کشور ایران یکی از کشورهای جهان در استفادۀ نابجا از منابع آب شناخته شده و از این حیث از کشورهای کم آب آفریقایی نیز جلوتر است! با توجه به محدود بودن منابع آب های زیر زمینی و آثار مخرب زیاده روی در مصرف این منابع، از جمله حرکت آب های شور به سمت آب شیرین و به طور کلی در خطر افتادن محیط زیست، طرح کلی نظارت و کنترل بر مصارف چاه های آب در این مقاله بررسی می شود و اهمیت کاربرد اینورتر در مصارف مختلف از جمله کشاورزی مورد توجه قرار می گیرد.
مشترکین کشاورزی بزرگترین رقم انرژی را صرف موتورهای الکتریکی به منظور پمپاژ آب می نمایند. به طور متوسط حدود ۶۱/۱ % از کل انرژی الکتریکی در بخش کشاورزی صرف موتورهای الکتریکی می شود.
آمار انرژی مصرفی در بخش موتورهای کشاورزی و همچنین نظارت و کنترل بر آب خروجی از چاه های آب، لزوم استفاده از درایورهای صنعتی را مشخص می کند.
طرح استفاده از کنتورهای آب که قبلاً به منظور کنترل و نظارت بر مصارف چاه های آب به علت خرابی و از کارافتادگی کنتور از دور خارج گردید و همچنین طرح جاری که کنترل مصرف آب را از طریق میزان برق مصرفی و با استفاده از کنتورهای هوشمند اجرا می نماید، جواب گوی نظارت و کنترل کامل چاه های آب نخواهد بود.
همچنین در کنتورهای هوشمند کنونی به دلیل خطای احتمالی از جانب کشاورز، وی با قطعی برق در خصوص مصرف کیلووات ساعت مجاز، در دورۀ کوتاه مدت روبه رو می گردد و کشاورز در این حالت در دورهای فصلی مختلف با نبود آب و نهایتاً از دست رفتن محصول مواجه خواهد شد و نیز نمی توان میزان دقیق مصرف آب را دردوره های فصلی مختلف کنترل و نظارت نمود و یا از سوء استفاده های احتمالی نظیر تعویض موتور چاه و یا تغییر سایز لوله ها جلوگیری به عمل آورد.
روش های کنترل فرآیند
الف: روش سنتی
خروجی اینگونه سیستم ها با محدود کردن مسیر جریان هوا یا سیال به طور مکانیکی توسط شیرهای فشار شکن یا پره های تعدیل فشار کنترل می شود. اگر چه محدود کردن مسیر جریان آب یا هوا باعث کاهش بار روی موتور و به دنبال آن کاهش توان مورد نیاز در حین کار می شود، اما محدود کردن مسیر جریان خیلی کارآمد نمی باشد.
راه اندازی یک سیستم با این روش مانند راندن اتومبیلی است که پدال گاز آن کامل گرفته شده در حالی که سرعت با ترمز کنترل شود.
ب: کنترل فلو از طریق شیر مکانیکی یا برقی (Valve Control)
در گذشته موتورهای AC با سرعت ثابت، پمپ ها را راه اندازی می کردند. کنترل فلو از طریق باز و بسته کردن یک شیر انجام می گردید.
- بستن شیر=کاهش فلو = افزایش فشار و اصطکاک سیستم
- بازکردن شیر = افزایش فلو = کاهش فشار و اصطکاک سیستم
ج: روش کنترل دور
اما در این روش یک کنترل دور، کنترل دقیق دور موتور را انجام می دهد. از انجا که از کاربرد اینورتر می توان به استفاده در پمپ و فن اشاره کرد، در کاربردهایی در این شرایط با استفاده از روش VSD توان مصرفی به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.
کنترل دور موتور
یک کنترل دور یا VSD که مخفف Variable Speed Drive است، وسیلۀ الکترونیکی است که سرعت چرخش موتور را با تغییر فرکانس تغییر می دهد. شکل زیر یک نمونه درایور صنعتی، بلوک های تشکیل دهنده درایو و شماتیک مداری نحوه اتصال درایو به موتور را نشان می دهد.
بار با گشتاور متغیر
یکی از کاربردهای درایو در بارهای گشتاور متغیر، استفاده از آن در کنترل پمپ های آب است. یکی از مزایای کنترل دورهای گشتاور متغیر مخصوص پمپاژ آب، نظارت بر زمان و میزان آب خروجی از چاه است و بنا به خواستۀ کاربر در هر زمان قابل تنظیم خواهد بود و همچنین میزان برق مصرفی موتورهای پمپاژ آب را به مقدار یک سوم جریان راه اندازی به روش مستقیم کاهش می دهد.
