امروزه در حدود ۵۰ درصد از انرژی الکتریکی تولید شده در سرتاسر دنیا توسط موتور های الکتریکی مصرف می شود که در این میان صنایع سهم عمده ای در این آمار دارند، طوریکه نزدیک به ۷۰ درصد از توان مورد نیاز صنایع، جهت تغذیه موتور های الکتریکی مصرف می شود. با توجه به افزایش روز افزون این موتور ها و گسترده شدن صنایع و کارخانجات، استفاده از راه هایی که منجر به افزایش بازدهی سیستم ها و کاهش مصرف انرژی شود، بسیار مورد توجه کارشناسان قرار گرفته است.

کاهش میزان انرژی مصرفی با تشخیص میزان بار وارده بر موتور

در صنعت در بسیاری از کاربرد ها نیاز به سرعت و گشتاور ثابت برای یک موتور نمی باشد، برای مثال نیازی نیست که یک پمپ در تمام زمان ها یک دبی ثابت از آب را به جریان بیندازد، و یا در مورد یک موتور با بار متغیر نیاز به ایجاد گشتاور یکنواخت در طول مدت کاری نباشد؛ لذا می توان وضعیت آن را با میزان باری که روی آن قرار دارد تطبیق داده و گشتاور و یا سرعت آن را متناسب با تغییرات بار، تنظیم کرد.

در حالت عادی امکان چنین تغییر سرعتی برای موتور ها وجود ندارد، البته برخی موتور ها قابلیت حرکت در دو سرعت مختلف را دارند، ولی به علت محدود بودن سرعت آن ها (حداکثر دو سرعت ) که آن هم از طریق قرار دادن سیم پیچ اضافی در درون موتور امکان پذیر خواهد بود، استفاده از آن ها کار معقولی به نظر نمی رسد. ضمن اینکه هزینه چنین موتور هایی با توجه به وجود دو سیم پیچی بسیار زیاد است. لذا این جاست که استفاده از یک دستگاه کنترل دور موتور که قادر به تغییر سرعت موتور مطابق با شرایط مختلف باشد موضوعیت پیدا می کند.

درایو یا کنترل دور موتور (اینورتر)

دستگاهی است که با استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت این امر را میسر کرده است. درایو با تغییر سطح ولتاژ و فرکانس، سرعت و گشتاور موتور را متناسب با بار موتور تنظیم خواهد کرد؛ برای مثال اگر موتور یک پمپ معمولی در ۴۰ تا ۸۰ درصد از سرعت نامی خود عمل کند، قادر به صرفه جویی در مصرف انرژی از ۱۰ تا ۶۰ درصد است. این میزان از صرفه جویی انرژی می تواند نرخ بازگشت سرمایه جهت خریداری دستگاه کنترل دور را در یک بازه ۶ تا ۲۴ ماهه (بسته به میزان ظرفیت موتور و دستگاه درایو) تضمین کند.

اصلاح ضریب توان

توان الکتریکی دارای دو مشخصه ولتاژ و جریان است. در سیستم AC با توجه به سینوسی بودن این شکل موج ها، این امکان وجود دارد که بر حسب نوع بار، دو منحنی ولتاژ و جریان بر یکدیگر منطبق نباشند (که تقریبا در تمامی بار ها اینطور است) و این باعث افزایش توان مصرفی کل و اتلاف انرژی خواهد شد. هر چه این عدم انطباق یا اختلاف فاز بیشتر باشد، مقدار اتلاف انرژی بیشتر خواهد بود. به مقدار Cos این زاویه اصطلاحا ضریب توان یا (Power Factor) گفته می شود؛ لذا همواره سعی می شود که مقدار ضریب توان نزدیک به یک نگه داشته شود تا ضمن کاهش مصرف انرژی، از هزینه های اضافی و مجازات هایی که اداره برق برای مصرف کنندگان با ضریب توان پایین در نظر می گیرد، جلوگیری شود.

در صنایع و کارخانجات نیز به دلیل استفاده گسترده از موتور های الکتریکی و ضریب توان پایین این موتور ها، ضریب توان کل مجموعه مقدار کمی خواهد داشت که مشکلاتی که در بالا ذکر شد را به همراه دارد.

یکی از رایج ترین روش های افزایش ضریب توان بار و در نتیجه صرفه جویی در مصرف انرژی، اصلاح ضریب توان از طریق نصب بانک خازنی می باشد که به طور گسترده در مراکز صنعتی استفاده می شود.

اما راه دیگری که جهت اصلاح ضریب توان مصرفی بار وجود دارد، استفاده از درایوهای کنترل دور موتور (اینورتر) است. با توجه به گسترش روز افزون استفاده از این تکنولوژی و کاهش نسبی قیمت تجهیزات الکترونیک قدرت نسبت به گذشته ، می توان با

استفاده از این دستگاه ها ضریب توان هر یک از موتورهای تحت کنترل و لذا ضریب توان کل مجموعه را افزایش داده و از این طریق ظرفیت خازن مورد نیاز جهت اصلاح توان (و به تبع آن هزینه های ناشی از نصب و راه اندازی آن) را کاهش داد و یا در بهترین حالت نیاز به بانک خازنی را مرتفع کرد. یک موتور الکتریکی در حالت کار عادی و بدون استفاده از درایو دارای ضریب توانی در حدود ۰٫۸ الی ۰٫۹ است (این مقدار بر روی پلاک موتور نوشته شده است)، در حالیکه  با استفاده از یک دستگاه درایو کنترل دور می توان ضریب توان راحتی تا مقدار ۰٫۹۵ افزایش داد.

مورد دیگری که باید در مورد موتور های الکتریکی به آن توجه داشت، جریان راه اندازی بالای این موتور ها می باشد. در صورتیکه یک موتور به صورت عادی راه اندازی شود، جریانی در حدود ۵ تا ۷ برابر جریان نامی آن در لحظه راه اندازی از سیم پیچ های موتور عبور خواهد کرد. علی رغم اینکه این جریان در یک لحظه از سیم پیچ عبور می کند، اما در دراز مدت می تواند باعث آسیب رسیدن به سیم پیچ موتور و کاهش عمر آن شود. در روش راه اندازی با استفاده از درایو کنترل دور، جریان راه اندازی بسیار محدود شده و لذا از اثرات منفی ناشی از جریان راه اندازی بالا از بین خواهد رفت.

به طور خلاصه قابلیت هایی که استفاده از دستگاه درایو ایجاد خواهد کرد، عبارتند از :

• افزایش ضریب توان موتور و در نتیجه کاهش مصرف انرژی
• محدود کردن جریان راه اندازی
• راه اندازی نرم موتور و لذا افزایش طول عمر آن
• امکان تغییر دور موتور چه به صورت اتوماتیک و با توجه به بار موتور و چه به صورت دستی
• امکان چرخش موتور در جهت عکس
• امکان دستیابی به سرعت های بالاتر از سرعت نامی موتور

با توجه به مزایایی که استفاده از درایو کنترل دور موتور ایجاد می کند، و نرخ بازگشت سرمایه کوتاه مدت آن، استفاده از این دستگاه برای کاربرد های مختلف و از جمله مواردی که بار موتور متغیر بوده و یا نیاز به سرعت ثابت نیست، بسیار منطقی به نظر می رسد.

نمونه ای از مواردی که استفاده از درایو کنترل دور بسیار کاربردی بوده و منجر به صرفه جویی عمده در مصرف انرژی خواهد شد عبارتند از:

• دستگاه های اکسترودر مورد استفاده در صنعت لاستیک سازی، لوله سازی و … .
• واحد هایی که نیاز به دمای ثابت داشته و تهویه هوا از طریق فن انجام می شود مانند صنایع رنگ سازی ، پتروشیمی و … .
• نوار نقاله ها
• پمپ های آب
• جرثقیل ها

اثر صرفه جویی در مصرف انرژی سیستم های مختلف  :

در موارد استفاده از ماشین آلات تزریق، نیاز به فشاربالای روغن در زمان تزریق است. اما در دیگر فرآیندها نیاز به چنین فشار بالایی نمی باشد. در این مورد، سرعت موتور می تواند توسط اینورتر کاهش داده شود.

ماشین های هیدرولیک :

مثال :

• ظرفیت ماشین هیدرولیک : 55 kw
•  بازده خروجی 100% : 93%
•  زمان کارکرد: 24 hours/day x 300 days/year
•  توان لازم توسط منبع تغذیه : 55 kW / 0.93 × 0.52 x 24 h x 300 days = 221,419 kWh
• توان لازم توسط کنترل اینورتر 55 kW / 0.93 × 0.38 x 24 h x 300 days = 161,806 kWh :
• اثر صرفه جویی انرژی:  kg/kWh x 59,613 kWh = 24,560.6 kg/year0.412

ماشین آلات تزریق :

مثال :

•  ماشین تزریق: (t (2 x 75kW1250
•  زمان عملکرد: 24 hours/day x 300 days/year
• اثر صرفه جویی انرژی (مقدار حقیقی) 318,125 – kWh221,875 = 96,250kwh :
• میزان co2 کاهش یافته :  kg/kWh x 96,250 kWh = 39,655 kg/year0.412
• ضریب خروج CO2 ماشین تزریق:  kg/kWh0.412

پمپ و فن :

در صورت استفاده از دمپر (شیر مدوله) برای کنترل جریان هوا/ آب، موتورها در حالت چرخش دائمی کار می کنند. بنابراین در این روش کنترل به توان بالایی نیاز است.
کاربردهای پمپ و فن ، مشخصات گشتاور متغیر را دارا هستند. توان لازم آن متناسب با مکعب قدرت سرعت چرخشی است. اینورترها نقش عظیمی در صرفه جویی انرژی ایفا میکنند .

مثال :

• ظرفیت فن، پمپ : 30 KW
• کنترل سرعت توسط اینورتر : % 60
• باز ده فن ، پمپ در عملکرد % 100 : 92 %
• توا ن لازم برای کنترل دمپر:
• ( % 60 سرعت =% 84 توان) 30 kW / 0.92 × 0.84 x 24 h x 365 days = 239,948 kWh
• توا ن لازم برای کنترل اینورتر:
• ( % 60 سرعت = % 21 توان) 30 kW / 0.92 × 0.21 x 24 h x 365 days = 59,987 kWh
• اثر صرفه جویی انرژی : 59,987- 239,948=   kwh179,961
• میزان co2 کاهش یافته :  kwh x 179,961kwh =74,143.932 kg/year0.412

سیستم های تهویه مطبوع :