعت تمام بدون اضافه بارهای بزرگ هستند. اختلاف (Slip) در آنها ۵ درصد میباشد.

طرح D گشتاور بالایی بالاتر از همه مدلهای NEMA دارد. جریان استارت و سرعت ظرفیت تکمیل در آن کم است. مقدار بالای اختلاف ۵ تا ۱۳ درصد این موتور را برای کاربریهایی با بارهای متغیر و با تغییرات برجسته در سرعت موتور مانند ماشین آلاتی با ذخیره ساز انرژی چرخ طیار پرسهای منگنه قیچیها آسانسورها، استخراج کننده ها بالابرها جرثقیلها پمپهای چاه نفت ماشینهای سیم پیچی و غیره مناسب میسازد تنظیم سرعت در آنها ضعیف است. معمولا این موتور به عنوان مورد سفارشی مطرح می شود.

جديداً NEMA طرحی جدیدی را به استانداردش برای موتور القایی افزوده است. طرح E شبیه طرح B است با این تفاوت که بازدهی بالاتر جریان استارتی بالا تر و جریان کارکرد در اضافه باری کمتر دارد.

بررسی استانداردهای اروپایی کارایی انرژی الکتروموتورها

تا سال ۲۰۰۹ اروپا هیچ آیین نامه ی مشخصی در ارتباط با سطوح راندمان انرژی موتورهای الکتریکی نداشتند و تنها یک توافقنامه اختیاری بین کارخانه های تولید کننده الکتروموتور از سال ۱۹۹۸ درسه گروه بازده انرژی شامل EFF1 EFF2 EFF3 برای الکتروموتورها به تصویب رسیده بود. در سال ۲۰۰۵ بر اساس توافقنامه بین کمیته اروپا و کارخانه های تولید کننده طرح طبقه بندی راندمان الکتروموتورها تصویب شد که بر اساس این طرح سه سطح راندمان EFF1 EFF2 EFF3 رای الکتروموتورهای تعیین شد.

در سطوح EFF2 EFF1 برای موتورهای ۲ و ۴ قطبی و در سطح EFF3 برای موتورهای ۲-۴ و ۸ قطبی از قدرت ۱.۱ کیلووات تا قدرت ۹۰ کیلووات راندمان مورد تصویب قرار گرفت.

جدول زیر مقایسه راندمان الکتروموتورها را در سه سطح EFF3 EFF2 EFF1 از محدوده ۱.۱ کیلووات تا ۹۰ کیلووات را نشان می دهد:

در جولای سال ۲۰۰۹ کمیته اروپا قانون ۲۰۰۹٫۶۴۰ و دستورالعمل اجرایی ٫۲۰۰٫۵٫۳ مربوط به حوزه عرضه تاریخ اجرا و سطوح راندمان موتورهای الکتریکی را به بازار اروپا معرفی نمود.

این دستور العمل مبنایی جهت تعیین سطوح راندمان انرژی برای استاندارد ۳۰-۶۰۰۳۴ قرار گرفت. محدوده این دستور العمل شامل الکتروموتورهای تک سرعته سه فاز ۵۰ یا ۶۰ هرتز و الکتروموتورهای القایی قفس سنجابی است. که دارای شرایط زیر باشند :

  • دارای ۲ تا ۶ قطب
  • دارای ولتاژ نامی Un تا ۱۰۰۰ ولت
  • توان خروجی بین 0.۷۵ کیلووات تا ۳۷۵ کیلووات
  • کارکرد پیوسته – S1

بر اساس استاندارد ۲۰۰۰: ۳۰-۶۰۰۳4/IEC/EN در سه کلاس راندمان با علامت IE (راندمان بین المللی) برای موتورهای القایی قفس سنجابی سه فاز تک سرعته به شرح زیر مشخص شده است:

  • IE1 : راندمان استاندارد (معادل راندمان EFF2 طرح کلاس بندی سابق اروپا)
  • IE2 : راندمان بالا (معادل راندمان EFF1 در طرح کلاس بندی راندمان سابق اروپا)
  • IE3 : راندمان عالی در استاندارد NEMA معادل Premium در فرکانس ۶۰ هرتز (آمریکا)

  جدول زیر مقایسه راندمان الکتروموتورها را در سه سطح EFFEFFEFF1 از محدوده ۰۷۵ کیلووات تا ۳۷۵ کیلووات ۲ – ۴ و ۶ قطب بر اساس استاندارد ۳۰ ۶۰۰۳۴ ویرایش ۲۰۰۸ را نشان می دهد.

