شرکت تولیدی اطمینان بخش

(دانش بنیان)

راهنمای کاربرد محصولات

(درایوهای ماژولارقدرت MV  و  LV)

 ETMINAN BAKHSH DRIVE

EBD

پیشگفتار:

امروزه تقاضا برای یافتن راه حل جهت کاهش مصرف انرژی و کاهش تولید گازهای گلخانه­ای از جمله دی اکسید کربن در تمامی نقاط دنیا با روند افزایشی قابل توجهی روبرو شده است. باور ما بر این است که بهترین شیوه جهت مقابله با این چالش پیدا کردن راه حل کاربردی و تاثیر­گذار برای بالا بردن استفاده بهینه در مصرف انرژی می­باشد.

شرکت مهندسی اطمینان بخش با بیش از یک ربع قرن تجربه گرانسنگ، برای اولین بار با افتخار محرکه دور متغیر الکترونیکی (درایو) اطمینان بخش (EBD) را به عنوان بهترین راه حل جهت مقابله با این چالش در تمامی صنایع معرفی می­ نماید.

با استفاده از EBD می­توانیم به صورت هوشمندانه توان و قدرت موتورهای الکتریکی را کنترل کنیم، که این عمل نه تنها بهینه­سازی را در مصرف انرژی افزایش می­دهد بلکه به نوبه خود تاثیر قابل توجهی از جنبه مالی، اجرایی و زیست محیطی به وجود می­ آورد.

امروزه نیاز به دسترسی به انرژی الکتریکی از هر شکل انرژی دیگر بیشتر می­باشد. از طرفی عمده این انرژی در اکثر کشورها از جمله ایران از طریق سوختهای فسیلی به دست می­آید. با استفاده از EBD می­توانیم بهینه سازی در مصرف انرژی الکتریکی را افزایش دهیم، که این موضوع به نوبه خود منجر به کاهش تولید انرژی از سوخت های فسیلی می­شود.

حوزه فعالیت شرکت مهندسی اطمینان بخش:

  با پیشرفت فناوری ساخت ادوات نیمه هادی قدرت  همچون IGBTها، درایوهای نوین توان بالا با ولتاژ متوسط به طور وسیعی در صنایعی همچون نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع فولاد، صنایع سیمان، آب و فاضلاب و غیره مورد استفاده قرار گرفته و باعث بهبود کیفیت توان و افزایش سطح تولید شده اند. همگام با پیشرفت جهانی فناوری الکترونیک قدرت، شرکت مهندسی اطمینان بخش نیز با هدف افزایش علم و ثروت، توسعه اقتصادی بر پایه دانش و تحقق اهداف علمی و اقتصادی کشور در راستای تجاری سازی نتایج تحقیق و توسعه خود (شامل طراحی و تولید کالا و خدمات)، در حوزه فناوری الکترونیک قدرت و انرژیهای تجدیدپذیر فعالیت می­کند. شایان ذکر است که این شرکت با ایده محوری طراحی، تولید و ارائه خدمات درایوهای ولتاژ متوسط MV یک دانش بنیان گردیده است. شرکت مهندسی اطمینان بخش به عنوان اولین طراح و سازنده درایوهای MV در کشور، سالانه تعداد 500 عدد درایو MV تولید و در صنایع مختلف نصب و به بهره­برداری برساند.

  الکترونیک قدرت دانش و فناوری کنترل انتقال انرژی الکتریکی از منبع انرژی به مصرف کننده با در نظر گرفتن مقدار و کیفیت مورد نیاز است. ادوات نیمه هادی قدرت به خاطر قابلیت بالای کلید زنی، اتلاف توان پایین، آسانی مدار کنترل گیت و عدم نیاز به مدار اسنابر، به سرعت در زمینه‌های اصلی الکترونیک قدرت به کار گرفته شده­اند. درایوهای ولتاژ متوسط، محدوده توان نامی 0.4-40 MW را در سطوح ولتاژی 2.3-13.8 KV نوع پوشش می­دهد. با این حال همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده اکثر درایوهای ولتاژ متوسط نصب شده در صنعت، در محدوده توان نامی 1-4 MW و ولتاژ نامی 3.3-6.6 KV قرار دارد. در حال حاضر شرکت مهندسی اطمینان بخش نیز تمرکز تولید خود را در این طیف توانی و ولتاژی، بر روی توانهای تا 5.5MW و ولتاژ تا  11KVقرار داده است. در فصلهای بعدی به تفصیل به مزایای استفاده از درایوهای EBD در صنایع مختلف می­پردازیم.

شکل1- محدوده توان و ولتاژ نامی درایوهای ولتاژ متوسط

کاربرد درایوها در صنعت:

 

  هنگامیکه یک الکتروموتور و یک درایو EBD برای یک کاربری در حال کار می­باشد، این نکته مهمی است که مقادیر توان نامی، گشتاور و مشخصات سرعت بار به چه صورتی می­باشد. شکل زیر مشخصات معمول برای بارهای متغیر و نمودار گشتاور-سرعت آن نشان داده شده است. بدیهی است که محل تلاقی این نمودار با منحنی گشتاور-سرعت موتور، نقطه کاری مشخص می­شود.

شکل2- مشخصه گشتاور-سرعت بارهای مختلف

بارها را می­توان به سه گروه تقسیم نمود:

گشتاور ثابت: در این نوع بارها، در سراسر محدوده سرعت، گشتاور مقدار ثابتی دارد. تجهیزاتی مثل بالابر، تسمه نقاله، نورد دوار، دستگاه رنده و … از این دست هستند.

شکل3- نمونه هایی از بارهای گشتاور ثابت

گشتاور متغیر: گشتاور به همراه افزایش سرعت افزایش می­یابد. پمپها، فنها و سانتریفیوژها از این دسته می­باشند.

شکل 4- نمونه هایی از بارهای گشتاور متغیر

توان ثابت: گشتاور بار به هنگام افزایش سرعت، کاهش می­یابد. ماشین تراش، ماشین کاتر دوار از این دسته می­باشند.

شکل5- نمونه هایی از بارهای توان ثابت

با توجه به کاربردهای مختلف موتورهای الکتریکی در صنایع مختلف، می­توان نتیجه گرفت که از درایوها تنها برای تنظیم سرعت الکتروموتورها استفاده نمی­شود بلکه با توجه به محل کاربری آن می­تواند کاربردهای مختلفی می­تواند داشته باشد؛ از جمله آن:

  • تنظیم سرعت: برای نمونه جهت استفاده در تسمه نقاله­ها به منظور تنظیم سرعت خط تولید.
  • راه اندازی و توقف نرم: مانند آسانسورها و جرثقیلها.
  • تنظیم یک کمیت: مانند پمپ آب، کمپرسور باد که با آن فشار تنظیم می­گردد.
  • تنظیم گشتاور و کشش: مانند وسایل حمل و نقل برقی و کابلسازی
  • بازیابی انرژی الکتریکی: تمام بارهایی که در آنها الکتروموتور به حالت ژنراتوری می­رود؛ مانند تله کابین، پله برقی، تسمه نقاله با شیب منفی و سایر موارد.
  • صرفه جویی انرژی که یکی از عمده موارد استفاده از درایوها می­باشد.

الزامات فنی و چالش ها:

 

الزامات فنی و چالشهای درایوهای MV با درایوهای ولتاژ پایین LV (کمتر از 600V) متفاوت بوده و اکثر این الزامات مورد توجه در درایوهای MV، از دید درایوهای LV اهمیتی ندارد. الزامات و چالشهای درایوهای ولتاژ متوسط را می­توان به چهار گروه الزامات مربوط به کیفیت توان مبدل­های سمت منبع تغذیه، چالشهای مرتبط با طراحی مبدلهای سمت موتور، محدودیتهای وسایل کلیدزنی و الزامات سیستم درایو تقسیم­ بندی نمود. بلوک دیاگرام درایوهای MV در شکل زیر آمده است.

