چکیده:
امروزه کنترل موتورهای القایی به دلیل مزایای زیاد این موتورها نسبت به موتورهای جریان مستقیم روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می گردد.
در این پایان نامه روشهای مختلف کنترل دور و گشتاور موتورهای القایی و کاربردهای آن مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل اول مدارهای موردنیاز برای کنترل موتورهای القایی شامل مدارهای فرکانس متغیر که خود شامل اینورتورهای منبع ولتاژ، اینورتورهای منبع جریان می باشند معرفی و بررسی شده اند.
در فصل دوم روش های مختلف کنترل موتورهای القایی مورد بحث قرار گرفته است. در ابتدا اصول کنترل دور و سپس روشهای مختلف کنترل v/f ثابت کنترل لغزش و کنترلهای برداری مورد بحث قرار گرفته است.
در فصل سوم به روشهای مکانیکی و الکتریکی کنترل دبی در پمپها پرداخته ایم و با مقایسه هر دو روش الکتریکی و مکانیکی به این نتیجه می رسیم که استفاده از روش الکتریکی مناسبتر است.
در فصل چهارم به کاربردهای AC درایوها در پمپ های آبیاری و آبرسانی . انواع روشهای مختلف بکارگیری کنترل دور برای پمپ مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل پنجم صرفه جویی انرژی در موتورهای القایی از طریق استفاده از کنترل دور و انواع روشهای افزایشی راندمان، گشتاور و ضریب قدرت مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
بحت انرژي از دو ديدگاه اقتصادي و زيست محيطي حائز اهميت است . بهينه سازي مصرف انرژي به اين معني است كه بتوان با استفاده از تجهيزات و يا مديريت بهتر همان كار را ولي با مصرف انرژي كمتر انجام بدهيم .
صرفه جوئي انرژي مي تواند با استفاده از تجهيزات بهتر نظير : عايق بندي مطلوب ، افزايش راندمان سيسمتهاي حرارتي، و بازيابي تلفات حرارتي بدست آيد از طرف ديگر اعمال مديريت انرژي، بمنظور درك سيستمهاي موجود و طريقه استفاده از آنها، ميتواند در كاهش مصرف انرژي نقش مهمي داشته باشد. در سياست گذاري انرژي بايد سازمانها رويكرد سيستمي داشته باشند. براي مثال در بهينه سازي مصرف انرژي الكتريكي هدف تنها كاهش هزينه هاي انرژي يك يا چند الكتروموتور مشخص نيست، بلكه بايد آثار اقدامات مورد نظر روي ساير سيستمها نيز بدقت مورد توجه قرار گيرد. در یک بنگاه اقتصادی صرفه جوئی انرژی میتواند موجب برتری رقابتی بنگاه گردد.
در اغلب بخشهاي صنعتي انرژي الكتريكي مهمترين منبع انرژي صنعت بشمار مي رود . از آنجا كه موتورهاي الكتريكي، مصرف كننده اصلي انرژي الكتريكي در كارخانجات
صنعتي ميباشند. لذا بهينه سازي مصرف انرژي در موتورهاي الكتريكي كه موضوع مقاله است از اهميت ويژه اي برخوردار خواهد بود . براي درك اهميت بهينه سازي مصرف انرژي به اين مورد اشاره مي كنيم كه اگر راندمان موتورهاي الكتريكي القائي موجود در اروپا تنها به ميزان ۱% افزايش يابد، هزينه مصرف انرژي الكتريكي به ميزان ۶/۱ ميليارد دلار در سال كاهش خواهد يافت .
آمار منتشر شده از سوي وزارت نيرو نشان مي دهد در سال ۱۳۷۳ ، ۵/۳۸% از كل انرژي الكتريكي مصرف شده در ايران توسط موتورهاي الكتريكي بوده است[F1]. البته اين ميزان در كشورهاي صنعتي تا ۶۵% مي رسد و شاخص خوبي براي نشان دادن سطح صنعتي شدن يك كشور مي باشد[۱۰] . اهداف بهينه سازي مصرف انرژي را میتوان بصورت زیر بیان نمود:
§ استفاده منطقي از انرژي
§ حفظ منابع انرژي
§ اصلاح ميزان مصرف انرژي در بخشهاي مصرف كننده انرژي
§ كاهش گازهاي گلخانه اي و آلودگي هوا
§ اصلاح وضعيت موجود
§ کسب برتری رقابتی در بنگاههای اقتصادی
مي توان اقدامات مختلفي براي صرفه جوئي انرژي الكتريكي در الكتروموتورهاي صنعتي بعمل آورد. در حالت كلي اين اقدامات به دو دسته تقسيم ميشود:
۱- اقدامات مربوط به طراحي موتور
۲- اقدامات مربوط به بهره برداري از موتورها
اقدامات مربوط به بهره برداري از موتورها را نيز ميتوان به دو دسته تقسيم نمود:
۱- اقدامات روي موتور، نظير تهويه، روغنكاري، و بارگذاري
۲- استفاده از درايو یا کنترل کننده دور موتور
در اين مقاله نخست روشهاي بهينه سازي مصرف انرژي در موتورهاي الكتريكي را مورد بحث قرار مي دهيم سپس كاربرد درايوها در كنترل موتورهاي الكتريكي و تاثيري كه آنها مي تواند در صرفه جوئي مصرف انرژي بگذارند مورد بررسي قرار خواهد گرفت .

۱- مصرف انرژي در موتورهای الکتریکی
در سالهاي اخير بهينه سازي مصرف انرژي در صنايع بدلايل اقتصادي و زيست محيطي اهميت بيشتري يافته و موجب شده است كه اقدامات عملي گسترده اي در اين زمينه بعمل آيد. علي رغم اينكه يكي از بزرگترين مصرف كنندگان انرژي الكتريكي در بخش صنعت موتورهاي الكتريكي مي باشند ، ليكن در زمينه افزايش بازدهي مبدلهاي انرژي الكتريكي به مكانيكي مستقر در صنايع اقدامات عملي چنداني بعمل نيامده است. بديهي است كه افزايش بازدهي محرك هاي صنعتي نه تنها از نظر اقتصادي مورد توجه استفاده كنندگان مي باشد بلكه در برنامه‌ريزي انرژي در سطح ملي نيز حائز اهميت است .
مطالعات انجام شده در صنایع ایران حکایت از وضعیت نابسامان انتخاب و بهره برداری از موتورهای الکتریکی دارد [F1]. بر اساس این تحقیقات اغلب موتورها بزرگتر از میزان نیاز انتخاب شده و در شرائط بدی نگهداشت میشوند. استفاده از موتورهای با راندمان بالا در ایران رایج نبوده و گزارش موثری از استفاده از درایو جهت صرفه جوئی انرژی در دست نیست. كاربردهاي صنعتي بسياري مي تو.ان يافت كه موتورها در بازدهي بسيار پايين تر از مقدار حداكثر قرار دارند . بعنوان مثال در يكي از كارخانجات صنعتي كشورمان در يك مورد ، متوسط توان مصرفي در يك موتور القائي سه فاز صنعتي تنها ۲۸% توان نامي اندازه گيري شده است [F1]. بديهي است پايين بودن توان خروجي، تا اين حد تاثيرات منفي قابل توجهي بر بازدهي و ضريب توان موتور خواهد داشت .
از سوی دیگر دولت نیز نتوانسته است در ترویج فرهنگ استفاده بهینه از انرژی الکتریکی توفیقات خوبی داشته باشد. بعنوان مثال وزارت نیرو و سازمانهای وابسته به آن که مشخصا در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی در سطح کلان عمل میکند هنوز در ارتباط با کاهش مصرف داخلی نیروگاهها اقدام موثری بعمل نیاورده است. در حالیکه پتانسیل صرفه جوئی انرژی الکتریکی زیادی در نیروگاهها وجود دارد.