در یک بار گشتاور متغیر، گشتاور مورد نیاز بار مطابق با مربع سرعت تغییر می کند.
(سرعت گردش: ωS ، گشتاور : T ، توان موتور: P)
P=T.ωS
به عنوان مثال در ۵۰% سرعت نامی جهت عملکرد درایو تنها ۱۲/۵ % توان مورد نیاز است و در نتیجه توان کمتر یعنی هزینه کمتر در راه اندازی و عملکرد موتور.
اگر کل ساعت های کارکرد موتور را با احتساب این مقدار از مصرف در نظر بگیریم صرفه جوئی قابل توجهی خواهیم داشت.
اینورتر چه عملی انجام می دهد؟
-
- شتاب دادن به بار
- راه اندازی و قرار گرفتن در یک سرعت تنظیم شده
- تغییر سرعت در حین راه اندازی
- توقف بار
مزایای استفاده از اینورتر
جریان راه اندازی پایین تر در مقایسه با روش های دیگر که باعث افزایش طول عمر موتور می شود. کاربرد اینورتر به عنوان راه انداز موتور مزایای بسیاری دارد که در ادامه بیان می کنیم.
- صرفه جویی در انرژی وکاهش هزینه برق مصرفی
- بالا بردن کارایی موتورهای AC
- رنج گسترده ای از سرعت های مختلف و ایجاد گشتاور مورد نیاز
- کاهش جریان های پیک موتور در هنگام راه اندازی
- حفاظت از قسمت های مکانیکی سیستم و جلوگیری از تنش های ایجاد شده بر روی تجهیزات مکانیکی
- جلوگیری از استهلاک ادوات مکانیکی از طریق کاهش جریان راه اندازی موتور
- جبران سازی برخی خطا های شبکه
- ایجاد گشتاور بالا در لحظه راه اندازی تا ۲۰۰% گشتاور نامی
- جلوگیری از شوک های الکتریکی روی شبکه برق از طریق کاهش جریان راه اندازی موتور
- افزایش طول عمر تجهیزات با تنظیم سرعت موتور با شرایط بار در حین کار
- جایگزینی سیستم جدید راه اندازی موتور با تابلوهای قدیمی برق
- اشغال کمتری از فضای تابلو و کاهش زمان مونتاژ تابلو و عیب یابی سریع به علت هوشمندی بالای سیستم
- با کاهش دور موتور برای کاربردهایی که به دور کمتری از دور نامی موتور نیاز دارند، علاوه بر کاهش هزینه های نگهداری و تعمیر ادوات، توان مصرفی نیز به صورت تصاعدی کاهش می یابد.
- باتوجه به سیستم گشتاور متغیر درایو (در مصارف پمپاژ آب) در صورت کاهش میزان آب ذخیره شده در چاه، گشتاور موتور تغییر خواهد کرد و به همان نسبت میزان برق مصرفی کاهش خواهد یافت.
- حفاظت موتور و عیب یابی آن
- توقف موتور بصورت کاملاً نرم و با شیب خطی
روش های راه اندازی موتور
برای راه اندازی موتور روش های مختلفی وجود دارد که باعث می شود جریان راه اندازی موتور کاهش یابد. این روش ها عبارت اند از:
الف) روش مستقیم: جریان استارت تا ۸ برابر جریان نامی
ب) روش ستاره مثلث: شوک ستاره به مثلث ۵ تا ۶ برابر جریان نامی
ج) با سافت استارتر: جریان استارت ۲ تا ۳ برابر جریان نامی
د) با استفاده از اینورتر: جریان استارت حداکثر به ۱/۱ جریان نامی کاهش می یابد. مقایسه سه روش راه اندازی موتور در شکل زیر آورده شده است.
مزایای استفاده از اینورتر در پمپ ها
کاربرد اینورتر در پمپ و فن یکی از مهمترین کاربردهای این دستگاه است. از مزایای استفاده از اینورتر در پمپ ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- شتاب تدریجی و خطی را تا پایان دور نامی حفظ می کند، حتی اگر گشتاور راه اندازی اولیه بالایی داشته باشد.
- طول عمر تسمه ها و مکانیک ماشین را بهبود می بخشد.
- ضربه قوچ و شوک های ناگهانی را از بین می برد.
- توقف موتور نیز کاملا نرم و با شیب خطی عمل می کند.
