کاربردهای درایو در صنایع و تاسیسات آب و فاضلاب

   در این مقاله کاربردهای درایو در صنایع و تاسیسات مرتبط با آب و تصفیه آب را با ذکر چند نمونه بررسی و تشریح خواهیم کرد.

   می­‌دانیم درایو فرکانس متغیر، موتور القایی را تحت گشتاور و شتاب ازپیش تعیین شده راه‌اندازی می­‌کند. در فرآیند تنظیم و اعمال پارامترها به درایو باید منحنی گشتاور-سرعت بار را مدنظر قرار داد و با توجه به آن، الگوریتم کنترلی را با استفاده از درایو پیاده­‌سازی نمود. برای دستیابی به مشخصات بار و رفتار آن به ادوات اندازه‌­گیری مختلفی نیاز است که در بسیاری از موارد در صنعت کشورمان این اندازه­‌گیری­‌ها انجام نمی­‌شود؛ در عمل بدین شکل است که مهندس مربوطه به­‌صورت تجربی اقدام به مقداردهی پارامترهای مربوط به بار از قبیل گشتاور می­‌کند و یا اینکه اصلا به سراغ این پارامترها نمی‌­رود. ازآن­جا که درایو بستری هوشمند دارد در اکثر موارد با همین روش­‌های تجربی سیستم راه‌­اندازی می‌­شود.

   صنایع و تاسیسات مربوط به آب و فاضلاب ازجمله مواردی هستند که در آن­ها مشخصات و فاکتورهای بار بسیار متغیر و تا حد زیادی پیچیده هستند؛ از این رو راه‌­اندازی موتور در به­‌صورت مستقیم و یا با استفاده از کنترلر­های مقدماتی مثل مدارات دوضرب یا سافت استارترها مشکلات زیادی برای این سیستم‌­ها ایجاد می‌کنند.

   کاربردهای پمپ و فن در اشکال گوناگون بیشترین استفاده را در صنایع آب و تاسیسات مربوط به فاضلاب به خود اختصاص داده‌­اند.

   موسسه US-DOE در فاصله سال­های ۱۹۹۴ تا ۱۹۹۸ مطالعات جامعی بر روی تجهیزات موتوری الکتریکی در بسیاری از کارخانه‌­های آمریکا انجام داد و نتیجه را تحت گزارشی منتشر کرد. این گزارش نشان داد که ۶۳% از کل انرژی الکتریکی مصرفی در صنایع آمریکا توسط موتورها مصرف می‌­شوند که ۲۵% در پمپ‌­ها، ۱۶% در کمپرسورهای هوا، ۱۴% در فن­ها و ۷% در کمپرسورهای سیستم­‌های سرمایش مصرف می­‌شوند، پس این موارد به­‌ترتیب بیشترین مصرف انرژی در صنایع را به خود اختصاص داده‌­اند. از سوی دیگر مطالعات نروژی­‌ها در سال­های ۱۹۹۱ تا ۱۹۹۴ ابعاد جدیدی از یک فاجعه را آشکار کرد. آن­ها با مطالعه ۲۰ کارخانه و بیش از ۱۶۹۰ پمپ دریافتند که متوسط راندمان سیستم‌­های پمپاژ موجود زیر ۴۰% بوده و بیش از ۱۰% سیستم­‌ها با راندمانی کمتر از ۱۰% کار می‌­کنند!

   ارقام بالا نشان­‌دهنده حجم وسیعی از اتلاف انرژی در ابعاد بین­‌المللی است که یکی از مهم­ترین دلایل آن متناسب نبودن فاکتورهای خروجی موتور با فاکتورهای موردنیاز بار است. از آن­جایی که ماهیت بار در این صنایع بسیار متغیر است(Time-Variant) کنترل دائمی و کامل موتور بسیار الزامی و مهم است. پس برای کنترل بهینه موتور، افزایش راندمان، کاهش مصرف انرژی، پاسخ­گویی به نیازهای بار و افزایش طول عمر سیستم باید حتما در این سیستم‌­ها از درایو فرکانس متغیر یا اصطلاحا اینورتر استفاده کرد.

