چرا استفاده از موتور PMSM برای فن‌های صنعتی، ضریب توان سیستم‌های تأمین برق کارخانه را بهبود می‌بخشد؟

وقتی یک کارخانه مصرف انرژی فن‌ها را بررسی می‌کند، گفت‌وگو اغلب در حد بازده موتور متوقف می‌شود. این امر سؤال دوم در مورد سیستم الکتریکی را نادیده می‌گیرد: برای انجام کار، منبع تغذیه چقدر جریان باید تأمین کند؟ پی‌ام‌اس‌ام برای فن‌های صنعتی می‌تواند این تصویر را بهبود بخشد، زیرا موتور سنکرون مغناطیس دائمی نیازی به جریان مغناطیس‌کننده روتور ندارد، برخلاف موتور القایی. اما پاسخ مفید دقیق‌تر از عبارت «پی‌ام‌اس‌ام به معنای ضریب توان بهتر» است. کارخانه رفتار ترکیبی موتور، درایو فرکانس متغیر (وی‌اف‌دی)، تنظیمات کنترلی، چرخه کار فن و محیط هارمونیک را مشاهده می‌کند.

برای مهندسی که بسته‌ی موتور مغناطیس دائمی (PMSM) را با بسته‌ی فن القایی مقایسه می‌کند، هدف عملی این نیست که به ادعایی روی برچسب اتکا کند. بلکه هدف، کاهش جریان غیرضروری، کنترل پایدار فن و بهبود اندازه‌گیری‌شده‌ی شرایط عملیاتی واقعی تأسیسات است.

از تغییرات ضریب توان در سیستم فن شروع کنید

ضریب توان نشان‌دهنده‌ی این است که چگونه توان ظاهری به طور مؤثر به توان حقیقی مفید تبدیل می‌شود. در یک سیستم موتور جریان متناوب معمولی، توان راکتیو برای ایجاد میدان‌های مغناطیسی لازم برای تولید گشتاور مورد نیاز است. این توان ظرفیت ترانسفورماتورها، کابل‌ها، تجهیزات قطع و وصل و ژنراتورها را اشغال می‌کند، حتی اگر مستقیماً فن را به حرکت نیاورد. بنابراین، کاهش ضریب توان، جریان را برای یک تقاضای مشخص از کیلووات افزایش می‌دهد و این امر باعث افزایش تلفات در رساناها و مصرف ظرفیت توزیع می‌شود.

موتور القایی میدان روتور خود را از طریق جریان مغناطیس‌کننده ایجاد می‌کند. یک موتور سنکرون مغناطیس دائمی برای فن‌های صنعتی از آهنرباهای دائمی در روتور استفاده می‌کند، بنابراین می‌تواند مؤلفه مغناطیس‌کننده را در ترمینال‌های موتور کاهش دهد. با کنترل مناسب جریان، جریان استاتور می‌تواند به‌طور نزدیک‌تری با محور تولید گشتاور هم‌راستا شود. این مکانیزم الکتریکی پشت فرصت بهبود ضریب توان است.

مرز مهمی وجود دارد: ضریب توان در ترمینال‌های موتور به‌طور خودکار برابر با ضریب توان در ورودی کارخانه نیست. اگر فن توسط درایو فرکانس متغیر (VFD) به‌کار گرفته شده باشد، یکسوکننده ورودی درایو، لینک مستقیم (DC link)، راکتور خط، فیلترهای هارمونیکی غیرفعال یا فعال و سایر بارهای نصب‌شده در کارخانه، همه بر عددی که کنتور برق تأمین‌کننده ثبت می‌کند تأثیر می‌گذارند.

دلیل معنادار بودن این مزیت برای فن‌های صنعتی

پنکه‌ها به دلیل تغییرپذیر بودن معمول نیاز به جریان هوا، نامزدهای قوی‌ای هستند. به جای تنظیم دَمپِرها در حالی که موتور با سرعت ثابت کار می‌کند، یک درایو فرکانس متغیر (VFD) می‌تواند سرعت پنکه را کاهش دهد تا با نیازهای تهویه، خنک‌کنندگی یا فرآیندی تطبیق یابد. قوانین شباهت پنکه نشان می‌دهند که دبی تقریباً متناسب با سرعت، فشار تقریباً متناسب با مجذور سرعت و توان محور تقریباً متناسب با مکعب سرعت تغییر می‌کند. بنابراین، کاهش جزئی سرعت می‌تواند تقاضای توان حقیقی را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد.

