Как повысить КПД трехфазного асинхронного двигателя: практическое руководство по энергосбережению
Для большинства промышленных предприятий наибольшая экономия электроэнергии, потребляемой двигателями, достигается не за счет замены одной заводской таблички. Она достигается за счет подбора двигателя с учетом реальной нагрузки, выбора подходящего класса эффективности, регулирования скорости только там, где это необходимо для технологического процесса, а также поддержания приводной системы в хорошем механическом и электрическом состоянии.
Это особенно важно для насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров и другого оборудования, которое может работать тысячи часов в год. В исходных материалах компании Yaoda эффективность двигателей рассматривается как вопрос, затрагивающий весь жизненный цикл — от проектирования и производства до подбора, эксплуатации, управления, технического обслуживания и замены. Именно так и следует оценивать энергопотребление на практике.
Если предприятие стремится сократить энергопотребление двигателей, в первую очередь следует: проверить фактическую нагрузку, устранить избыточный размер двигателя или неблагоприятные условия эксплуатации, сравнить коэффициенты полезного действия IE3 и IE4 в реальной точке работы, применять регулирование скорости в условиях изменяющейся нагрузки, а затем проверить полученный результат с помощью данных об эксплуатации. Замена двигателя без проверки системы может привести к тому, что значительная часть доступного потенциала экономии останется нереализованной.
1. Начните с тех убытков, на которые вы действительно можете повлиять
A трехфазный асинхронный двигатель теряет часть входной энергии до того, как эта энергия достигнет вала. К основным группам потерь относятся электрические потери в статоре и роторе, потери в сердечнике, механические потери и паразитные потери. Для покупателей важно не столько сама терминология, сколько то, на какие потери можно повлиять при выборе двигателя, а какие обусловлены особенностями окружающей системы.
| Площадь потерь | Типичный источник | На что может повлиять проект |
|---|---|---|
| Электрические потери в статоре / роторе | Намотка и сопротивление ротора | Конструкция двигателя, использование проводников, нагрузка и рабочая температура |
| Потери в сердечнике | Гистерезисные и вихретоковые потери | Материал сердечника и электромагнитная конструкция |
| Механические потери | Подшипники, вентилятор и потери на термосопротивление | Выравнивание, подшипники, смазка и охлаждение |
| Системные потери | Регулировка расхода, заслонки, несоответствие нагрузки | Расчет мощности двигателя, регулирование скорости и настройка технологического процесса |
| Дополнительные / случайные потери | Электромагнитные и механические воздействия | Качество проектирования, контроль производства и эксплуатационное состояние |
Двигатель с более высоким КПД позволяет снизить внутренние потери за счет усовершенствованной электромагнитной конструкции, оптимального использования проводников, материалов сердечника, системы охлаждения и контроля производственного процесса. Меры, принимаемые на предприятии, направлены на устранение другого комплекса потерь: неравномерная нагрузка, ненужная работа на полной скорости, несоосность, состояние подшипников, перекрытые насосы и заслонки, проблемы с напряжением, а также длительное время работы оборудования в нерабочем режиме.
Именно поэтому проект по энергосбережению Следует начинать с системы с электроприводом, а не только с этикетки на двигателе.
2. Подбор двигателя, соответствующего фактической нагрузке
Запрос предложений, в котором указано лишь “Требуется трехфазный двигатель мощностью 55 кВт”, недостаточен для оценки энергоэффективности.
- нормальная рабочая нагрузка и пиковая нагрузка
- начальное требование
- годовой наработок
- напряжение и частота
- полюса или требуемая скорость
- самоходная и прицепная техника
Если производится замена существующего двигателя, следует зафиксировать его фактический рабочий ток и условия эксплуатации, прежде чем просто заказывать двигатель той же мощности в кВт. Постоянный выбор двигателя с избыточной мощностью может привести к тому, что двигатель будет работать значительно ниже предусмотренной точки рабочей нагрузки. Выбор двигателя с недостаточной мощностью может вызвать противоположную проблему: чрезмерный ток, повышенную температуру и снижение надежности.
Практическая цель заключается не в создании максимально компактного двигателя, а в разработке двигателя с подходящим крутящим моментом и тепловым запасом, который будет эффективно работать в условиях реального профиля нагрузки конкретного применения. Для общепромышленных приводов линейка трехфазных асинхронных двигателей Yaoda предлагает различные варианты КПД и систем управления, а не предполагает, что одна серия подходит для любой нагрузки.
3. Сравнивайте IE3 и IE4 по количеству часов работы, а не только по маркировке
Класс энергоэффективности имеет наибольшее значение в тех случаях, когда двигатель работает в течение длительного времени. В случае насоса или компрессора, работающего в непрерывном режиме, уделять больше внимания энергоэффективности оправданнее, чем в случае вспомогательного двигателя, работающего в прерывистом режиме и набирающего всего несколько сотен часов в год.
