نمایشگاه انرژی های تجدید پذیر ، بهره وری و صرفه جوئی در مصرف انرژی در تاریخ ٢١ الی ٢٤ شهریور ١٤٠١ در محل نمایشگاه بین المالی تهران برگزار گردید.

 

یكی از محصولات جدید عرضه شده در این نمایشگاه توسط سازندگان مختلف كولرهای آبی ، استفاده از الكتروموتورهای پربازده در نوع جدید كولر های آبی ، به منظور كاهش مصرف آب و انرژی در این نوع كولرها بود.

 

الكتروموتورهای جدید از نوع BLDC میباشد كه سازندگان ملزم خواهند شد كه در آینده ، این الكتروموتورها را جایگزین موتورهای القائی قدیمی بنمایند. ( Brushless DC motors )

 

در صورت انجام این جایگزینی بالغ بر ١٢٠٠ مگاوات صرفه جوئی در مصرف توان كولر های آبی در كشور تا سال ١٤٠٥ إیجاد خواهد شد.

همچنین در صورت حمایت دولت از سازندگان و مصرف كنندگان كولرهای آبی در جایگزینی موتورهای جدید و بهینه سازی ٢٠ میلیون كولر آبی در كشور ، بالغ بر ٥٠٠٠ مگاوات صرفه جوئی در مصرف انرژی در برق كشور إیجاد خواهد شد ، كه این میزان توان ، معادل توان تولید شده توسط چند نیروگاه كشور خواهد بود.

 

در این مقاله به معرفی كولرهای آبی جدید ، مجهز به موتورهای BLDC خواهیم پرداخت :

 

موتور BLDC در کولر آبی

یکی از طرح‌های جدید ارائه‌شده در صنعت تهویه هوا، کولر آبی بهینه‌شده با موتور BLDC است. موتور این کولر از نوع مغناطیس دائم و بدون جاروبک است که به جای موتورهای القایی در کولر آبی، به کار می‌رود. مزیت اصلی موتور BLDC ، بازدهی بیشتر آن در مقایسه با موتورهای رایج است.

ویژگی های خاص موتور DC بدون جاروبک (BLDC)

موتورهای BLDC دارای مزایای مهمی هستند که کاربرد آنها را بطور روز افزون بالا می برند.

 

 

 

مزایای موتور های DC بدون جاروبک

سادگی کنترل و ساخت: جریان اعمال شده به این موتور های در هر بازه ۱۲۰ درجه الکتریکی بصورت DC است و با توجه به استفاده از آهنربا در ساخت روتور، گشتاور خروجی متناسب با این جریان اعمالی می باشد. بنابراین کنترل گشتاور آنها به سادگی کنترل یک موتور DC آهنربا دائم است و فقط با تنظیم جریان ورودی امکان پذیر می شود.

حجم و وزن کم و چگالی توان بالا: استفاده از مواد مغناطیسی با انرژی بالا در ساختار موتور BLDC اتلاف توان را به حداقل می رساند و موجب افزایش بازدهی موتور و کاهش حجم آن می شود. این موضوع استفاده از موتور های BLDC را علاوه بر سیستم تهویه و کولر، برای کاربرد هایی نظیر حمل و نقل و هوافضا که کم وزن و کم حجم بودن عامل بسیار مهمی در انتخاب نوع موتور است، به گزینه مناسبی بدل می کند.

هزینه نگهداری کم و طول عمر زیاد: بدلیل عدم وجود کموتاتور و جاروبک مکانیکی که به سرعت فرسوده میشوند و نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی دارند،طول عمر موتور فقط وابسته به عمر آهنربا و عایق مورد استفاده است.

نویز پایین: با توجه به اینکه در موتور های BLDC ، از جاروبک مکانیکی و حلقه های لغزان استفاده نمیشود، سطح نویز پایین است و به نویز ناشی از شفت و یاتاقان محدود می شود.

سادگی ساخت: سیم پیچی این موتور ها از نوع متمرکز بوده و نیازی به سیم پیچی توزیع شده ندارند و این موضوع به نوبه خود موجب سادگی ساخت آنها می گردد.