محدودهٔ کاری با بار پایین‌تر جایی است که انتخاب موتور اهمیت پیدا می‌کند. ماشین‌های مغناطیس دائمی می‌توانند در صورت تطبیق صحیح موتور و درایو فرکانس متغیر، بازده و قابلیت کنترل مطلوبی را در گسترهٔ وسیعی از سرعت‌ها حفظ کنند. یک موتور سنکرون مغناطیس دائمی برای فن‌های صنعتی بنابراین می‌تواند هم مصرف کیلووات و هم بار جریان واکنشی مرتبط با یک موتور القایی را کاهش دهد. این دو مزیت ارتباطی با یکدیگر دارند اما متفاوت‌اند: کاهش کیلووات لزوماً نشان‌دهندهٔ ضریب توان بهتر نیست و ضریب توان بهتر به‌خودی‌خود لزوماً نشان‌دهندهٔ کاهش کیلووات‌ساعت نیست.

ضریب توان موتور در مقابل ضریب توان ورودی درایو

این تفاوت از بسیاری از انتظارات ناامیدکنندهٔ بازسازی جلوگیری می‌کند. در سوی خروجی، درایو فرکانس متغیر (VFD) موجی کنترل‌شده را به موتور مغناطیس دائمی (PMSM) تأمین می‌کند. در سوی ورودی، یک یکسوکنندهٔ استاندارد شش‌پالسی می‌تواند جریانی غیرسینوسی را مصرف کند. ضریب توان جابه‌جایی ممکن است بالا باشد، درحالی‌که ضریب توان واقعی به‌دلیل اعوجاج هارمونیکی جریان کاهش می‌یابد.

به‌همین دلیل، یک کارخانه باید حداقل چهار مقدار را پیش از و پس از بازسازی بررسی کند:

• توان حقیقی (کیلووات): توان الکتریکی مفیدی که توسط سیستم پنکه مصرف می‌شود.
• توان راکتیو (کیلوولت‌آمپر راکتیو): بخشی از توان که با حمایت از میدان مغناطیسی و سایر اثرات راکتیو مرتبط است.
• توان ظاهری (کیلوولت‌آمپر): باری که بر تجهیزات تأمین انرژی وارد می‌شود.
• ضریب توان واقعی و THD جریان: در ورودی VFD یا در تابلوی توزیع مربوطه اندازه‌گیری می‌شود.

اگر کارخانه دارای بانک‌های خازنی باشد، کنترل‌کنندهٔ آن‌ها نیز نیاز به بررسی دارد. یک سیستم غنی از درایوهای فرکانس متغیر ممکن است بسته به اندازه‌گیری‌ها و محدودیت‌های کیفیت توان در محل، نیازمند راکتورهای غیرهم‌تنگ، فیلترهای هارمونیک یا انتهای فعال داشته باشد. افزودن خازن‌ها بدون بررسی پدیدهٔ تشدید و هارمونیک‌ها جایگزین ایمنی برای ارزیابی مناسب ورودی درایو نیست.

جایی که جایگزینی فن با موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) می‌تواند ظرفیت کارخانه را بهبود بخشد

در نظر گرفتن یک بانک تهویه که به‌صورت چرخشی در شرایط تقاضای کم، متوسط و بالا کار می‌کند. در یک موتور القایی با کنترل دامپر و شرایط بار جزئی ضعیف، سیستم ممکن است جریان بیشتری نسبت به نیاز واقعی هوایی که مصرف می‌کند، بکشد. جایگزینی استراتژی کنترل با یک موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) برای فن‌های صنعتی که توسط درایو فرکانس متغیر (VFD) راه‌اندازی می‌شود، امکان کاهش سرعت سیستم را هنگامی که فرآیند اجازه می‌دهد، فراهم می‌کند. کاهش نیاز گشتاوری، مصرف کیلووات را کاهش می‌دهد، در حالی که ویژگی‌های مُثبِت‌کنندگی موتور می‌تواند مؤلفهٔ راکتیو را در سمت موتور کاهش دهد.

نتیجه می‌تواند منجر به کاهش بار مؤثر در تجهیزات بالادستی شود. جریان کمتر، تلفات I²R را در فیدرها کاهش می‌دهد و ممکن است از بارگیری ترانسفورماتور یا ژنراتور—که بر اساس kVA و نه صرفاً kW تعیین می‌شود—جلوگیری کند. با این حال، این مزیت باید از بازه‌های اندازه‌گیری‌شده محاسبه شود، نه از داده‌های نامی موتور استنباط گردد. منحنی فن، فشار استاتیک، وضعیت کانال، ساعات کارکرد و تعداد فن‌های در حال بهره‌برداری همه بر نتیجه تأثیر می‌گذارند.