   در کاربردهای پمپ و فن در بسیاری از مواقع نیازی به حداکثر دور موتور نیست، این موضوع فاکتوری بسیار کلیدی در مصرف بهینه انرژی می­باشد. با توجه به این­که در کاربردهای پمپ و فن، ۱۰% کاهش دور موتور از مقدار نامی تا ۲۰% مصرف انرژی موتور را کاهش خواهد داد و ۲۰% کاهش دور موتور، در شرایطی میزان مصرف انرژی را تا نصف کاهش خواهد داد؛ درنتیجه با توجه به ماهیت پمپ و فن که حداکثر دور نامی همیشه مورد نیاز نیست، تا حد بسیاری در مصرف انرژی می­توان صرفه جویی نمود و هزینه­‌ها را کاهش داد. به­‌طور کلی در این کاربردها در حالت عادی پس از شش ماه تا سی ماه هزینه درایو را از محل صرفه­‌جویی­‌های صورت گرفته پوشش داد.

   هنگامی که موتور پمپ به­صورت مستقیم (تک‌­ضرب) و یا را‌ه‌‌اندازی به روش ستاره-مثلث (دوضرب)   راه‌اندازی می­‌شود، موتور با حداکثر دور نامی به­‌کار می­‌افتد درحالی‌­که سیال پمپ ساکن است، این تغییر ناگهانی باعث ایجاد موج فشار می‌­شود که اصطلاحا به این موج فشار ضربه قوچ یا چکش آب(Water Hammer) گفته می‌­شود. این ضربه بسیار قوی است و می­‌تواند باعث مشکلاتی از قبیل ترکیدن اتصالات، ترکیدن لوله‌­ها، جدا شدن فلنج­‌ها، ضربه به موتور، کنده‌­شدن متعلقات موتور و پمپ و کاهش عمر مفید سیستم شود. به عنوان نمونه، در سال ۱۹۳۴ قدرت تخریبی ضربه قوچ در پروژه­ایی موجب شد که قطع‌ه­ایی در اطراف خط لوله به وزن ۱۲ تن تا فاصله ۵۰ متری پرتاب شود. این پدیده در تمامی کاربردهای پمپ و برخی از فن‌­ها وجود دارد و باعث صدمه دیدن و کاهش عمر مفید سیتم خواهد شد. با استفاده از درایو می‌­توان با استفاده از یک منحنی شتاب­گیری منطقی و متناسب با اتصالات، این ضربه را در بسیاری از موارد که ناشی از به‌­کار افتادن یا از کار افتادن موتور است، از بین برد.

   یکی دیگر از مواردی که در راه‌­اندازی مستقیم پمپ به­‌وجود می‌­آید پدیده کاویتاسیون(Cavitation) است. در راه‌­اندازی مستقیم (تک­ضرب) و یا راه­‌اندازی به روش ستاره-مثلث (دوضرب) موتور متصل به پمپ با حداکثر دور راه‌­اندازی می­‌شود؛ از طرفی آب ساکن است و طبق قانون اول نیوتن تمایل دارد ساکن بماند اما پمپ با حداکثر دور نامی اقدام به مکش می­‌کند. مکش پمپ از یک سو و تمایل آب به سکون از سویی دیگر، باعث افت ناگهانی و بسیار زیاد فشار اطراف پره­های پمپ می­‌شود که در نتیجه فشار اطراف پره­‌های پمپ از فشار بخار آب کمتر شود در نتیجه آب تبخیر شده و حباب‌­های هوا اطراف پره‌­های پمپ یا توربین تشکیل می‌­شود که همراه با فشار و صدای زیادی است. این فشار باعث آسیب دیدن پمپ می‌­شود به نحوی که ۷۰% آسیب و استهلاک پره‌­های پروانه پمپ در اثر همین پدیده است.

