انرژی سیوینگاینورتر

بررسی صرفه جویی مالی ایجاد شده در استفاده از انواع مختلف ترمزهای الکتریکی اینورتر

بررسی چرخه بازگشت سرمایه در اشکال مختلف از ترمزهای الکتریکی

سلام خدمت دوستای عزیزم ترمزهای الکتریکی میتنی بر تکنولوژی اینورتر ها (VFD) از نظر صرفه جویی مالی بسیار قابل توجه است،

تصمیم داریم در مقاله فوق بررسی کنیم سطح انرژی سیوینگ و زمان چرخه برگشت سرمایه گذاری انواع روش های ترمزهای الکتریکی مبتنی بر اینورتر.

در مقاله (انرژی برگشتی حاصل از ترمز الکتریکی و راه حل هایی برای خطای اضافه ولتاژ اینورتر) و (بررسی انرژی ترمز درایوهای فرکانس متغیر در الکترومارکت) به صورت مفصل در مورد انرژی ترمزهای الکتریکی اینورتر ها و روش های مورد استفاده از جمله ریجنریتیو صحبت کردیم و توصیه میکنم اگر مقالات فوق را مطالعه نکردین قبل از مطالعه کامل مقاله فوق حتما یه سری به مقالات بالا بزنید.

خوب دیگه شروع میکنیم

Evaluating the life cycle cost of different forms of electrical braking

پول موضوع بسیار مهم در تصمیمات و انتخاب های انسان،مشاوره های فنی و تخصصی و مطالعه میتونه حافظ سرمایه و تضمین چرخه بازگشت سرمایه کوتاه مدت پول شما باشد.

هنگام سرمایه گذاری برای محصولاتی که در انرژی صرفه جویی می کنند، بررسی زمان بازگشت سرمایه ترمزهای الکتریکی به طور فزاینده ای اهمیت می یابد.

درایو AC برای کنترل سرعت و گشتاور استفاده می شود.

این عملکرد اصلی درایو های AC، به معنای صرفه جویی در مصرف انرژی در مقایسه با دیگر روش های کنترلی استفاده شده، می باشد. در برنامه هایی از نوع فن و پمپ، ترمز به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال درایو های AC مدرن، در برنامه هایی که در آن ها نیاز به وجود یک ترمز است، به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

محاسبه هزینه مستقیم انرژی

Calculating the direct cost of energy

هزینه مستقیم انرژی را می توان بر اساس، مثلا؛ قیمت انرژی، زمان و توان برآورد شده ترمز در هر روز محاسبه کرد. اما یک سطح قیمت برآورد شده معمول، از ۰.۰۵ یورو برای هر کیلووات ساعت مورد استفاده قرار می گیرد.

هزینه کلی انرژی را می توان از طریق این فرمول به دست آورد:

هزینه = زمان ترمز (روز/ساعت) × متوسط توان ترمز (کیلووات) ×  قیمت انرژی (کیلووات ساعت/یورو) × ۳۶۰

به عنوان مثال؛

یک درایو ۱۰۰ کیلوواتی سالانه ۸۰۰۰ ساعت کار می کند، و هر ساعت با متوسط توان ۵۰ کیلووات به مدت ۵ دقیقه ترمز می کند، مثلا ۶۶۷ ساعت در هر سال. هزینه های مستقیم سالانه انرژی ترمز ۱۶۶۸ یورو می باشد.

ارزیابی هزینه های سرمایه گذاری در بخش ترمزهای الکتریکی

اهداف سرمایه گذاری برای روش های مختلف ترمز الکتریکی متفاوت است. اجزایی که مشمول هزینه های سرمایه گذاری می گردند می بایست مورد محاسبه قرار گیرند؛

چاپر ترمز:

  • هزینه های مازاد برای چاپر و مقاومت ترمز بعلاوه هزینه فضای اضافی برای این اجزا مورد نیاز است.
  • هزینه تهویه اضافی برای چاپر ترمز لازم است.

تریستور یا IGBT مبنی بر ترمز های الکتریکی:

  • هزینه مازاد برای تریستور یا IGBT بازیابی ترمز نسبت به درایوی که با همان توان و بدون قابلیت ترمز الکتریکی است.

