مقررات مصرف انرژی و راندمان الکتروموتور

راندمان الکتروموتور و اهمیت کاهش مصرف انرژی

الکتروموتورها بخش قابل‌توجهی از مصرف برق در صنایع و بسیاری از تجهیزات تجاری و ساختمانی را به خود اختصاص می‌دهند. به همین دلیل، انتخاب موتور با راندمان مناسب و استفاده صحیح از آن می‌تواند تأثیر مستقیمی بر هزینه برق، میزان تلفات انرژی و هزینه بهره‌برداری تجهیزات داشته باشد.

راندمان الکتروموتور نشان می‌دهد چه مقدار از انرژی الکتریکی دریافت‌شده توسط موتور به توان مکانیکی مفید در محور تبدیل می‌شود. هرچه راندمان موتور بیشتر باشد، انرژی کمتری به صورت گرما و سایر تلفات داخلی از بین می‌رود.

در موتورهای الکتریکی، راندمان با کدهای IE یا International Efficiency مشخص می‌شود. استانداردهای بین‌المللی، موتورهای الکتریکی را بر اساس میزان راندمان در کلاس‌های مختلفی دسته‌بندی می‌کنند و در سال‌های اخیر قوانین مربوط به حداقل راندمان موتور در بسیاری از کشورها سخت‌گیرانه‌تر شده است.

در کنار موتورهای القایی متداول، فناوری‌هایی مانند موتور EC نیز برای کاربردهایی که کاهش مصرف انرژی، کنترل سرعت و عملکرد مداوم اهمیت دارد، مورد توجه قرار گرفته‌اند.

در ادامه، ابتدا مقررات و الزامات مربوط به مصرف انرژی و راندمان الکتروموتورها را بررسی می‌کنیم و سپس به ساختار، عملکرد و مزایای موتورهای EC می‌پردازیم.

موتور EC چیست؟

موتور EC یا Electronically Commutated Motor نوعی موتور الکتریکی است که کموتاسیون آن به‌جای جاروبک و کموتاتور مکانیکی، به صورت الکترونیکی انجام می‌شود. این موتورها معمولاً از یک موتور آهنربای دائم به همراه مدار الکترونیکی برای کنترل و تغییر جریان سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌کنند.

موتورهای EC از نظر ساختار به موتورهای براشلس DC یا BLDC شباهت زیادی دارند، اما اصطلاح EC بیشتر در کاربردهایی مانند فن‌ها، سیستم‌های تهویه، تجهیزات سرمایشی و گرمایشی و سیستم‌های انتقال هوا استفاده می‌شود. در این موتورها، مدار الکترونیکی علاوه بر ایجاد کموتاسیون، امکان کنترل دقیق‌تر عملکرد و سرعت موتور را نیز فراهم می‌کند.

یکی از مهم‌ترین مزایای موتور EC، راندمان بالاتر در بسیاری از کاربردهای عملی و امکان کنترل سرعت است. در موتورهای معمولی که مستقیماً با برق شهر کار می‌کنند، موتور اغلب با سرعت ثابت یا نزدیک به سرعت نامی خود کار می‌کند؛ در حالی که موتور EC می‌تواند سرعت خود را متناسب با نیاز سیستم تنظیم کند. این موضوع به‌ویژه در تجهیزاتی مانند فن‌ها که همیشه به حداکثر ظرفیت نیاز ندارند، می‌تواند موجب کاهش قابل‌توجه مصرف انرژی شود.

در موتور EC، برق ورودی توسط مدار الکترونیکی مدیریت می‌شود و جریان مناسب برای سیم‌پیچ‌های موتور را ایجاد می‌کند. به همین دلیل، این موتورها می‌توانند علاوه بر راندمان مناسب، کنترل سرعت، استارت نرم، عملکرد کم‌صدا و قابلیت نظارت بر برخی پارامترهای کاری را در اختیار سیستم قرار دهند.