Годовое потребление электроэнергии ≈ выходная мощность ÷ КПД двигателя × коэффициент загрузки × годовое количество часов работы. Следует использовать фактические значения КПД из таблицы технических характеристик поставщика, а не исходить из того, что любой двигатель класса IE4 обеспечивает одинаковую экономию по сравнению с любым двигателем класса IE3.
| Состояние проекта | Первый вопрос | Вероятный приоритет | Типичный маршрут Яода |
|---|---|---|---|
| Длительная нагрузка с постоянной скоростью | Сколько часов в год и какая нагрузка? | Сравнение энергопотребления на протяжении жизненного цикла IE3 и IE4 | YE3 / YE4 |
| Периодическая вспомогательная нагрузка | Низкий ли годовой показатель времени работы? | Не переплачивайте за сбережения, которые невозможно вернуть | Сначала — матч |
| Насос/вентилятор с регулируемым расходом | Изменяется ли спрос в течение длительных периодов времени? | Проверьте работу регулятора скорости, прежде чем менять класс IE | Серия YVF + частотно-регулируемый привод (VFD) |
| Имеющийся двигатель увеличенных размеров | Какова измеренная рабочая нагрузка? | Правильный подбор размера перед заменой на аналогичный товар | Повторно выбрать кВт/кадр |
Для проектов, в которых уместно использовать IE3, компания Yaoda предлагает Асинхронный двигатель YE3 IE3 может оцениваться относительно рабочей точки. Если технические характеристики или экономическая эффективность эксплуатации оправдывают выбор более высокого класса, то Трехфазный асинхронный двигатель IE4 можно сравнивать на одинаковой основе.
В случае европейских проектов следует проводить разграничение между энергетической экономикой и минимальными нормативными требованиями. применимое требование к эффективности Это зависит от типа двигателя, диапазона мощности, количества полюсов и исключений, поэтому перед размещением заказа необходимо ознакомиться с техническим заданием проекта.
4. Использовать регулирование скорости следует только в тех случаях, когда нагрузка изменяется
Частотно-регулируемый привод (ЧРП) целесообразно использовать в тех случаях, когда технологический процесс действительно требует регулируемой мощности. Он не всегда является энергосберегающим устройством в любой области применения. Наиболее подходящими объектами для его использования часто являются вентиляторы, центробежные насосы и другие системы, которые значительную часть времени работают не на полной мощности.
- требуемый диапазон скоростей
- минимальная постоянная скорость
- характеристика нагрузочного момента
- требования к охлаждению
- рабочая частота
- пусковой момент и метод управления
В случае машины с постоянной нагрузкой, работающей непрерывно на номинальной скорости, аргументы в пользу энергосберегающего корпуса частотно-регулируемого привода могут оказаться не столь убедительными. В такой ситуации более важную роль могут сыграть правильный подбор мощности двигателя и его класс эффективности.
5. Перед покупкой нового двигателя проверьте его электрическую и механическую системы
Даже эффективный двигатель может потреблять больше энергии, чем ожидалось, если сеть питания или приводное оборудование находятся в неисправном состоянии. В ходе энергетического обследования следует зафиксировать межфазное напряжение, силу тока на всех трёх фазах, частоту, состояние клемм и любые значимые падения напряжения.
- выравнивание валов и состояние муфт
- состояние подшипников и смазка
- натяжение ремня (если применимо)
- состояние охлаждающих каналов и вентилятора
- состояние насоса, вентилятора или редуктора
- фактительная нагрузка на технологический процесс по сравнению с расчетной нагрузкой
Цель заключается в снижении мощности, потребляемой всей системой. Замена двигателя при сохранении насоса с ограниченной производительностью, несоосной муфты или повреждённого подшипника может привести к гораздо меньшей экономии, чем ожидалось.
6. Примите решение: ремонтировать, перематывать или заменить
Когда старый промышленный двигатель выходит из строя, не ограничивайтесь сравнением только стоимости ремонта. Учтите возраст двигателя, класс энергоэффективности, годовое количество рабочих часов, повреждения обмотки, историю ремонтов, затраты, связанные с простоями, ожидаемый оставшийся срок службы и стоимость подходящей замены.
| Решение | Обычно это имеет больше смысла, когда | Что сравнивать |
|---|---|---|
| Ремонт | Ущерб ограничен; время работы невелико; имеющийся двигатель по-прежнему подходит для данной задачи | Стоимость ремонта, время простоя, оставшийся ресурс |
| Назад | Повреждения обмотки значительны, но двигатель по-прежнему пригоден к эксплуатации с механической точки зрения | Качество перемотки, влияние на эффективность, сроки выполнения заказа |
| Заменить | Повторные сбои, длительный годовой ресурс, устаревший уровень ККД или изменение режима эксплуатации | Стоимость приобретения, будущие затраты на энергию, риск простоев, срок службы |
Сравните стоимость ремонта + ожидаемые затраты на электроэнергию + риск простоев со стоимостью замены + ожидаемые затраты на электроэнергию + ожидаемый срок службы. Это более полезно, чем простое сравнение стоимости перемотки со стоимостью покупки.