باس DC مشترک:

  • هزینه مازاد برای چاپر ترمز (DBU) و مقاومت ترمز، همچنین فضای موردنیاز برای این اجزا اگر در یک راهکار باس DC مشترک مورد نیازنمی باشند.
  • تفاوت هزینه بین راهکار باس DC مشترک و راهکار تک درایو مربوطه.
ترکیب باس DC مشترک و یونیت Active Front End یا ریجنریتیو
ترکیب باس DC مشترک و یونیت Active Front End یا ریجنریتیو

محاسبه و بررسی چرخه بازگشت سرمایه در چرخه عمر

Calculating the life cycle cost

محاسبه چرخه بازگشت هزینه در چرخه عمر، صرفا به تصمیم گیری اقتصادی برای یک سرمایه گذاری کمک می کند.

سطح قیمت انرژی همانند قیمت درایو ها بسته به کشور، تأسیسات آب و برق، اندازه شرکت، نسبت علاقه مندی، مدت زمان صرف هزینه و وضعیت کلی اقتصاد کلان تغییر می نماید.

ارزش های مطلق قیمت های داده شده در مثال های زیر، صرفا جهت نشان دادن اصول محاسبه استفاده شده اند.

۱- ترمز های گاه و بیگاه

در این مورد برنامه زیر را در نظر بگیرید:

توان راه اندازی موتور به صورت مداوم در یک سرعت شفت ۱۵۰۰RPM و با ۲۰۰ کیلووات است.

در صورت توقف اضطراری فرمان، برنامه ای برای کاهش در ۱۰ ثانیه لازم است. بر اساس تجربه در فرآیند، یک توقف اضطراری در ماه یکبار اتفاق می افتد. اینرسی J یک سیستم درایو  ۱۲۲Kgm۲ است.

هنگامی که توقف اضطراری فعال می شود، می توان از گشتاور بار صرف نظر کرد.

مجاسبه گشتاور ترمز موردنیاز برای موتور:

 

مجاسبه گشتاور ترمز موردنیاز برای موتور
مجاسبه گشتاور ترمز موردنیاز برای موتور

مقدار گشتاور معمول برای یک موتور ۲۰۰ کیلووات، ۱۵۰۰rpm حدودا ۱۲۰۰Nm است. یک موتور AC معمولی توسط اینورتری که می تواند با ۲۰۰% از گشتاور مقدار نامی کار کند، بالافاصله کنترل می شود. برای دستیابی به مقادیر گشتاور بالاتر، متناسبا جریان موتور بالاتری مورد نیاز است.

حداکثر توان ترمز در آغاز چرخه ترمز است.

حداکثر توان ترمز در آغاز چرخه ترمز است
حداکثر توان ترمز در آغاز چرخه ترمز است

چاپر و مقاومت ترمز می بایست در برابر جریان، برای یک توان ۳۰۰ کیلوواتی، مقاومت لحظه ای نماید. متوسط توان ترمز از رابطه زیر محاسبه می شود:

The average braking power is calculated below

متوسط توان ترمز از رابطه زیر محاسبه می شود
متوسط توان ترمز از رابطه زیر محاسبه می شود

هزینه ترمز مقاومتی:

چاپر ترمز برای حداکثر توان ترمز با ۳۰۰ کیلووات، مورد نیاز است. اگر درایوی دارای تابعی محدود از توان باشد، مقاومت ترمز می تواند با توجه به توان ۱۵۰kW سایزبندی شود. هزینه مازاد برای مقاومت و چاپر ترمز ۱۵ میلیون تومان یا ۴۰۰۰ یورو است. مقاومت ترمز نیازمند ۴ مترمربع فضای مازاد است.

با توجه به انرژی گرمایشی که ناچیز است و به کارگیری ترمز به صورت اضطراری، هزینه مازاد برای خنک سازی قابل اغماض است.

هزینه های مازاد کل شامل موارد زیر است:

  • چاپر و مقاومت ترمز در کابینه، ۴۰۰۰ یورو

۰.۴ مترمربع فضای کف × euro/m۲  ۵۰۰ ، ۲۰۰ یورو

هزینه کل انرژی هدر رفته در یک ترمز عبارت است از؛

هزینه کل انرژی هدر رفته در یک ترمز عبارت است از
هزینه کل انرژی هدر رفته در یک ترمز عبارت است از

در این مورد هزینه انرژی ترمز ناچیز است.

هزینه درایو ریجنریتیو ۴Q:

REGENERATIVE

هزینه های مازاد یک سرمایه گذاری مربوطه برای ترمز های الکتریکی با مدار تریستور غیر موازی در مقایسه با یک درایو با چاپر ترمز، ۷۰۰۰ یورو بیشتر است. همان طور که انتظار می رود، انرژی ذخیره شده نمی تواند به عنوان استدلالی برای پوشش هزینه های مازاد مورد نیاز به کار گرفته شود.

در ادامه توصیه میشود مطالعه شود:

ایستگاه پمپاژ نفت + تکنیک نصب اینورتر و بررسی سیوینگ انرژی این کاربرد

بررسی انرژی ترمز درایوهای فرکانس متغیر در الکترومارکت

انرژی برگشتی حاصل از ترمز الکتریکی و راه حل هایی برای خطای اضافه ولتاژ اینورتر

۲-کاربرد جرثقیل

در این مورد برنامه زیر را درنظر بگیرید:

جرثقیل با قابلیت بالا بردن توان ۱۰۰ کیلووات.

جرثقیل در دو قسمت تولید و راه اندازی نیازمند توان بسیار کاملی است. طولانی ترین زمان عملکرد جرثقیل می تواند سه دقیقه باشد. متوسط زمان کار بیش از یک سال برای جرثقیل ۲۰% است.

در ادامه توصیه میشود مطالعه شود:

جرثقیل و روش های انتخاب موتور برای آن (بخش اول)

هزینه ترمز مقاومتی:

مقاومت و چاپر ترمز می بایست برای چرخه ترمز مداوم ۱۰۰ کیلوواتی با توجه به حداکثر زمان ترمز که سه دقیقه است سایزبندی شوند. معمولا حداکثر سایزبندی چاپر ترمز برای یک ترمز یک دقیقه ای، در ۱۰ دقیقه انجام می شود.

  • چاپر و مقاومت ترمز در تابلو، ۷۸۰۰ یورو

ساختار مکانیکی جرثقیل، اجازه داشتن تابلو هایی با چاپر ترمز را می دهد. در نتیجه هزینه مازادی با توجه به فضای کف موردنیاز نیست.

فرض بر این است که در ۵۰ درصد از مواقع جرثقیل در سمت ژنراتور عمل می کند، یعنی به طور میانگین ۲.۴ ساعت/روز. کل هزینه تلف شده عبارت است از:

Cost = 2.4 (h/day) × ۱۰۰(kW) × ۰.۰۵(euro/kWh) × ۳۶۵ = ۴۳۸۰ euros

هزینه درایو ریجنریتیو ۴Q در کاربرد جرثقیل:

Cost of 4Q drive

درایو IGBT 4Q ریجنریتیو برای برنامه های جرثقیل توصیه می شوند.

هزینه مازاد برای ترمز الکتریکی با مدار ورودی IGBT  (ریجنریتیو) در مقایسه با درایو با چاپر ترمز، ۴۰۰۰ یورو است.

محاسبه بازپرداخت مستقیم نشان می دهد که یک هزینه مازاد ۴۰۰۰ یورو، همان مقدار انرژی ذخیره شده را طی سال اول استفاده به ارمغان می آورد.

۳- کاربرد سانتریفیوژ

در این مورد برنامه زیر را در نظر بگیرید:

سانتریفیوژ قند و شکر با موتور ۶ قطبی و توان ۱۶۰ kW.

موتور نیازمند گشتاور بسیار بالا در لحظه راه اندازی در یک سیکل ۳۰ ثانیه ای برای سرعت بخشیدن به سبد سانتریفیوژ تا حداکثر ۱۱۰۰r/min است.

سانتریفیوژ در یک سیکل ۳۰ ثانیه‌ ای شکر مایع داخل سبد خود را به چرخش در می آورد. هنگامی که شکر ها خشک و تصویه میگردند، موتور تا حد امکان از سرعت سانتریفیوژ می کاهد تا امکان عمل شارژ و دشارژ فراهم شود.