همانگونه که ملاحظه میشود با بالا رفتن توان مکانیکی الکتروموتورها راندمان آنها افزایش می یابد به نحوی که الکتروموتوری با توان ۷۵ کیلووات دو قطب با تغییر سطح استاندارد از IE1 به IE3 راندمان از ۷۲٫۱ به ۸۰٫۷ افزایش می یابد در حالی که الکترو موتوری با توان ۲۰۰ کیلووات به بالا ۲ قطب با تغییر سطح استاندارد از IE1 به IE3 فقط با افزایش راندمان از ۹۴ درصد به ۹۵,۸ درصد مواجهه می گردیم.

تاریخ های اجراء استاندارد جدید تصویب شده:

  •  از جولای ۲۰۱۱ راندمان الکتروموتورها با توان خروجی ۰,۷۵ تا ۳۷۵ کیلووات نباید کمتر از سطح راندمان IE2 باشد.
  • از ژوئن ۲۰۱۵ راندمان الکتروموتورها با توان خروجی ۰,۷۵ تا ۳۷۵ کیلووات نباید کمتر از سطح راندمان IE3 باشد یا سطح راندمان IE2 که مجهز به سیستم کنترل سرعت (VFD) می باشد را برآورده نماید.
  • از ژانویه ۲۰۱۷ راندمان همه الکتروموتورها با توان خروجی ۰,۷۵ تا ۳۷۵ کیلووات نباید از سطح راندمان IE3 کمتر باشد یا در حد راندمان IE2 برای الکتروموتورهایی که مجهز به درایو کنترل سرعت هستند باشند.

نمودارهای زیر زمان شروع هر دو استاندارد جدید و قدیم اروپا را نشان میدهد.

جدول زیرسطوح راندمان الکترو موتور های القایی روش های آزمون و استاندارد های عملکرد حداقل انرژی را در کشور های مختلف نشان میدهد.

مقایسه پلاک الکترو موتور ها بر اساس راندمان قدیم و جدید

علل افزایش راندمان الکتروموتورهای راندمان بالا نسبت به الکتروموتورهای استاندارد

  • افزایش مقدار مس و استیل مصرفی در روتور و استاتور (در نمودارهای بعد کاملا مشخص می باشد که افزایش مواد اولیه باعث افزایش راندمان موتورها میگردد)
  •  استفاده از استیل با کیفیت بالا و لایه لایه با ضخامت کمتر
  •  استفاده از سیم پیچ می با راندمان بالا
  • افزایش سطح مقطع هادیها که باعث کاهش مقاومت الکتریکی میگردد.
  • انتخاب بلبرینگ و یاتاقانها با کیفیت بالا و کاهش اصطکاک
  • کاهش تلفات حرارتی موتور
  • کاهش فاصله هوایی بین روتور و استاتور
  • کارکرد آرام و عمر طولانی تر یاتاقانها و بلبرینگ ها به علت کار کردن در دمای پایین تر
  •  افزایش عمر الکتروموتور به دلیل کاهش دمای کار کرد
  • بهبود طراحی فن الکتروموتورها (فن کوچکتر و با راندمان بالاتر)
  • اصلاح قالب های الکتروموتور
  • طراحی جدید شیارهای موتور برای کاهش تلفات
  • کاهش جریان و تلفات چرخشی
  • افزایش عمر عایق ها
  • افزایش طول روتور و استاتور (افزایش چگالی شار مغناطیسی)

نمودارهای مقایسه مقدار مواد مصرفی و راندمان در الکترو موتوری با توانهای 11 و 110 کیلو وات طبق استاندارد های IE1(EFF2) و IE(EFF1)

نمودارهای مقایسه مقدار کاهش تلفات در الکترو موتوری با توانهای 11 و 110 کیلو وات طبق استاندارد های IE1(EFF2) و IE(EFF1)

صرفه جویی انرژی ناشی از جایگزینی الکترو موتورهای راندمان بالا با موتورهای موجود

جهت محاسبه صرفه جویی توان الکتریکی حاصل از جایگزینی الکترو موتورهای راندمان بالا با الکتروموتورهای موجود باید حداقل ساعت کارکرد موتور در طول عمر مفید آن و کلاس کاردهی برای یکسان سازی محاسبات S1 در نظر گرفته شده و راندمان موتورها و همچنین با بار کامل در سطوح مختلف استانداردها (IE1-IE2-IE3) را باید مد نظر قرار دهیم .

در جداولی که در ادامه خواهد آمد سطح IE1 به عنوان مینا در نظر گرفته شده است و IE2 یا IE3 با IE1 مقایسه گردیده است. ضمناً سطوح راندمان بر اساس توان خروجی که معمولاً در پلاک مشخصات ثبت میگردد در نظر گرفته شده و سپس به توان الکتریکی تبدیل گردیده است.

مثال :
اگر موتور الکتریکی دو قطبی دایم کار با بار کامل و استاندارد به قدرت ۵۵ کیلووات با موتور راندمان بالا تعویض گردد چه مقدار انرژی در ۲۰۰۰۰ ساعت کارکرد صرفه جویی می گردد.