شکل7- بلوک دیاگرام درایوهای MV

شکل8- درایو MV تولید شده در شرکت مهندسی اطمینان بخش

  1. الزامات سمت منبع تغذیه
  • اعوجاج جریان ورودی: مولفه های هارمونیکی جریان و ولتاژ وروی ممکن است باعث ایجاد مشکلات از قبیل فرمان نادرست پروسه­های صنعتی کنترل شده با کامپیوتر (تداخل الکترومغناطیسی)، گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورهای بالادست، خرابی تجهیزات شود. لذا برای جلوگیری از این مشکل دامنه هارمونیک ها می­بایست مطابق با استاندارد IEEE 519- 1992 در محدوده مجاز قرار گیرد.
  • ضریب توان ورودی: ضریب توان pf بالا نیاز عمومی تمام تجهیزات برقی است. بسیاری از تولیدکنندگان برق از مشتریان می­خواهند تا ضریب توانی حدود 0.9 یا بالاتر از آن داشته باشند تا با جریمه مواجه نشوند. این شرط به طور اخص و به دلیل توان نامی بالا درایوهای MV، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
  • جلوگیری از تشدید LC: خازنهای سمت منبع تغذیه در درایوهای MV علاوه بر کاهش اغتشاش هارمونیکی کل THD جریان و بهبود ضریب توان، می­توانند به واسطه وجود اندوکتانس سیستم باعث ایجاد مدارات تشدید LC گردند. لذا موضوع تشدید LC بایستی در طراحی سیستم درایو مد نظر قرار گیرد.

2. الزامات سمت موتور:

  • نرخ تغییرات ولتاژ (dv/dt) و انعکاس پالس ولتاژ: فرکانس کلیدزنی بالا در کلیدهای نیمه هادی قدرت به دلیل تولید dv/dt بالا در ترمینال موتور، ممکن است باعث ایجاد تخلیه جزئی و در نتیجه خرابی زودرس عایق سیم­پیچ استاتور شود. این موضوع باعث القای ولتاژ به شفت روتور از طریق خازنهای نشتی بین استاتور و روتور می­گردد. ولتاژ شفت باعث جاری شدن جریانی به سوی یاتاقانهای شفت شده واین امر منجر به خراب شدن یاتاقانها می­گردد. از طرف دیگر dv/dt بالا باعث انتشار امواج الکترومغناطیسی در کابلهای ارتباطی بین موتور و اینورتر شده که نتیجه آن اثر نامطلوب بر عملکرد تجهیزات حساس الکترونیکی مجاور است.
  • تنش ولتاژ در مد مشترک: معمولا عملکرد کلیدزنی یکسوساز و اینورتر تولید ولتاژ مد مشترک می­کند. ولتاژ های مد مشترک اساسا ولتاژهای توالی صفری هستند که بر روی نویز کلیدزنی سوار می­شوند. اگر این ولتاژها حذف نشود، خود را در نقطه صفر سیم­پیچی استاتور نسبت به زمین موتور نشان می­دهند. در درایوهای ولتاژ متوسط به هیچ وجه نباید موتور در معرض ولتاژهای مد مشترک قرار گیرند. در غیر اینصورت موتور در کوتاه مدت معیوب خواهد شد و بدیهی است که رفع عیب و کاهش تولید کارخانه بسیار پر هزینه خواهد بود.
  • کاهش کارآمدی موتور: اینورترهای توان بالا ممکن است هارمونیکهای جریان و ولتاژ زیادی تولید کنند. این هارمونیکها سبب اتلاف توان اضافی در سیم­پیچهای موتور و در هسته مغناطیسی می­شوند. در نتیجه موتور در توانی پایین­تر از ظرفیت کامل خود کار می­کند.
  • تشدید LC: در درایوهای ولتاژ MV در سند موتور دارای فیلتر خازنی هستند، خازن می‌تواند با اندوکتانس­های موتور تشکیل مدار تشدید دهد. این مدار تشدید ممکن است با ولتاژ ها و جریان هارمونیکی که توسط اینورتر تولید می­شوند، تحریک گردد. مقاومت سیم پیچهای موتور باعث میرایی می‌شوند ولی در مرحله طراحی باید به این مسئله توجه کافی نمود.
  • لرزش پیچشی: درایوهای ولتاژ متوسط ممکن است لرزشهای پیچشی به دلیل اینرسی بزرگ موتور و بار مکانیکی آن ایجاد گردند. سیستم درایو ممکن است تنها شامل یک سیستم ساده با دو اینرسی بوده و یا در حالت پیچیده­تر مانند نورد فولاد شامل بیش از 20 نوع اینرسی مختلف باشد. لرزشهای پیچشی ممکن است باتلاقی فرکانس طبیعی سیستم مکانیکی با نوسانات گشتاور ناشی از جریانهای هارمونیکی موتور تحریک شوند.لرزش های پیچشی بیش از حد می‌توانند باعث شکستگی محور و اتصالات آن و همچنین صدمات دیگری را به اجزای مکانیکی سیستم وارد سازند.

3. محدودیتهای ادوات کلید زنی

  • فرکانس کلیدزنی نیمه هادی: تلفات کلیدزنی نیمه هادیها بخش قابل توجهی از تلفات کل درایو MV را شامل می­شود. همچنین کاهش تعداد ادوات خنک­کننده مورد نیاز برای وسایل کلیدزنی، حجم و قیمت درایو را کاهش می­دهد. دلیل دیگر برای محدود ساختن فرکانس کلیدزنی مقاومت حرارتی نیمه هادیها است که ممکن است از انتقال مفید گرما به هیتسینک جلوگیری نماید. کاهش فرکانس کلیدزنی معمولا باعث افزایش اغتشاشات هارمونیکی شکل موجهای سمت موتور و درایو می­گردد. لذا باید تلاش شود تا علاوه بر محدود نمودن فرکانسهای کلیدزنی، اغتشاشات هارمونیکی ایجاد شده را نیز به حداقل ممکن رساند.

شکل9- ماژول درایو EBD

  • اتصال سری: معمولا وسایل کلیدزنی مورد استفاده در درایوهای ولتاژ متوسط به طور سری به هم متصل می­شوند. عدم تشابه مشخصه­های استاتیکی و دینامیکی مدارهای گیت این وسایل در ترکیب سری، باعث عدم تساوی ولتاژ بر روی کلیدها در مدت زمان کلیدزنی می­شود. به همین منظور بایستی طرح متعادل کننده ولتاژ قابل قبولی در نظر گرفته شود تا وسایل  کلیدزنی محافظت و قابلیت اطمینان سیستم افزایش یابد.

4. الزامات سیستم درایو

راندمان بالا، هزینه ساخت پایین، حجم کم، قابلیت اطمینان بالا، حفاظت موثر در مقابل خطا، نصب آسان، حداقل زمان مورد نیاز برای تعمیرات و خودکار بودن از جمله الزامات عمومی محسوب می‌شود. در کاربردهای خاص الزامات همچون راندمان دینامیک بالا، قابلیت ترمز به صورت ژنراتوری و قابلیت کار در چهار محدوده کاری نمودار ولتاژ-جریان نیز در نظر گرفته می شود.

کاربرد محصولات در صنایع مختلف:

 

درایو­های ولتاژ متوسط توان بالا کاربرد گسترده­ای در صنعت پیدا کرده­اند. این درایوها برای پمپهای خط لوله در صنایع پتروشیمی، فنهای صنعت سیمان، پمپهای واحد پمپاژ آب، کاربرد­های حمل و نقل در صنعت ترابری، واحدهای نورد در صنایع فولاد و سایر کاربردها استفاده شده­اند. از آغاز قرن ۲۱ تا کنون، چندین هزار درایو ولتاژ متوسط در سراسر جهان به کار گرفته شده است تحقیقات نشان می­دهد که حدود ۸۵ درصد این درایوها در پمپها، فنها، کمپرسورها، نقاله­ها و وسایل حمل و نقل نصب شده­اند.

از نگاه مدیران شرکت، صنایع اشاره شده در بالا نیازمند بهبود کارایی و افزایش بهره­وری از طریق نصب درایوهای ولتاژ متوسط هستند. گزارشها حاکی از آن است که در حال حاضر %۹۷ موتورهای الکتریکی ولتاژ متوسط نصب شده، در سرعت ثابت کار می­کنند و فقط ۳ درصد از آنها توسط درایوهای سرعت متغیر کنترل می شوند. این فنها و پمپها توسط موتورهای سرعت ثابت درایو می­شوند؛ در حالی که کنترل دبی هوا یا مایع معمولا از طریق روشهای معمول مکانیکی صورت می­پذیرد که همگی باعث اتلاف انرژی بسیار زیادی می­شوند. از این روشهای مکانیکی می­توان به دریچه­های بخار یا فشار، دمپرهای ورودی و شیرهای کنترل دبی اشاره نمود.