زمان در سیکل دسته ای شارژ، چرخش و دشارژ ثابت است، بنابراین تنها فرصت افزایش تولید، افزایش نرخ شتاب و کاهش سرعت است که این فرصت با استفاده از یک درایو IGBT 4Q ریجنریتیو بعنوان ولتاژ لینک DC حاصل می شود.

ولتاژ لینک DC در زمان کاهش شتاب استپ افزایش پیدا میکند.

از این طریق موتور می تواند حدود ۳ ثانیه در هر سیکل سریع تر عمل کند. این به معنای افزایش توان عملیاتی و تولید است که بهره وری روند را بهبود می بخشد. تلفات ناشی از این عمل برای IGBT 10% است.

در ادامه توصیه میشود مطالعه شود:

سیستم ریجنریتیو سانتریفیوژ شکر کـارخانه قنـد اصفهـان

گراف Regenerative SINUS PENTA سانتریفیوژ شرکت قند اصفهان

لازم به ذکر است گروه مهندسی الکترومارکت در سال ۱۳۹۰ یک پروژه ریجنریتیو برای ۲ موتور ۳۱۵ کیلووات طراحی ،نصب و راه اندازی نموده است .

پروژه اجرا شده با ۳ اینورتر سانترنو سری پنتا انجام شده است (دو درایو موتوری و یک درایو ریجنریتیو) و کلیات پروژه در لینک های بالا ارایه شده است.

“نکته:درایو سانترنو سری پنتا SINUS PENTA با تغییر اپلیکیشن به درایو ۴Q و ریجنریتیو تبدیل میشود و با نصب چند سخت افزار میتواند کار خود را شروع کند.

نمادها و تعاریف

AC = جریان یا ولتاژ متناوب

B = ضریب اصطکاک

C = ضریب یا ثابت

Cosϕ = کسینوس زاویه الکتریکی بین جریان و ولتاژ بنیادی

DC = جریان یا ولتاژ مستقیم

DPF = جابجایی ضریب توان که به عنوان Cosϕ۱ تعریف می شود در جایی که ϕ۱ زاویه فاز بین جریان فرکانسی بنیادی (امتداد تجهیزات) و جزء فرکانسی ولتاژ تغذیه است.

I = جریان (Ampere,A)

J = اینرسی (Kgm۲)

n = سرعت دوران (دور در دقیقه، rpm)

P = توان (وات، W)

PF = ضریب توان که به عنوان PF تعریف می شود = P/S (ولت آمپر/توان) = I۱/IS × DPF (با جریان سینوسی PF برابر است با DPF)

T = گشتاور (نیوتن متر، Nm)

t = زمان

THD = اعوجاج هارمونیکی کل که به این عنوان تعریف می گردد

در جایی که I۱ مقدار rms جریان فرکانسی بنیادی است.

U = ولتاژ (V)

E = انرژی (ژول، J)

ω = سرعت زاویه ای (ثانیه/رادیان، ۱/S)

با تشکر از مطالعه شما .الکترومارکت را به اشتراک بگذارید. 🙂

محبت و دانش را به اشتراک بگذاریم

“نظرات شما را میخوانیم و به آن ها فکر میکنیم.

اگر روش های دیگری را که حاصل از مطالعه و تجربه شما دوستان عزیز است با ما به اشتراک بگذارید خوشحال میشویم لطفا در قسمت نظرات عنوان فرمایید.

ما در ۲۴ ساعت از ۷ روز هفته منتظر شنیدن صدای شما هستیم
۰۲۱۴۳۸۴۴۴۴۰
۰۲۱۴۳۸۴۴۴۴۱
۰۹۱۲۲۶۵۹۱۵۴
برچسب ها

یوسف رجبی

یوسف-مهندسی کنترل صنعتی,برنامه نویس و بنیان گذار الکترومارکت طراح و برنامه نویس سیستم های مبتنی بر اتوماسیون صنعتی.طراح پروژه های انرژی سیوینگ بر پایه تکنیک های نوین, حرفه ای در برنامه نویسی اتوکد,ای پلن و طراحی وب سایت

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن