قلب محرک تکنولوژی متحول می شود

اگر با دقت به اطراف خود نگاه کنیم ، خیلی زود متوجه می شویم که همگی ما از روستایی تا شهری در طول روز چندین بار از موتورهای الکتریکی استفاده می کنیم.

کد خبر: ۶۳۲۴۶

نه تنها در زندگی روزمره بلکه در جنبه های مختلف تجاری ، صنعتی ، کشاورزی و... این سیستم ها کاربرد وسیع و رو به گسترشی پیدا کرده اند و در آینده ای نزدیک شاهد کاربردهای بالقوه دیگری از آنها هستیم.
یکی از سیستم هایی که می تواند ما را در رسیدن به این هدف در کنار بهینه سازی مصرف انرژی کمک کند کنترل پیشرفته موتورهای الکتریکی است که در دنیا چندین سال است اجرا می شود و محققان ما موفق شده اند پس از سالها تحقیق به تکنولوژی ساخت این سیستم برسند.
اگر انقلاب صنعتی را تحولی بدانیم که با اختراع ماشین بخار در قرن هجدهم به ظهور رسید ، اختراع موتور الکتریکی را در قرن نوزدهم میلادی باید سرآغاز دومین مرحله از این انقلاب به حساب آوریم.
ماشین بخار خیلی زود جای خود را به موتورهای احتراق داخلی واگذار کرد و از مرحله رقابت خارج شد ، در حالی که موتور الکتریکی در طول عمر یکصد و پنجاه ساله اش مستمرا توسعه و تکامل یافته و همپای آن حوزه نفوذ و کاربرد گسترده تری پیدا کرده و حتی در عرصه رقابت با موتور احتراق داخلی پیروز شده است.
اگر به الگوی تولد ، توسعه و افول فناوری ها توجه کنیم ، موتور الکتریکی از نظر تداوم حضور و طول عمر کم نظیر است. تنوع موتورها از نظر اندازه فیزیکی ، توان ، ساختار و کاربرد نیز کم نظیر است.
موتورها در ابعاد بسیار کوچک میکرومتری تا اندازه های عظیم چند صد مگاواتی ساخته می شوند. امروزه موتورهای الکتریکی معمولی ترین و پر استفاده ترین ماشین های صنعتی پیرامون ما هستند.
در هر خانه متوسط شهری در کشور ما بیش از 10 دستگاه موتور الکتریکی وجود دارد. اگر موتورهای الکتریکی کوچک موجود در خودرو ، کامپیوتر ، سشوار و... را نیز به حساب آوریم ، تعداد به 2 برابر افزایش می یابد. در کشورهای صنعتی این تعداد از این هم بیشتر است.

افقی روشن

بیش از 50 درصد انرژی الکتریکی به مصرف موتورهای الکتریکی می رسد و از این مقدار بیش از 60 درصد در بخش صنعت به کار می رود.
کارآیی موتورهای الکتریکی و ساختارهای متنوع آنها منجر به کاربردهای بسیار گسترده در همه جا شده است. به طوری که در دنیای امروز زندگی بدون موتور به اندازه زندگی بدون برق دشوار و غیرممکن است. این همه در حالی است که کاربردهای بالقوه موتورهای الکتریکی در آینده نزدیک در زمینه های متعدد مشخص می شود. به عنوان نمونه خودروی برقی که استفاده از موتورها را به میزان زیادی توسعه خواهد داد.
خودروهای معمولی نیز در جریان یک تحول اساسی قرار دارند که مبتنی بر استفاده بیشتر از موتورها است. این تحول که مدتی است تحت عنوان drive bywire آغاز شده است به دنبال آن است که قسمتهای متحرک خودرو که تاکنون با استفاده از نیروی انسانی یا نیروی موتور احتراق داخلی فعال می شدند را توسط گشتاور حاصل از موتورهای الکتریکی به حرکت در آورد. در صنعت هوا فضا حرکت با استفاده از ابزارهای مکانیکی و هیدرولیکی به حرکت با استفاده از موتورهای الکتریکی در حال جایگزینی است. خانه های الکترونیکی نیز به تدریج از زمره داستان های تخیلی خارج و به واقعیت نزدیک می شوند.
این خانه ها در آینده مبتنی بر دو قسمت اساسی یکی مغز متفکر که کامپیوتر است و دیگر قلب محرک که موتورالکتریکی می شوند ؛ اما رسیدن به این افقها مطمئنا به ابزار و سیستم های خاصی نیازمند است.

توانایی های ویژه

در گذشته موتورهای الکتریکی با دور ثابت همراه ولتاژ و فرکانس معین کار می کردند ؛ اما در بسیاری از موارد از جمله در بخش صنعت جوابگوی نیازها نبودند. به همین دلیل قبل از رسیدن به تکنولوژی ساخت موتورهایی با دور متغیر از چرخ دنده و گیربکس استفاده می شده است.
این سیستم علاوه بر سنگینی و حجیم بودن ، بازده خیلی کمی داشت و در بسیاری از موارد حتی از خود موتور هم گرانتر بود.
با پیشرفت علم الکترونیک قدرت ، میکروالکترونیک و روشهای کنترل ، دور موتور با تغییر ولتاژ کنترل شد. این کار با گذاشتن واسطه ای بین شبکه برق و موتور صورت گرفت. این واسطه یعنی مبدل توان ارزان تر، سبک تر و به طور کلی بهتر از روش قبلی بود.

با استفاده از موتورهای الکتریکی تحت کنترل پیشرفته می توان تا 50 درصد از مصرف انرژی جلوگیری کرد

اما این سیستم هم نمی توانست تمامی نیازها را تامین کند. چراکه در بسیاری از موارد به غیر از دور موتور باید موقعیت آن نیز تغییر کند، ضمن آن که سرعت ، دقت و کارآیی بیشتری داشته باشد. به همین دلایل موتورهای الکتریکی تحت کنترل پیشرفته قرار گرفتند تا علاوه بر تامین نیازهای فوق بتوانند ارزش افزوده و بازده سرمایه گذاری را افزایش دهند. همچنین نقش مهمی را در صرفه جویی مصرف انرژی ایفا نمایند.

در راه تحول

کنترل پیشرفته موتورهای الکتریکی AC در دنیا از اوایل دهه 80 شروع شده و در دهه 90 توسعه زیادی پیدا کرده است و همچنان در حال رشد و تکامل است. کشورهای صنعتی بخصوص ژاپن ، امریکا ، آلمان و انگلیس بیش از همه در این زمینه فعال هستند.
در حال حاضر صدها شرکت در این کشورها این سیستم ها را در سطح گسترده ای تولید می کنند. در سالهای اخیر اجناس و لوازمی که از این نوع موتورها استفاده می کنند به وفور وارد کشور ما شده اند.
از بارزترین نمونه های این سیستم ها در لوازم خانگی ، یخچال و فریزرهای نسل جدید هستند که دور موتور متغیر دارند و در نتیجه علاوه بر آن که کیفیت مواد به دلایل ثابت بودن دمای داخل یخچال حفظ می شود ، فشار وارد بر موتور به حداقل رسیده و عمر مفید آن افزایش چشمگیری می یابد. چون موتور کمتر تحت استرس روشن و خاموش شدن یا سرد و گرم شدن مداوم قرار می گیرد.
در صورتی که در مدلهای معمولی موتور AC در دو حالت خاموش یا روشن بوده و روشن شدن موتور انرژی زیادی مصرف می کند و در این حالت فشار زیادی را تحمل می نماید.
از دیگر نمونه های بارز و ملموس ، استفاده از فنکوئلهای جدید است و آسانسورهای مدرن امروزی نیز با شیوه ای کاملا متفاوت کار می کنند و در نتیجه می توان از آنها در برجهای بلند و در فاصله بین طبقات استفاده کرد. همچنین در ابعاد صنعتی خط تولید اتوماتیک که توسط رباتها صورت می گیرد بدون استفاده از موتورهای الکتریکی تحت کنترل پیشرفته کارآیی ندارند.
مطالعه و بررسی بر روی کنترل پیشرفته این نوع موتورها در کشور ما از 7 سال پیش در آزمایشگاه سیستم حرکتهای پیشرفته دانشکده فنی دانشگاه تهران شروع شده است.
دکتر صادق واعظزاده مجری این پروژه می گوید: ما به دنبال کارهایی که در دنیا انجام شده مطالعات و بررسی های خود را ادامه دادیم و توانستیم مزیت ها و معایب سیستم های قبلی را شناسایی کنیم.در نهایت با حذف معایب ، یکی دو گام جلوتر از بقیه حرکت کنیم.
واعظزاده می افزاید: در ابتدای طرح ، شیوه های مختلف کنترل را بررسی و تحلیل کردیم و از موتور و سیستم های کنترلی ، مدلهای ریاضی ساختیم و سیستم ها را طراحی نمودیم.
سپس با کامپیوتر انواع تست های مختلف را روی سیستم شبیه سازی شده به منظور تسلط کامل به روشهای مناسب انجام دادیم. در مرحله بعدی تعدادی از این روشها را انتخاب کردیم و نمونه موتور آن را ساختیم. به طور معمول این سیستم از دو قسمت مختلف تشکیل می شود. بخش سخت افزاری که با پردازشگرهای پرسرعت مانند میکروکنترلرها و bsp ها و... اجرا می شود و بخش نرم افزاری که برنامه کنترلی خاصی است که توسط بخش سخت افزار اجرا می شود.
این طرح ، پروژه ای بنیادی است و شامل تمام مراحل نظری و عملی می شود که تا به حال در قالب 19 مقاله در کنفرانس های بین المللی و ژورنالهای معتبر داخلی و خارجی عنوان شده است. واعظزاده معتقد است با استفاده از موتورهای الکتریکی تحت کنترل پیشرفته می توان تا 50 درصد از مصرف انرژی جلوگیری کرد و می گوید: این موتورها در مقایسه با موتورهای ثابت با توان خروجی یکسان تنها به نصف توان ورودی نیاز دارد و با وجود کاهش میزان انرژی ، کیفیت یکسان است.

و اما...

واعظزاده می گوید: ما در حال حاضر در مرزتکنولوژی قرار داریم و آماده ایم تا این دانش فنی را وارد بخشهای نیمه صنعتی و صنعتی کنیم ؛ اما متاسفانه نه تنها در کسب تکنولوژی بلکه در استفاده از آن تاخیر داریم و از آنجایی که محصولات کارخانجات طی سالیان با موتورهای قبلی تولید و به فروش می رود ، مسوولان کارخانه دلیلی برای سرمایه گذاری به منظور بهبود کیفیت محصولات خود ندارند ؛ اما اگر استانداردهای در نظر گرفته شده درخصوص تولیدات افزایش پیدا کند ، مردم این امکان را پیدا خواهند کرد تا در بازاری رقابتی از بهترین کالا همراه با برترین تکنولوژی روز بهره برند.