Sisteme de acţionare inovatoare

Costuri şi eforturi de mentenanţă mai mici cu sisteme de acţionare inovatoare. Îmbunătăţirea eficienţei sistemelor cu acţionări electrice inovatoare cu convertizoare de frecvenţă şi motoare sincrone cu reluctanţă variabilă şi magneţi permanenţi

În prezent, în industrie sunt funcționale motoare electrice ce au depășită durata de viață. De exemplu, se estimează că în Europa mai mult de 60% dintre motoarele electrice active în industrie sunt mai vechi de 10 ani. Deși multe dintre aceste motoare sunt în condiții bune de funcționare, randamentul acestora lasă de dorit în comparație cu noile tehnologii. Acest fapt impactează nu numai costul cu funcționarea motoarelor, ci și consumul energetic al sistemului în ansamblu. De aceea, trecerea la sisteme de acționare moderne mai eficiente permite economii legate de costuri și de efort de mentenanță.

Articolul de faţă vă propune două metode prin care puteţi economisi din punct de vedere al consumului energetic: înlocuirea unui motor vechi cu un motor cu clasa de eficienţă IE5 cu convertizor integrat și adăugarea unui convertizor pentru a controla turaţia motorului.

 

Motoarele IE5 oferă eficienţă ultra-premium

Cel mai comun tip de motor de curent alternativ utilizat în industrie este mootorul asincron. Aplicaţiile comune sunt sistemele de acţionare electrică pentru HVAC, pompe și ventilatoare. Aceste motoare au clasă de eficienţă în mare parte IE2 sau IE3, după noua directivă Ecodesign. Există 5 clase de eficienţă IE, numerotate de la 1 la 5, practic trecerea de la o clasă de eficienţă la alta implicând randamente mai bune cu 20%. Deci trecerea de la un motor IE2 la un motor IE5 implică pierderi cu 80% mai mici și deci o eficienţă energetică sensibil mai mare.

Obţinerea eficienţei IE5 cu motoare sincrone cu reluctanţă variabilă şi magneţi permanenţi

În prezent motoarele electrice sincrone cu magneţi permanenţi și reluctanţă variabilă oferă cel mai bun randament care este disponibil pe piaţă. Obţinerea clasei de eficienţă IE5 implică folosirea unui convertizor de frecvenţă care contribuie la operarea eficientă pe o gamă largă de turaţii în comparaţie cu performanţele unui motor asincron.

Pachetele cu convertizor integrat sunt disponibile ca înlocuitoare directe ale sistemelor vechi de acţionare electrică.

Un motor sincron are două componente principale: statorul și rotorul. Statorul este similar celui folosit la motoarele asincrone, cu înfășurări ce produc câmpuri magnetice rotative. Designul rotorului însă este diferit de cel tradiţional, funcţionând pe un principiu diferit: în rotor nu este indus niciun curent electric. Rotorul este realizat din mai multe tole de fier, forma sa constructivă fiind special proiectată să varieze reluctanţa magnetică. Magneţii permanenţi sunt și aceștia integraţi în rotor pentru a contribui la generarea de cuplu electromagnetic și la un câmp magnetic mai puternic. Deoarece forma geometrică a rotorului variază reluctanţa variabilă, când statorul emite un câmp magnetic rotativ, rotorul se aliniază cu acest câmp și se sincronizează poziţional faţă de stator. Astfel, rotorul se rotește la aceeași viteză cu câmpul magnetic al statorului, funcţionarea fiind ca a unui motor sincron.

Motoarele sincrone cu reluctanţă variabilă și magneţi permanenţi sunt mult mai eficiente din punct de vedere energetic, neexistând pierderi în rotor. De asemenea, prezenţa magneţilor permanenţi contribuie la posibilitatea folosirii acestor tipuri de motoare la aplicaţii cu cuplu variabil sau cu cuplu constant pe o plajă largă de turaţii. Acest lucru le face foarte aplicabile în aplicaţiile unde este nevoie de un cuplu mare la turaţii reduse.  Temperatura de funcţionare este un alt avantaj major al acestui tip de motoare. Datorită lipsei înfășurărilor în rotor, nu sunt degajări de căldură și motorul oferă temperaturi de funcţionare cu 20% mai reduse.

Curbele de randament de mai sus evidenţiază faptul că pentru aplicaţii de pompare și de ventilaţie, motoarele EC Titanium cu convertizor integrat oferă randamente mult mai bune decât un motor asincron clasic, atât în punctele de funcţionare nominale, cât și la funcţionarea în sarcină parţială.

Beneficiile unui randament mai bun

Cele mai comune aplicaţii industriale care folo-sesc sisteme de acţionare electrică sunt pompele, ventilatoarele pentru HVAC și compresoarele.Evident, designul ventilatorului și respectiv al pompei în sine sunt principalul contributor la randamentul global, însă îmbunătăţirea randamentului sistemului de acţionare electrică (motor-convertizor) contribuie și aceasta la obţinerea unei utilizări mai eficiente din punct de vedere energetic.

Convertizoarele de frecvenţă asigură funcţio-narea cu un consum energetic în funcţie de necesarul de la un moment dat. Variaţia turaţiei în funcţie de necesar permite folosirea unor motoare corect dimensionate care să asigure necesarul de cuplu și de putere în funcţie de nevoile de moment. De asemenea, folosirea unor motoare sincrone cu clasa de eficienţă IE5 permite acestora funcţionarea la orice turaţie și la orice nivel de sarcină necesar.

De notat faptul că cele mai evidente beneficii în comparaţie cu motoarele vechi sunt cele obţinute în cazul funcţionării la sarcină parţială. La sarcină completă economiile de energie sunt de aproximativ 4%, însă la sarcină parţială, economiile sunt de 12,5%. Având în vedere că, spre exemplu, sistemele HVAC operează la 80% încărcare în 99% din timpul de funcţionare, este evident că folosirea noilor tehnologii contribuie la randamente sensibil mai bune.

Comparaţie între un motor asincron cu clasă IE3 şi un motor sincron cu reluctanţă variabilă şi magneţi permanenţi, cu clasă IE5

Se poate observa ușor din tabelul de mai sus că înlocuirea unui singur motor asincron cu clasă de eficienţă IE3 cu un motor sincron cu reluctanţă variabilă și magneţi permanenţi cu clasă de eficienţă IE5 asigură economii anuale de aproximativ 360€, cu o recuperare a investiţiei de aproximativ 18 luni. Având în vedere că 2/3 din consumul energetic industrial provine de la sistemele de acţionare electrică, avantajele folosirii noilor tehnologii sunt mai mult decât evidente.