بیشتر بخوانید : تفاوت الکتروموتور AC و DC

 

برای کاهش انتشار گاز CO2 و همچنین کاهش هزینه الکتروموتور در طول چرخه عمر آن، کارآمدی یا راندمان مخصوصا در وضعیت آب و هوایی امروزه در جهان بسیار حائز اهمیت است.

مقررات مصرف انرژی الکتروموتور

افزایش هزینه انرژی و ضرورت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای باعث شده است که در سال‌های اخیر، الزامات مربوط به راندمان انرژی الکتروموتورها در بسیاری از کشورها سخت‌گیرانه‌تر شود. این مقررات معمولاً حداقل سطح راندمان موتور را مشخص می‌کنند تا موتورهای کم‌بازده به‌تدریج از بازار کنار گذاشته شوند.

یکی از مهم‌ترین نمونه‌ها، مقررات Ecodesign اتحادیه اروپا برای موتورهای الکتریکی و درایوهای کنترل سرعت است. مقررات EU 2019/1781 از اول ژوئیه ۲۰۲۱ اجرایی شد و حداقل الزامات راندمان را برای گروه‌های مختلف موتورهای الکتریکی تعیین کرد.

بر اساس این مقررات، از ژوئیه ۲۰۲۱ موتورهای سه‌فاز با توان نامی ۰٫۷۵ تا ۱۰۰۰ کیلووات، در صورتی که در محدوده مشخص‌شده مقررات قرار داشته باشند، باید حداقل به کلاس راندمان IE3 برسند. برای موتورهای سه‌فاز با توان ۰٫۱۲ تا کمتر از ۰٫۷۵ کیلووات نیز حداقل کلاس IE2 تعیین شده است.

از ژوئیه ۲۰۲۳، الزامات سخت‌گیرانه‌تری برای برخی موتورهای سه‌فاز با توان ۷۵ تا ۲۰۰ کیلووات اعمال شد و حداقل راندمان IE4 برای این گروه از موتورها در نظر گرفته شد. البته مقررات دارای استثناها و شرایط مشخصی برای برخی انواع موتور، از جمله موتورهای ترمزدار و برخی موتورهای ضدانفجار است.

هدف از این الزامات، کاهش مصرف برق در طول عمر موتور است؛ زیرا حتی افزایش نسبتاً کوچک در راندمان یک موتور که هزاران ساعت در سال کار می‌کند، می‌تواند در بلندمدت به کاهش قابل‌توجه مصرف انرژی و هزینه بهره‌برداری منجر شود.

در کنار حداقل راندمان موتور، مقررات اروپایی برای درایوهای کنترل سرعت (Variable Speed Drives) نیز الزامات بهره‌وری تعیین کرده‌اند. این موضوع اهمیت کنترل سرعت موتور را در کاهش مصرف انرژی، به‌خصوص در سیستم‌هایی مانند فن‌ها و پمپ‌ها، نشان می‌دهد.

برای آشنایی بیشتر با کلاس‌های راندمان IE و استانداردهای مربوط به راندمان موتورهای الکتریکی، می‌توانید مقاله استاندارد بین المللی راندمان موتورهای الکتریکی را مطالعه کنید.

تفاوت الکتروموتورهای با راندمان IE2  و IE3

الکتروموتور ها بزرگترین مصرف کننده انرژی در مصارف صنعتی هستند. آنها به تنهایی 74 % انرژی را در صنعت مصرف میکنند.در سال های اخیر اکثر کشور های دنیا مخصوصا کشور های توسعه یافته به استفاده از موتور های با راندمان کلاس IE3  روی آورده اند. این کار بازدهی و میزان مصرف انرژی را کاهش میدهد.

به عنوان مثال در کشور هندوستان در سال 2017 استفاده از موتورهای با کلاس راندمان IE1  ممنوع شد.در سال 2020  حدود 68 درصد تمامی موتورهای استفاده شده در هند با راندمان IE2  و 23 درصد موتورهای کلاس IE3 اعلام شد. حال که IE2 ها در صنعت جا افتاده اند . برنامه ریزی برای استفاده بیشتر IE3 ها انجام شده. این قانون و مقررات بازی مصرف انری را درهر کشوری تحت تاثیر قرار میدهد.