   مورد دیگری که در راه­‌اندازی پمپ به‌­صورت مستقیم (تک­‌ضرب) و یا راه‌­اندازی به روش ستاره-مثلث (دوضرب)  به‌­وجود می‌آید تلاطم فشار آب یا توربولانس است که این پدیده درپی کاهش ناگهانی فشار آب توسط راه‌اندازی نادرست موتور به­‌وجود می­‌آید. این خلا نسبی ایجاد شده باعث ریزش و کشیده شدن دیواره چاه در کابرد چاه عمیق می­‌شود که خود دو مشکل دیگر ایجاد می­‌کند، اول اینکه آب گل­‌آلود شده و در استخرها و ولوله‌­ها و اتصالات ایجاد رسوب می­‌کند و در موارد آب مصرفی دام باعث افت کیفیت آب و هدر رفت می­‌شود اما مشکل دوم که مشکل مهم‌­تر است این است که گل و لای موجود در آب درحقیقت از دیواره چاه جدا شده است که به مرور زمان این موضوع باعث تخریب چاه می‌­شود و به ناچار باید مسیر چاه را تغییر داده و مجددا هزینه گزافی را متحمل شد در حالی­که با استفاده از درایو به راحتی این موضوع قابل حل می­‌باشد.

   مورد دیگری که می­‌توان در رابطه با مزیت‌­های استفاده از درایو نام برد کاهش بسیار در هزینه‌­های ادوات محافظ می‌­باشد. در راه­‌اندازی­‌های مستقیم تک­ضرب، دوضرب و یا با استفاده از سافت استارتر، باید حتما لیست کاملی از ادوات فرمان و حفاظت مثل حداقل سه عدد کنتاکتور، بی­متال، حفاظت اضافه بار، حفاظت اضافه جریان، حفاظت  افت ولتاژ و … را به­‌کار برد که هزینه کلی این موارد تفاوت آن­چنانی با قیمت درایو ندارد ضمن این­که حفاظت­‌های کامل درایو را هم دراختیار نخواهیم داشت. از دیگر موارد کاهش هزینه در استفاده از درایو، هزینه ناشی از کاهش طول کابل مصرفی است. در اکثر موارد در چاه­‌های عمیق فاصله موتور با درایو بسیار زیاد است که با توجه به بالا بودن قیمت کابل مصرفی پمپ­‌های چاه عمیق، هزینه کابل بسیار قابل توجه خواهد بود. در اکثر موارد برای این پمپ‌­ها از راه‌­انداز دوضرب استفاده می­‌شود یعنی باید به تمام شش سیم در سیم‌­بندی موتور دسترسی داشت اما با درایو تنها سه سیم به موتور وارد می­‌شوند.

   با استفاده از درایو بستری الکترونیکی فراهم می­‌شود که با استفاده از این بستر می­‌توان قابلیت‌­هایی مثل مانیتورینگ و کنترل از راه دور را پیاده‌­سازی کرد.

   با استفاده از درایو می‌­توان قابلیت کنترل دما، فشار و … را با استفاده از PID Controller پیاده سازی نمود و نوعی هوشمندسازی در سیستم انجام داد تا کنترل فرآیند با توجه به پارامترهایی خاص صورت گیرد.

   از دیگر قابلیت­‌ها شبکه کردن چند درایو و کنترل چند موتور به روش­‌های متفاوت است که موجب افزایش قابلیت­‌های در دسترس می­‌شود، زیرا در برخی موارد خصوصا در تثبیت فشار و دبی در مخازن بزرگ یک موتور قادر به جوابگویی نیاز سیستم نیست و باید از چند موتور به صورت شبکه استفاده کرد.

برای دانلود این مقاله روی لینک زیر کلیک کنید.

  • انواع روش‌های راه‌اندازی موتورهای القایی : بخش اول