در کنار این مزایا، موتور BLDC هم مانند تمام سیستم های عملی دیگر معایبی دارد.

 

 

معایب موتور های DC بدون جاروبک

هزینه بالا: قیمت بالای مواد مغناطیسی مورد استفاده در آنها که سبب افزایش قیمت کلی موتور می شود، مانع استفاده از این موتورها در کاربردهایی که هزینه مهمتر از کارایی است می شود. در مورد کولر و سیستم تهویه مطبوع این هزینه خیلی زود به دلیل مصرف کمتر این نوع موتور جبران می شود. علاوه بر آن با توجه به طول عمر بیشتر آن، نیاز به تعمیر، نگهداری و تعویض آن بسیار کمتر است که این موضوع استفاده از آنها را در کولرهای آبی مقرون به صرفه می کند.

نیاز همیشگی به درایو: به دلیل کموتاسیون الکترونیکی آنها، حتی زمانی که در سرعت ثابت کار می کنند نیاز به کنترل کننده و درایو دارند.

طراحی و ساخت درایور الكترونیكی برای این الكتروموتورها ، یكی از الزاماتی است كه لازم است تا در ساخت و تولید كولرهای جدید ، انجام شود.
 

 

۴۰%صرفه جویی با استفاده از موتورهای BLDC در کولرهای آبی

در این نوع کولر جانمایی موتور تغییر کرده و در نتیجه آن نیاز به تسمه برای انتقال نیرو از بین رفته است. علاوه بر آن بدنه این کولر از جنس پلیمر ساخته شده که نسبت به فلز خیلی بهتر انرژی را حفظ می کند.

گذشته از آن به جای پوشال از پد سلولزی استفاده شده است که این موضوع دوحُسن عمده دارد. اول اینکه پدهای سلولزی خیلی بهتر از پوشال گرمای اطراف را جذب می کنند و عملکرد بهینه تری در سرمایش محیط دارند و این خود باعث کاهش مصرف انرژی می شود. دوم اینکه این پدها بر خلاف پوشال های رایج نیاز کمتر به تعویض دارند.

با استفاده از این کولر آبی ، ۲۰ درصد مصرف آب و ۴۰ درصد مصرف برقبهینه می‌شود.

دور موتور قابل تنظیم، به صورت پیوسته، به دلیل داشتن درایور (مدار راه‌اندازی و کنترل الکترونیکی) در موتورهای BLDC، از دیگر ویژگی‌های این کولر است.

 

 

ویژگیهای مدارات الکترونیکی در موتورهای BLDC و اصلاح موتورهای قدیمی

تا اواسط قرن ۲۰ موتورها به موتورهای AC و DC طبقه بندی شده بودند که علت تقسیم بندی آنها به خاطرنوع منبع تغذیه آنها بود. این موتورهای اولیه نیازی به مدارات الکترونیکی جهت راه اندازی نداشتند ولی امروزه مدارات الکترونیکی برای کنترل خوب و دقیق موتورها بکار می روند.

موتورهایی که با مدارات الکترونیکی از جنس نیمه هادی ها راه اندازی می شوند در سال ۱۹۶۰ توسعه یافته و موارد استفاده آن ها فراوان شد. این تکنیک باعث توسعه موتورهای دقیق همانند بدون جاروبک ، سوئیچ رلوکتانس و پله ای گشت و همچنین تا آخر قرن بیستم از بازار بسیار خوبی برخوردار بودند. در قرن ۲۱ موتورها و مدارات الکترونیکی از اجزاء مدارات مجتمع (IC) و میکروپروسسورهای قابل برنامه ریزی برخوردار شدند. که همه این قطعات باعث کارکرد راحت و بدون جرقه و اصطلاحاً نرم یک الکتروموتور شده و بازار لوازم خانگی با یک تحول عظیم روبه رو شد و نسل جدید لوازم بدون صدا با سرعت و راندمان بالا به بازار عرضه شد.

