دانلود پایان نامه
Q مقدار انرژی مورد نیاز بر حسب ژول
M جرم ماده ای که به آن انرژی حرارتی اعمال میشود بر حسب کیلوگرم
C ظرفیت گرمایی ویژه بر حسب J/KgC
T دمای نهایی ماده در فرآیند حرارتی
T0 دمای اولیه ماده در فرآیند حرارتی [35].
درکوره های صنعتی الکتریکی انرژی حرارتی مورد نیاز برای فرآیند گرمایش از انرژی الکتریکی تامین می گردد.جهت تبدیل انرژی الکتریکی به گرمایشی از المنت های حرارتی استفاده می شود .المنت های حرارتی در انواع مختلف با توجه به شرایط کارکرد و درجه حرارت مورد نیاز تولید می گردد .گروهی از المنت های بر مبنای آلیاژهای نیکل و کرم و آهن در اشکال مختلف مفتولی و یا صفحه ای تولید می گردد این گروه از المنت ها برای فرآیندهای حرارتی که درجه حرارت نهایی زیر 1250 درجه سانتی گراد باشد مناسب هستند و انواع دیگر المنت های حرارتی گروه المنت های سرامیکی هستند که در دونوع SiC وMoSi2 تولید می گردد المنت های نوع SiC در درجه حرارت تا 1600 درجه سانتی گراد کاربرد دارد و المنت های نوع MoSi2 تا درجه حرارت 1800 درجه سانتی گراد به کار گرفته می شود.المنت های حرارتی معمولا دارای مقاومت الکتریکی بالایی هستند با اعمال ولتاژ به دو سر یک المنت با توجه به مقاومت الکتریکی یک جریان مشخص از آن عبور می کند و طبق قوانین اهم منجر به تولید انرژی گرمایشی می گردد[36].
طبق قانون اهم شدت جریانی که از المنت بعد از اعمال ولتاژ عبور می نماید طبق رابطه زیر :
(4-2) I=V/R
خواهد بود که بر حسب آمپر بیان می گردد که V ولتاژ اعمال شده به دو سر المنت بر حسب ولت و R مقاومت المنت بر حسب اهم می باشد .توان تولیدی یک المنت حرارتی با مقاومت R از رابطه زیر بدست می آید:
P=V2/R =I*R2 (4-3) توان یک المنت حرارتی بر حسب وات بیان می شود که انرژی تولید شده در واحد زمان می باشد .بنابراین اگر ولتاژ به در زمان T بر حسب ثانیه به دوسر المنت حرارتی اعمال شود مقدار انرژی گرمایشی تولید شده بر حسب ژول از روابط زیر بدست می آید.
Q=P*T=(V2*T)/R=I*R2*T (4-4) در فرآیند های مربوط به مدیریت مصرف انرژی جهت سهولت معمولا مصرف انرژی با واحد کیلوات ساعتkWh بیان می شود که برابر است با مقدار انرژی تولید شده با توان 1000 وات در مدت زمان یک ساعت [35 ] .
kWh=(3600s*kW j/s)=3600 kJoule (4-5)
با توجه به موارد فوق برای شناسایی فرصت ها در یک فرآیند گرمایشی پارامترهای زیر باید مورد پایش دقیق رار بگیرد و اطلاعات مربوط به تغییرات آنها در سیستم SCADA برای تجزیه و تحلیل بعدی مورد استناد قرار گیرد .
شکل 4-1-یک نمای کلی از یک کوره الکتریکی
4-3-1- اندازه گیری دما
همانطور که در قسمت قبل به آن اشاره شده یکی از پارامترهای موثر در مقدار مصرف انرژی دمای ماده می باشد. بنابراین لازم است این متغیر به صورت مداوم اندازه گیری و اطلاعات مربوط به آن به سیستم SCADA ارسال گردد.اندازه گیری دما در کوره های صنعتی به وسیله ترموکوپل انجام می شود ترموکوپل از دو فلز رسانای غیر همنام که در یک نقطه به هم متصل شد ه اند تشکیل شده است .در اثر پدیده ترموالکتریک در هر دمایی یک ولتاژ خاص تولید می شود که مقدار آن متناسب با دمایی است که ترموکوپل در آن محیط قرار گرفته است با اندازگیری ولتاژ تولید شده می توان دمای محیطی که ترموکوپل در آن قرار دارد اندازه گیری نمود.با توجه به دقت و حداکثر و حداقل درجه حرارت کارکرد از انواع مختلفی از ترموکوپل ها استفاده می شود. در برخی از موارد از حسگر دمای اهمی استفاده می شود مقاومت الکتریکی فلزات در اثر تغییر دما متغیر است بنابراین با اندازه گیری مقاومت اهمی می توان درجه حرارتی که آن فلز در آن واقع است اندازه گیری نمود. ادر آزمایشهای مربوط به این تحقیق از حسگر دمای اهمی نوع PT100استفاده شده است است که نوع آلیاژ آن بر پایه پلاتین و رودونیم می باشد و قابلیت کارکرد در رنج دمایی200 – الی 650 درجه سانتی گراد را دارا می باشد.همانطور که در فصل های قبلی به آن اشاره شد اندازه گیری و انتقال اطلاعات محیطی به سیستم نرم افزاری SCADA توسط RTU ها انجام می شود .جهت اندازه گیری و انتقال اطلاعات مربوط به دما از تجهیزاتی مانند ترمومترها و یا کنترلر هایی که امکان اندازه گیری دما و ارسال آن به صورت اطلاعات دیجیتال دارند استفاده می شود .این تجهیزات سیگنال دریافت شده از ترموکوپل را به وسیله آمپلی فایر تقویت می نمایند و سپس آن را اندازه گیری می نمایند ودر این مرحله توسط مبدل های آنالوگ به دیجیتال یک معادل عددی متناسب با سیگنال آنالوگ تولید می گردد با توجه به برنامه نرم افزاری که قبلا در ریزپردازنده نصب شده عدد اندازه گیری شده پردازش می گردد و دمای متناسب با سیگنال آنالوگ ورودی محاسبه می گردد.با توجه به پروتکل ارتباطی بین سیستم های اندازه گیری و نرم افزار SCADA اطلاعات عددی به صورت بسته های اطلاعاتی به نرم افزار ارسال می گردد و بعد از پردازش و استخراج مقدار متغیر دما این اطلاعات به صورت عددی و یا به صورت نمودار در سیستم نمایش داده شده و در صورت نیاز ذخیره سازی می گردد. در نمونه کاربردی مورد بررسی در این تحقیق پارامتر دما در دو ناحیه اندازه گیری می شود که شامل دمای فضای داخلی کوره و دمای قطعه ای که فرآیند حرارتی بر روی آن انجام می گیرد می باشد .
4-3-2-اندازه گیری پارامتر های مرتبط با مصرف انرژی
با توجه به موارد گفته شده جهت مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی متغیرهای مرتبط مانند شدت جریان I و ولتاژ V و مقدار مصرف لحظه ای بر حسب kW ومقدار مصرف کلی انرژی بر حسب kWh باید مورد اندازه گیری و پایش مداوم قرار گیرد .جهت اندازه گیری پارامترهای مربوط به مصرف انرژی از تجهیزات خاصی به نام آنالایزر قدرت استفاده می شود که این تجهیزات مقدار ولتاژ و شدت جریان را به صورت لحظه ای اندازه گیری می کنند و با توجه به این پارامترها سایر پارامترهای مرتبط با انرژی را محاسبه می نمایند و اطلاعات بدست آمده را در غالب بسته های اطلاعاتی جهت سیستم نرم افزاری SCADA ارسال می نمایند بعد از رسیدن بسته های اطلاعاتی به نرم افزار اطلاعات مورد نظر استخراج و به صورت نمودار و یا به صورت عددی جهت استفاده در فرآیند مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی نگهداری می شود.
4-3-3- کنترل توان در کوره های الکتریکی
جهت کنترل توان مصرفی کوره های الکتریکی دو روش متداول وجود دارد. روش اول سیستم کنترل ON/OFF می باشد در این روش توسط کنترلر دمای فعلی سیستم اندازه گیری می شود و در صورتیکه کمتر از دمای تنظیم شده باشد کنترلر فرمان لازم را به کنتاکتور و یا SSR ارسال می نماید و در ادامه حداکثر توان به فرآیند گرمایشی اعمال می شود و بعد از اینکه سیستم به درجه حرارت مورد نظر رسید با فرمان مجدد کنترولر اعمال توان به سیستم متوقف می شود .
روش دیگر جهت کنترل توان استفاده از سیستم های کنترل توان SCR می باشد . در این روش بر خلاف سیستم ON/OFF اعمال توان به سیستم به صورت پیوسته می باشد و با توجه به الگوریتم کنترلی مقدار توان از 0 تا 100 درصد متغیر است . با توجه به سینوسی بودن شکل موج ولتاژ عمل تغییر توان در این نوع سیستم ها بر اساس تغییر زاویه آتش تریستورها و تغییر ولتاژ موثر RMS انجام می شود[38] .
شکل 4-2-تغییر ولتاژ موثر با تغییر زاویه آتش تریستور ها [38[