کنترل سرعت موتور کمپرسور

این روزها سیستم‌های کنترلی کمپرسورهای هوا پیشرفته‌تر شده و توسعه‌ی سریع آنها راهکارهای فراوانی را در اختیار قرار می دهد. سیستم‌های رله با تجهیزات قابل برنامه‌ریزی (PLCها) جایگزین شده اند. اکنون نیز PLCها در حال جایگزینی با سیستم‌های محصول‌محوری هستند که بر میکروکامپیوترها مبتنی هستند. در این مطلب برخی از نکات مربوط به سیستم‌های مانیتورینگ و کنترل کمپرسورها را ذکر خواهیم کرد.

سرعت کمپرسور هوا چگونه کنترل می شود؟

کمپرسورهایی که برای تامین توان خود از موتوری بهره می برند که امکان کنترل الکترونیکی سرعت آن فراهم است،‌ گزینه‌های ارزشمندی برای حفظ فشار کمپرسورهای هوا در محدوده‌ای بسیار کوچک هستند. کانورتور فرکانس وسیله‌ای است که در موتورهای القایی برای تنظیم سرعت از آن استفاده می شود؛ ظرفیت هوادهی (FAD) کمپرسور را می توان به شکلی منظم و مداوم با نیاز هوای فشرده‌ی سیستم تطبیق داد، این مهم از طریق محاسبه‌ی دقیق فشار سیستم و متعاقب آن فرآهم آوردن امکان ارسال این سیگنال‌های فشار به کنترلر کانورتور فرکانس موتور میسر می شود. در پی مراحل فوق سرعت موتور برای حفظ فشار سیستم در محدوده‌ای به پهنای به‌علاوه/منهای یک دهم بار مدیریت می شود.

منبع (وبسایت اطلس کوپکو آمریکا)

تا اینجا خواندید و جواب نگرفتید؟

بله، می ارزد. هزینه‌ای ندارد و صرفه‌‌ی آن بسیار بالاست. آنها که VSD خریدند راضی بودند و آنها که استاندارد خریدند بعدها کانورتر نصب کرده و از مزایای کمپرسور سرعت متغیر بهره برده اند.

اما این جواب چندان هم صحیح نیست. با ادامه‌ی مطلب همراه شوید یا مستقیم به تیترهای «ماکسیمم بهره‌کشی از درایو سرعت متغیر چه زمانیست؟» و «دو مثال دیگر از مواردی که نصب درایو سرعت متغیر ضرر دارد» بروید.

کمپرسورهای هوای با درایو فرکانس متغیر چگونه کار می‌کنند؟

تکنولوژی VFD یا VSD کمپرسورهای هوا را محبوب قلبهای صنایع کرده است. در بسیاری از صنایع صرفه‌جویی در انرژي و بهبود کنترل فشار و هوادهی حائز اهمیت است و این درایوها برای چنین صنایعی بهترین ترکیب را ارائه میدهد. اصطلاحات VFD مخفف Variable Frequency Drive و VSD مخفف Variable Speed Drive گاه به جای یکدیگر استفاده میشود، ولی تفاوتهایی هم دارند: درایو فرکانس متغیر به کنترل فرکانس برق ورودی موتور و درایو سرعت متغیر به کنترل سرعت موتور اشاره دارد. هر VFD نوعی VSD است، ولی هر VSD الزاما فرکانس متغیر نیست. در صنعت هوای فشرده بیش از درایوهای فرکانس متغیر استفاده میکنیم و اغلب این کمپرسورها با همین عناوین و به معنی یکسانی خوانده میشود.

عملکرد کمپرسور با درایو فرکانس متغیر

کمپرسور VFD از کنترلر الکترونیکی رای تنظیم فرکانس برق ورودی به الکتروموتور استفاده میکند. با تغییر فرکانس موتور سرعت خود را تغییر داده و میزان واقعی تقاضای هوای فشرده را پوشش میدهد. برخلاف کمپرسورهای سرعت ثابت یا نسخه‌های استاندارد، کمپرسور فرکانس متغیر سرعت خود را متناسب با نیاز مصرف کننده تنظیم میکند.