  نصب درایوهای ولتاژ متوسط می­تواند باعث صرفه جویی در هزینه انرژی گردد. گزارشها نشان می­دهد که نصب درایو ولتاژ متوسط با سرعت متغیر، باعث بازگشت سرمایه در مدت زمانی بین یک تا دو سال و نیم می­گردد. همچنین در بعضی صنایع مانند صنعت سیمان، استفاده از این محصول میزان تولید را نیز افزایش داده است. گرد و خاک جمع شده بر روی پره فنهایی که با سرعت ثابت کار می­کنند بایستی به طور منظم تمیز شوند؛ این بدان معناست که می­بایست خط تولید کارخانه در فواصل زمانی کوتاه چند­ماهه خاموش شود و نظافت صورت گیرد. اما زمانی که از درایوهای سرعت متغیر برای کنترل این فنها استفاده می­شود، کافیست که این پره­ها فقط در زمان تعطیلی کامل کارخانه، یعنی سالی یکبار تمیز شوند. افزایش سطح تولید به همراه صرفه جویی در هزینه انرژی باعث شده تا زمان بازگشت سرمایه در این حالت به شش ماه تقلیل یابد. در جدول شکل زیر به طور خلاصه­ به کاربرد درایوها در صنایع مختلف اشاره شده است. در ادامه به تفصیل به هر یک از صنایع خواهیم پرداخت.

صنایع سیمان:

   ایران در سال ۲۰۱۸ با تولید ۵۳ میلیون تن سیمان در رتبه دهم تولید کننده سیمان در جهان قرار گرفت. چین، هند و آمریکا به ترتیب جایگاه اول تا سوم را دارند. بانک جهانی، ایران را چهارمین کشور جهان از نظر ظرفیت تولید سیمان معرفی کرده است. ایران با دارا بودن 79 مجتمع تولید سیمان در کشور، یکی از بزرگترین صادرکندگان سیمان در جهان و منطقه است. صنعت سیمان کشور با حدود ۸۰ سال سابقه حدود ۲ درصد از تولید ناخالص داخلی را تشکیل می‌دهد و توانایی تولید بیست و هفت نوع سیمان را مطابق با استانداردهای ملی دارد. بر اساس چشم­انداز ترسیم شده برای صنعت سیمان، در افق ۱۴۰۴ تولید ۱۲۰ میلیون تن سیمان و دستیابی به رتبه سوم جهانی در تولید و نیز صادرات ۳۰ میلیون تن مورد انتظار است. به همین منظور دست­یابی به ارتقای بهره­وری، افزایش توان رقابت­پذیری، بهینه­سازی مصرف انرژی، تکمیل زنجیره ارزش و توسعه صنایع پایین دستی، ارتقای سطح کیفیت و استاندارد محصولات در سطح جهانی، دستیابی به شاخصهای استانداردهای زیست محیطی به عنوان اهداف کلی در این برنامه پیش­بینی شده است.

مزایای صنعت سیمان کشور: توانایی صادرات، ارزآوری، کاربرد متنوع و ظرفیت بالای تولید،  مواد اولیه فراوان و دانش فنی بومی

 نقاط ضعف صنعت سیمان کشور: مصرف انرژی بالا و بهره­وری کم، آلایندگی

 نقاط ضعف این صنعت به طور مستقیم در بهره­وری و سوددهی آن تاثیر می­گذارد. شرکت مهندسی اطمینان بخش خود را ملزم می‌داند که در راستای دستیابی به در افزایش بهره­وری انرژی و کاهش آلایندگی در این صنعت (اهداف تعیین شده برنامه ششم توسعه و افق ۱۴۰۴ ) همراه و همگام با خانواده صنعت سیمان باشد.

کاربرد درایوها در صنعت سیمان:

 

  • انرژی مصرف شده به ازای هر تن سیمان را کاهش داد.
  • زمان خاموشی دستگاه را کاهش و متعاقبا قابلیت اطمینان آن را افزایش داد.
  • هزینه تعمیر و نگهداری را کاهش داد.

  تولید سیمان بسیار انرژی­بر است و عمده انرژی آن در موتورهای الکتریکی فعال در خط تولید مصرف می­شود. آمارها نشان می­دهد که به ازای هر یک یورو که هزینه خرید یک موتور الکتریکی می­شود، صد یورو هزینه انرژی الکتریکی مصرف شده در آن موتور در طول دوره بهره­برداری آن موتور در کل طول عمرش می­شود. لذا بهره­برداری از این موتورهای با بالاترین بازده در اولویت اول قرار می­گیرد. تولیدکنندگان سیمان می­بایست برای افزایش کیفیت محصول و کاهش قیمت تمام شده می­بایست از بهینه­ترین تکنولوژیها استفاده کنند تا آینده خود را در بازار رقابتی این صنعت تضمین کنند. برای سودآوری بیشتر در این صنعت می­بایست:

 

  شکل زیر فرایند تولید سیمان را نشان می­دهد. در صنایع سیمان، برای خردایش کانی­ها، اختلاط مواد، اختلاط، آسیاب مواد، پیش­گرمایش، پخت، آسیاب سیمان، حمل و نقل مواد، انبارکردن، بسته­بندی و بارگیری به طور گسترده‌ای از موتورهای الکتریکی استفاده می­شود. این موتورها به عنوان محرکه دستگاههای زیر کار می­کنند:

شکل-فرایند تولید سیمان در یک مجتمع سیمان

 

  1. سنگ شکن
  2. آسیاب
  3. فنهای ID و FD
  4. فنهای Baghouse
  5. فنهای برج پیش گرمایش
  6. فن گاز کوره
  7. فن اگزور کولر کلینکر
  8. فنهای Separator
  9. نقاله ها
  • کوره های دوار

سنگ­شکن و آسیاب:

از مجموع انرژی الکتریکی مصرف شده در یک مجتمع تولید سیمان، 57% آن تا مرحله تولید کلینکر مصرف می­شود و 43% دیگر برای تولید نهایی سیمان مورد استفاده قرار می­گیرد. مرحله خردایش یکی از مراحل مه فرایند تولید سیمان است. در مرحله خردایش کانی­ها از سنگ شکنها استفاده می­شود. این دستگاهها عمده انرژی الکتریکی کارخانه را مصرف می­کنند. موتور الکتریکی محرکه این سنگ شکنها معمولاً از برندهای ABB و Siemens و غیره می­باشند. کنترل دقیق و بهینه این این موتورها موجب کنترل سرعت کاری خط تولید می­شود. سنگ­شکن می­بایستی در سرعتی متناسب با سرعت دستگاهها بالادستی و پایین دستی در خط تولید کار کند. با استفاده از درایوهای MV می­توان سرکت کاری سنگ­شکن را دقیقا بر روی مقدار مورد نیاز تنظیم کرد؛ طوری که از قدرت سنگ­شکنها باید به اندازه مورد نیاز استفاده شود. لذا یکی از مزایای استفاده از درایو کنترل­پذیر کردن خط تولید و کاهش مصرف انرژی برق در سنگ­شکنها است.

 

سنگ­شکن گردان به کار رفته در صنایع سیمان

  فرایند سنگ­شکنی به مقدار قابل توجهی سبب استهلاک مجموعه دستگاه سنگ­شکن می­شود. استارت سنگ­شکن نیز تنش زیادی خود سنگ­شکن و گیربکس آن وارد می­کند و طول عمر آن را کاهش می­دهد. درایو سبب می­شود تا سرعت سنگ­شکن به دقت با سرعت ورود مواد خام به داخل آن تنظیم شود و از این طریق استهلاک سنگ­شکن به حداقل برسد. بناراین درایوهای MV سبب کاهش استهلاک سنگ­شکن و افزایش قابلیت اطمینان خط تولید می­شود.

  از طرفی ضربه­های گشتاور و پیک گشتاور که در زمان راه­اندازی سنگ­شکن بوجود می­آید تنش زیادی به شبکه برق کارخانه و تجهیزات مکانیکی آن وارد می­کند؛ حتی در بعضی موارد جریان راه­اندازی شدید سنگ­شکن سبب افت ولتاژ شدید فیدر و خاموش برق کارخانه می­شود. استفاده از درایو سبب کاهش جریان راه­اندازی و افزایش گشتاور سنگ­شکن در زمان راه­اندازی می­شود. شکل زیر اندازه جریان راه اندازی را در دو حالت بدون درایو و با درایو نشان می­دهد. درایوها قابلیت راه­اندازی نرم soft starting حتی در زمان بار کامل را دارند؛ و متعاقبا سبب کاهش هزینه نگهداری  و افزایش طول عمر دستگاه و تجهیزات جانبی آن می­شود.