همانگونه که ملاحظه میشود با ارتقای کلاس بازدهی الکتروموتور میزان صرفه جویی انرژی ۲ برابر شده است.

راهکارهای بهینه سازی مصرف انرژی در الکتروموتورها
 

جلوگیری از هرزگردی موتورها
بیشترین صرفه جویی مستقیم برق را میتوان با خاموش کردن موتورهای بیبار و در نتیجه حذف تلفات بی باری به دست آورد. روش ساده آن در عمل نظارت دایم یا کنترل اتوماتیک است. اغلب به مصرف برق در بی بازی اهمیت چندانی داده نمی شود در حالی که به طور معمول جریان در بیباری حدود جریان در بار کامل است.

اصلاح کم باری
وقتی از الکتروموتوری استفاده شود که مشخصات نامی بالاتر از مقدار مورد نیاز را داشته باشد موتور در بار کامل کار نمی کند و در این حالت بازده موتور کاهش می یابد.

استفاده از موتورهای بزرگتر از اندازه مورد نیاز معمولاً به دلایل زیر است:

  • ممکن است پرسنل مقدار بار واقعی را ندانند و بنابر احتیاط الکتروموتوری بزرگتر از اندازه مورد نیاز انتخاب شود. طراح با سازنده برای اطمینان از اینکه موتور توان کافی را داشته باشد موتوری بسیار بزرگتر از اندازه واقعی مورد نیاز پیشنهاد کند و بار حداکثر در عمل به ندرت اتفاق افتد. به علاوه اغلب موتورها می توانند برای دوره های کوتاه در بازی بیشتر از بار کامل نامی کار کنند. در صورت تعدد این وسایل اهمیت مسئله بیشتر می شود.
  • وقتی موتور با مشخصات نامی مورد نظر در دسترس نیست یک موتور بزرگتر نصب می شود و حتی وقتی موتوری با اندازه نامی مورد نظر پیدا میشود جایگزین نشده و موتور بزرگ همچنان به کار خود ادامه می دهد . به خاطر افزایش غیر منتظره در بار که ممکن است هیچگاه هم رخ ندهد یک موتور بزرگتر انتخاب میشود.
  • نیازهای فرآیند تولیدی کاهش یافته است

  • در برخی بارها گشتاور راه انداز بسیار بیشتر از گشتاور دورنامی است و باعث میشود موتور بزرگتر به کار گرفته شوند. باید مطمئن شد هیچ کدام از این موارد موجب استفاده از موتورهایی بزرگتر از اندازه و در نتیجه کاهش بازده نشده باشند.

  • جایگزینی موتورهای کم بار با موتورهای کوچکتر باعث میشود که موتور کوچکتر با بار کامل دارای بازده بیشتری باشد. این جایگزینی معمولاً برای موتورهای بزرگتر وقتی در ۱٫۳ تا نصف ظرفیت شان (بسته به اندازه شان کار می کنند اقتصادی است.

برای تشخیص موتورهای بزرگتر از ظرفیت مورد نیاز به اندازه گیری الکتریکی احتیاج است. وات متر مناسب ترین وسیله است.

روش دیگر اندازه گیری سرعت واقعی و مقایسه آن با سرعت نامی است. بار جزئی به عنوان درصدی از بار کامل شامی را می توان از تقسیم شیب (سرعت) عملیات بر شیب بار کامل به دست آورد. رابطه بین بار و شیب تقریباً خطی است.

معمولاً در این موارد میتوان برای جلوگیری از سرمایه گذاری جدید اینگونه موتورها را با دیگر موتورهای موجود در کارخانه جایگزین نمود که تنها هزینه آن اتصالات و صفحه های تنظیم کننده هستند اگر این تغییرات را بتوان همزمان با تعمیرات برنامه ریزی شده در کارخانه انجام داد باز هم هزینه ها کاهش می یابد.

استفاده از موتورهای پربازده

بهترین و موثرترین راه صرفه جویی انرژی در الکتروموتور استفاده از موتورهای راندمان بالا میباشد. امروزه با توجه به افزایش قیمت انرژی در جهان و با توجه به کارکرد طولانی مدت موتورها در صنایع هزینه سرمایه گذاری اولیه را توجیه پذیر می نماید.

دانلود مطلب به صورت PDF 

حجم: (1 مگابایت)

اشتراک گذاری:

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
نظر خود را در مورد پست بالا برای ما ارسال نمائید:
spico-logo-cut

مشاوره رایگان

برای دریافت مشاوره رایگان جهت انتخاب و خرید انواع پمپ با شماره زیر تماس حاصل نمائید

پیمایش به بالا