7. Предоставьте поставщику достаточно информации, чтобы он мог порекомендовать подходящий двигатель
Рекомендации по энергосбережению становятся более точными, если запрос предложений содержит информацию об эксплуатации, а не только данные с заводской таблички.
| Информация о запросе предложений | Почему это важно |
|---|---|
| Требуемая выходная мощность | Первоначальный подбор размера |
| Нормальная рабочая нагрузка | Определяет реальную точку нагрузки |
| Годовой наработ | Необходимо для сравнения энергопотребления на протяжении жизненного цикла |
| Напряжение / частота | Электрическая совместимость |
| Стойки / требуемая скорость | Технологические и механические требования |
| Требование к эффективности | IE3 / IE4 / техническое задание проекта |
| Метод запуска | Работа DOL или конвертера |
| Тип нагрузки | Насос, вентилятор, компрессор, конвейер и т. д. |
| Изменение скорости | Определяет, целесообразно ли использование управления с помощью частотно-регулируемого привода (VFD) |
| Окружающая среда / высота над уровнем моря | Влияет на термический отбор |
| Крепление / рама / вал | Механическая совместимость |
| Количество / пункт назначения | Планирование коммерческой деятельности и экспорта |
Если в рамках проекта предусмотрена замена существующего двигателя, также предоставьте четкую фотографию заводской таблички и монтажный чертеж, если таковые имеются. Это даст поставщику достаточно информации для сравнения двигателей классов IE3, IE4, двигатель с регулируемой частотой вращения или другой двигатель, подходящий для конкретных условий эксплуатации, а не просто подбирать его по мощности в кВт.
8. Проверьте сохранение данных после установки
Последний этап заключается в том, чтобы оценить, принёс ли проект ожидаемый результат. Зафиксируйте значения напряжения, тока, времени работы, скорости и соответствующих показателей производительности процесса до и после внедрения изменений.
В случае насосов или вентиляторов это могут быть расход, давление или другие технологические параметры. Что касается производственного оборудования, по возможности следует сравнивать энергопотребление с сопоставимыми показателями производительности. Без базовых данных трудно определить, было ли снижение энергопотребления достигнуто за счет самого двигателя, сокращения времени работы, корректировки нагрузки или изменения системы управления.
Самый полезный результат — это не то, что “мы установили двигатель IE4”. Это зафиксированное снижение энергопотребления при том, что оборудование по-прежнему обеспечивает требуемую технологическую нагрузку.
Часто задаваемые вопросы: меры по энергосбережению при работе двигателей
Всегда ли двигатель класса IE4 позволяет сэкономить достаточно энергии, чтобы оправдать его установку вместо двигателя класса IE3?
Нет. Ответ зависит от мощности, фактической разницы в КПД, коэффициента загрузки, годового наработки, стоимости электроэнергии и стоимости замены. Сравните эксплуатационные затраты за весь срок службы при реальной точке работы.
В каких случаях частотно-регулируемый привод (VFD) наиболее эффективен с точки зрения энергосбережения?
Когда приводное оборудование значительную часть времени работает не на полную мощность, а производительность технологического процесса можно регулировать за счет изменения скорости. К таким устройствам обычно относятся вентиляторы с регулируемым расходом и центробежные насосы.
Следует ли всегда заменять двигатель, размер которого превышает номинальный?
Не обязательно. Измерьте фактическую нагрузку, проверьте требования к пуску и тепловыделению, а затем сравните ожидаемую экономию с затратами на замену и временем простоя.
Что следует приложить к запросу на предложение по энергоэффективному запасному двигателю?
Укажите данные о мощности, напряжении, частоте, количестве полюсов или скорости, нормальной нагрузке, годовом наработке, способе монтажа, вале/корпусе, режиме работы, области применения, а также данные с имеющейся заводской таблички (если таковая имеется).
Практические приоритеты для промышленных покупателей
- Определите фактическую нагрузку и годовое количество часов работы.
- Выберите двигатель подходящего размера и класса эффективности.
- Используйте регулирование скорости только в тех случаях, когда это способствует оптимизации технологического процесса.
- Устраните электрические и механические потери в системе, связанной с двигателем.
- Запишите эксплуатационные данные и проверьте результаты после установки.
При планировании новой установки или замены укажите требуемую мощность, напряжение, частоту, количество полюсов или скорость, количество часов работы, тип нагрузки, способ крепления и условия эксплуатации. Это даст производителю двигателя достаточно информации для того, чтобы порекомендовать конфигурацию с учетом реальных условий эксплуатации, а не только исходя из номинальной мощности в кВт, указанной на заводской табличке.
