Modern motortechnológiák kezelése frekvenciaváltókkal

A magasabb hatásfokú motorok felára pár év alatt megtérül

2015. június 15., hétfő, 11:16

Címkék: állandómágneses aszinkron Danfoss energiahatékony ErP direktíva hajtásrendszer Szinkron reluktancia motor

A fosszilis energiahordozók kimerülése, az éghajlatváltozás és a légszennyezés – ez csak pár érv az energiafelhasználás radikális csökkentése mellett. Az Európai Unió által 2020-ra kitűzött ambiciózus energiamegtakarítási és szén-dioxid-csökkentési cél eléréséhez nagy erőfeszítésre lesz szükség.

A cél eléréséhez jó szolgálatot tehet a 2009-ben elfogadott ErP (Energiával kapcsolatos termékek – Energy related Products) direktíva. Az EU az energiamegtakarítás terén a hajtásrendszerekben látja a legnagyobb lehetőséget, mivel a  villamos motorok folyamatok millióinak működtetésében vesznek részt. Az ipari energiafelhasználás kétharmada ered a motorok fogyasztásából. Természetesen nemcsak az iparban működnek villamos hajtások, hanem a kereskedelmi szektorban és az állami intézményekben is. 38 milliárd kilowattórát lehetne megtakarítani évente csak Németországban a meglévő hajtásrendszerek korszerűre cserélésével.

Európai szinten ez évente 135 milliárd kilowattórát jelentene, ami 69 millió tonna szén-dioxid kibocsátásának felel meg. A fenti célok eléréséhez a különböző országok megállapodtak a motorokra vonatkozó hatékonysági osztályok bevezetésében, és a minimális hatékonysági szintek kötelező teljesítésében. Az EN60034/30 és az EN60034/30-1 szabványok a legalacsonyabb hatásfokú motorokat az IE1 osztályba sorolják, míg a legmagasabb hatásfokúakat az IE4 osztályba. Az egyre szigorodó előírások új motortechnológiák megjelenéséhez vezettek. Az ErP-direktíva határidőket szab meg a különböző hatásfokú osztályok kötelező használatához.  A 7,5 kW és a 315 kW közötti teljesítménytartományban idén már csak az IE3 osztály előírásait teljesítő motor használható, vagy IE2-nek megfelelő motor frekvenciaváltóval hajtva. Hogyan tudjuk elérni az egyre szigorodó előírások által megkövetelt új hatékonysági szinteket? Az aszinkron motorokban a veszteségek minimalizálása a cél mind az állórészben, mind pedig a forgórészben. Ezt jobb vezetőkkel érik el, például réz forgórész (kalicka) használatával a megszokott alumínium helyett.

Aszinkron motor –  robusztus és megbízható

Az 1889-ben kifejlesztett aszinkron motor még mindig az ipari szektor megbízható igáslova. A kalickás forgórészű aszinkron motor kivételesen megbízható és robusztus, mivel nem tartalmaz semmiféle kommutátort vagy kefét, ami kopna. A lágyindítók és a frekvenciaváltók megjelenése még inkább elterjedtté tette ezt a motortípust. Az aszinkron gépek hatásfokának növelésének egyik módja a rézből készült forgórész használata. Alapvetően a megszokott aszinkron motorokéval megegyező a kialakításuk, csak a forgórész alumínium helyett rézből készül. Ennek a segítségével az aszinkron gépek is el tudják érni az IE3 hatékonysági osztályt.

Állandómágneses motor –  magas hatásfok

A háromfázisú aszinkron motoroktól eltérően az állandómágneses szinkron motorok forgórészén nem tekercselést, hanem állandó mágneseket találunk. Mivel szinkron motorok, ezért nincs szlip az állórész forgómezeje és a forgórész fordulatszáma között. A szükséges forgórész-mágnesezést az állandó mágnesek biztosítják, számottevő veszteségek nélkül. Az aszinkron motorhoz képest így alacsonyabbak lehetnek a forgórész-veszteségek és magasabb a motor hatásfoka. A szükséges mágnesek ritkaföldfémekből készülnek, az áruk pedig magas.

