Σχεδόν όλο το κέρδος απόδοσης κινητήρα πάνω από το IE4 προέρχεται από δύο τεχνολογίες: τον κινητήρα σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης (SynRM) και τον σύγχρονο κινητήρα μόνιμων μαγνητών (PMSM). Και οι δύο αφήνουν πίσω τον κλασικό ασύγχρονο κινητήρα κλωβού, και οι δύο φτάνουν σε IE5 και σε ορισμένες περιπτώσεις σε IE6, και οι δύο μοιράζονται κάτι που συχνά παραβλέπεται: δεν λειτουργούν στο δίκτυο, αλλά μόνο με ρυθμιστή συχνότητας. Αυτό το άρθρο εξηγεί πώς διαφέρουν, γιατί αυτή η διαφορά έχει σημασία, και πότε επιλέγετε ποια τεχνολογία.
Ασύγχρονος vs σύγχρονος: τα βασικά
Ένας κλασικός ασύγχρονος κινητήρας (κινητήρας κλωβού) περιστρέφεται πάντα λίγο πιο αργά από το περιστρεφόμενο πεδίο του στάτη: αυτή η διαφορά, η ολίσθηση, είναι απαραίτητη για να επαχθεί στον δρομέα ρεύμα που παράγει τη ροπή. Αυτό το επαγόμενο ρεύμα δρομέα προκαλεί απώλειες, και ακριβώς αυτές οι απώλειες αποτελούν το ανώτατο όριο της απόδοσης που μπορεί να επιτύχει ένας ασύγχρονος κινητήρας. Στην πράξη, το IE4 είναι περίπου αυτό το όριο.
Ένας σύγχρονος κινητήρας περιστρέφεται ακριβώς σύγχρονα με το περιστρεφόμενο πεδίο, χωρίς ολίσθηση. Στον δρομέα δεν επάγεται ρεύμα, οπότε οι σχετικές απώλειες εξαλείφονται. Ακριβώς γι' αυτό τόσο ο SynRM όσο και ο PMSM, και οι δύο σύγχρονες αρχές, μπορούν να αποδώσουν πάνω από το IE4. Η διαφορά μεταξύ τους έγκειται στο πώς ο δρομέας παρασύρεται σύγχρονα.
Τι είναι ένας SynRM (σύγχρονη μαγνητική αντίσταση);
Ένας κινητήρας σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης έχει δρομέα χωρίς τυλίγματα και χωρίς μαγνήτες: μόνο ένα έξυπνα διαμορφωμένο πακέτο ελασμάτων χάλυβα με εγκοπές (φράγματα ροής). Ο δρομέας ακολουθεί το περιστρεφόμενο πεδίο επειδή η μαγνητική ροή αναζητά πάντα τη διαδρομή της ελάχιστης αντίστασης (μαγνητική αντίσταση). Το περιστρεφόμενο πεδίο παρασύρει τον δρομέα, κατά κάποιον τρόπο, κατά μήκος του άξονα ελάχιστης μαγνητικής αντίστασης.
Το μεγάλο πλεονέκτημα: χωρίς μαγνήτες και χωρίς ρεύμα δρομέα σημαίνει έναν ψυχρό, ανθεκτικό δρομέα και καμία εξάρτηση από σπάνιες γαίες. Ο δρομέας χωράει επίσης στο ίδιο περίβλημα με έναν τυπικό ασύγχρονο κινητήρα, γεγονός που απλοποιεί την αντικατάσταση ένα-προς-ένα. Η ABB διαθέτει αυτή την τεχνολογία με την ονομασία SynRM, σε συνδυασμό με κατάλληλο ρυθμιστή.
Το μειονέκτημα: ένας SynRM έχει ελαφρώς χαμηλότερο συντελεστή ισχύος και πυκνότητα ισχύος από έναν PMSM, και αποδίδει τη βέλτιστη απόδοσή του μόνο σε συνδυασμό με έναν καλά ρυθμισμένο ρυθμιστή. Για τις περισσότερες εφαρμογές αντλιών, ανεμιστήρων και συμπιεστών, αυτό είναι υπεραρκετό.
