روش‌های کاهش مصرف انرژی در موتور‌ها

موتور‌ها مصرف کننده‌های عمده برق در اغلب کارخانه‌ها هستند. وظیفه یک موتورالکتریکی تبدیل انرژی الکتریسیته به انرژی مکانیکی است. در یک موتور سه فاز AC جریان از سیم پیچ‌های موتور عبور کرده و باعث ایجاد میدان مغناطیسی دواری می‌شود که این میدان مغناطیسی محور موتور را می‌چرخاند. موتور‌ها به گونه‌ای طراحی شده اند که این وظیفه را به خوبی انجام دهند. مهم‌ترین و ابتدایی‌ترین گزینه صرفه جویی در موتور‌ها مربوط انتخاب آن‌ها و استفاده از آن‌ها می‌باشد.

هرزگردی موتور‌ها

بیشترین صرفه جویی مستقیم برق را می‌توان با خاموش کردن موتور‌های بی بار و درنتیجه حذف تلفات بی باری به دست آورد. روش ساده آن درعمل نظارت دایم یا کنترل اتوماتیک است. اغلب به مصرف برق در بی باری اهمیت چندانی داده نمی‌شود درحالی که غالباً جریان در بی باری حدود جریان در بار کامل است.

مثالی از این نوع تلفات را می‌توان در واحد‌های بافندگی یافت، جایی که ماشین‌های دوزندگی معمولاً برای دوره‌های کوتاهی کار می‌کنند. اگرچه موتور‌های این ماشین‌ها نسبتاً کوچک هستند (۱.۳ اسب بخار)، ولی چون تعداد آن‌ها زیاد است (معمولاً تعداد آن‌ها در یک کارخانه به صد‌ها عدد می‌رسد) اندازه این تلفات قابل ملاحظه است. اگر فرض کنیم ۲۰۰ موتور ۱.۳ اسب بخار در ۹۰ درصد زمان هرزگرد بوده و باری معادل ۸۰ درصد بار کامل بکشند، هزینه کار بیهوده موتور‌ها با درنظر گرفتن ۱۲۰ ریال بهای واحد انرژی الکتریکی، به شکل زیر محاسبه می‌شود:

هزینه بی باری = ۲۰۰ موتور×۳/۱ اسب بخار × ۸۰% بار × ۶۰۰۰ ساعت در سال × ۹۰% بی باری ×۱۲۰ ریال= ۲۵ میلیون ریال

با اتصال یک سوئیچ به پدال چرخ‌ها می‌توان آن‌ها را به طور اتوماتیک خاموش کرد.

کاهش بازده در کم باری

وقتی از موتوری استفاده شود که مشخصات نامی بالاتر از مقدار مورد نیاز را داشته باشد، موتور در بارکامل کار نمی‌کند و در این حالت 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 به ندرت اتفاق افتد. به علاوه 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.

- به خاطر 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 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 درنتیجه 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 ۳/۱ تا نصف ظرفیت شان (بسته به اندازه شان) کار می‌کنند اقتصادی است.

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

روش دیگر، اندازه گیری سرعت واقعی و مقایسه آن با سرعت نامی است. بار جزئی به عنوان درصدی از بار کامل نامی را می‌توان 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 صفحه‌های تنظیم کننده هستند. اگر این تغییرات را بتوان همزمان با تعمیرات برنامه ریزی شده در کارخانه انجام داد بازهم هزینه‌ها کاهش می‌یابد.

موتور‌های پربازده

بازگشت سرمایه قیمت اضافی پرداختی جهت خرید موتور‌های پربازده، معمولاً کمتراز دو سال کارکرد موتور به ازای ۴۰۰۰ ساعت کارکرد سالانه و در ۷۵ درصد 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 صرفه جویی در رنج موتور‌های ۱ تا ۲۰ اسب بخار به دست می‌آید. در توان بیشتر از ۲۰ اسب بخار افزایش بازده کاهش می‌یابد و موتور‌های موجود بیش از ۲۰۰ اسب بخار تقریباً دارای بازده کافی هستند.

سازندگان معمولاً موتور‌های با طراحی استاندارد و قیمت تمام شده کم‌تر را عرضه می‌کنند. به خاطر رقابت شدید این نوع موتور‌ها بازده کمی دارند. آن‌ها ضریب قدرت پایین تری دارند، قابل تعمیر نبوده و نمی‌توان به راحتی سیم پیچ 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 ۳۰-۲۰ درصد اضافه هزینه اولیه با کاهش هزینه‌های عملیاتی جبران می‌شود. از دیگر مزایای موتور‌های پربازده اثر کم بر عملکرد موتور به هنگام نوسانات ولتاژ و بار جزئی است.

محاسبه بازگشت هزینه این موتور‌ها به خاطر 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 به خود 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 صرفه جویی 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 اندازه گیری بازده موتور‌ها استفاده نمی‌کنند، بنابراین مشخصات نامی درج شده بروی پلاک را نمی‌توان با هم مقایسه کرد. به عنوان 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. به عنوان مثال یک موتور با بازده نامی ۹۰.۲ % دارای حداقل بازده نامی ۸۸.۵ % 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 (به دست نمی‌آید). مثلاً یک موتور ۱۰۰-hp.۱۸۰۰-rpm سرپوشیده با فن خنک ساز از یک سازنده دارای یک حداقل بازده تضمین شده معادل ۹۰.۲ درصد در بار کامل در مدل استاندارد و ۹۴.۳ درصد در مدل بازده بالا است. موتور هم اندازه آن از یک سازنده دیگر دارای همان بازده ۹۰.