Page 23 - Sterowanie Silniki & Napędy 2020

e-wydanie
sprawność w różnych punktach obcią- żenia, w zakresie prędkości obrotowej i momentu obrotowego.
Sprawność silnika – jak ją określić
Sprawność energetyczna silnika elektrycz- nego stanowi iloraz jego mocy wyjścio- wej (mechanicznej) oraz mocy wejściowej (elektrycznej). Sprawność energetyczna silnika elektrycznego η jest definiowana jako iloraz jego mocy wyjściowej (mecha- nicznej) do mocy wejściowej (elektrycz- nej), co wyraża wzór:
η=Pwy /Pwe
Można ją policzyć metodą bezpośrednią
lub pośrednią. Pierwsza polega na wyzna- czeniu wartości obu wielkości na podsta- wie, odpowiednio, prędkości i momentu obrotowego silnika oraz prądu i napię-
cia zasilania. W metodzie pośredniej moc wejściową lub wyjściową określa się iden- tycznie, natomiast brakujący składnik równania oblicza się, uwzględniając straty Pt w silniku według wzoru:
Parametr niedokładności pozwala dobrać konkretny sposób badania silnika danej klasy. Dla urządzeń w grupie IE1 dopuszczalne są metody, które charak- teryzuje niepewność niska oraz średnia. Natomiast sprawność silników należących do grup IE2 i IE3 musi być określana wyłącznie za pomocą metod o niskiej nie- pewności.
Informacja o tym, jaką metodą
została wyznaczona sprawność, jest bar- dzo ważna i powinna być umieszczona
w dokumentacji silnika. Wartości tej wiel- kości podawane przez różnych produ- centów można porównywać, o ile zostały wyznaczone w ten sam sposób.
Wed ug danych zebra- nych w ramach projektu DecarbEurope nap dy elektryczne zu ywaj powy ej 50% energii elek- trycznej wyprodukowa nej na wiecie i odpowia- daj za zu ycie 70% energii w wiatowym przemy le.
Dobór napędu
Jak dobrać napęd, radzi firma Websystem, dystrybutor produktów firmy Lenze [3]. Najważniejsze są zatem parametry okre- ślone na tabliczce znamionowej silnika: rodzaj prądu – silnik stało- lub zmienno- prądowy, napięcie, moc, prędkość obro- towa, a przy silnikach prądu przemien- nego także częstotliwość i współczynnik mocy. Dalsze kryteria doboru to warunki, w jakich ma pracować silnik. Oto one:
1. Charakter sieci, do której silnik ma
być przyłączony. Sieć publiczna czy wewnętrzzakładowa (kwestia ogranicze- nia prądu rozruchowego)? Dalej, napięcie sieci z uwzględnieniem przewidywanych jego odchyleń od wartości znamionowej;
2. Pomieszczenie, w którym będzie praco- wał silnik. Sposób ustawienia silnika (przenośny, przewoźny, ustawiony na stałe na fundamencie lub zawieszony, albo też wbudowany do maszyny napę- dzanej). Poza tym czynniki występujące
w pomieszczeniu, takie jak wilgoć, pył,
gazy wybuchowe, wyziewy żrące;
3. Branża przemysłu, rodzaj procesu techno-
logicznego i maszyny napędzanej;
4. Charakterystyka układu napędowego –
przebieg obciążenia, rodzaj pracy (cią- gła, dorywcza, przerywana), częstość włą- czeń, prędkość obrotowa (stała, zmienna z podaniem zakresu regulacji), warunki rozruchowe, hamowanie, zmiana kie- runku wirowania;
5. Sprzęgnięcie silnika – bezpośrednie z poda- niem rodzaju sprzęgła, napęd pasowy czy też przekładnia zębata, wymiary wału napędowego, położenie wału;
6. Obsługa silnika, rodzaj sterowania, zabez- pieczeń.
Przykładowe zastosowania
W sytuacji gdy w celu zmiany wydatku lub ciśnienia konieczna jest zmiana pręd- kości silnika, firma Leroy-Sommer Elec- tric Motors & Generators zaleca zasto- sowanie silnika z magnesami trwałymi (PM), który zapewnia większe oszczędno- ści energii niż standardowy silnik asyn- chroniczny prądu przemiennego (IM). Przy prędkości nominalnej sprawność sil- nika z magnesami trwałymi jest znacz- nie wyższa niż sprawność silnika asyn- chronicznego zasilanego przez przemien- nik. Ponieważ pobór mocy przy niskich prędkościach jest niewielki, zalety silni- ków z magnesami trwałymi stają się bar- dzo istotne przy średnim zapotrzebowa- niu powyżej 60%. W przypadku obciążeń ze stałym momentem obrotowym pobór mocy jest proporcjonalny do prędkości, więc wpływ wyższej sprawności silników z magnesami trwałymi jest stały w całym zakresie roboczym. Zapewnia to znaczne oszczędności dodatkowe w porównaniu
z rozwiązaniami z silnikami asynchronicz- nymi.
Oszczędnym rozwiązaniem są napędy o zmiennej prędkości. Dostosowanie prędkości silnika do zmiany zapotrzebo- wania w układzie napędowym umożliwia znaczne obniżenie zużycia energii oraz kosztów konserwacji elementów mecha- nicznych. W takim przypadku zwrot
z inwestycji następuje nawet w ciągu jed- nego roku. Takie rozwiązania znajdują powszechne zastosowanie w napędach np. pomp, wentylatorów i sprężarek.
Do napędów o zmiennej prędkości należy np. napęd pomp hydraulicznych
lub
η = (Pwe− Pt) / Pwe
η = Pwy / (Pwy+Pt) [2]
Norma IEC 60034-2-1:2014 – „Rota- ting electrical machines. Part 2-1: Stan- dard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machi-
nes for traction vehicles)” z polskim odpo- wiednikiem PN-EN 60034-2-1:2015-01 – „Maszyny elektryczne wirujące – Część 2-1: Znormalizowane metody wyznacza- nia strat i sprawności na podstawie badań (z wyjątkiem maszyn pojazdów trakcyj- nych)” podaje dziesięć metod pomiaro- wych – bezpośrednich (m.in. maszyny wzorcowej oraz przeciwsobnej mechanicz- nej) i pośrednich (strat całkowitych i strat poszczególnych). W przypadku obu metod przewidziano niedokładność: niską, śred- nią albo wysoką. Niska niedokładność zachodzi wtedy, kiedy wszystkie składniki sumarycznych strat w silniku są określane na podstawie badań. Niedokładność śred- nia dotyczy metod, w których przyjmuje się ograniczoną liczbę założeń. Wreszcie, niepewność wysoką mają metody, w któ- rych wszystkie straty są wyznaczane tylko w przybliżeniu.
e7