Τι είναι ένας PMSM (μόνιμοι μαγνήτες);
Ένας σύγχρονος κινητήρας μόνιμων μαγνητών έχει μαγνήτες μέσα ή πάνω στον δρομέα (συνήθως νεοδύμιο-σίδηρο-βόριο). Αυτοί οι μαγνήτες παρέχουν ένα σταθερό πεδίο δρομέα που περιστρέφεται σύγχρονα με το περιστρεφόμενο πεδίο του στάτη. Επειδή το πεδίο δρομέα παρέχεται από τους μαγνήτες και δεν χρειάζεται να επαχθεί, ο PMSM είναι πολύ αποδοτικός, συμπαγής και με υψηλή ροπή.
Οι κινητήρες PMSM επιτυγχάνουν γενικά την υψηλότερη πυκνότητα ισχύος και τον καλύτερο συντελεστή ισχύος από όλους τους τύπους κινητήρων, καθιστώντας τους την πρώτη επιλογή όπου ο χώρος ή το βάρος είναι κρίσιμα, ή όπου μετράει η πολύ υψηλή απόδοση σε μερικό φορτίο. Είναι επίσης συνηθισμένοι σε εφαρμογές σερβο και έλξης.
Τα μειονεκτήματα: οι μαγνήτες καθιστούν τον κινητήρα πιο ευαίσθητο σε υψηλές θερμοκρασίες (κίνδυνος απομαγνήτισης) και εξαρτημένο από την τιμή και τη διαθεσιμότητα των σπάνιων γαιών. Επιπλέον, σε περίπτωση διακοπής δικτύου, ένας περιστρεφόμενος PMSM μπορεί να επιστρέψει τάση, κάτι που απαιτεί προσοχή στον σχεδιασμό.
SynRM vs PMSM: η σύγκριση
Εν συντομία: επιλέξτε SynRM για ανθεκτικότητα, ψυχρό δρομέα, καμία εξάρτηση από μαγνήτες και απλή αντικατάσταση ένα-προς-ένα σε βιομηχανικές εφαρμογές αντλιών και ανεμιστήρων. Επιλέξτε PMSM όπου η μέγιστη πυκνότητα ισχύος, η υψηλότερη απόδοση ή ο μικρότερος όγκος κατασκευής είναι καθοριστικά, και όπου η θερμοκρασία είναι διαχειρίσιμη.
Και οι δύο τεχνολογίες φτάνουν σε IE5. Με βελτιστοποιημένο σχεδιασμό, ο PMSM μπορεί να φτάσει σε IE6. Ο SynRM προσφέρει στην πράξη το χαμηλότερο συνολικό κόστος ιδιοκτησίας σε τυπικές βιομηχανικές εφαρμογές, ενώ ο PMSM διαπρέπει σε συμπαγείς, υψηλής δυναμικής ή κρίσιμες ως προς το βάρος εφαρμογές.
Πώς φτάνουν σε IE5 και IE6
Οι κλάσεις απόδοσης IE1 έως IE6 ορίζονται στο πρότυπο IEC 60034-30-1 (IE1 έως IE4) και στο μεταγενέστερο IEC TS 60034-30-2 (IE5 και άνω). Κάθε βήμα κλάσης αντιπροσωπεύει περίπου 20% λιγότερες απώλειες από το προηγούμενο. Εκεί που ένας καλός ασύγχρονος κινητήρας σταματά στο IE4, ο SynRM και ο PMSM φτάνουν σε IE5, και με τον PMSM, το IE6 είναι εφικτό σε συγκεκριμένες εκδόσεις.
Για τη μετατροπή της απόδοσης σε ευρώ: σε συνεχή λειτουργία, κάθε βήμα κλάσης αντιστοιχεί γρήγορα σε εκατοντάδες ευρώ ετησίως ανά κινητήρα. Υπολογίστε τη δική σας περίπτωση με τον υπολογιστή εξοικονόμησης ενέργειας, ο οποίος μετατρέπει τη διαφορά μεταξύ των κλάσεων IE σε kWh, ευρώ και χρόνο απόσβεσης.
Γιατί απαιτείται ρυθμιστής συχνότητας
Αυτό είναι το σημείο που προκαλεί συχνότερα εκπλήξεις στην πράξη: ούτε ένας SynRM ούτε ένας PMSM μπορούν να εκκινήσουν απευθείας στο δίκτυο. Ένας ασύγχρονος κινητήρας εκκινεί μόνος του χάρη στην ολίσθηση· ένας σύγχρονος κινητήρας όχι, επειδή ο δρομέας δεν μπορεί να προλάβει από την ακινησία το πεδίο του στάτη που περιστρέφεται ξαφνικά με πλήρη ταχύτητα. Και οι δύο τύποι χρειάζονται επομένως πάντα έναν ρυθμιστή συχνότητας που αυξάνει σταδιακά τη συχνότητα από το μηδέν.
