کلاس راندمانی الکتروموتور
کلاس راندمانی الکتروموتور – شیبا صنعت
بررسی کلاس راندمانی الکتروموتور در اقدامات مربوط به صرفه جویی انرژی دارای اهمیت زیادی است. درواقع الکتروموتورها اهمیت بسیار زیادی در مصارف صنعتی و حتی خانگی دارند، و در کل مصرف برق آنها در تاسیسات صنعتی به صورت سه فاز ( الکتروموتور سه فاز ) و در مصارف خانگی به صورت تکفاز ( الکتروموتور تک فاز ) است.
آژانس بین المللی انرژی (IEA) تخمین می‌زند که الکتروموتورها بیش از 40 درصد از برق جهان را مصرف می کنند. بنابراین باید کلاس راندمان موتورهای الکتریکی مشخص شود تا بتوانیم زمینه صرفه جویی انرژی را فراهم کنیم. موتورهای الکتریکی بخش بزرگی از برق مصرفی را تشکیل می‌دهند.
برای کاهش این استفاده از برق، الزامات قانونی در مورد کارایی موتورهای الکتریکی تولید شده در اتحادیه اروپا یا وارداتی به اتحادیه اروپا وجود دارد. موتورهای سه فاز و تک سرعته آسنکرون امروزه تحت پوشش الزامات هستند. موتورهای آسنکرون رایجترین نوع موتور هستند و 90 درصد برق مصرفی تمام موتورهای الکتریکی در محدوده توان 0.75 تا 375 کیلو وات را به خود اختصاص می‌دهند.
طبق آن استاندارد، کلاس‌های بهره‌وری انرژی دارای عناوین IE1، IE2، IE3 و IE4 هستند که IE4 بالاترین کلاس راندمانی الکتروموتور را دارد. برای سال‌ها، کلاس‌های بهره‌وری انرژی موتورهای الکتریکی تنها بر اساس تعهد داوطلبانه توسط سازندگان موتورها الکتریکی تعریف می‌شدند.
تقاضای روزافزون جهانی برای موتورهای الکتریکی با انرژی کارآمد و بهینه سازی عملیاتی باعث ایجاد طیفی از مقررات مختلف برای تعیین کارایی شد. تنها در سال 2008 بود که استاندارد بین‌المللی IEC 60034-30 در سطح جهانی کلاس‌های بازده و الزامات قانونی را که بر بازده انرژی موتورهای سه‌فاز ولتاژ پایین وضع شده بود، به‌صورت یکنواخت تنظیم کرد.
در ادامه به مبحث کلاس راندمانی الکتروموتور می‌پردازیم، پس با ما همراه شوید.
توضیح درباره راندمان موتور
راندمان موتور چیست؟
برای آشنایی با کلاس راندمانی الکتروموتور ، ابتدا باید با راندمان موتور آشنا شویم.
راندمان الکتروموتور، اندازه گیری میزان کاری است که ما از یک موتور در مقایسه با انرژی مصرفی دریافت می‌کنیم. به بیان دیگر راندمان موتور به عنوان نسبت توان مکانیکی خروجی به توان الکتریکی ورودی تعریف می‌شود.
از آنجایی که انرژی به اشکال مختلف مانند گرما و اصطکاک، در طول تبدیل (الکتریکی به مکانیکی)، هدر می‌رود، توان مکانیکی خروجی همیشه کمتر از توان الکتریکی ورودی است.
تولیدکنندگان الکتروموتور همیشه سعی می‌کنند راه حل های جدید برای کاهش تلفات انرژی موتورهای الکتریکی ارائه بدهند و در نتیجه باعث افزایش راندمان و کمک به صرفه جویی در مصرف انرژی شوند.
چرا راندمان موتور مهم است؟
علت اینکه کلاس راندمانی الکتروموتور در صنایع بسیار مهم است را در ادامه توضیح می‌دهیم :
- صرفه جویی بیشتر مصرف انرژی
- هزینه نگهداری کمتر
- اثر زیست محیطی بهتر
صرفه جویی بیشتر انرژی
این یک واقعیت است که صنعت جهانی مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کند و الکتروموتورها بخش بزرگی از این مقدار مصرف انرژی را به عهده دارند. به همین دلیل است که استفاده از موتورهای کم مصرف، منجر به صرفه جویی قابل توجه در انرژی و همچنین صرفه جویی در هزینه می‌شود.
موتورهای کم مصرف هزینه اولیه بالاتری خواهند داشت، اما پس از مدتی، صرفه جویی در انرژی مصرفی بیشتر خواهد شد و هر چه موتور شما بیشتر کار کند، هزینه اولیه سریع تر بازگشت داده می‌شود.
هزینه نگهداری کمتر
به دلیل به کار بردن استانداردهای بالاتر در طراحی و ساخت یک موتور کم مصرف، از جمله مواد مورد استفاده و تکنیک های پیشرفته تر در ساخت این نوع موتورها، عمر طولانی تری نسبت به موتور معمولی دارد. در واقع، یک موتور کم مصرف ارتعاش کمتر و گرمای کمتری را تجربه می‌کند که منجر به عمر طولانی تر و هزینه تعمیر و نگهداری کمتر می‌شود.
اثر زیست محیطی بهتر
ممکن است ارتباط مستقیمی بین موتورهای کم مصرف و انتشار کمتر گاز CO2 وجود نداشته باشد، اما در اصل کارخانجات از مقدار زیادی انرژی تولید شده استفاده می‌کند و این انرژی تولید شده بیشتر از نیروگاه های فسیلی بدست می‌آید که در آنها گاز CO2 زیادی انتشار می‌یابد.
بنابراین، استفاده از موتورهای کم مصرف باعث کاهش انرژی مصرفی و در نتیجه کاهش انرژی تولیدی مورد نیاز و در ادامه کاهش انتشار CO2 می‌شود.
انواع مختلف تلفات در الکتروموتورها
تلفات اصلی در یک الکتروموتور در ادامه آورده شده است :
- تلفات آهنی استاتور
- تلفات اصطکاک
- تلفات سیم پیچی استاتور
- تلفات روتور
- تلفات بار اضافی
تلفات آهنی استاتور
تلفات آهنی استاتور به دلیل انرژی مورد نیاز برای مغناطیس کردن مواد هسته وجود دارد و شامل تلفات ناشی از ایجاد جریان های گردابی است که در هسته جریان دارد. و همچنین تلفاتی که در هسته رخ می‌دهد. تلفات آهن استاتور را می‌توان با استفاده از فولادهای الکترومغناطیسی بهتر و نازکتر و با افزایش طول هسته آهن و در نتیجه کاهش چگالی شار کاهش داد.
تلفات اصطکاک
تلفات اصطکاک به دلیل اصطکاک در یاتاقان‌ها و آب بندی موتورها و مقاومت هوا در فن های خنک کننده وجود دارد. تلفات اصطکاک را می‌توان با ابعاد و انتخاب صحیح یاتاقان‌ها و همچنین بهینه سازی طراحی فن و جریان هوا کاهش داد.
تلفات سیم پیچی استاتور
تلفات سیم پیچ استاتور به دلیل عبور جریان از طریق مقاومت سیم پیچ استاتور ایجاد می‌شود. تلفات سیم‌پیچ استاتور را می‌توان با بهینه‌سازی طراحی شیارهای استاتور کاهش داد، سیم‌پیچ‌ها به‌طور منظم و محکم در شیارها قرار گرفته‌اند. در مجموع هر چقدر مقدار مس مورد استفاده یا همان مقطع سیم کلاف بیشتر باشد، تلفات سیم پیچی کاهش خواهد یافت.
تلفات روتور
تلفات روتور ناشی از جریان‌های روتور و همچنین تلفات آهن ناشی از برهمکنش شار مغناطیسی با هسته روتور می‌شود.تلفات روتور را می‌توان با افزایش اندازه میله های روتور و حلقه های انتهایی کاهش داد تا مقاومت کمتری ایجاد شود.البته افزایش سطح مقطع میله روتور گشتاور راه اندازی را کاهش می‌دهد.
تلفات بار اضافی
تلفات بار اضافی به دلیل شار مغناطیسی نشتی ناشی از تغییرات در سیم پیچ ها، عیوب مکانیکی در فاصله هوایی، و بی نظمی در چگالی شار فاصله هوایی وجود دارد.
آنها را می توان با بهبود فاصله هوایی و به حداقل رساندن انحراف در فاصله هوایی کاهش داد. درواقع تلفات موتور الکتریکی اجتناب ناپذیر است، اما با استفاده از مواد با کیفیت تر و طراحی بهینه موتور، می‌توان بازده موتور را افزایش داد.
کلاس راندمانی الکتروموتور
کلاس های راندمانی موتور چیست؟
در اصل کلاس راندمانی، استانداردی است که برای نشان دادن کارایی موتور الکتریکی استفاده می‌شود.
استانداردهای زیادی وجود دارد که موتورها را بر اساس کارایی طبقه بندی می کند، مانند NEMA، CEMEP، CSA C390-10 و IEC.
استاندارد IEC 60034-30-1 چهار کلاس راندمانی را تعریف می‌کند:
- IE1: Standard Efficiencyبازدهی استاندارد
- IE2: High Efficiency بازدهی بالا
- IE3: Premium Efficiencyراندمان عالی
- IE4: Super-premium Efficiency راندمان فوق العاده عالی
در جدول زیر استانداردهای مختلف برای کلاس های راندمانی الکتروموتورها را بررسی می‌کنیم.
| CSA C390-10 | CEMEP | NEMA | IEC 60034-30-1 | کلاس راندمانی |
| Super premium | Super-premium | __ | Super-premium (خیلی عالی) |
IE1 |
| Premium | Premium | __ | Premium (عالی) |
IE2 |
| High | High | EFF1 | High (زیاد) |
IE3 |
| Standard | Standard | EFF2 | Standard (استاندارد) |
IE4 |
| __ | __ | EFF3 | Below Standard efficiency (پایین تر از راندمان استاندارد) |
NONE |
از آنجایی که IEC پرکاربردترین استاندارد است، ما در مورد طبقه بندی IEC بحث خواهیم کرد.
IEC 60034-30-1 بر روی الکتروموتور القایی سه فاز ولتاژ پایین تمرکز دارد.
مقادیر واقعی راندمان مورد نیاز برای برآورده کردن هر کلاس IE1، IE2، IE3 و IE4 به فرکانس کاری موتور، تعداد قطب ها و خروجی نامی آنها بستگی دارد. همانطور که در تصاویر زیر، که در ادامه آوردیم نشان داده شده است.
نحوه تعریف کلاس راندمانی
IEC 60034-30-1 جداولی را تعریف کرده است که موتورها را بسته به فرکانس کاری، تعداد قطب ها و خروجی نامی به کلاس های IE مختلف طبقه بندی می‌کند.
تصویر زیر را برای حداقل مقادیر بازده در فرکانس 50 هرتز تعریف شده در IEC/EN 60034-30-1:2014 بررسی کنید (بر اساس روش های آزمایش مشخص شده در IEC 60034-2-1:2014 )
همانطور که از جدول می‌بینید، طبقه بندی IE به قدرت موتور و همچنین تعداد قطب ها بستگی دارد. می‌بینید که بالا رفتن در کلاس های IE، راندمان را حدود 1% برای موتورهای پرقدرت تا 10% برای موتورهای کم توان افزایش می‌دهد.
ممکن است فکر کنید افزایش یک درصدی در راندمان آنچنان زیاد نیست، اما وقتی یک موتور 200 کیلووات همیشه کار می‌کند، صرفه جویی در انرژی قابل توجه خواهد بود.
تصویر بعدی را برای کلاس های IE3 و IE4 ببینید.
مزایای کلاس راندمان بالاتر
انرژی مصرفی بیش از 97 درصد از کل هزینه های عملیاتی الکتروموتور در طول عمر این وسیله را تشکیل می‌دهد. بنابراین وقتی موتور خود را از کلاس IE پایین تر به کلاس IE بالاتر ارتقا دهید، انرژی مصرفی موتور کاهش می‌یابد.
قطعاً هزینه موتورهای کلاس IE بالاتر گرانتر است، اما موتورهای با راندمان بالاتر طول عمر بیشتر و هزینه نگهداری کمتری دارند. بنابراین، در هزینه های نگهداری نیز صرفه جویی خواهید کرد.
سخن آخر
کلاس راندمانی الکتروموتور و آشنایی با آن قطعاً در کاهش مصرف انرژی و صرفه جویی بسیار اهمیت دارند و با استفاده از موتورهای با کیفیت تر و دارای راندمان بالا می‌توانیم از بروز انواع تلفات در الکتروموتورها جلوگیری کنیم.
به طور کلی موتورهای الکتریکی حجم بالایی در مصرف برق تولید شده جهانی دارند و بدین صورت باعث کاهش بسیاری از هزینه ها و حتی هزینه های نگهداری و افزایش طول عمر تجهیزاتمان می‌شویم.
شما می‌توانید در صورت نیاز به راهنمایی بیشتر با ما در مجموعه شیبا صنعت تماس داشته باشید و همینطور برای کسب از اطلاعات بیشتر به دیگر نوشته های ما در مجله شیبا صنعت مراجعه کنید.
با ذکر منبع : ekeindia
