الموتورات عالية الكفاءة


إن كفاءة الموتور الكهربائي هي النسبة بين القدرة الميكانيكية الذي يعطيها الماتور إلى الطاقة الكهربائية الذي تغذي الماتور ويمكن التعبير عن ذلك كما يلي:

 

          الكفاءة = القدرة الخارجة (output) = القدرة الداخلة – الضياعات

                     القدرة الداخلة (input)              القدرة الداخلة             

              

                 =    القدرة   الخارجة       

                 القدرة الخارجة + الضياعات 

إن التغيير في التصميم واستعمال مواد تصنيع أفضل ساعدت على خفض الضياعات في الماتورات وهذا يعني أن موتور عالي الكفاءة يعطي قدرة أكبربطاقة أقل من الماتورات العادية.

إن وظيفة الموتور الكهربائي هو تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية تمكنه من القيام بعمل ما، وكانت كفاءة عملية التحويل هذه في الموتورات التي كانت تصنع قديماً ذات الكفاءة العادية تتراوح بيـــــن 83% - 92% إلا أن الماتورات ذات الكفاءة المرتفعة تعمل أفضل من ذلك، حيث تتراوح الكفاءة من 92%إلى 96% مما أدى إلى تقليل الضياعات بنسبة 25%.

يمكن تقسيم الضياعات في ا لموتورات إلى خمسة أقسام رئيسية وكل من هذه الأقسام الخمسة يتأثر بتصميم الموتور وصناعته، فعلى سبيل المثال، فإن الفجوة الموجودة بين الجزء الدوار ((Rotor والجزء الثابت ((Stator في الموتور لها أهمية في تحديد نسبة الضياعات. فكلما كانت الفجوة اقل فإن الضياعات تكون أقل ولكن تقليل الفجوة يحتاج إلى عملية تصنيع دقيقة ومكلفة.

يمكن تقسيم الضياعات إلى قسمين رئيسين، الضياعات الثابتة والضياعات المتغيرة والتي تعتمد على حمل الموتور ويمكن وصف هذه الضياعات كما يلي:

الضياعات الثابتة

1.ضياعات اللب ( :(Core وهي الطاقة اللازمة للتغلب على المقاومة الناتجة عن التغير في المجال المغناطيسي في المادة الحديدية (hysteresis) وتشمل الضياعات الناتجة عن تشكيل تيارات إدي(Eddy Current) في اللب. ويمكن تقليل هذه الصياغات باستعمال مادة حديدية مصنوعة من مادة السيليكون وأيضاً عن طريق إطالة اللب والتي تساعد على تقليل كثافة الفيض المغناطيسي.

2.ضياعات مقاومة الهواء والاحتكاك: وهي ناتجة وكما يوحي الاسم عن مقاومة مروحة التبريد للهواء والاحتكاك في "البيله" ((Bearing ويأتي التغلب على هذه الضياعات عن طريق تصميم مراوح أقل مقاومة للهواء وكذلك بيله ذات احتكاك منخفض.

 

الضياعات المتغيرة

1.ضياعات الجزء الثابت والناتج عن التيار المار في مقاومة الملف والتي تعرف بضياعــات (م ت 2) و يمكن تقليل هذه الضياعات عن طريق تعديل تصميم الشقوق (Slots)في الجزء الثابت وعن طريق تعديل تصميم الشقوق في الجزء الثابت وعن طريق زيادة سماكة أسلاك الملف.

2.ضياعات الجزء الدوار وهي أيضاً ضياعات ناتجة عن مقاومة أسلاك ملف الجزء الدوار (م ت 2) والتي يمكن أيضاً تقليلها عن طرق زيادة سماكة القضبان الموصلة.

3.ضياعات متناثرة (Stray Losses) والناتجة عن تسرب الفيض المغناطيسي.

ما هو مقدار التوفير:

إن مقدار التوفير الناتج عن استخدام الماتورات عالية الكفاءة يعتمد على أربعة عوامل رئيسية وهي حجم الموتور وعدد ساعات التشغيل ومقدار الحمل والتعرفة الكهربائية. فعندما نريد أن نقرر الجدوى الاقتصادية لشراء ماتور عالي الكفاءة فإنه يتوجب علينا أن نعرف معامل الحمل (Load Factor) أو مقدار الحمل الفعلي مقسوماً على الحمل الأقصى للماتور وعدد ساعات التشغيل السنوية للماتور عند هذا الحمل وكذلك تعرفة شركة الكهرباء.

بداية يجب أن نعرف ما هو مقدار التوفير السنوي في الطاقة لحساب مقدار التوفير المالي، فالماتور عالي الكفاءة يحتاج الى كمية أقل من الطاقة لتشغيل نفس الحمل الذي يشغله الماتور التقليدي فإذا أردنا تبديل موتور تقليدي بماتور عالي الكفاءة بنفس الحجم ونفس الظروف التشغيلية فإن المعادلة التالية تبين مقدار الوفر:

KW saved =  


حيث Es: كفاءة الماتور التقليدي
:EE كفاءة الماتور عالي الكفاءة

ويكمن حساب مقدار التوفير بالمعادلة التالية:

التوفير بالدينار =KW saved X عدد ساعات التشغيل X سعر الكهرباء

وإذا كانت الشركة تدفع غرامات الحمل الأقصى فإن التوفير في الغرامة يضاف إلى التوفير في الاستهلاك ويمكن حساب ذلك كالآتي:

التوفير السنوي = التوفير الشهري (كيلو واط) X 3.79 دينار X 12 شهر.

إن سعر الموتور عالي الكفاءة يكون عادة أعلى من سعر الموتور التقليدي ما نسبته (15 – 30)% وذلك بسبب التصميم الأفضل واستعمال المواد الجيدة في صناعة هذه الماتورات. ولكن وفي كثير من الحالات فإن هذا الفرق في السعر يمكن استرداده في فترة وجيزة من خلال التوفير في الطاقة والذي يمكن حسابه كما تبين سابقاً ولمعرفة الجدوى الاقتصادية لشراء موتور ذات كفاءة عالية يمكن اتباع مبدأ فترة الاسترجاع البسيطة ((Simple Payback والتي تحدد الفترة الزمنية التي يسترجع بها ثمن الاستثمار الناتج عن التوفير.