سنسورها و بخشهای مختلف سیستم اطلاعات لازم را برای کنترلر ارسال میکند تا به هنگام افزایش تقاضای هوا سرعت موتور را افزایش داده و به هنگام افت تقاضای این سرعت را کم کند.

مزایای کمپرسور VFD یا VSD

۱. صرفه جویی در انرژی: صرفه جویی در انرژی اصلی‌ترین ویژگی این درایوهاست، البته که تنها ویژگی مثبت نیست. با کاهش سرعت موتور در زمانهای کاهش تقاضا مصرف انرژی کاهش می یابد. CAGI که انجمن هوای فشرده و گاز ایالات متحده‌ی آمریکاست برآورد کرده که کمپرسورهای سرعت متغیر حدود ۳۳ درصد از مصرف انرژی را کاهش میدهد.

۲. کاهش هزینه‌ها و بازگشت سرمایه: مطالعات، همچنان مطالعاتی که در غرب انجام شده، صرفه‌جویی قابل‌توجه حاصل از بکارگیری این کمپرسورها را در گستره‌ی سالانه نشان میدهد و دوره‌ی بازگشت سرمایه را ۲ تا ۵ سال تخمین میزند.

۳. راه اندازی نرم یا سافت استارت: در کمپرسور سرعت ثابت جریان اولیه‌ی برق به هنگام روشن شدن موتور تا شش برابر جریان کاری عادی است و این پیک جریان در کمپرسور سرعت متغیر حذف شده و موتور به آرامی به سرعت کامل میرسد.

۴. کاهش استهلاک ناشی از Rapic Cycling:‌ اصطلاح لاتین Rapic Cycling جابجایی سریع و ناگهانی میان حالت لود و آنلود را بیان میکند. این جابجایی سرعتی میان حالات تحت فشار و بدون فشار باعث سایش و کاهش عمر قطعات خواهد شد. درایو سرعت متغیر با کنترل سرعت این مشکل را کاهش میدهد.

۵. کنترل دقیقتر فشار و جریان: کمپرسورهای VFD فشار هدر و هوادهی کمپرسور را بهتر و دقیقتر تنظیم میکند. باند یا محدوده‌ی فشار این کمپرسورها در حدود + و – ۰.۰۱۳ بار است. که عملکرد بهتر و کاهش هدررفت انرژی را به همراه میاورد.

ترکیب درایو سرعت متغیر کمپرسور با دیگر تکنولوژی‌های جدید

VSDهای سیال-خنک

درایوهای قدیمی برای محیط صنعتی آلوده و پرگردوغبار مناسب نبود. در چنین محیط‌هایی گرماگیرها و فن‌ها مسدوده شده و سیستم داغ میکند. درایو خنک شونده با سیال یا مایع این مشکل را مرتفع ساخته و دمای کاری پایینتر را با راندمان بهتر همراه ساخته است.

VSDهای از راه دور

کنترل درایو را میتوان برای محیطهای بسیار آلوده یا گرم از راه دورتر و ریموت انجام داد. این سیستمها با فرکانس کار میکنند، پس اگر فاصله‌ی درایو با کمپرسور از ۱۵ متر فراتر باشد دچار اختلالات هارمونیکی خواهد شد.

ماکسیمم بهره‌کشی از درایو سرعت متغیر چه زمانیست؟

اگر در طول زمان مصرف هوا بین ۳۰ تا ۷۰ درصد ظرفیت کمپرسور متغیر باشد استفاده از درایو سرعت متغیر ایده‌آل است. برای تقاضای ثابت و بالاتر از ۸۰ درصد ظرفیت هوادهی کمپرسور این تکنولوژی چندان کاربردی ندارد. در کمپرسور اویل فری محدوده‌ی کاری VSD کوچکتر و اغلب در حدود ۶۰ درصد نگاه داشته میشود تا عملکرد بهینه حفظ گردد.

برای تقاضای ثابت، کارگاه با برق نامطمئن یا کیفیت پایین و محیطهای بسیار آلوده، مرطوب، داغ یا سرد استفاده از چنین درایوهایی توصیه نمیشد. در محیطهای مذکور درایو‌های مجهز به خنک‌کنندگی با مایعات میتواند کارآمد باشد. بسیاری از سازندگان حرفه‌ای کمپرسور هوا برای این شرایط راهکارهای جایگزینی ارائه میدهد که از جمله‌ی آنهاست:

• کنترل مدولار فشار

در این روش شیر ورودی تا حدی کمتر از صددرصد باز نگاه داشته میشود. این روش به اتلاف انرژی خواهد انجامید. چاره آن است که هزینه‌های احتمالی مختلف را بسنجید و سبک سنگین کنید. مثلا نکات منفی لود و آنلود مکرر، هزینه‌ی اولیه‌ی خرید درایو سرعت متغیر، هزینه‌های هدررفت انرژی و … را بایستی با یکدیگر تطابق دهید. کنترل مدولار یا درایو سرعت متغیر هرگز جای کمپرسوری که به درستی سایز شده است و ظرفیت دقیق را پوشش میدهد و تهیه‌ی مخزن هوای فشرده را نمیگیرد. تهیه‌ی مخزن تر و مخزن خشک جداگانه برای تفکیک رطوبت و حفظ پایداری فشار اقدامی مناسب است.

• استراتژی‌های ترکیبی برای لود پایه، نوسانات و لود متغیر

کمپرسور پایه حداقل نیازهای هوای فشرده‌ی سیستم را پوشش میدهد، این کمپرسور یا خاموش است یا ۱۰۰ درصد ظرفیت کار میکند. کمپرسور مکمل یا Trim نوسانات تقاضای فراتر از کمپرسور پایه را پوشش خواهد داد و بهتر است برای این منظور از کمپرسور VSD استفاده شود. کمپرسور پشتیبان نیز زمانی که کمپرسور مکمل یا کمپرسور پایه آفلاین شود وارد عمل میشود و بهتر است هم قد و اندازه‌ی کمپرسور پایه باشد.

دو مثال دیگر از مواردی که نصب درایو سرعت متغیر ضرر دارد:

الف:‌ در کارخانه داروسازی ممکن است کمپرسور تمام وقت روز و ماه و سال یا ۱۰۰ درصد ظرفیت کار کند. برای چنین نیازمند کمپرسور اسکرویی هستید که با ظرفیت کامل کار کند و درایو سرعت متغیر به کار شما نخواهد آمد. درایو VSD خود مصرف کننده‌ی انرژی است و در چنین کارخانه‌ای عملا دور انداختن پول است.

 

ب: در مواردی که تقاضا بسیار پایین باشد مثالهای بدتری هم خواهیم داشت. کمپرسور سرعت متغیری که به طور مداوم با ۲۰ درصد ظرفیت خود کار کند هیچگاه به اندازه‌ی کافی گرم و بالای ۶۵ درجه سانتیگراد نخواهد ماند تا رطوبت هوا را تبخیر کند. کمپرسور پر از آب خواهد شد و زنگ‌زدگی و خوردگی دستگاه را نابود میکند. در چنین مصارفی نمونه‌گیری از روغن و مشاهده‌ی آب موجود در آن ضروری است. محدوده‌ی عملکرد مطلوب کمپرسور سرعت متغیر باید میان ۳۰ تا ۸۰ درصد ظرفیت بوده و قطعا کمتر از ۲۰ درصد نیاید.

نکات ایمنی نصب درایو سرعت متغیر

طبیعتا برای نصب این درایوها بایستی از افراد متخصص کمک گرفت. کار با درایوهای الکترونیکی و پیکربندی صحیح آنها برای عملکرد بهینه، مطمئن و ایمن به کارشناسان حرفه‌ای نیاز دارد. پیکربندی نادرست خرابی و عملکرد ضعیف سیستم را به همراه خواهد داشت.