مقدمه

موتورها مصرف‎‎كننده‎‎هاي عمده برق در اغلب كارخانه‎‎ها هستند. وظيفه يك موتورالكتريكي تبديل انرژي الكتريسيته به‎ انرژي مكانيكي است. در يك موتور سه‎‎فاز AC جريان از سيم‎‎پيچ‎‎هاي موتور عبور كرده و باعث ايجاد ميدان مغناطيسي دواري مي‎شود كه اين ميدان مغناطيسي محور موتور را مي‎‎چرخاند. موتورها به‎‎‎گونه‎‎اي طراحي شده‎‎اند كه اين وظيفه را به‎‎‎خوبي انجام دهند. مهم‎‎ترين و ابتدايي‎‎ترين گزينه صرفه‎‎جويي در موتورها مربوط‎‎به‎ انتخاب آنها و استفاده از آنها مي‎‎باشد.

 همسفرلحظه هاسلام

1- هرزگردي موتورها

بيشترين صرفه‎‎جويي مستقيم برق را مي‎‎توان با خاموش كردن موتورهاي بي‎‎بار و درنتيجه حذف تلفات بي‎‎باري به‎‎‎دست آورد. روش ساده آن درعمل نظارت دايم يا كنترل اتوماتيك است. اغلب به‎ مصرف برق در بي‎‎باري اهميت چنداني داده نمي‎‎شود درحالي‎‎كه غالباً جريان در بي‎‎باري حدود جريان در بار كامل است.

مثالي از اين نوع تلفات را مي‎‎توان در واحدهاي بافندگي يافت، جايي‎‎كه ماشين‎‎هاي دوزندگي معمولاً براي دوره‎‎هاي كوتاهي كار مي‎‎كنند. اگرچه موتورهاي اين ماشين‎‎ها نسبتاً كوچك هستند (1.3 اسب بخار) ولي چون تعداد آنها زياد است (معمولاً تعداد آنها در يك كارخانه به‎ صدها عدد مي‎‎رسد) اندازه اين تلفات قابل‎‎ملاحظه است. اگر فرض كنيم 200 موتور 1.3 اسب‎‎بخار در 90درصد زمان هرزگرد بوده و باري معادل 80درصد بار كامل بكشند، هزينه كار بيهوده موتورها با درنظر گرفتن 120ريال بهاي واحد انرژي الكتريكي ، به‎‎‎شكل زير محاسبه مي‎شود:

هزينه بي‎‎باري = 200موتور×3/1 اسب‎‎بخار × 80% بار × 6000ساعت در سال × 90% بي‎‎باري ×120ريال= 25ميليون ريال

با اتصال يك سوئيچ به‎ پدال چرخ‎‎ها مي‎‎توان آنها را به‎‎‎طور اتوماتيك خاموش كرد.

2- كاهش بازده در كم‎‎باري

وقتي از موتوري استفاده شود كه مشخصات نامي بالاتر از مقدار مورد نياز را داشته باشد، موتور در باركامل كار نمي‎‎كند و در اين‎‎حالت بازده موتور كاهش مي‎‎يابد.

استفاده از موتورهاي بزرگتر از اندازه موردنياز معمولاً به‎ دلايل زير است :

- ممكن است پرسنل مقدار بار واقعي را ندانند و بنابه احتياط موتوري بزرگتر از اندازه موردنياز انتخاب شود

- طراح يا سازنده براي اطمينان از اينكه موتور توان كافي را داشته باشد، موتوري بسيار بزرگتر از اندازه واقعي موردنياز پيشنهاد ‎‎كند و بار حداكثر درعمل به‎‎‎ندرت اتفاق ‎‎افتد. به‎‎‎علاوه اغلب موتورها مي‎‎توانند براي دوره‎‎هاي كوتاه در باري بيشتر از بار كامل نامي كار كنند. (درصورت تعدد اين وسايل اهميت مسئله بيشتر مي‎شود)

- وقتي موتور با مشخصات نامي موردنظر در دسترس نيست يك موتور بزرگتر نصب مي‎شود و حتي وقتي موتوري با اندازه نامي موردنظر پيدا مي‎شود جايگزين نشده و موتور بزرگ همچنان به‎ كار خود ادامه مي‎‎دهد.

- به‎‎‎خاطر افزايش غيرمنتظره در بار كه ممكن است هيچگاه هم رخ ندهد يك موتور بزرگتر انتخاب مي‎شود.

- نيازهاي فرآيند توليدي كاهش يافته است

در برخي بارها گشتاور راه‎‎انداز بسيار بيشتر از گشتاور دورنامي است و باعث مي‎شود موتور بزرگتر به‎‎‎كار گرفته شوند.

بايد مطمئن شد هيچ كدام از اين موارد موجب استفاده از موتورهايي بزرگتر از اندازه و درنتيجه كاهش بازده نشده باشند.