۲- موانع در سیاست گذاری انرژی
در ایران موانعی که سر راه بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی وجود دارد را میتوان بصورت زیر دسته بندی نمود:
– سیاست دولت در پرداخت سوبسید به صنایع
– عدم آگاهی مدیران صنایع از روشهای صرفه جوئی انرژی الکتریکی
– ضعف دانش فنی مهندسین مرتبط با بهینه سازی مصرف انرژی
– نگرانی از ضریب اطمینان درایو و آثار منفی آن روی شبکه و موتور
– نداشتن یک رویکرد سیستمی در استفاده از موتورهای با راندمان بالا

۳- انتخاب موتور مناسب
موتورهاي القائي سه فاز و يك فاز به دليل تنوع مصرف در كاربردهاي زيادي مورد استفاده قرار مي گيرند. مشخصه هاي بارمكانيكي ناشي از كاربرد و مورد مصرف مي باشد. بديهي است موتور در صورتي مي تواند بار مكانيكي متصل به آن را تامين كند كه مشخصه عملكردي موتور منطبق بر مشخصه بار مكانيكي باشد .
۳-۱- تطابق موتور و بار
همانطور كه در بالا اشاره شد موتور و بار داراي مشخصه هاي خاص خود مي باشند . منظور از تطابق بين موتور و بار انطباق بين مشخصه هاي موتور و مشخصه هاي بار متصل به محور موتور ميباشد .
مشكل اصلي در صنايع كشور آن است كه در اغلب موارد تطابق مطلوبي بين مشخصه هاي بار و موتور وجود ندارد. توان اغلب موتورها بيش از بار متصل به محور شان مي باشد و با توجه به اينكه قيمت تمام شده موتور متناسب با توان آن مي‌باشد، لذا بديهي است انتخاب موتور با توان بيش از نياز بار، علاوه بر افزايش هزينه اوليه موتور موجب افزايش ساير هزينه ها از قبيل كابل كشي و نصب و راه اندازي و تعمير خواهد شد .
از طرف ديگر در صورتيكه موتور انتخاب شده بزرگتر از حد لازم باشد در اين صورت موتور در حالت بار كامل و يا نزديك به بار كامل كار نكرده و لذا بازدهي آن پايين تر از مقدار حداكثر آن خواهد بود . و خود اين امر اشكالات جدي در بهينه سازي مصرف انرژي ايجاد خواهد كرد .
در موتورهاي القائي سه فاز در صورت كاهش ميزان بازدهي موتور ، به ويژه به ميزان كمتر از ۸۰% بار كامل ، شاهد كاهش قابل توجه در بازدهي موتور خواهيم بود . متاسفانه در اكثر موارد به اين نكته توجه نشده و تنها تاثير نامطلوب انتخاب موتور بزرگتر از حد لازم بر هزينه اوليه مورد توجه قرار مي گيرد . در صورتيكه محاسبات انجام شده حاكي از آن است كه تاثير انتخاب نامناسب موتور بر هزينه هاي متغير (هزينه اتلاف انرژي اضافي) قابل توجه و بمراتب بيش از افزايش هزينه ثابت اوليه مي باشد .
يك مثال اين موضوع را روشن خواهد كرد :
مثال : فرض مي كنيم براي انجام يك كار مكانيكي ، موتور القائي سه فاز با توان خروجي ۱۱۰ كيلو وات مناسب باشد و بجاي آن موتور با توان ۱۳۲ كيلو وات انتخاب شود . اطلاعات زير را مورد توجه قرار مي دهيم :
– بازدهي موتور در بار كامل = ۲/۹۴%
– بازدهي موتور در ۳/۸۳% بار كامل = ۵/۹۲%
– طول عمر مفيد موتور = ۱۵ سال
– ضريب كاركرد = ۸/۰
با انجام كمي محاسبات مي توان نتيجه گرفت كه مصرف انرژي در طول ۱۵ سال بمقدار ۶۰۰/۹۳۷ كيلو وات ساعت افزايش پيدا خواهد كرد. مطالب فوق اين واقعيت را بيان مي كند كه انتخاب موتور مناسب به لحاظ اقتصادي حائز اهيمت فراوان بوده و لذا تطابق بين بار و موتور از اهميت ويژه اي برخوردار است .