پنج بررسی مشخصات پیش از انتخاب بسته فن PMSM

• چرخه واقعی کارکرد را ترسیم کنید. سرعت فن، فشار، شاخص دبی جریان هوا، توان (kW) و ساعات راه‌اندازی را ثبت کنید. فنی که نزدیک یک نقطه ثابت کار می‌کند، لزوماً مستلزم انتخاب طراحی یکسانی نیست که برای فنی با تغییرات گسترده روزانه اعمال می‌شود.
• سازگانی VFD را تأیید کنید. درایو باید قابلیت کنترل PMSM را داشته باشد و پارامترهای راه‌اندازی آن بر اساس داده‌های موتور ارائه‌شده توسط سازنده تنظیم شوند. کنترل بدون سنسور و کنترل مبتنی بر انکودر پیامدهای متفاوتی در راه‌اندازی و کار در سرعت‌های پایین دارند.
• نقطهٔ اندازه‌گیری را مشخص کنید. اینکه معیار پذیرش، ضریب توان سمت موتور، ضریب توان واقعی ورودی درایو فرکانس متغیر (VFD)، فیدر تابلوی کنترل موتور (MCC) یا ورودی تأسیسات است را بیان کنید. این مقادیر با یکدیگر قابل تعویض نیستند.
• هارمونیک‌ها و تجهیزات موجود جبران‌کننده را بررسی کنید. قبل از نهایی‌سازی ارتقاء، کلی‌ترین مقدار نوسان جریان (THD) را اندازه‌گیری کنید و سوئیچینگ بانک خازنی، راکتورها و بار دهی ترانسفورماتور را بازرسی کنید.
• تطابق فن مکانیکی را بررسی کنید. نیازمندی‌های گشتاور-سرعت، لختی، یاتاقان‌ها، نحوهٔ نصب و عملکرد جریان هوا باید با محدودهٔ عملیاتی جدید سازگان داشته باشند. یک موتور با راندمان بالا نمی‌تواند خطای انتخاب نادرست فن یا کانال‌های هوا با مقاومت زیاد را جبران کند.

طرحی عملی برای تأیید

از تأمین‌کننده یا ادغام‌کننده بخواهید پایه‌ای را تعریف کرده و آزمون پذیرش را انجام دهند. به جای ثبت تنها یک نمایهٔ سرعت کامل، سه نقطهٔ نمایندهٔ عملیاتی را ثبت کنید. در هر نقطه، ولتاژ، جریان، کیلووات، کیلووار، کیلوولت‌آمپر، ضریب توان واقعی، ناهماهنگی کل جریان (THD)، سرعت فن و شرایط فرآیند را ثبت نمایید. شرایط معادل دبی جریان هوا یا فشار را مقایسه کرده، سپس داده‌ها را با مهندس کیفیت برق نیروگاه بررسی کنید.

برای پروژه‌های بین‌المللی، رده‌های بازده و روش‌های آزمون باید در برابر الزامات بازار مربوطه بررسی شوند. مستند IEC TS 60034-30-2 زمینه‌ای مرتبط از رده‌های بازده موتورهای جریان متناوب با سرعت متغیر ارائه می‌دهد، اما جایگزین مطالعهٔ الکتریکی خاصِ محلی نمی‌شود. به طور مشابه، داشتن ردهٔ بازده بالا تضمینی برای این نیست که ورودی درایو در محدودهٔ مشخصی از ضریب توان یا هارمونیک‌های مورد نیاز شرکت توزیع برق قرار گیرد.

وقتی PMSM تنها پاسخ نیست

موتور سنکرون مغناطیس‌دائم برای پنکه‌های صنعتی به‌طور خودکار گزینهٔ مناسبی برای همهٔ پنکه‌ها نیست. اگر پنکه‌ای به‌صورت مداوم و در نقطهٔ کار پایداری اجرا شود، استفاده از یک موتور القایی با راندمان بالا و اندازهٔ مناسب ممکن است گزینه‌ای ساده‌تر و از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر باشد. اگر مشکل اصلی سیستم توزیع، اعوجاج هارمونیک ناشی از تعداد زیادی درایو موجود باشد، بهبود رفتار سمت خروجی یک موتور به‌تنهایی نمی‌تواند این مشکل سطح تأسیسات را حل کند.

اگر در حال ارزیابی موتورهای تجاری مغناطیس دائمی برای فروش هستید و به راه‌حلی مهندسی‌شده برای سیستم رانش نیاز دارید که بازدهی و طول عمر بالایی را تضمین کند، اننِنگ شریک قابل اعتماد شماست. امروز با اننِنگ تماس بگیرید .با تیم مهندسی فنی ما صحبت کنید تا پیشنهاد رانشی سفارشی دریافت کنید.

• واتس‌اپ: +۸۶ ۱۸۵۶۲۷۸۰۲۲۸
• پست الکترونیکی:  [email protected]
• تلفن:  +86 532 66000559