 جايگزيني موتورهاي كم‎‎بار با موتورهاي كوچكتر باعث مي‎شود كه موتور كوچكتر با بار كامل داراي بازده بيشتري باشد. اين جايگزيني معمولاً براي موتورهاي بزرگتر وقتي در 3/1 تا نصف ظرفيت‎‎شان (بسته به‎ اندازه‎‎شان) كار مي‎‎كنند اقتصادي است.

براي تشخيص موتورهاي بزرگتر از ظرفيت مورد نياز به‎ اندازه‎گيري‎‎ الكتريكي احتياج است. وات‎‎متر مناسب‎‎ترين وسيله‎‎است.

روش ديگر، اندازه‎گيري سرعت واقعي و مقايسه آن با سرعت نامي است. بار جزئي به‎‎‎عنوان درصدي از بار كامل نامي را مي‎‎توان از تقسيم شيب(سرعت) عمليات بر شيب بار كامل به‎‎‎دست آورد. رابطه بين بار و شيب تقريباً خطي است. معمولاً در اين موارد مي‎‎توان براي جلوگيري از سرمايه‎‎گذاري جديد اينگونه موتورها را با ديگر موتورهاي موجود در كارخانه جايگزين نمود كه تنها هزينه آن اتصالات و صفحه‎‎هاي تنظيم‎‎كننده هستند. اگر اين تغييرات را بتوان همزمان با تعميرات برنامه‎‎ريزي‎‎شده در كارخانه انجام داد بازهم هزينه‎‎ها كاهش مي‎‎يابد.

3- موتورهاي پربازده

بازگشت سرمايه قيمت اضافي پرداختي جهت خريد موتورهاي پربازده، معمولاً كمتراز دو سال كاركرد موتور به‎‎‎ازاي 4000 ساعت كاركرد سالانه و در 75درصد بار مي‎باشد. (بازگشت سرمايه نسبت به‎ موتورهاي قديمي و غير استاندارد به‎ كمتر از شش ماه نيز مي‎‎رسد) درمواردي كه بار موتور سبك يا ساعت كاركرد آن كم است يا بارهاي تناوبي استثنائاتي وجود دارد. بيشترين صرفه‎‎جويي در رنج موتورهاي 1 تا 20 اسب‎‎بخار به‎‎‎دست مي‎‎آيد. در توان بيشتر از 20 اسب‎‎بخار افزايش بازده كاهش مي‎‎يابد و موتورهاي موجود بيش از 200 اسب‎‎بخار تقريباً داراي بازده كافي هستند.

سازندگان معمولاً موتورهاي با طراحي استاندارد و قيمت تمام‎‎شده كم‎‎تر را عرضه مي‎‎كنند. به‎‎‎خاطر رقابت شديد اين نوع موتورها بازده كمي دارند. آنها ضريب قدرت پايين‎‎تري دارند، قابل تعمير نبوده و نمي‎‎توان به‎‎‎راحتي سيم‎‎پيچ آنها را مجدداً پيچيد.

در موتورهاي پربازده با استفاده از ورقه‎‎هاي استيل نازكتر در استاتور و روتور، استفاده از استيل با خواص الكترومغناطيسي بهتر، استفاده از فن‎‎هاي كوچكتر با بازده بيشتر و بهبود طراحي شكاف روتور بازده افزايش يافته است. تمام اين روش‎‎ها باعث افزايش مصرف مواد اوليه و درنتيجه افزايش هزينه‎‎ مواد يا هزينه‎‎هاي ساخت مي‎شود و بنابراين قيمت تمام شده موتور زياد مي‎شود. بااين وجود 30-20 درصد اضافه هزينه اوليه با كاهش هزينه‎‎هاي عملياتي جبران مي‎شود. از ديگر مزاياي موتورهاي پربازده اثر كم بر عملكرد موتور به‎‎‎هنگام نوسانات ولتاژ و بار جزئي است. 

محاسبه بازگشت هزينه اين موتورها به‎‎‎خاطر متغيرهاي درگير پيچيده است. براي تعيين هزينه عملياتي موتور بايد توان مصرفي توسط موتور در ساعات كار آن و قيمت انرژي الكتريكي ضرب شود. هريك از اين فاكتورها  متغيرهاي مخصوص به‎‎‎خود را دارند كه شامل تغيير در برنامه زمانبندي توليد، تغيير در بار موتور و جريمه‎‎هاي ديماند مي‎‎باشند. پرداختن به‎ برخي از اين عوامل مشكل است.