- تعدیل فشار، دبی و سطح بصورت کنترل شده
- راه اندازی موتورهای سه فاز با برق تکفاز
- مجهز به سیستم PID Control
- کنترل دور موتور توسط ولوم وکلیدهای دیجیتالی خارجی
- دارای چندین ورودی / خروجی آنالوگ
- کارت قابل گسترش ورودی/ خروجی آنالوگ و دیجیتال، کارتهای ارتباطی، کارت قابل برنامه ریزی(Mini PLC)، کارت Multi Pomp (این کارت تا ۵ پمپ را راه اندازی و کنترل می کند و دارای ساعت داخلی و قابلیت ثبت زمان های مختلف را دارد.)
- فیلتر داخلی EMC
- دارای حالت Sleep و Wake Up برای زمانی که بازدهی پمپ کم شده و موتور خاموش شده است. در این حالت مصرف برق سیستم را به شدت کاهش می دهد.
- کنترل بدون نیاز به سنسور: این سیستم به سازندگان پمپ این امکان را می دهد که بدون کاربرد هر گونه سنسور، دبی و فشار پمپ را کنترل نمایند. همچنین با کاربرد این سیستم در هزینه های نصب، راه اندازی، تعمیر و نگهداری سیستم صرفه جویی نموده و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش خواهد داد.
- تشخیص کاهش فشار در لوله های آب
- مجهز به Password جهت عدم دسترسی افراد غیر متخصص به پارامترها و تنظیمات دستگاه
راهکارهای صرفه جویی انرژی الکتریکی در موتورهای برق
۱) تعمیر و نگهداری پیشگیرانۀ موتورهای برق
۲) عدم راه اندازی موتور برق در کم باری یا بی باری
(چون گردش بی بار موتور برق، انرژی را تلف می کند و باعث کاهش ضریب توان می شود، کارکرد الکتروموتورها در بار کامل، بازده یا راندمان و ضریب توان را بهبود خواهد بخشید.)
۳) استفاده ازالکتروموتورهای پر بازده با اندازۀ مناسب
(حجم موتور را گشتاور تعیین می کند، بنابراین ماشین های با گشتاور مساوی ابعادشان تقریباً با هم برابر است.)
ماشین های با قدرت یا توان برابر در سرعت های مختلف،گشتاورها و ابعاد مختلفی دارند. الکترو موتورهای پر سرعت، ابعاد کوچکی دارند و از الکتروموتورهای با توان یا قدرت مساوی و کم سرعت سبکترند.
۴) نصب خازن برای الکتروموتورهای بزرگ برای اصلاح ضریب توان
توجه: (در صورت استفاده از درایور نمی توان از خازن استفاده نمود)
۵) نظارت هوشمند یک سیستم مرکزی مانند کارتهایMini PLC برخی از شرایط مطلوب بالا را امکان پذیر می نماید.
انواع حفاظت موتور
روش های حفاظت موتور به طور کلی، تجهیزات الکتریکی را در برابر کلیه حالت های ناخواسته که ممکن است باعث صدمه دیدن و یا خرابی دستگاه شود، حفاظت می کنند. منظور از حفاظت، اتخاذ تدابیر و استفاده از وسایلی است که بلافاصله پس از وقوع حالات ناخواسته و غیرعادی، وارد عمل شده و دستگاه مورد نظر را از مدار خارج می کنند. کاربرد اینورتر در حفاظت موتور به عنوان وسیله ای است که جریان راه اندازی را کاهش می دهد و از موتور به این طریق محافظت می کند. انواع حفاظت موتور را در ادامه معرفی می کنیم:
- ایزولاسیون الکتریکی بین مدار قدرت وکنترل در ورودی، خروجی و تغذیه
- اتصال کوتاه بین فازهای خروجی (بین فازهای خروجی، بین فازهای خروجی و زمین)
- اضافه یا کاهش ولتاژ
- اضافه جریان
- جابجایی و قطع فازها
- حفاظت در برابرتک فاز شدن
- اضافه بار رله بای پس
- اضافه بار
- توالی فاز
- حرارت داخلی موتور
- زمان استارت طولانی
- بی باری
- تأخیر استارت مجدد
- هشدار قبل از قطع و حساسیت قابل تنظیم در برابر عدم بالانس فازها
- اضافه بار لحظه ای
یکی از ابزار های حفاظت از موتور استفاده از رله کنترل فاز است. رله کنترل فاز از موتور در برابر قطع فاز، عدم تقارن و توالی فاز، افت و افزایش ولتاژ از موتور محافظت می کند.