 

شکل موج جریان موتور در زمان راه اندازی با درایو و بدون درایو

فنها:

فنها در صنعت سیمان کاربرد گسترده­ای دارند و برای انتقال گازهای ناشی از فرایند تولید سیمان، خنک­کاری سیستم گریت کولر و یا انتقال مواد از آنها استفاده می­شود. از آنجایی که شرایط فرایندی با توجه به تغییرات پارامترهای آن ثابت نمی­باشد، در نتیجه میزان تولید گازهای فرایندی نیز متغیر بوده و لازم است این امر با تغییر هوادهی فنها تحت کنترل باشد. از متداول ترین روشهای کنترلی که برای فلو گاز در فنها تا بحال مورد استفاده قرار گرفته است، کنترل فلو توسط دریچه در ورودی فن می­باشد. اگر چه این روش، طریقه­ای موثر در کنترل فلو بوده اما باعث افزایش مصرف انرژی به میزان قابل ملاحظه­ای بوده است. در صورتی که کنترل فلوی گاز با استفاده از کنترل دور فن، علاوه بر کارایی بهتر به میزان زیادی در مصرف انرژی الکتریکی فن صرفه جوئی ایجاد خواهد کرد. در ادامه توضیح داده می­شود که چگونه می­توان با حذف روش­های کنترل فلو مکانیکی و جایگزینی آن با درایوهای الکتریکی، مصرف انرژی فن را به مقدار قابل ملاحظه­ای کاهش داد.

  متداول ترین روش کنترل فلو در صنعت سیمان استفاده از روشهای مکانیکی ولو، دریچه و دمپر است. در این روش موتور الکتریکی فن با سرعت ثابت کار می‌کند و برای کنترل فلو، از باز و بست دریچه ورودی استفاده می شود. این روش کم بازده را می‌توان اینگونه توصیف کرد که در یک خودرو برای کاهش سرعت، پدال ترمز را فشار دهید و همزمان با آن پدال گاز را رها نکنیم و گاز دهیم. این روش هم تلفات انرژی بالایی دارد و هم فن و تجهیزات جانبی را سریعتر مستهلک می‌کند.

 

موتور و فن خنک کن

 با استفاده از درایوها فلوی سیال به سادگی از طریق تنظیم سرعت و گشتاور موتور الکتریکی توسط درایو صورت می­گیرد. با توجه به مثال قبلی مانند آن است که جهت کاهش سرعت خودرو پای خود را از روی پدال گاز خودرو برداریم در این حالت تجهیزات در بهینه­ترین نقطه کاری خود قرار می­گیرند. در واقع درایوهای الکتریکی جایگزین روش­های مکانیکی مانند کوپلینگ هیدرولیکی، ولوها، دریچه­ها و دمپر ها خواهند شد. شکل زیر میزان مصرف انرژی الکتریکی را برای روشهای مختلف کنترل فلو را نشان می­دهد. مساحت هاشور خورده زیر نمودار میزان صرفه جویی انرژی را نشان می­دهد که گاهی در بعضی موارد این میزان به 60% نیز می­رسد.

مقایسه میزان مصرف انرژی در روش های مختلف کنترل فلو گاز در صنعت سیمان

 

اما این کاهش مصرف انرژی چگونه رخ می­دهد:

برای فنها و پمپها عموما موتورهای القایی از نوع قفسه سنجابی­انـد که در سرعت ثابت کار می­کنند و برای تغییر در میزان جریان سیال یا هوا ازدریچه­ها و شیرها استفاده می­شود. بنابراین آن قسمت از انرژی که صرف راندن سیال یا هوا نمی­شود به هدر می­رود. معمولا اغلب پمپها و فنها بیش از توان مورد نیاز در نظر گرفته می­شوند. دلیل این امر این است که هنگام طراحی سیستم معمولا نزدیکترین گروه استاندارد که از توان مورد نیاز بیشتر است انتخاب می­شود. بنابراین بخش قابل توجهی از انرژی مصرفی عملا مورد نیاز نیست و صرف روشن بودن و کارکرد سیستم می­شود. بنابراین صرفه­جویی در هزینه­ها فقط به کاهش مصرف انرژی محدود نمی­شود بلکه هزینه­های جانبی دیگری که در نتیجه عملکرد نامطلوب­ سیستم بوجود می­آید نیز حذف می­شود.

قوانین حاکم بر فن ها موسوم به قوانین افینیتی در زیر آمده است:

که در روابط فوق:

RPM: تعداد دور فن در دقیقه

 CFM: میزان هوادهی فن

 SP: فشار استاتیکی

 BHP: توان الکتریکی لازم جهت چرخش فن

با توجه به این روابط میزان هوادهی فن رابطه مستقیمی با دور فن داشته، فشار استاتیکی با توان دوم تغییرات دور و همچنین توان الکتریکی فن با توان سوم تغییرات دور در ارتباط است. به خوبی نمایان است که کاهش اندکی در سرعت فن منجر به کاهش قابل توجه مصرف انرژی برق می­شود. بنابراین با کاهش دور به جای بستن دمپر ورودی می­توان مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش داد و در هزینه قبض برق تا 60% صرفه جویی کرد.

 از دیگر مزایای استفاده از درایو در فنها کاهش هزینه و زمان تعمیر و نگهداری و نیز افزایش طول عمر فن و تجهیزات جانبی آن است؛ زیرا درایوها به صورت راه­انداز نرم soft starting عمل می­کنند و در زمان راه‌اندازی تنش الکتریکی کمتری به موتور فن و فیدر برق وارد می­شود. در زمان فرآیند راه‌اندازی، درایو سرعت موتور را با شتاب کم و به صورت آرام افزایش می‌دهد و ایجاد استهلاک شدید در تجهیزات جلوگیری می­کند.

نقاله:

 همیشه اثر پاره شدن تسمه نقاله به دلیل کشش بیش از حد سر خوردن و شکستن وجود دارد. برای کاهش هزینه­های تعمیر و نگهداری لازم است طول عمر و قابلیت اطمینان تسمه نقاله افزایش یابد. درایوها می­توانند سرعت و گشتاور تسمه نقاله را به دقت تنظیم کنند و از این طریق تنش در تجهیزات مکانیکی مانند گیربکس­ها پولی­ها و تسمه­ها را به خصوص در زمان راه­اندازی کاهش دهند. با کمک درایو­ها می­توان سرعت تسمه نقاله را به صورت لحظه­ای و متناسب با میزان تولید تنظیم کرد. و از این طریق استهلاک سیستم را کاهش داد و نیز در مصرف انرژی الکتریکی صرفه جویی کرد. همچنین درایوها ضریب توان pf برق مصرفی را بالای ۹۵% می‌رسانند و دیگر نیازی به جبران­سازی توان راکتیو و نصب فیلتر در فیدر برق کارخانه نخواهد بود.

نقاله خط تولید سیمان

 گاهی سیستم نقاله­ها دارای دو یا تعداد بیشتری موتور الکتریکی است. در این حالت درایوها می­بایست قادر به تقسیم دقیق و سریع بار بین موتورهای مختلف باشد. در این حالت درایوها طوری بار را روی موتورها تقسیم می­کنند که ازلغزش تسمه ها جلوگیری شود. لذا تقسیم بار سریع و دقیق یکی دیگر از مزایای استفاده از درایو در این بخش است.

 

تسمه نقاله های با شیب منفی جهت کنترل سرعت نیاز به ترمز دائمی دارد؛ به منظور کاهش استهلاک مکانیکی و نیز جلوگیری از تبدیل انرژی الکتریکی به تلفات حرارتی، درایوها قادرند سرعت و گشتاور موتور نقاله ها را را طوری تنظیم کنند که نیروی ترمزی پیوسته جهت حرکت یکنواخت تسمه نقاله تامین شود. با استفاده از درایوها می­توان انرژی الکتریکی تولید شده ناشی از حرکت ترمزی موتورها را به شبکه برق کارخانه برگرداند و از این طریق در مصرف برق صرفه جویی نمود. لذا درایوها قادر به بازیابی انرژی الکتریکی به شبکه در زمان حالت کار ترمزی موتور هستند.

کوره دوار:

از درایوها برای کنترل حرکت دورانی کوره استفاده می­شود. سرعت عبور مواد از درون کوره متناسب با سرعت دوران آن است. لذا  سرعت و گشتاور موتور محرک آن می­بایست به دقت تنظیم شود.

الزامات درایوهای مربوط به کوره دوار:

قابلیت اطمینان بالا: از آنجایی که فرایند تلید سیمان یک فرایند پیوسته است. کوره می­بایستی در 24 ساعت شبانه روز روشن باشد. لذا خاموش شدن هر کوره می­تواند به ازای هر ساعت میلیونها تومان خسارت ایجادکند.

کنترل سرعت در یک بازه وسیع: سرعت دورانی با توجه به وضعیت ترکیب مواد اولیه باهم و نیز شدت حرارت کوره، تعیین می­شود. لذا درایو باید سرعت دوران را متناسب با شرایط تولید تنظیم کند.

دقت کنترل بالا: دقت کنترل به خصوص برای تقسیم بار بین موتورهای محرک کوره دوار لازم است.

گشتاور راه­اندازی بالا: در شرایط راه­اندازی نرمال، کوره دوار می­بایست با سرعت پایین و به آرامی حرکت کند تا زمانی که دمای کوره به اندازه کافی بالا برود. درایوهای به کار رفته در کوره ها به طراحی خاصی نیاز دارند. زیرا در حالت عادی گشتاور راه­اندازی مورد نیاز کوره چیزی در حدود 250% از گشتاور نامی آن است. در سه تا پنج ثانیه اول گشتاور راه­اندازی از 250% تا 200% افت می­کند و بعد از آن به تدریج در طول 15 الی 20 ثانیه تا مقدار نامی خود افت می­کند.  شکل زیر میزان گشتاور راه­اندازی کوره دوار را نشان می­دهد. با توجه به ابعاد فیزیکی و وزن کوره، اینرسی حرکتی خود این کوره ها عدد بزرگی است. ضمن آنکه اینرسی مواد خام درون کوره نیز به آن اضافه می­گردد.

گشتاور راهاندازی کوره دوار در صنعت سیمان

 

مزایای استفاده از درایوهای MV اطمینان بخش EBD در صنعت سیمان:

  • جبرانسازی توان راکتیو و افزایش ضریب توان pf (کاهش سرمایه­گذاری در تجهیزات مربوط به شبکه برق مانند فیلترها)
  • آزادسازی ظرفیت شبکه برق کارخانه
  • بازیابی انرژی الکتریکی به شبکه در حالت کاری ترمزی الکتروموتور
  • صرفه جویی قابل توجه در مصرف برق
  • افزایش قابلیت اطمینان خط تولید
  • کاهش هزینه و مدت زمان تعمیر و نگهداری به دلیل کاهش استهلاک تجهیزات
  • افزایش تولید و توان عملیاتی
  • افزایش کیفیت محصول
  • کاهش تولید CO2 و آلودگی هوا

از درایوهای EBD می­توان در تمام قسمتهای خط تولید سیمان که در بالا به آن اشاره شد، استفاده کرد.

 

 

 

ویژگیهای برجسته استفاده از درایوهای EBD MV:

  • درایوهای EBD پس از تولید تحت تستهای متعددی قرار می­گیرند. تستهای محیطی مانند: برودت، حرارت، رطوبت، مه نمکی، ضربه، ارتعاش. تستهای الکتریکی مانند: عایقی، ضربه (صاعقه)، EMC. تستهای عملکرد مانند: دوام عملکرد در بار نامی، اضافه بار و بی باری. درایوهای EBD قابلیت تولید توانهای بالا با ساختاری ساده را دارند. این درایوها با ساختاری واحدمند (modular) به منظور تولید توان تا 5.5 MW با سطح ولتاژ تا 11 KV از تکنولوژی چند سطحی (Multilevel) استفاده می­کند. در این روش نوین شکل موج ولتاژ خروجی و جریان خروجی تقریباً سینوسی کامل است و هارمونیک نیز بسیار پایین است. لذا موتور عملکرد نرمی دارد و در بلند مدت دچار مشکل نمی شود. یکی دیگر از مزیتهایاین درایوها افزونگی یا Redundancy است. از این طریق می‌توان حتی در حالتی که یکی از واحدهای قدرت از سرویس خارج شود، درایو به کار خود ادامه دهد. عمل سوئیچینگ از واحد معیوب به مدار پشتیبان به صورت خودکار و با سرعت بسیار بالا منتقل می­شود طوری که در عملکرد درایو تاثیری نخواهد داشت.
  • رعایت استانداردهای کیفیت توان در بالاترین سطح (مصرف کننده خوش رفتار از نگاه شبکه برق)
  • برخورداری از آخرین تکنولوژیها با بهترین قیمت
  • آموزش پرسنل جهت بهره­برداری و تعمیر و نگهداری محصول
  • نصب و راه­اندازی در کوتاه­ترین زمان ممکن
  • عیب یابی و تشخیص خطای از راه دور
  • خدمات فنی نامحدود 24*365 در سراسر ایران

 

 

 

صنایع فولاد و آهن:

امروزه فولاد یکی ازکالاهای مهم و تأثیرگذار در رشد و توسعه صنعتی کشورها است که بعد از نفت و گاز دومین کالای پرحجم تجارت جهانی را تشکیل می­دهد. تقاضاي فولاد در جهان همواره از روند افزاينده و رو به گسترش برخوردار است. صنعت فولاد یکی از صنایع پایه و استراتژیک در جهان به شمار می­رود؛ تا آنجا که سرانه مصرف فولاد در کشور­ها به عنوان معیاری برای توسعه یافتگی آن به کار برده می­شود. توجه جدی به توسعه زیرساخت‌های صنعت فولاد ایران در طول سال‌های گذشته باعث شده که این تولید محصول مهم اقتصادی در سال ۲۰۱۸، پیشرفتی قابل ‌توجهی را به ثبت برساند. آمارهای جهانی به ثبت رسیده از سال ۲۰۱۸ نشان می‌دهد که کشورها مجموعاً در این سال بیش از یک میلیارد و ۸۰۰ میلیون تن فولاد تولید کرده‌اند. ایران نیز در این سال، بیش از ۲۵ میلیون تن فولاد تولید کرده که در قیاس با سال قبل، رشدی حدوداً ۴ میلیون تنی را نشان می‌دهد. هم‌چنین در قیاس با سال قبل ایران در عرصه فولاد افزایش تولید ۱۷.۷ درصدی را به ثبت رسانده که در قیاس با تمامی کشورهای بزرگ تولیدکننده فولاد افزایشی قابل توجه به شمار می‌رود.

 

 

صنعت فولاد به نوبه خود جزو صنایعی به شمار می‌رود که مصرف انرژی الکتریکی بالایی دارد. بر اساس اعلام سازمان بهره­وری انرژی ایران، در میان صنایع مختلف، آهن و فولاد بیشترین میزان مصرف انرژی را دارند طوری که به طور متوسط با 45 درصد بیشترین سهم را به خود اختصاص داده، پس از آن صنعت سیمان با متوسط مصرف 16 درصد در جایگاه بعدی، صنایع کوچک با مصرف متوسط 15 درصد و مابقی صنایع غیرفلزی همانند شیشه، ریخته‌گری و … هر کدام به تنهایی 3 الی 4 درصد را به خود اختصاص داده است. یکی از مهم‌ترین مشکلات صنعت فولاد، بهره‌وری پایین انرژی است. جدول زیر میزان انرژی مصرف شده در هر یک از مراحل تولید فولاد را نشان می­دهد.

 

امروز، یکی از عوامل تعیین‌کننده نرخ تمام‌شده فولاد، میزان مصرف انرژی به ویژه برق و گاز است. بیشتر تولیدکنندگان بزرگ جهان نیز بر سر بهینه‌سازی مصرف انرژی به دلیل کاهش نرخ تمام‌شده و حاشیه سود بالا با یکدیگر به رقابت می‌پردازند. متاسفانه ایران با داشتن بیش از ۹۰درصد کل مواد اولیه و تجهیزات مورد نیاز فولادسازی و همچنین انرژی ارزان، نرخ تمام شده بالاتری نسبت به کشورهای فعال در این حوزه دارد. از این رو می‌طلبد که براساس راهکارهایی به‌دنبال کاهش مصرف برق واحدهای فولادی بود.

کاربرد درایو در صنعت فولاد:

در مجتمعهای فولاد در فرآیند خط تولید از تهیه و خردایش سنگ آهن، گندله­سازی، جداسازی، ذوب، نورد گرم و سرد و پوشش­دهی، موتورهای الکتریکی با توان بالای متعددی وجود دارد. شکل زیر مراحل تولید فولاد را در یک مجتمع فولاد نشان می­دهد. موتورهای الکتریکی بکار رفته در مراحل اولیه تولید یعنی تا مرحله ذوب، نیاز به کنترل دقیق سرعت و گشتاور ندارند. اما در مراحل بعد یعنی برای موتورهای الکتریکی بکار رفته در مراحل ریخته­گری و نورد شمشه، شمشال و تختال نیاز به کنترل دقیق سرعت و گشتاور است.

شکل- مراحل تولید فولاد

در مجتمع فولاد، درایوهای ac در توانهای مختلف از 4 تا 14.4 مگاوات وجود دارد. بیشترین توان برای نورد سخت تختال،شمشه و شمشال است، که توانی درحدود 10-14 MW نیاز دارند، اما سرعت در این مرحله کم است حدود 30-60rpm و ظرفیت اضافه بار بالایی نیاز دارد. در حالی که برای نوردهای پایانی مانند نورد میلگرد توان به نسبت پایینتر 2-3 MW و سرعت بالا در حدود 1000-2000 rpm نیاز است. توان و سرعت مورد نیاز برای نوردهای مختلف در شکل زیر آمده است. یک کارخانه فولاد به طور پیوسته و تمام وقت کار می­کند، لذا بازده، قابلیت اطمینان و قابلیت نگهداری و تعمیر تجهیزات آن از جمله درایوها حائز اهمیت است.

شکل- سرعت و توان مورد نیاز برای انواع نورد

 الزامات یک سیستم درایو ایده­آل برای صنعت فولاد:

 افزایش بازده: درایو ها می­بایست مصرف انرژی الکتریکی و نیز تلفات توان را کاهش دهند.

 قابلیت اطمینان بالا: برای تولید پیوسته محصول نیاز است درایو ها از تجهیزات با کیفیت بالا ساخته شده باشند و بتوانند در سختترین شرایط کاری به خوبی عمل کنند.

 سطوح ولتاژ و ظرفیت توان بالا: بسته به محل کاربرد در صنعت فولاد، درایوها می بایست ظرفیت توان متنوع باشند و بتوانند در بازه گسترده‌ای از سرعت کار کنند.

 قابلیت اضافه بار بالا: ماهیت بارها در صنعت فولاد به گونه ای است که در درایوها اضافه بارهای زیادی را تا حدود 3.5 P.U تجربه می­کنند. لذا درایوهای به کار رفته در این صنعت می­بایست توانایی اضافه بار را به خوبی داشته باشند.

کنترل دقیق و سریع: عملکرد دینامیک و استاتیک بسیار دقیق و سریع ضروری است. در این صنعت تنظیم سرعت سریع، ریپل گشتاور کم، افت سرعت کم در حین بارگذاری و جبران سریع ]ن از الزامات درایوها می باشد.

تغییر و نگهداری کم: زمان و حوزه های تغییر و نگهداری درایوها باید در حداقل مقدار ممکن باشد.

درایوهای MV در مراحل مختلف تولید فولاد به کار می­روند:

  1. نورد (تولید ورق گرم، تیرآهن، میلگرد و مقاطع مشابه)
  2. فن کوره بلند
  3. فنها و پمپهای جانبی
  4. حمل و نقل و جرثقیل

نورد:

دستگاه نورد به دقت بالا و قابلیت اضافه بار بالا نیاز دارد. موتور الکتریکی دستگاه های نورد معرض تغییر ناگهانی سرعت بار هستند که این امر نیازمند عملکرد سریع حالت ترمزی است. لذا به یک گشتاور ثابت و بازه گسترده سرعت با پله­های گشتاوری بزرگ نیاز است. درایوهای نصب شده در فرایند نورد بایستی دارای ویژگیهای زیر باشند:

عملکرد بالا: کنترل سریع و دقیق گشتاور و سرعت تحت هر نوع شرایط کاری یکی از پیش نیازهای اساسی برای نورد فولاد است زیرا مستقیما بر روی پروفیل, ضخامت و صافی سطح محصول تاثیر می­گذارد.

 اصلاح ضریب توان: استفاده از درایو سبب اصلاح ضریب توان pf و کاهش هارمونیک شده و بطور کلی سبب بهبود کیفیت توان می­شود. متعاقبا نوسانات در شبکه برق کارخانه کاهش می­یابد.

بازیابی انرژی: در فرایند نورد تغییر سرعت و تغییر جهت حرکت زیادی وجود دارد که با توجه به وزن تختال فولاد و نیز اینرسی ادوات متحرک دستگاه نورد، انرژی الکتریکی زیادی می­توان بازیابی کرد. درایو می‌تواند این انرژی را به فیدر برق کارخانه برگرداند و سبب کاهش مصرف انرژی به مقدار توجه شود.

شکل- کاربرد درایو در نورد گرم

 

شکل- کاربرد درایو در نورد سرد

 

فن کوره بلند و فنها و پمپهای جانبی:

در یک مجتمع فولاد تعداد زیادی فن و پمپ جانبی جهت خنک کاری و تهویه وجود دارد. در این صنایع مصرف هوا و آب در طول روز تغییرات زیادی دارد، لذا کنترل فلو و فشار این سیال ها ضروری است. درایوهایی که موتور الکتریکی فن ها و پمپ ها را تغذیه می¬کنند سبب کاهش مصرف انرژی می شوند. روشهای قدیمی و مکانیکی کنترل فلوی آب و هوا مانند ولوها و کوپلینگ هیدرولیکی قادر به تنظیم دقیق فلوی سیال نیستند و ضمن آنکه انرژی الکتریکی زیادی در این روش تلف می­شود زیرا در موتور الکتریکی پمپ یا فن با سرعت ثابت کار می­کند و برای کاهش فلوی سیال از ولوها یا دریچه ها استفاده می­شود.  این علل به مانند آن است که جهت کاهش سرعت خودرو پدال ترمز را فشار دهیم بدون آنکه پای خود را از روی پدال گاز برداریم. لذا در این روش انرژی الکتریکی زیادی هدر می­رود و متعاقبا co2  زیادی تولید می­شود. اما درایوهای الکتریکی قابلیت تنظیم دقیق سرعت را دارند. این حالت مانند آن است که برای کاهش سرعت خودرو پای خود را از روی پدال گاز برداریم و یا آن را کمتر فشار دهیم. لذا درایوها فلوی سیال را به صورت الکتریکی کنترل می­کنند که سبب کاهش مصرف انرژی و نیز کاهش استهلاک تجهیزات دوار می­شود. و به تبع ان co2 کمتری تولید می­شود. شکل زیر میزان مصرف انرژی را برای روشهای مختلف کنترل پمپ نشان می­دهد. مساحت قسمت هاشور خورده میزان صرفه جویی را نشان می­دهد.

 

شکل-توان مورد نیاز برای روش های مختلف کنترل پمپ

 

شکل- دمنده کوره بلند

مزیت­های استفاده از درایو برای پمپ ها و فن ها:

  • کنترل سریع و دقیق فرایند تحت هر شرایط کاری
  • مصرف انرژی کمتر
  • کاهش الایندگی
  • حذف تجهیزات کنترلی مانند پمپ هیدرولیک ولوها و شیرها
  • راه­اندازی نرم (افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان تجهیزات الکتریکی و مکانیکی)

 صرفه جویی در انرژی و کاهش آلایندگی:

 از آنجایی که پمپ ها و فن ها در اغلب اوقات در باری کمتر از بار نامی کار می­کنند، لذا از طریق نصب درایو می­توان به مقدار قابل توجهی در مصرف انرژی الکتریکی صرفه جویی کرد. کاهش اندکی در سرعت پمپ منجر به کاهش چشمگیر مصرف انرژی می­شود. اگر یک پمپ در نصف سرعت نامی خود کار کند مصرف انرژی آن یک هشتم مصرف انرژی بار نامی آن می­شود. آمارها نشان می­دهد از طریق نصب درایور برای فنها و پمپهای سانتریفیوژی، می­توان تا 60% در هزینه قبض برق این تجهیزات صرفه جویی کرد و متعاقباً سبب کاهش تولید co2 شد. نمودار شکل زیر هزینه سرمایه­گذاری و میزان تلفات انرژی را برای روش های مختلف کنترل پمپ مانن درایو، کوپلینگ هیدرولیک و شیرتنظیم جریان نشان می­دهد.

شکل- مقایسه هزینه سرمایه گذاری و تلفات انرژی برای روش­های مختلف کنترلی

راه اندازی نرم:

راه اندازی عادی موتور دمنده کوره بلند که گشتاور و اینرسی بار آن زیاد است تنش زیادی به شبکه برق کارخانه وارد می­کند. همچنین به شفت دمنده کوره تنش پیچشی زیادی وارد می­شود. راه اندازی عادی دمنده می‌تواند موجب ایجاد جریان راه اندازی تا ۶ برابر جریان نامی موتور و افت ولتاژ شدید شبکه برق کارخانه در زمان راه‌اندازی است. که اگر شبکه برق کارخانه ضعیف باشد ممکن است سبب خاموشی برق کارخانه شود. درایورها با روش راه اندازی نرم، سرعت موتور را از حالت سکون به آرامی تا سرعت نامی افزایش می دهند. لذا تغییر ناگهانی و شدید ولتاژ و جریان بوجود نمی­آید. همچنین تنش الکتریکی و مکانیکی به تجهیزات وارد نمی­شود و لذا هزینه نگهداری تجهیزات به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. شکل زیر اندازه جریان موتور را برای راه اندازی های مختلف نشان می دهد.

جریان موتور برای دو حالت راه­اندازی متفاوت

استفاده از درایوها برای حمل و نقل و جرثقیل­ها:

  در روشهای قدیمی در  جرثقیلها از موتورهای الکتریکی القایی روتور سیم پیچی با جاروبک استفاده می شد. برای کنترل سرعت تعدادی مقاومت در مسیر سیم پیچی روتور قرار داشت و با تغییر این مقاومت، سرعت موتور کنترل می شود.  جهت ایجاد حرکت معکوس نیز توالی فاز برق ورودی استاتور عوض می­شد. استفاده از درایوها مزایای قابل توجهی نسبت به روش قدیمی دارد. مزیت اصلی استفاده از درایوها در جرثقیل، جابجایی دقیق بار در حرکت رفت و برگشت و نیز کاهش مصرف انرژی الکتریکی از طریق بازیابی انرژی در زمان کاهش سرعت است. از طرفی به دلیل قابلیت راه اندازی نرم soft starting درایو، موتور جریان هجومی را تجربه نخواهد کرد این طریق طول عمر موتور افزایش می­یابد.

 مزیتهای استفاده از درایو در حمل و نقل جرثقیلها:

  • کاهش مصرف انرژی از طریق حذف مقاومت روتور
  • جابجایی دقیق بار و قابلیت حرکت با سرعت بسیار پایین
  • قابلیت بازیابی انرژی در زمان حرکت ترمزی
  • گشتاور راه اندازی بالا
  • قابلیت برنامه ریزی حرکت و ایجاد اینترلاگینگ جهت افزایش ایمنی
  • افزایش طول عمر موتور و گیربکس و افزایش قابلیت اطمینان

 

 

مزایای استفاده از درایوهای EBD MV:

  • افزایش قابلیت اطمینان فرایند. درایوهای EBD پس از تولید تحت تستهای متعددی قرار می­گیرند. تستهای محیطی مانند: برودت، حرارت، رطوبت، مه نمکی، ضربه، ارتعاش. تستهای الکتریکی مانند: عایقی، ضربه (صاعقه)، EMC. تستهای عملکرد مانند: دوام عملکرد در بار نامی، اضافه بار و بی باری. درایوهای EBD قابلیت تولید توانهای بالا با ساختاری ساده را دارند. این درایوها با ساختاری واحدمند (modular) به منظور تولید توان تا 5 MW با سطح ولتاژ تا 11 KV از تکنولوژی چند سطحی (Multilevel) استفاده می­کند. در این روش نوین شکل موج ولتاژ خروجی و جریان خروجی تقریباً سینوسی کامل است و هارمونیک نیز بسیار پایین است. لذا موتور عملکرد نرمی دارد و در بلند مدت دچار مشکل نمی شود. یکی دیگر از مزیتهایاین درایوها افزونگی یا Redundancy است. از این طریق می‌توان حتی در حالتی که یکی از واحدهای قدرت از سرویس خارج شود، درایو به کار خود ادامه دهد. عمل سوئیچینگ از واحد معیوب به مدار پشتیبان به صورت خودکار و با سرعت بسیار بالا منتقل می­شود طوری که در عملکرد درایو تاثیری نخواهد داشت.
  • مصرف انرژی الکتریکی کمتر
  • کاهش تولید آلاینده co2
  • به حداقل رساندن استهلاک تجهیزات
  • بهبود کیفیت محصول نهایی

 

 

 

 

 نفت و گاز:

تجمیع ذخایر نفت و گاز ایران نشان می­دهد که ایران رتبه نخست ذخایر هیدرو­کربوری جهان را در اختیار دارد و نقش تاثیرگذاری در تامین انرژی جهان ایفا می­کند. نیل به جایگاه اول فناوری نفت و گاز در منطقه، یکی از اهداف سند چشم انداز 20 ساله است. شرکت مهندسی اطمینان­بخش آماده همکاری با فعالان این صنعت در تمامی حوزه­ها اعم از اکتشاف، حفاری، تولید، پژوهش و توسعه، پالایش و توزیع نفت، گاز و فراورده­های نفتی است. همگام با پیشرفت دانش و فناوری در صنعت نفت، این شرکت ارائه تکنولوژی بروز در زمینه کنترل الکتروموتورها در تلمبه­خانه­ها، کمپرسورها، دمنده­ها را در دستور کار خود قرار داده است.

کاربرد درایوها در صنایع نفت و گاز:

بیش از 80 درصد از کل انرژی الکتریکی مورد نیاز صنعت نفت و گاز در موتورهای الکتریکی مصرف می­شود. همچنین از مجموع انرژی مصرفی در موتورهای الکتریکی مورد استفاده در صنعت نفت و گاز، 60 درصد آن در پمپها، 15 درصد آن در کمپرسورها، 9 درصد آن در فنها و 16 درصد در باقی قسمتها مصرف می­شود. درایو­ها می­توانند سرعت موتور را به دقت با بار مورد نیاز تطبیق دهند. فلوی سیال در پمپها، فنها و کمپرسورها با سرعت محرکه آن متناسب است. از طرفی انرژی مصرفی در سیستمهای سانتریفیوژی مانند پمپها، فنها و کمپرسورها تقریبا متناسب با توان سوم فلو سیال است. از این رو، حتی کاهش اندکی در فلو سیال که متناسب با سرعت موتور است، منجر به کاهش چشمگیر مصرف انرژی می­شود. لذا نصب درایوها، سبب افزایش بهره­وری، بهبود کنترل و کیفیت محصول، و نیز کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری می­شود. عمئه موارد کاربرد درایو در این صنعت در پمپها، فنها و کمپرسورها است.

پمپها: پمپها حدود 60 درصد انرژی الکتریکی مصرفی در صنایع نفت و گاز را به خود اختصاص می­دهند. از پمپها برای تولید فشار و جابجایی سیال در لوله­ها استفاده می­شود. تحقیقات نشان می­دهد با استفاده از درایوها می­توان تا بیش از 20 درصد در مصرف انرژی الکتریکی در پمپها صرفه­جویی کرد.

فنها:  فنها در بویلر، کوره، برج خنک­کن و نیز جاهای دیگر استفاده می­شود. بسته به کاربرد فن، استفاده از درایوها برای فنها باعث صرفه جویی در انرژی از 14 تا 49 درصد می­شود.

 

کمپرسورها: کمپرسورها 12 درصد از کل انرژی الکتریکی مصرفی در صنعت نفت و گاز را به خود اختصاص می­دهد. عمده آن مربوط به کمپرسورهای کوره­های حرارت است. کمپرسورهای بزرگ را می­توان با موتورهای الکتریکی، توربین بخار و یا توربین گاز به حرکت درآورد. استفاده از درایوها برای کمپرسورها می­تواند سالانه تا 15 درصد در انرژی مصرفی جهت کمپرس هوا صرفه جویی کند. میزان سود ناشی از نصب درایوها بر روی این کمپرسورها، به مقدار زیادی به تغییرات بار آن کمپرسور بستگی دارد. اگر میزان تغییرات بار و دمای محیط تغییرات زیادی داشته باشد بازده کمپرسور نیز تغییرات زیادی خواهد داشت. در چنین وضعیتی، استفاده از درایو می­تواند به میزان قابل توجهی سبب بازگشت سرمایه شود.