مزایای موتورهای BLDC

یکی از بزرگترین مزایای موتور BLDC، راندمان بالای آن است؛ زیرا این موتور می‌تواند به طور پیوسته در ماکزیمم گشتاور کار کند، اما موتور دارای جاروبک فقط در نقاط خاصی در چرخش می‌تواند به حداکثر گشتاور برسد. یک موتور دارای جاروبک برای اینکه به گشتاوری برابر با موتور بدون جاروبک برسد، باید از مغناطیس‌های بزرگتری استفاده کند و به همین دلیل است که حتی موتورهای خیلی کوچک بدون جاروبک نیز می‌توانند توان قابل ملاحظه‌ای داشته باشند.مزیت بزرگ دوم، قابلیت کنترل‌پذیری بالای این موتورها با استفاده از مکانیزم‌های فیدبک، برای رسیدن دقیق به گشتاور و سرعت چرخش مطلوب است. این دقت کنترل منجر به کاهش مصرف انرژی و تولید گرما در موتور می‌شود و در مواردی که موتور به باطری متصل است، طول عمر آن افزایش می‌یابد.

موتورهای BLDC همچنین به دلیل عدم وجود جاروبک، طول عمر بالایی دارند و نویز آن‌ها بسیار کم است. در موتورهای دارای جاروبک، جاروبک و کموتاتور در اثر تماس مداوم در طول چرخش ساییده می‌شوند و در محل تماس تولید جرقه می‌کنند. نویز الکتریکی نتیجه جرقه‌های شدیدی است که هنگام عبور تیغه‌های کموتاتور از جاروبک‌ها رخ می‌دهد. به همین دلیل است که موتورهای بدون جاروبک در کاربردهایی که حتما باید از نویز و جرقه الکتریکی اجتناب شود، بسیار مورد توجه قرار می‌گیرند.

کاربرد های موتورهای BLDC

همان‌طور که گفتیم، موتورهای BLDC راندمان و کنترل‌پذیری بالایی در اختیار کاربر قرار می‌دهند و طول عمر کاری بالایی هم دارند. در این بخش با کاربردهای این موتورها آشنا می‌شویم. به دلیل راندمان و طول عمر بالا، این موتورها به طور گسترده در کاربردهایی که نیاز به کارکرد مداوم یک وسیله است، مورد استفاده قرار می گیرند. تاکنون موتورهای بدون جاروبک در ماشین‌های لباس‌شویی، تهویه هوا و سایر لوازم الکتریکی مورد استفاه قرار گرفته‌اند. این موتورها همچنین در جاروبرقی به کار می‌روند. در این موارد، یک تغییر در برنامه کنترل منجر به جهش بزرگی در سرعت موتور می‌شود که مثالی از مزیت کنترل‌پذیری این موتورها است.

موتورهای BLDC همچنین در چرخش درایو هارد دیسک کامپیوترها مورد استفاده قرار می‌گیرند و ماندگاری آن‌ها قابلیت اطمینان عملکرد درایو را در طولانی مدت تضمین می‌کند و همچنین راندمان توان آن‌ها منجر به کاهش مصرف انرژی در این قسمت کامپیوتر می‌شود که مزیت بسیار مهمی است.

در آینده بسیار نزدیک کاربرد موتورهای BLDC بسیار گسترده‌تر خواهد شد. به عنوان مثال، این موتورها در درایو ربات‌های کوچک با کاربردهای غیر صنعتی بسیار مورد استفاده قرار خواهند گرفت. ممکن است این گونه تصور شود که موتورهای پله‌ای برای چنین کاربردهایی که پالس‌ها می‌توانند برای کنترل دقیق موقعیت موتور مورد استفاده قرار گیرند مناسب‌تر است. اما موتورهای بدون جاروبک برای کنترل نیرو بسیار مناسبت‌تر هستند و نگه داشتن موقعیت یک سازه مانند بازوی ربات توسط موتور پله‌ای به جریان نسبتا بالایی احتیاج خواهد داشت. اما در یک موتور بدون جاروبک تمام آنچه مورد نیاز است یک جریان متناسب با نیروی خارجی است که اجازه کنترل با توان مناسب را خواهد داد.

 

 

______

_________________________________________________________________

گردآوری و تدوین توسط :

كمیته صنعت ، معدن و تجارت

كانون مهندسین فارغ التحصیل دانشكده فنی دانشگاه تهران

شهریور ١٤٠١