حتي وقتي ميزان صرفه‎‎جويي محاسبه مي‎شود از آنجاكه بازده واقعي يك موتور معمولاً ناشناخته است ممكن است اين محاسبات دچار خطا شوند. چون همه سازنده‎‎ها از تكنيك‎‎‎‎هاي يكساني براي اندازه‎گيري بازده موتورها استفاده نمي‎‎كنند ، بنابراين مشخصات نامي درج‎‎شده بروي پلاك را نمي‎‎‎توان با هم مقايسه كرد. به‎عنوان نمونه در آمريكا منظور بيشتر سازنده‎‎ها‎‎ از بازده نامي رنجي از بازده‎‎ها است كه بازده موتور در آن قرار مي‎‎گيرد. از تكنيك‎‎هاي آماري مختلفي براي تعيين حداقل بازده يك موتور با هر بازده نامي استفاده مي‎شود. به‎‎‎عنوان مثال يك موتور با بازده نامي 90.2 % داراي حداقل بازده نامي 88.5 % است.

عده زيادي موتورهاي پربازده را بدون اينكه درصدد توجيه برگشت هزينه آن باشند ، استفاده مي‎كنند ، مگر درمورد موتورهاي بزرگتر. معمولاً مدت بازگشت هزينه تقريباً يك سال است.

بازده موتورها از مشخصات نامي آنها متفاوت است(به‎‎‎دست نمي‎‎آيد). مثلاً يك موتور       100-hp.1800-rpm سرپوشيده با فن خنك‎‎ساز از يك سازنده داراي يك حداقل بازده تضمين‎‎شده معادل 90.2درصد در بار كامل در مدل استاندارد و 94.3درصد در مدل بازده بالا است. موتور هم‎‎اندازه آن از يك سازنده ديگر داراي همان بازده 90.2درصد در مدل استاندارد و حداقل بازده 91درصد در مدل بازده بالا است. براي تعيين بازده واقعي يك موتور خاص بايد از تجهيزات تست پيچيده‎‎اي استفاده كرد.

به‎‎‎خاطر اين اختلاف‎‎ها، به‎‎‎هنگام ارزيابي ميزان صرفه‎‎جويي، استفاده از حداقل بازده تضمين‎‎شده قابل اطمينان‎‎تر است چون همه موتورها بايد برابر يا بزرگتر از اين اندازه باشند.

4- درايوهاي تنظيم سرعت

وقتي تجهيزات بتوانند در سرعت كاهش‎‎يافته كار كنند چند گزينه قابل انتخاب است.

مثال‎‎هاي ذيل نمونه‎‎هايي براي همه صنايع هستند

1-4- موتورهاي AC فركانس متغير (با تنظيم فركانس)

وقتي پمپ‎‎هاي گريز از مركز، فن‎‎ها و دمنده‎‎ها در سرعت ثابت كار مي‎‎كنند و خروجي با استفاده از والوها و مسدود‎‎كننده‎‎ها كنترل مي‎شود موتور صرفنظر از مقدار خروجي در نزديكي بار كامل كار مي‎‎كند كه باعث مي‎شود انرژي زيادي توسط اين مسدودكننده‎‎ها و والوها تلف شود. اگر اين تجهيزات بتوانند همواره در سرعت مورد نياز كار كنند مقدار زيادي انرژي صرفه‎‎جويي مي‎شود. درايوهاي تنظيم سرعت باعث مي‎شوند تجهيزات باتوجه به نياز سيستم در حالت بهينه عمل كنند.

كنترلرهاي AC تنظيم فركانس (فركانس متغيير) وسايل پيچيده‎‎اي بوده و گرانقيمت هستند. بااين‎‎حال مي‎‎توانند به‎‎‎راحتي به‎ موتورهاي القايي AC استاندارد اضافه شوند. با هزينه تجهيزات كمتر و هزينه‎‎هاي الكتريكي بيشتر (با كاهش هزينه تجهيزات و افزايش هزينه‎‎هاي الكتريكي) كاربرد اين وسايل در اغلب موارد اقتصادي مي‎شود. بسياري از انواع پمپ‎‎ها، فن‎‎ها، ميكسچرها، نقاله‎‎ها، خشك‎‎كننده‎‎ها، خردكننده‎‎ها (سنگ‎‎شكن‎‎ها) آسياب‎‎ها، صافي‎‎ها و برخي انواع كمپرسورها، دمنده‎‎ها و همزن‎‎ها در سرعت‎‎هاي مختلف با وسايل تنظيم سرعت كار مي‎‎كنند.

تجهيزات مجهز به‎ تنظيم سرعت كمتراز نصف تجهيزات مجهز به‎ مسدودكننده انرژي مصرف مي‎‎كنند.

در عمل بايد براي محاسبه دقيق صرفه‎‎جويي حاصل براساس كيلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زير50درصد ظرفيت نامي افت مي‎‎كند.

2-4-درايوهاي DC حالت جامد (نيمه‎‎هادي)

مي‎‎توان با تنظيم سرعت با استفاده از درايوهاي DC صرفه‎‎جويي‎‎هاي مشابهي را انجام داد. هزينه اوليه نسبت‎‎