Αυτό δεν είναι μειονέκτημα αλλά συχνά πλεονέκτημα: ο ρυθμιστής παρέχει αδιαβάθμητη ρύθμιση ταχύτητας, ομαλή εκκίνηση και, σε εφαρμογές αντλιών και ανεμιστήρων με μεταβλητό φορτίο, επιπλέον εξοικονόμηση ενέργειας πέρα από το κέρδος του ίδιου του κινητήρα. Σημαίνει όμως ότι πρέπει να προδιαγράψετε κινητήρα και ρυθμιστή ως ένα ενιαίο σύστημα. Διαβάστε περισσότερα για την επιλογή και τις πτυχές ΗΜΣ στο άρθρο μας για τους ρυθμιστές συχνότητας.
Πότε επιλέγετε ποιον;
Για μια τυπική αντλία, ανεμιστήρα ή συμπιεστή σε συνεχή λειτουργία, όπου θέλετε να εξοικονομήσετε ενέργεια παραμένοντας κοντά σε μια αντικατάσταση ένα-προς-ένα: SynRM. Ανθεκτικός, ψυχρός, χωρίς μαγνήτες και διαθέσιμος από την ABB σε γνώριμα περιβλήματα.
Για συμπαγείς εφαρμογές, υψηλή δυναμική, σερβο, έλξη ή όπου κάθε ποσοστιαία μονάδα απόδοσης σε μερικό φορτίο μετράει: PMSM. Εκεί που λειτουργείτε επί του παρόντος έναν κινητήρα IE3 και η εγκατάσταση έχει ήδη ή θα αποκτήσει ρυθμιστή συχνότητας, η μετάβαση σε έναν SynRM ή PMSM IE5 σχεδόν πάντα αξίζει να υπολογιστεί.
Αναποφάσιστοι μεταξύ της διατήρησης του τρέχοντος ασύγχρονου κινητήρα σας ή μιας αλλαγής; Η βάση γνώσεών μας πραγματεύεται αυτόν τον συμβιβασμό ξεχωριστά στο επισκευή ή αντικατάσταση και στο κλάσεις απόδοσης IE.
Πρακτικές συστάσεις
Προδιαγράφετε πάντα κινητήρα και ρυθμιστή συχνότητας μαζί ως σύστημα, όχι ξεχωριστά. Σε ένα αίτημα IE5/IE6, ζητήστε την απόδοση στο πραγματικό σας σημείο λειτουργίας, όχι μόνο σε πλήρες φορτίο· ακριβώς σε μερικό φορτίο οι τεχνολογίες αποκλίνουν. Με τον PMSM, λάβετε υπόψη τη μέγιστη θερμοκρασία τυλίγματος και τη συμπεριφορά αναγέννησης σε περίπτωση διακοπής δικτύου. Και πριν αντικαταστήσετε, ζητήστε να υπολογιστεί ο χρόνος απόσβεσης με βάση τις ώρες λειτουργίας σας και την τιμή του ρεύματος.
Η Van Bodegraven προμηθεύει τόσο λύσεις ABB SynRM όσο και PMSM, με κατάλληλους ρυθμιστές ABB, και συμβουλεύει για τη σωστή επιλογή για την εφαρμογή σας. Παραδίδουμε από απόθεμα ΕΕ της ABB με σύντομους χρόνους παράδοσης.
Από τα δεδομένα που αναφέρονται σε αυτό το άρθρο δεν μπορούν να αντληθούν δικαιώματα. Επικοινωνήστε μαζί μας για συγκεκριμένη προσφορά και τρέχουσα κατάσταση παράδοσης.
Κινητήρας IE5 ή IE6 για την εφαρμογή σας;
Δηλώστε την ισχύ, την ταχύτητα, το καθεστώς λειτουργίας σας και αν υπάρχει ήδη ρυθμιστής συχνότητας. Θα προτείνουμε μια κατάλληλη λύση SynRM ή PMSM με κατάλληλο ρυθμιστή ABB, και θα υπολογίσουμε τον χρόνο απόσβεσης για εσάς.