A villanymotorok az elektromos energia több mint 60%-át használják fel az iparban. Mivel a motorok széles körben használhatók szivattyúk, ventilátorok, kompresszorok, fúvó ventilátorok hajtására, és nagy mennyiségű energiát használnak fel, ezért az energiamegtakarítást célzó lépések egyik fontos célpontjai. A villanymotorok a szolgáltató és a lakossági szektorban is nagyon fontos energiafelhasználók, hiszen megtalálhatók liftekben, hűtő berendezésekben stb. Az egyik legfontosabb energiafelhasználást csökkentő módszer, a folyamatoptimalizálás mellett, a villanymotorok esetében a főbb energiamegtakarítási lehetőségek a következők: a régi motorok energiahatékony motorra való cseréje, lágyindítók beszerelése, változtatható fordulatszámú motorok használata.
A leggyakrabban eloforduló motorok a háromfázisú, kalitkás indukciós motorok, amelyek a beépített teljesítmény több mint 90%-át adják. Az indukciós motorok dominanciájáért felelos tulajdonságok a következok: egyszeruség, megbízhatóság, teherbíróképesség és alacsony ár.
Milyen az energiahatékony motor?
Az energiahatékony motorok ugyanakkora teljesítményt adnak le, mint a hagyományos motorok, de kisebb az elektromos energia igényük a jobb tervezésnek köszönhetően. Bizonyos esetekben a veszteségek akár 45%-kal is csökkenthetők. Emellett hosszabb az élettartamuk, kisebb hőmérsékleten működnek és jobban tűrik a rendellenes működési körülményeket.
A következő fejlesztéseket tartalmazzák:
- jobb mágneses tulajdonságokkal rendelekező acél használata
- szűkebb légrés a motor forgó és álló részei között
- több és vékonyabb hengerlés alkalmazása a kiváló minőségű motoracélért
- nagyobb átmérőjű huzal
- jobb szigetelőanyagok használata
Hogyan működnek a lágyindítók?
A lágyindítókat váltakozó áramú indukciós motorok szabályozásánál lehet alkalmazni. Kapcsolók segítségével szabályozzák a feszültséget, ami lehetővé teszi a motor lökésmentes indítását és a túláram kialakulásának csökkentését. Lágyindító használatával csökkenthető a vasveszteség, a motor jobb hatásfokkal és kisebb hőmérsékleten működik, a teljesítménytényező megfelelő értéken tartható, és mindezek hatására megnő a motor összteljesítménye is.
Mi a változtatható fordulatszámú vezérlés?
A változtatható fordulatszámú vezérlés (VFV), amelyet változtatható frekvenciájú vezérlésnek is hívnak, szabályozó berendezés kalitkás indukciós motoroknak. A VFV olyan teljesítményátalakítóból áll, amely az állandó frekvenciájú AC bemenő teljesítményt váltakozó frekvenciává alakítja.
A kimenő feszültséget és frekvenciát a motor éppen aktuális teljesítményigénye határozza meg, így lehetové teszi a legjobb motor teljesítményt. A leggyakoribb változtatható fordulatszámú motor a VSP-PWM (impulzusszélesség-moduláció).
Régi motorok cseréje: Tudom alkalmazni?
Ha viszonylag régi, sok üzemórával (több mint 6000 óra/év) rendelkező motort használ, vagy ha a motornak különleges körülmények között (páratartalom, hőmérséklet, piszok stb.) kell dolgoznia, teljesítménye jelentősen csökkenhet. Emiatt teljesítményét érdemes hálózatelemzéssel meghatározni (feszültség, áram és teljesítménytényező adatok meghatározása).
Miután megvizsgálta a motor állapotát, el tudja majd dönteni, hogy régi motorját újra, hatékonyabbra cseréli-e. Legtöbbször két év alatt megtérül a befektetés.
Ne feledje:
- A régi motorok könnyebben elromlanak és rosszabb hatásfokkal működnek.
- Az áttekercselt motoroknak kisebb a hatásfokuk.
- A rosszul méretezett motorok elégtelen működést okozhatnak.
- Általában elmondható, hogy az új motorok hatékonyabban és kevesebb watt nélküli energiával működnek, mint a régebbiek. Ez jelentős villamos áram megtakarítást jelenthet.
Régi motorok cseréje: Mennyibe kerül?
A nagyteljesítményű motorok a hagyományos fajtáknál körülbelül 20%-kal drágábbak, de több mint 5%-kal jobb a hatásfokuk (különösen kisebb lóerők esetében).
A különbség részterhelésnél általában nagyobb. Emellett üzemi élettartamuk is hosszabb (15 év). A befektetés megtérülése bizonyos esetekben akár egy évnél is kevesebb lehet!
Régi motorok cseréje : Miért érdemes alkalmazni?
Energiahatékonyságuk alapján a villanymotorok a következő csoportokba oszthatók:
EFF1: Nagyteljesítményű motorok. 40%-kal kevesebb az energiaveszteség. Ezeket a motorokat állandó fordulatszám és alapterhelés, valamint nagy éves üzemidő esetén érdemes alkalmazni. Egy 15 kW-os, 6000 óra/év üzemidejű motor esetében a megtakarítás akár 4 MWh/ év is lehet, amely a villanyszámlán 240 eurós megtakarítást jelent.
EFF2: Megnövelt teljesítményű motorok. Több mint 20%-kal csökkenthető az energiaveszteség. Egy 15 kW-os, 6000 óra/év üzemidejű motor esetében a megtakarítás akár 0.6 MWh/év és 36 € is lehet.
EFF3: Hagyományos motorok.
1. táblázat: Hatásfok-különbségek különböző méretű motorok és terhelések esetében
2 pólusú
|
kW |
hatásfok % |
|
EFF1
egyenlő vagy nagyobb
|
EFF2
egyenlő vagy nagyobb
|
EFF3
kisebb
|
1,1 |
82,8
|
76,2 |
1,5 |
84,1 |
78,5 |
2,2 |
85,6 |
81,0 |
3 |
86,7 |
82,6 |
4 |
87,6 |
84,2 |
5,5 |
88,6 |
85,7 |
7,5 |
89,5 |
87,0 |
11 |
90,5 |
88,4 |
15 |
91,3 |
89,4 |
18,5 |
91,8 |
90,0 |
22 |
92,2 |
90,5 |
30 |
92,9 |
91,4 |
37 |
93,3 |
92,0 |
45 |
93,7 |
92,5 |
55 |
94,0 |
93,0 |
75 |
94,6 |
93,6 |
90 |
95,0 |
93,9 |
4 pólusú
|
kW |
hatásfok % |
|
EFF1
egyenlő vagy nagyobb
|
EFF2
egyenlő vagy nagyobb
|
EFF3
kisebb
|
1,1 |
83,8
|
76,2 |
1,5 |
85,0 |
78,5 |
2,2 |
86,4 |
81,0 |
3 |
87,4 |
82,6 |
4 |
88,3 |
84,2 |
5,5 |
89,2 |
85,7 |
7,5 |
90,1 |
87,0 |
11 |
91,0 |
88,4 |
15 |
91,8 |
89,4 |
18,5 |
92,2 |
90,0 |
22 |
92,6 |
90,5 |
30 |
93,2 |
91,4 |
37 |
93,6 |
92,0 |
45 |
93,9 |
92,5 |
55 |
94,2 |
93,0 |
75 |
94,7 |
93,6 |
90 |
95,0 |
93,9 |
A nagyteljesítményű EFF1 motorok használatával kapott megtakarítás a hagyományos motorokhoz képest könnyen kiszámítható a következő egyenlet segítségével:
megtakarítás = HP*0,736*(1/Esta-1/EEFF1)*t*ár
ahol:
HP: a motor hasznos teljesítménye lóerőben
EEFF1: EFF1 motor alapterhelési hatásfoka
Esta: hagyományos motor alapterhelési hatásfoka
t: működési órák
Price: elektromos áram ára €/kWh-ban
2. táblázat: Példa arra, hogy egy hagyományos motort hatékonyabbra cserélve mekkora a megtakarítás és a megtérülési idő.
200 lóerős indukciós motor, 1500 fordulatszám/perc, 660 V, 8000 óra/év folyamatos üzem teljes terhelésen
|
|
Hagyományos motor
|
Energia-hatékony motor (EFF1)
|
Hatásfok |
92% |
96% |
Hasznos teljesítmény (0,736 kW/CV), kW |
135,4 |
135,4 |
Felvett teljesítmény , kW |
147,2 |
140,7 |
Veszteségek teljes terhelés mellett, kW |
11,8 |
5,3 |
Energiamegtakarítás, kW |
|
6,4 |
Energiahatékony motor többletára, € |
|
2103,0 |
Éves energiamegtakarítás, kWh/év |
|
51403,8 |
Megtakarítás (0,06 euro/kWh elektromosáram-árat feltételezve), €/év |
|
3084,2 |
Megtérülés, hónap |
|
8,2 |
Lágyindítók: Tudom alkalmazni?
Indításkor egy motor hétszer annyi áramot vesz fel, mint üzem közben. Emellett a motor direkt indításakor problémák jelentkezhetnek a nyomatéki impulzussal kapcsolatban. A sebességváltóra, tengelykapcsolóra, szíjhajtásokra és más alkatrészekre jutó többletterhelés azok kopását vagy meghibásodását okozhatja. Az áram- és nyomatéklökésekből adódó problémákat a tervezők a lágyindítók kifejlesztésével oldották meg.
A lágyindítóknak köszönhetően az indítási nyomaték és áram fokozatosan érik el a kívánt szintet. A lágyindítókkal változtatható továbbá a motor üzemi sebességének elérési ideje.
A lágyindítók használata a következő esetekben lehet érdekes:
- Gyakori indítás, leállás és négyzetes törvényt követő terhelések esetén (ventilátorok, szivattyúk, vákuumszivattyúk, kompresszorok stb.)
- Olyan üzemi állapotoknál, amelyek a nagy és kis terhelések váltakozásával járnak.
- Hosszú indítási idő esetén.
Lágyindítók: Mennyibe kerül?
A lágyindítók viszonylag olcsó megoldást jelentenek (a motor cseréjéhez képest), és jelentős megtakarítást lehet velük elérni, ha az üzemállapot sok indítással és leállással jár.
A berendezés ára egy kisteljesítményű EFF1 motor árának 30%-a és egy nagyobb teljesítményű EFF1 motor árának 10%-a.
Lágyindítók: Miért érdemes alkalmazni?
A lágyindítókkal olyan problémák kerülhetők el, mint a túláram vagy a nyomaték impulzus. Ezáltal javul a motor teljesítménytényezője és következésképpen a hatásfoka. Emellett növelik a motor élettartamát és csökkentik a karbantartási igényt. A megtakarítások az indítások és leállások gyakoriságának függvényében növekszenek
Változtatható fordulatszámú motorok: Tudom alkalmazni?
Ahhoz, hogy a változó terhelés alatt működő motorok elérjék legjobb teljesítményüket, változtatniuk kell fordulatszámukat. Ha ez nem így lenne, fölösleges energia jutna a rendszerbe, ami pazarlás.
A változtatható fordulatszámú vezérlések (VFV) engedik, hogy a tengelysebességek a terhelésnek megfelelően változzanak, így csökkentve az energiafelhasználást. Emellett lágyindítást is biztosítanak, vagyis rendelkeznek a lágyindítók előnyeivel. A következő ábrán látható, miként csökkenti egy VFV egy szivattyú energia felhasználását.
Változtatható fordulatszámú motorok minden teljesítményszinthez kaphatók. Fontos a következőket figyelembe venni:
A VFV gazdaságossága a terhelésingadozástól és az üzemidőtől függően növekszik.
- Nagyteljesítményű VFV-motorok nem készülnek tömeggyártásban, hanem rendelésre készítik őket, ami növeli az árat.
- A VFV-k 10-15 kW-nál kisebb teljesítményű motoroknál nem gazdaságosak.
- A VFV-k alkalmasak lehetnek az indítással járó problémák kiküszöbölésére, meg kell említeni azonban, hogy nagy a különbség egy VFV és egy lágyindító ára között.
Változtatható fordulatszámú motorok: Mennyibe kerül?
A VFV-k meglehetősen drágák, viszont nélkülözhetetlenek változó terhelés esetén, mivel segítségükkel jelentős megtakarítás érhető el. A motorok ára széles határok között mozog: az 1 kW-os motor 550 €/kW-os árától a 10kW-os motor 150 €/kW áráig.
A megtérülési idő a motor teljesítményétől, az üzemidőtől és különösen a terhelési tényezőktől függ. Éppen ezért nem lehet konkrét számokat megadni. Azonban elmondható, hogy ha a terhelésingadozás nagy és az üzemidő is hosszú, a megtérülés egy-két év (vagy kevesebb) között lehet. A megtakarítás elérheti akár a 25%-ot is.
Változtatható fordulatszámú motorok: Miért érdemes alkalmazni?
- A változtatható fordulatszámú motorok nagyon hatékony berendezések, és jelentős megtakarításokat lehet velük elérni: a megtérülés akár egy év is lehet.
- Jelentősen csökkentik az áramfelhasználást, csökkentik a motor elkopását és zaját, továbbá a helyiség, ahol a motort tartják kevesebb hűtést igényel.
- Növelik a gyártási rugalmasságot, hiszen segítségükkel több szabályozó funkció (gyorsulás, lassulás, direkt vagy fokozatos leállás stb.) elvégezhető. Mindemellett, a lágyindítókhoz hasonlóan, segítségükkel elkerülhető az indításkor vagy leálláskor kialakuló túláram.
Mi a teendő?
- Kerülje a túlméretezett motorokat!
- Ha a motorokat nem méretezik megfelelően, hatásfokuk jelentősen csökken. A motorokat nem szabad a teljes terhelés 65%-nál alacsonyabb szinten járatni, sőt, tanácsos őket mindig teljes terhelésen működtetni.
- A terheléseket a teljesítményhez kell igazítani. A különleges működési körülmények (páratartalom, hőmérséklet, por, vegyianyagok stb.) rontják a motor teljesítményét, csökkentik élettartamát és megbízhatóságát. Kerülje ezeket a körülményeket, hogy meghosszabbítsa a motor élettartamát, amely cserébe megtakarítást tesz lehetővé.
- Állapítsa meg, melyek a fontosabb motorok. Állapítsa meg, hogy melyik motornak a legnagyobb a fogyasztása (a legnagyobb motorok hosszú üzemidővel). Ezekben a motorokban nagy megtakarítási lehetőségek rejlenek.
- Vizsgálja meg, érdemes-e a régi motort hatékonyabbra cserélni.
- A jobban megtervezett nagyteljesítményű motorokkal csökkenteni lehet a veszteségeket.
- Kevesebb áramot fogyasztanak, mint a hasonló hagyományos motorok.
- Megbízhatóbbak, kevesebb karbantartást igényelnek és hosszabb az élettartamuk, azonban drágábbak is. Mindent egybevéve, jobb az összteljesítményük.
- A lágyindítókkal csökkenthető a villanyszámla. A viszonylag olcsó megoldást jelentő lágyindítókkal energiát és pénzt lehet megtakarítani. A motor indításakor és leállásakor adódó problémák elkerülhetők velük, így csökkentve a kopást, biztosítva a jobb teljesítménytényezőt és növelve a hatásfokot.
- Elemezze a változtatható fordulatszámú motorokat. A változtatható fordulatszámú motorokkal hatékonyan lehet csökkenteni az energiafelhasználást. A VFV-t jelentősen ingadozó terhelések esetén ajánlott alkalmazni, mivel így a motor és a gépi alrendszer jobban tudja követni a folyamat követelményeit.
Megtakarítási lehetőségek szivattyúk esetében
- Illessze a folyamatkövetelményeket és a hajtást megfelelően helyesen méretezett szivattyúk és VFV-k alkalmazásával.
- A szivattyút lágyan indíthatja vagy állíthatja le, ha lágyindítót alkalmaz. Segítségével a mechanikai igénybevétel csökkenthető és növelhető a szivattyú hasznos élettartama is.
- A szivattyúk változó terhelésű villanymotorok - növelhetik megtakarításait, ha indukciós motorral hajtja őket, amelyet változtatható fordulatszámú hajtás szabályoz. Vegye figyelembe, hogy ha a szivattyút fele akkora sebességgel üzemelteti, akkor az nyolcadannyi energiát fogyaszt (a ventilátorok, szivattyúk és fúvók energiaigénye köbösen változik a sebességgel). Más szóval, 12,5%-kal kevesebb energiára lesz szüksége a szivattyúzáshoz, mintha nem alkalmazna VFV-t.
- A VFV alkalmazásának további előnyei szivattyúk esetében: nagy térfogatáram-pontosság és nyomásszint-szabályozás; kisebb áramcsúcsok; kisebb állandó karbantartási költség a motor megnövelt élettartama miatt; nyomásingadozás kiküszöbölése.
Megtakarítási lehetőségek ventilátorok esetében
- Az aszinkron motorral hajtott ventilátorok csak közel állandó sebességgel forognak, így állandó térfogatáramot biztosítanak. Legtöbbször szelepek vagy fojtószelepek segítségével kialakított fojtással vagy by-pass-szal csökkenthető a sebesség és a ventilátor teljesítménye. A változtatható fordulatszámú hajtások változatják a tengelysebességet, ami hatékonyabban csökkenti az energiafelhasználást.
- A VFV-kal itt is jelentős megtakarítást lehet elérni, akárcsak a szivattyúk és fúvók esetében, különösen ha a névleges térfogatáramnál kisebb térfogatárammal üzemelnek.
- Kaphatók különleges kialakítású lapátok, amelyek tovább csökkenthetik az energiafelhasználást.
- Nagy szellőző rendszerek: a VFV összetett szabályozási lehetőséget nyújt, amellyel beállítható, hogy akkor áramoljon a levegő, ha szükséges. Ez különösen gazdaságos nagy alapterületű épületeknél, bevásárlóközpontoknál stb.
Megtakarítási lehetőségek rendszermotoroknál
Néhány motornak csak két fajta működési módja van: vagy kikapcsolt állapotban vagy bekapcsolt állapotban vannak (üzem közben). A folyamatos átkapcsolás nagy veszteségekkel jár és a motor kopásához vezet.
Ha ilyen motorjai vannak, a következő lehetőségek állnak rendelkezésre:
- Léptető motorok
- Kis indukciós motor VFV-sel, amely többlépéses vagy pillanatimpulzusos sebességgel rendelkezik.
Forrás: the Energy Training for Europe project
Közzétéve szerzői engedéllyel
|