نقش درایو در کاهش مصرف انرژی

موتورهای الکتریکی را می توان پرکاربردترین تجهیزات در صنایع مختلف معرفی کرد. بخش های مختلف صنعت وابسته به عملکرد موتورها هستند. براساس مطالعات انجام شده توسط شرکت ABB بیش از 70 درصد انرژی برق صنایع مختلف توسط موتورها مصرف می شود. براساس نتایج این تحقیق اگر به دنبال کاهش مصرف انرژی در صنایع هستید، باید راهی برای کاهش مصرف انرژی موتورها پیدا کنید.

در ادامه این مقاله به بررسی نقش درایو در کاهش مصرف انرژی خواهیم پرداخت با من همراه باشید.

درایو چیست

درایوها را با نام VFD نیز می شناسیم که به معنای درایو فرکانس متغیر است. نام دیگری که برای این تجهیزات رایج است، درایو سرعت متغیر یا VSD است. علاوه بر این برخی نیز این تجهیزات را با نام اینورتر می شناسند. درایوها با استفاده از کنترل فرکانس، سرعت چرخش موتور الکتریکی را مدیریت می کنند. علاوه بر این درایوها می توانند نظارت و کنترل دقیقی روی گشتاور موتور الکتریکی داشته باشند.

در واقع درایوها تنها تجهیزات راه اندازی موتور الکتریکی هستند که علاوه بر مدیریت راه اندازی و توقف موتور قادرند عملکرد آن را در هر لحظه تحت کنترل بگیرند.

جزئیات بیشتر در مورد عملکرد و ساختار داخلی این تجهیزات را در مقاله ” درایو چیست و چه کاربردهایی دارد ” بیان کرده ایم.

چگونه درایو در کاهش مصرف انرژی اثر می گذارد؟

درایوها قادرند سرعت موتور الکتریکی را کنترل کنند. کاهش سرعت یا تعداد دور موتور در دقیقه می تواند میزان مصرف آن را کاهش دهد. در حالت عادی و در صورت راه اندازی مستقیم، موتورها با جریان و سرعت نامی به کار خود ادامه می دهند. اما در اینجا یک نکته مهم وجود دارد، شاید دستگاهی مورد نظر نیاز به عملکرد با دو نامی موتور نداشته باشد. برای درک بهتر موضوع به مثال زیر توجه کنید.

در یک خط تولید نیاز به نوار نقاله ای برای جابجایی موارد داریم. موتوری که گشتاور مورد نیاز برای جابجایی موارد را تامین می کند، دور نامی 2000 RPM را دارد. در صورتی که براساس برنامه ریزی تولید انجام شده، دور موتور باید روی 500 دور تنظیم شود!

در سیستم های سنتی از جعبه دنده ها یا تسمه ها برای کاهش سرعت استفاده می شد. در این سیستم ها موتور با سرعت کامل کار می کند اما بخشی از توان موتور توسط جعبه دنده تلف می شود تا به تعداد دور مورد نظر برسیم. در نتیجه این فرآیند مقدار زیادی از انرژی هدر می رود. به علاوه هزینه تعیمر و نگهداری جعبه دنده ها نیز بسیار قابل توجه خواهد بود. اما تاثیر درایو در کاهش مصرف انرژی، در عدم نیاز به جعبه دنده ها برای کاهش دور موتور است. درایوها قادرند به صورت دقیق سرعت موتور را ریو مقدار مورد نظر تنظیم کنند. با استفاده از درایوها دیگر نیازی به چرخیدن موتور با دور نامی نیست و تلفات توان به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. علاوه بر این عدم نیاز به جعبه دنده برای کاهش سرعت موتور ضمن کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری، زمان توقف سیستم جهت تعمیر و نگهداری را نیز به شدت کاهش می دهد.

اغلب از اینورتر ها در کاربردهای کنترل فن ها، پمپ ها و کمپرسورها استفاده می شود. برای درک ملموس تر نتایج حاصل از این صرفه جویی، یک نکته مهم را یادآور می شویم.

“کاهش سرعت یک فن یا پمپ به میزان متوسط 10٪ ، می تواند مصرف برق آن را تا 25٪ کاهش دهد. “

خبر خوب این است که میزان صرفه جویی با کاهش سرعت موتور، به صورت تابع نمایی افزایش می یابد. در ادامه نگاهی دقیق تر به تاثیر درایو در کاهش مصرف انرژی فن، پمپ و کمپرسور خواهیم داشت.

فن و تجهیزات کنترل هوا

بهره وری انرژی کنترل دور ها یک مزیت مشترک در بسیاری از کاربردهای موتوری به ویژه فن ها است، ثابت شده است که تجهیزات انتقال و تهویه هوا قادر به مصرف مقادیر زیادی انرژی هستند بنابراین، هر مدیر تولید یا کارخانه باهوشی به مدیریت بهینه انرژی فکر خواهد کرد. صرفه جویی در مصرف انرژی که ناشی از استفاده درایو در کاربردهای فن باشد خود می تواند به تنهایی خرید درایو را از طریق کاهش مصرف برق توجیه کند.

با این حال، حالت های مختلف دیگری از صرفه جویی وجود دارد که می توان از طریق کاهش سایش مکانیکی و تعمیر و نگهداری مرتبط به آن دست یافت. شتاب تدریجی موتور (و نه دفعی) از حالت سکون باعث افزایش طول عمر می شود. اما بر خلاف این موضوع، اگر از اینورتر استفاده نکنید!، موتور فوراً با جریان زیادی راه اندازی می شود که می تواند برای طول عمر موتور بسیار مضر باشد. علاوه بر این. با کاهش توان، موتور می‌تواند بدون هیچ گونه افزایش جریان راه‌اندازی شود.

کاربردهای پمپ

اکثر استفاده کنندگان از پمپ در کنار آن اینورتر یا سافت استارتر را نیز استفاده می کنند. در حالی که سافت استارتر می تواند اثرات شناخته شده ای مانند کوبیدن آب به دلیل افزایش فشار را کاهش دهد، یک درایو می تواند همان نتیجه را داشته باشد. اما با این مزیت اضافی که شما کنترل کامل سرعت پمپ در حالت اجرا را نیز در دست خواهید داشت.یک درایو قادر است کنترل جریان بسیار کارآمدتری را به سادگی و با تغییر سرعت موتور پمپ مطابق با الزامات مورد نیاز فراهم سازد.

در اینجا به جای تغییر مقاومت سیستم برای تعدیل جریان، مانند مورد دریچه گاز، استفاده از درایو باعث تغییر سرعت پمپ می شود.

کمپرسور ها

یک درایو در یک سیستم دارای کمپرسور، می تواند فشار بالا و پایین را در شبکه لوله تثبیت کند، و به طور بالقوه حتی نوسانات فشار را به طور کلی حذف کند. نتیجه این قابلیت این است که تمام کمپرسورهای فعال در سیستم می توانند در کمترین فشار مورد نیاز برای برآوردن نیازهای تولید کار کنند. و تلفات برق ناشی از نوسانات فشار افزایشی را کاهش دهند.علاوه بر این، به دلیل فشار کمتر سیستم، امکان نشت سیستم به حداقل می رسد.

مزیت اصلی استفاده از اینورتر ها در کاربردهای کمپرسوری این است که سرعت موتور خود را به طور خودکار با نیاز هوا تنظیم می کند . تخمین ها در این زمینه متفاوت است، اما از نظر صرفه جویی در انرژی، استفاده از یک کمپرسور دارای اینورتر در مقایسه با یک کمپرسور با سرعت ثابت. بیکار یا بار/تخلیه، می تواند به راحتی 35 تا 50 درصد صرفه جویی در انرژی ایجاد کند.

علاوه بر این درایوهای مدرن ویژگی های ایمنی متعددی مانند محافظت در برابر نوسانات برق و اتصال کوتاه. و همچنین عملکرد خاموش شدن گشتاور ایمنی (STO)را برای استفاده کنندگان ارائه می دهند.

با انتخاب درایوی با ارائه چنین ویژگی‌هایی، سازندگان تجهیزات اصلی کمپرسور (OEM) می‌توانند از قطعات الکتریکی خاصی که شامل قطع کننده‌های مدار موتور و کنتاکتورها هستند بی نیاز شوند. و در نتیجه هزینه‌ها را نیز بصورت موثری کاهش دهند.این استراتژی همچنین قابلیت اطمینان سیستم را برای کاربر نهایی افزایش می دهد و به نوبه خود خطر خرابی سیستم را به مراتب کاهش می دهد.