الکتروموتورها از لحاظ راندمان و بازدهی به چند دسته طبقه بندی مشوند؟

بر اساس  استاندارد کارایی انرژی IEC60034-30-1 الکتروموتورها بر اساس میزان کارایی و بازدهی انرژی به 5 دسته تقسیم شده اند . برای آشنایی بیشتر با کلاس‌های راندمان IE و استانداردهای مربوط به راندمان موتورهای الکتریکی، می‌توانید مقاله استاندارد بین المللی راندمان موتورهای الکتریکی را مطالعه کنید.

• IE1
• IE2
• IE3
• IE4
• IE5 بالاترین کلاس تعریف‌شده در ویرایش 2025 استاندارد

صرفه جویی مصرف انرژی  با استفاده از الکتروموتور با بازدهی بالا

برای تجزیه و تحلیل هزینه و فایده این مساله در نظر بگیرید که یک موتور به طور مداوم به مدت 20 ساعت در روز و به مدت 365 روز در سال با 80 درصد بارگزاری مشغول کار باشد. به این معنا که در هر سال 7300 ساعت کار میکند.

با یک محاسبه نه چدان پیچیده میتوان به این نتیجه رسید که در پایان سال با استفاده از یک الکتروموتور سه فاز با راندمان IE3 میزان قابل توجهی در هزینه های برق کارگاه و کارخانه صرفه جویی شده است.

بیشتر بخوانید :

• با صرفه جویی در مصرف برق میتوان برق مصرفی یک کشور اروپایی را تامین کرد
• الکتروموتوور IE3 | کلید صرفه جویی در مصرف انرژی

مزایای موتورهای EC

موتور های EC ممکن است به نظرتان پیچیده بیایند اما این الکتروموتور ها پروسه تولید را بسیار کارامد تر و به صرفه تر میکنند همچنین آنها قابلیت اطمینان بیشتری دارند و به آنها اجازه میدهد عملکرد و کارایی بهتری داشته باشند. بیشترین سود نیز ناشی از کنترل سرعت و مصرف انرژی است که به مصرف کننده اهدا میشود.

راندمان دلیل اصلی انتخاب موتور های EC نسبت به موتورهای AC است. با موتورهای EC ولتاژ برق جریان متناوب AC اصلاح میشود و در نتیجه تلفات داخلی موتور کاهش می یابد برای این منظور یک اینورتر ولتاژ موتور را بسته به موقیعیت تعیین میکند.

سایر مزایای موتور EC 

• راندمان بالا
• مصرف برق پایین
• قابلیت نظارت یکپارچه بر عملکرد (دمای موتور، روتور قفل شده و…)
• طراحی کامپکت و جمع و جور
• قابلیت کنترل سرعت
• عملکرد گسترده (کنترل فشار و بسیاری موارد دیگر)
• نصب آسان (PLUG and PLAY) اتصال به برق و استفاده

در نهایت می‌توان گفت که موتور های EC برای مصرف در مواردی که بهره وری انرژی یکی از موارد و ملاحظات اصلی سیستم است بسیار مناسب است.

بیشتر بخوانید : 7 روش برای افزایش راندمان الکتروموتور

موتور EC در چه کاربردهایی استفاده می‌شود؟

موتورهای EC به دلیل راندمان مناسب، قابلیت کنترل سرعت و امکان یکپارچه‌ سازی مدار الکترونیکی با موتور، در کاربردهایی که مصرف انرژی و کنترل عملکرد اهمیت زیادی دارد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از مهم‌ترین کاربردهای موتورهای EC می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• فن‌های محوری و سانتریفیوژ

• سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

• هواسازها و تجهیزات انتقال هوا

• فن‌های استخراج دود

• تجهیزات سرمایشی و گرمایشی

• سیستم‌های تهویه ساختمان

• تجهیزات خنک‌کننده و سیستم‌های انتقال هوا

• کاربردهایی که نیاز به تنظیم مداوم سرعت موتور دارند

یکی از مزایای مهم موتور EC در این کاربردها، امکان تنظیم سرعت متناسب با نیاز واقعی سیستم است. برای مثال، یک فن تهویه در تمام ساعات شبانه‌روز الزاماً به حداکثر ظرفیت خود نیاز ندارد. کاهش سرعت موتور در زمان کاهش نیاز سیستم می‌تواند به کاهش مصرف انرژی کمک کند.

به همین دلیل، موتور EC در تجهیزاتی که بار آنها متغیر است و کنترل سرعت اهمیت دارد، می‌تواند گزینه مناسبی برای افزایش بهره‌وری انرژی باشد.

مقایسه موتور EC با الکتروموتور معمولی

راندمان الکتروموتور چگونه محاسبه می‌شود؟

راندمان الکتروموتور نشان می‌دهد چه مقدار از انرژی الکتریکی دریافت‌شده توسط موتور به توان مکانیکی مفید در محور تبدیل می‌شود. بخشی از انرژی ورودی در اثر عواملی مانند مقاومت سیم‌پیچ‌ها، تلفات هسته، اصطکاک و تهویه به گرما و سایر تلفات تبدیل می‌شود.

راندمان موتور با نسبت توان مکانیکی خروجی به توان الکتریکی ورودی محاسبه می‌شود:

راندمان (%) = (توان مکانیکی خروجی ÷ توان الکتریکی ورودی) × ۱۰۰

برای مثال، اگر یک الکتروموتور ۱۰ کیلووات توان الکتریکی دریافت کند و ۹٫۳ کیلووات توان مکانیکی مفید در محور خود ایجاد کند، راندمان آن ۹۳ درصد خواهد بود. در این حالت حدود ۰٫۷ کیلووات از توان ورودی به صورت تلفات در موتور از بین می‌رود.

راندمان یک موتور مقدار ثابتی در تمام شرایط کاری نیست و به عواملی مانند میزان بار، سرعت، دمای کاری و شرایط بهره‌برداری بستگی دارد. به همین دلیل، هنگام انتخاب الکتروموتور نباید تنها به عدد راندمان روی پلاک موتور توجه کرد و باید شرایط واقعی کارکرد آن نیز در نظر گرفته شود.

چرا انتخاب الکتروموتور با راندمان بالا اهمیت دارد؟

قیمت خرید الکتروموتور تنها بخشی از هزینه‌ای است که در طول عمر آن پرداخت می‌شود. موتوری که برای مدت طولانی و چندین ساعت در روز کار می‌کند، ممکن است در طول عمر خود هزینه قابل‌توجهی بابت مصرف برق ایجاد کند. به همین دلیل، هزینه انرژی مصرفی یکی از مهم‌ترین عوامل در انتخاب و ارزیابی یک الکتروموتور صنعتی است.

به عنوان یک رابطه ساده می‌توان هزینه مصرف انرژی را به شکل زیر در نظر گرفت:

هزینه انرژی = توان مصرفی × ساعات کارکرد × قیمت هر کیلووات‌ساعت

بنابراین حتی اختلاف نسبتاً کوچک در راندمان، در موتوری که هزاران ساعت در سال کار می‌کند، می‌تواند در بلندمدت اهمیت اقتصادی زیادی داشته باشد.

البته افزایش راندمان تنها عامل مؤثر بر کاهش مصرف انرژی نیست. انتخاب صحیح توان موتور، جلوگیری از کارکرد طولانی‌مدت در بار بسیار پایین، نگهداری مناسب و استفاده از روش مناسب برای کنترل سرعت نیز می‌توانند در کاهش مصرف برق مؤثر باشند.

در کاربردهایی که سرعت موردنیاز دائماً تغییر می‌کند، کنترل سرعت موتور می‌تواند اهمیت ویژه‌ای داشته باشد. در چنین شرایطی، فناوری‌هایی مانند موتورهای EC و همچنین سیستم‌های کنترل دور می‌توانند به تطبیق عملکرد موتور با نیاز واقعی سیستم کمک کنند.

تأثیر میزان بار بر راندمان الکتروموتور

راندمان الکتروموتور به میزان باری که موتور در شرایط واقعی تحمل می‌کند نیز وابسته است. یک موتور معمولاً در محدوده بار طراحی‌شده خود عملکرد بهتری دارد، اما هنگامی که برای مدت طولانی با بار بسیار کمتر از ظرفیت نامی کار کند، راندمان آن می‌تواند کاهش پیدا کند.

به همین دلیل، انتخاب یک الکتروموتور با توان بسیار بیشتر از نیاز واقعی دستگاه همیشه به معنای کاهش مصرف انرژی نیست. برای مثال، اگر توان موردنیاز یک تجهیز بسیار کمتر از توان نامی موتور باشد و این شرایط برای مدت طولانی ادامه داشته باشد، موتور ممکن است در نقطه کاری نامناسبی قرار گیرد.

از طرف دیگر، انتخاب موتور با توان کمتر از نیاز نیز می‌تواند باعث اضافه‌بار، افزایش جریان، بالا رفتن دمای موتور و کاهش عمر تجهیزات شود.

بنابراین انتخاب مناسب الکتروموتور باید بر اساس توان موردنیاز واقعی، نوع بار، مدت زمان کارکرد، تعداد دفعات روشن و خاموش شدن و شرایط کاری دستگاه انجام شود.

در سیستم‌هایی مانند فن‌ها و پمپ‌ها که نیاز به ظرفیت ثابت ندارند، استفاده از کنترل سرعت نیز می‌تواند راهکار مؤثری برای کاهش مصرف انرژی باشد؛ زیرا به جای کارکرد موتور با توان بالا و محدود کردن خروجی، امکان تطبیق عملکرد موتور با نیاز واقعی سیستم فراهم می‌شود.

سوالات متداول

راندمان الکتروموتور چیست؟

راندمان الکتروموتور نسبت توان مکانیکی مفید خروجی به توان الکتریکی ورودی است و نشان می‌دهد چه مقدار از انرژی مصرف‌شده توسط موتور به توان مکانیکی تبدیل می‌شود.

آیا موتور با راندمان بالاتر همیشه برق کمتری مصرف می‌کند؟

در شرایط کاری یکسان، موتور با راندمان بالاتر معمولاً تلفات کمتری دارد و انرژی کمتری برای تولید توان مکانیکی مشخص مصرف می‌کند. با این حال، انتخاب صحیح توان موتور و نقطه کاری آن نیز در میزان مصرف انرژی اهمیت زیادی دارد.

موتور EC چیست؟

موتور EC یا Electronically Commutated Motor موتوری با کموتاسیون الکترونیکی است که معمولاً از روتور آهنربای دائم و مدار الکترونیکی برای کنترل عملکرد موتور استفاده می‌کند.

آیا موتور EC همان موتور BLDC است؟

موتورهای EC و BLDC از نظر ساختار و استفاده از کموتاسیون الکترونیکی شباهت زیادی دارند، اما این دو اصطلاح همیشه دقیقاً به یک کاربرد یا بازار اشاره نمی‌کنند. اصطلاح EC بیشتر در کاربردهایی مانند فن‌ها و سیستم‌های تهویه رایج است.

موتور EC در چه تجهیزاتی کاربرد دارد؟

موتورهای EC بیشتر در فن‌ها، سیستم‌های تهویه، تجهیزات HVAC، هواسازها، فن‌های استخراج دود و سایر سیستم‌هایی که کنترل سرعت و بهره‌وری انرژی اهمیت دارد استفاده می‌شوند.