محل تهیه و فرآوری حامل‌های انرژی مانند نفت و گاز معمولاً دور از مناطق شهری و مسکونی است لذا این حاملهای انرژی می­بایست با کمترین هزینه و صرف انرژی به مکان مورد نظر منتقل شوند. به طور مثال برای انتقال گاز یا از شبکه گاز استفاده می شود و یا این که گاز را بصورت گاز مایع در آورد سپس آن را منتقل می‌کند. در روش اول به دلیل افت فشار در طول مسیر ، به ازای هر ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلومتر یک  ایستگاه افزایش فشار احداث می شود. در این ایستگاه ها از طریق کمپرسورهای توان بالا افت فشار گاز جبران می شود. در روش دوم نیز جهت میعان گازی می­بایست از طریق کمپرسورهای توان بالا  تا ۱۰۰ مگاوات، دمای گاز را تا -160 °C کاهش داده و نیز جهت بارگیری و حمل و نقل آن از کمپرسور های متعدد دیگر استفاده می شود. جهت استفاده بهینه انرژی در کمپرسورها، بهتر است به جای روش های قدیمی توربین های گاز، از درایوهای الکتریکی توان بالا استفاده شود از درایوهای MV توان بالا استفاده کرد. درایوهای MV این امکان را فراهم می‌کند تا عملکرد کمپرسورها به نحو احسن صورت گیرد.

 

 

 

مقایسه توربینهای گازی با درایوهایMV اطمینان­بخش:

درایوهای EBD MV در مقایسه با روش قدیمی توربین گازی مزیتهای زیادی به شرح ذیل دارند:

  • آلودگی کمتر: یک توربین گازی ساده در حدود 5 kg co2 / kwh آلودگی تولید می­کند. به عنوان مثال یک توربین گازی 8 MW که محرک کمپرسور است، به ازای 8000 ساعت کارکرد در طول یک سال، در حدود ۳۲ تن گاز co2 تولید می­کند. یکی از مزیت های استفاده از درایو EBD این است که هیچ گونه آلودگی در محل نصب کمپرسور و تولید نخواهد شد. ضمن آنکه در صورت استفاده از انرژیهای تجدید پذیر مانند نیروگاه های خورشیدی یا بادی، تولید آلودگی به صفر می­رسد.
  • وزن و ابعاد و کمتر: هر دو محرکه­ها یعنی توربین گازی و درایور بسته به شرکت سازنده، سطح حفاظتی و روش خنک شوندگی دارای ابعاد و وزن متفاوتی هستند. در شکل زیر مقایسه­ای میان ابعاد هر دو محرکه صورت گرفته است.  همانطور که در شکل می بینید درایو EBD در مقایسه با توربین های گازی فضای بسیار کمتری را اشغال می­کنند. به­علاوه تجهیزات مجموعه شامل موتور الکتریکی مبدل و ترانسفورماتور هر کدام می‌توانند به طور مجزا در محل های جداگانه نصب شوند و از طریق کابل به هم متصل شود که این انعطاف پذیری در نصب خود یکی از مزیت های بزرگ درایو در محیط­های صنعتی است.

 

  • بازده بالاتر: بازده توربینهای گازی به توان نامی آن، پارامترهای طراحی و شرایط محیطی بستگی دارد. یکی از معایب توربینهای گازی این است که توان خروجی آن به شدت با تغییر دمای محیط افت می­کند. اما بازده مجموعه موتور-درایو در دمای محیط بین -20 تا 40 درجه سانتی­گراد تقریباً یکسان است. در نظر بگیرید که بازه کمپرسور ۸۳% باشد و بازده توربین گازی متصل به آن ۴۰%. در این حالت بازده مجموع ۳۳% خواهد بود:

 حال در نظر حالتی را در نظر بگیرید همین کمپرسور با موتور-درایو کار کند؛ بازده ترانسفورماتور ۹۹% ، بازده درایو ۹۹% و بازده موتور الکتریکی ۹۸% است؛ در این حالت بازده کلی در حدود ۸۳ درصد خواهد بود. حتی اگر بازده تولید انرژی الکتریکی و مسیر انتقال آن تا محل درایو را در نظر بگیریم؛ بازده تولید برق در نیروگاه­های سیکل ترکیبی 60% و بازده مسیر انتقال و توزیع برق ۹۵% است:

همانطور که ملاحظه می شود حتی در این حالت هم بازده استفاده از درایو 10% بیشتر است.

  • نقاط بهره برداری گسترده تر: در نظر بگیرید که توربین گازی و درایور الکتریکی هر دو برای بار نامی کمپرسور طراحی شده است بسته به نوع طراحی کمپرسور  اگر دمای محیط توربین گرم تر از دمای استاندارد باشد توان خروجی توربین از مقدار نامی کاهش می یابد و دیگر نمی تواند توان نامی خود را تولید کند. توربینهای گازی به طور کلی می­توانند در محدوده سرعت 0.5-0.7  سرعت نامی حداکثر ۱.۰۵ توان نامی را تولید کند. لازم به ذکر است که در این حالت بازده به شدت افت می­کند و کنترل سرعت امکان پذیر نخواهد بود و این در حالی است که برای درایوها شرایط بهره برداری بسیار مطلوبتر است. زیرا درایو­ها می توانند در یک بازه سرعت گسترده، توان خروجی از 0.25 تا  2 برابر توان نامی را تولید کنند. ضمن آنکه تغییر محسوسی در بازده درایو ایجاد خواهد شد و سرعت را می­توان به دقت تنظیم کند.
  • زمان روشن و خاموش کوتاه­تر: زمان روشن شدن توربینهای گازی در حدود ۱۰ تا ۱۵ دقیقه طول می­کشد؛ ضمن آنکه روشن/خاموش کردن توربین روی طول عمر توربین تاثیر منفی می­گذارد. مدت زمان مورد نیاز برای خاموش کردن توربین نیز بسته به توان توربین چیزی در حدود ۱۰ تا 60 دقیقه است. برای نشان دادن مزیت درایوها در زمان راه اندازی در نظر بگیرد یک کمپرسور 8 MW, 1400rpm, 20kgm2 از لحظه ارسال سیگنال فرمان استارت تا رسیدن به سرعت و توان نامی آن حدود 209 ثانیه می‌گذرد، یعنی چیزی کمتر از ۴ دقیقه. برای خاموش کردن و توقف کمپرسور نیز مدت زمان کمی بعد از ارسال سیگنال فرمان خاموش لازم است. ضمن آنکه روشن/خاموش­های متوالی مشکلی برای درایو ایجاد نمی‌کند. در نتیجه درایوها در مقایسه با توربین های گازی فرآیند روشن/خاموش بسیار ساده تر و با مدت زمان کمتری دارند.
  • قابلیت اطمینان بالاتر: این درایوها به دلیل کنترل دقیق سرعت و گشتاور، استهلاک مکانیکی کمتری برای مجموعه کمپرسور ایجاد­ می­کند. بنابراین خرابیها کمتر است و سرویسهای دوره­ای کمتری نیاز است. ضمن آنکه خود درایوهای EBD پس از تولید تحت تستهای متعددی قرار می­گیرند. تستهای محیطی مانند: برودت، حرارت، رطوبت، مه نمکی، ضربه، ارتعاش. تستهای الکتریکی مانند: عایقی، ضربه (صاعقه)، EMC. تستهای عملکرد مانند: دوام عملکرد در بار نامی، اضافه بار و بی باری. درایوهای EBD قابلیت تولید توانهای بالا با ساختاری ساده را دارند. این درایوها با ساختاری واحدمند (modular) به منظور تولید توان تا 5 MW با سطح ولتاژ تا 11 KV از تکنولوژی چند سطحی (Multilevel) استفاده می­کند. در این روش نوین شکل موج ولتاژ خروجی و جریان خروجی تقریباً سینوسی کامل است و هارمونیک نیز بسیار پایین است. لذا موتور عملکرد نرمی دارد و در بلند مدت دچار مشکل نمی شود. یکی دیگر از مزیتهایاین درایوها افزونگی یا Redundancy است. از این طریق می‌توان حتی در حالتی که یکی از واحدهای قدرت از سرویس خارج شود، درایو به کار خود ادامه دهد. عمل سوئیچینگ از واحد معیوب به مدار پشتیبان به صورت خودکار و با سرعت بسیار بالا منتقل می­شود طوری که در عملکرد درایو تاثیری نخواهد داشت.