 

Az állandómágneses motorok csak frekvenciaváltóval üzemeltethetők, és gyakran igényelnek pozíció-visszacsatolást is. A Danfoss azon kevés gyártók egyike, akik képesek visszacsatoló jel nélkül is működtetni az állandómágneses motorokat. A motorok hátránya a magas áruk mellett a lemágneseződés veszélye, ami magas áramok vagy magas környezeti hőmérsékletek esetén következhet be, de a gyakorlatban nagyon ritka. Karbantartás esetén a mágnesek korlátozzák a lehetőségeket, mivel a forgórész és az állórész szétválasztása speciális szerszámokat igényelhet. Ezenfelül a motor és a frekvenciaváltó közé érdemes elektromos leválasztási lehetőséget is beépíteni.

EC Motor

Az EC (elektronikus kommutációs) motorok sokféle fajtája használatos a gyakorlatban. Ezek a néhány wattos szervomotoroktól kezdve az épületgépészeti (HVAC) rendszerekben használatos, több kilowatt teljesítményű külső forgórészű ventilátor motorokig terjednek. A gyártók gyakran kiemelkedő hatásfokú megoldásként hivatkoznak erre a motorfajtára. Az állandómágneses motorokhoz hasonlóan az EC motorok forgórésze is el van látva mágnesekkel, az állórészen pedig találhatjuk a tekercselést.  Az EC motorok működésüket tekintve kefe nélküli egyenáramú motorok, ezért az angol megfelelője, a BLDC rövidítés is használatos a megnevezésükre. Hajtásuk általában integrált elektronikával történik.

Manapság az EC motorokat elterjedten használják épületgépészeti területen ventilátorok hajtására. Elsősorban külső forgórésszel készülnek. A motorok hátránya a nagy áramhullámosság és a nyomatéklüktetés mellett az ilyen motorral szerelt ventilátorok kialakítása. A motor építésmódja befolyásolja a ventilátor felépítését, ezért az EC motoros rendszer hatásfoka elmarad egy állandómágneses motorral és frekvenciaváltóval hajtott hagyományos ventilátorétól.

Szinkron reluktancia motor

A következő motorfajta a szinkron reluktancia motor. A motor működési elve a mágneses vezetőképesség különbsége miatt létrejövő reluktancia-nyomatékon alapszik. A technológia alapjai nem újak, de új szereplő a piacon. Elsősorban olcsó, magas hatásfokú alternatíva a ritkaföldfém mágneseket tartalmazó motorokra.  A Danfoss VLT frekvenciaváltó-család alapkivitelében is képes hajtani már ezt a motortípust is.

Ahogy az a felsorolásunkból is látható, az ErP-rendelet felrázta a villamos motorok piacát. Ráadásul a fejlődés nem fejeződött be. A jövőben várható még szigorúbb hatékonysági osztályok, a ritkaföldfémek nehézkes elérhetősége és magas ára újabb megoldások felé nyit utat. A ferrit mágnesek használata a reluktancia motorokban segédmágnesként igen biztató.

A felhasználók számára érdemes körültekintően tájékozódni az egyes megoldások áráról és a velük elérhető megtakarításról.  Az IE3 és az IE4 hatékonysági osztályok között már nincs olyan jelentős különbség, mint az IE1 és IE2 között volt. A hatásfok sokszor rendszerszinten is értelmezendő. A Drezdai Lég-és Hűtéstechnikai Intézet (ILK Dresden) független tanulmánya rávilágít az EC motorok gyengéire is. Az önmagában IE4 osztályú EC motorhoz kapcsolt ventilátor a hagyományostól eltérő kialakítása miatt gyenge rendszerhatásfokot produkál, jobb választás az állandómágneses motor hagyományos ventilátorral. A magasabb hatásfokú motorok felára pár év alatt megtérül, és használatukkal a teljes élettartamuk során jelentős megtakarítás érhető el.

További információ:

Zajácz János

Danfoss Kft.
1139 Budapest, Váci út 91.
www.danfoss.hu
janos.zajacz@danfoss.com
Tel: +36-1/450-3566

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek