Η τεχνολογία των ηλεκτροκινητήρων στέφεται στην υψηλή απόδοση και ισχύ αυτών.
Οι ηλεκτροκινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης - λοιπόν - θα διατίθενται μόνο σε συνδυασμό με αντίστοιχους μετατροπείς συχνότητας ως «πακέτο». Αυτό σημαίνει πως δεν θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας με τροφοδοσία από το δίκτυο (συνδεσμολογία DOL), όπως αναφέρθηκε στα παραπάνω.
Επιπλέον, θα επιδεικνύουν υψηλότερες αποδόσεις από τους επαγωγικούς κινητήρες όλων των μεγεθών, με το πλεονέκτημα να είναι περισσότερο εμφανές σε χαμηλότερες τιμές ονομαστικής ισχύος.
Έτσι, πριν από περίπου δυο χρόνια η ΑΒΒ στράφηκε στην τεχνολογία των κινητήρων σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης, που σύμφωνα με τα στοιχεία της, εμφανίζουν λειτουργία σε «υπερυψηλά» επίπεδα απόδοσης. Στους ηλεκτροκινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης (SynRM –Synchronous Reluctant Motor), τα επίπεδα απόδοσης θα καθοριστούν στο επικείμενο πρότυπο ΙΕ4 και σε μία βελτιστοποίηση υψηλής απόδοσης σε μικρό μέγεθος πλαισίου (frame size).
Στο σημείο αυτό αξίζει να αναφερθούν μερικά ιστορικά στοιχεία για τους ηλεκτροκινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης, οι οποίοι δεν αποτελούν μια καινούρια ιδέα, αν σκεφθεί κανείς πως εφευρέθηκε το 1923. Όμως, δεν αξιοποιήθηκαν ευρέως για βιομηχανικές εφαρμογές λόγω της αδυναμίας τους να χρησιμοποιηθούν σε απευθείας σύνδεση στο δίκτυο. Επίσης, οι πρώτες εκτιμήσεις, οι οποίες βασίζονταν σε υποδεέστερες τεχνολογίες μετατροπέων, υποεκτιμούσαν τη ροπή και την απόδοση τέτοιου κινητήρα. Οι ηλεκτροκινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης έχουν επίσης κατηγορηθεί ότι απαιτούν περισσότερο ρεύμα από τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, προκειμένου να επιτύχουν παρόμοια επίπεδα ροπής, λόγω του ότι ο δρομέας πρέπει να μαγνητιστεί μέσω του στάτη.
Οι ηλεκτροκινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης - λοιπόν - θα διατίθενται μόνο σε συνδυασμό με αντίστοιχους μετατροπείς συχνότητας ως «πακέτο». Αυτό σημαίνει πως δεν θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας με τροφοδοσία από το δίκτυο (συνδεσμολογία DOL), όπως αναφέρθηκε στα παραπάνω.
Επιπλέον, θα επιδεικνύουν υψηλότερες αποδόσεις από τους επαγωγικούς κινητήρες όλων των μεγεθών, με το πλεονέκτημα να είναι περισσότερο εμφανές σε χαμηλότερες τιμές ονομαστικής ισχύος.
Ο συνδυασμός ηλεκτροκινητήρα σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης με τον αντίστοιχο μετατροπέα συχνότητας:
1. μειώνει τις απώλειες ενέργειας έως και 40% σε σύγκριση με τους κινητήρες IE2 ή
2. επιτρέπει τη χρήση κινητήρων με μέγεθος πλαισίου μέχρι και δύο φορές μικρότερο από το κανονικό για την επίτευξη αντίστοιχης απόδοσης.
Σε γενικές γραμμές, η απόσβεση τέτοιων συνδυασμών υψηλής απόδοσης μπορεί να πραγματοποιηθεί - σύμφωνα με τα υπάρχοντα στοιχεία - σε χρονικό διάστημα έως και δύο μόλις ετών. Ενδεικτικά, ένας ηλεκτροκινητήρας 11 kW υψηλής ισχύος (μικρού πλαισίου) ζυγίζει μόλις 50 kg, δηλαδή, έχει περίπου το μισό βάρος από ένα συμβατικό επαγωγικό ηλεκτροκινητήρα κατηγορίας ΙΕ2.
Κατασκευαστικά, οι κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης συνδυάζουν ένα στάτη συμβατικού επαγωγικού κινητήρα, με ένα δρομέα που έχει μηδενικές απώλειες και είναι κατασκευασμένος από αξονικά επάλληλα φύλλα σιδήρου. Ο απλός αυτός δρομέας, χωρίς μαγνήτες ή κλωβούς, φέρεται ως πιο στιβαρός από εκείνους που χρησιμοποιούνται στους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη ή στους επαγωγικούς κινητήρες. Επίσης, δεν υπάρχει κίνδυνος απώλειας απόδοσης λόγω απομαγνήτισης η οποία προκαλείται από υπερθέρμανση ή άλλες αστοχίες. Δεδομένου - δε - ότι δεν υπάρχουν μαγνήτες, δεν παρουσιάζεται επαγωγική τάση λόγω αντιηλεκτρεγερτικής δύναμης, γεγονός που καθιστά τους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης περισσότερο ασφαλείς, και εξαλείφει την ανάγκη περαιτέρω προστασίας των απαιτούμενων μετατροπέων συχνότητας. Ταυτόχρονα με την απουσία των μαγνητών στους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης, αποτρέπονται και τα ενδεχόμενα προβλήματα διαθεσιμότητας σπάνιων μαγνητικών πετρωμάτων στην παγκόσμια αγορά.
Κατά συνέπεια, εκεί όπου ένας επαγωγικός ηλεκτροκινητήρας σε σύνδεση στο δίκτυο θα χρειαζόταν να λειτουργεί σε κλάση ανόδου θερμοκρασίας F (105 oC), ο αντίστοιχος ηλεκτρικός κινητήρας σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης λειτουργεί σε κλάση ανόδου θερμοκρασίας Α (60 oC). Η λειτουργία σε χαμηλότερη θερμοκρασία παρατείνει τη ζωή της μόνωσης των τυλιγμάτων και των εδράνων, οδηγώντας σε μειωμένες ανάγκες για λίπανση και συντήρηση.
Πιο συγκεκριμένα - και σύμφωνα με τα στοιχεία της ΑΒΒ - για έναν τετραπολικό ηλεκτροκινητήρα 37 kW IE4 SynRM 1.500 στροφών / λεπτό που λειτουργεί 8.760 ώρες / έτος, οι απώλειες θα είναι κατά 1,1 kW χαμηλότερες από εκείνες ενός συμβατικού επαγωγικού ηλεκτροκινητήρα ίδιων χαρακτηριστικών ισχύος.
Συνεπώς, η ετήσια εξοικονόμηση κόστους (κόστος ηλεκτρικού ρεύματος €0,1/kWh) ανέρχεται στα €964, με διάστημα απόσβεσης περίπου δύο έτη και μείωση των εκπομπών CO2 κατά 4,8 τόνους ετησίως
Η δεύτερη έκδοση του νέου κινητήρα της ΑΒΒ είναι βελτιστοποιημένη για υψηλή παραγόμενη ισχύ (high output) και λειτουργεί σε συμβατικές κλάσεις θερμοκρασίας Β ή F. Οι απώλειες των ηλεκτροκινητήρων αυτών είναι συνήθως κατά 10-20% χαμηλότερες από εκείνες των επαγωγικών ηλεκτροκινητήρων κατηγορίας ΙΕ2 (συγκρινόμενες με το 40% που επιτυγχάνεται από τις εκδόσεις ΙΕ4).
Οι μειωμένες απώλειες του δρομέα των κινητήρων σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης εξαλείφουν μεγάλο μέρος της συνήθους μετάδοσης θερμότητας μέσω του άξονα, μειώνοντας τις θερμοκρασίες των εδράνων ειδικά στο άκρο που βρίσκεται μειωτήρας. Για ένα μηχάνημα 6 kW, η μείωση θερμοκρασίας σε σύγκριση με έναν επαγωγικό κινητήρα μπορεί να φτάσει τους 30 °C, με μία μείωση 15-20 °C να είναι συνηθισμένη σε όλο το εύρος τιμών ονομαστικής ισχύος μέχρι τα 315 kW. Το φαινόμενο αυτό, είναι ιδιαίτερα εμφανές σε υψηλότερες στροφές και για υψηλότερες κλάσεις θερμοκρασίας.
Ένα επιπλέον ελκυστικό χαρακτηριστικό της σχεδίασης των ηλεκτροκινητήρων σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης είναι πως, η απόδοσή τους παραμένει υψηλή ακόμα και στην περίπτωση χαμηλών φορτίων, γεγονός που είναι εξαιρετικά χρήσιμο σε εφαρμογές κίνησης ανεμιστήρων και αντλιών.
Τέλος, είναι πολύ ενδιαφέρον το γεγονός πως, η ΑΒΒ έχει προσαρμόσει την τεχνολογία των μετατροπέων συχνότητας DTC (Direct Torque Control ) ώστε να συνεργάζεται με τους νέους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης σε ταχύτητες περιστροφής έως 6.000 στροφές / λεπτό.
Το λογισμικό ενός μετατροπέα συχνότητας βελτιστοποιεί τον έλεγχο ροπής στον συγκεκριμένου είδους ηλεκτροκινητήρα, ώστε, να ελαχιστοποιείται το ρεύμα οδήγησης σε κάθε σημείο λειτουργίας. Η τεχνολογία ελέγχου αυτή, λειτουργεί επίσης στο εύρος εξασθένισης πεδίου (πάνω από την ονομαστική ταχύτητα) όπου ο κινητήρας σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης μπορεί να φτάνει ταχύτητες κατά 1,5 φορές μεγαλύτερες από τις ονομαστικές τιμές ταχύτητάς του. Τα στοιχεία ελέγχου επιτρέπουν επίσης στους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης (SynRM) να φτάνουν σε υψηλότερα δυναμικά χαρακτηριστικά ροπής από ότι οι επαγωγικοί ηλεκτροκινητήρες.
Η ΑΒΒ έχει ήδη προβεί σε παραγωγή κινητήρων με επίπεδο απόδοσης ΙΕ4 σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης με ονομαστική ισχύ μεταξύ 11-200 kW (με πλαίσια από χυτοσίδηρο μεγέθους 160-315) και τις εκδόσεις υψηλής απόδοσης με ονομαστική ισχύ από 1-55 kW (με πλαίσια από αλουμίνιο μεγέθους 90-132) και μέχρι 315 kW (με πλαίσια από χυτοσίδηρο μεγέθους 160-315). Οι ηλεκτροκινητήρες αυτοί είναι διαθέσιμοι στην αγορά από το δεύτερο εξάμηνο του 2011 και διατίθενται με αντίστοιχους μετατροπείς συχνότητας που περιέχουν λογισμικό σχεδιασμένο για τον έλεγχο των κινητήρων σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης.
Πηγή: ΑΒΒ
Σε γενικές γραμμές, η απόσβεση τέτοιων συνδυασμών υψηλής απόδοσης μπορεί να πραγματοποιηθεί - σύμφωνα με τα υπάρχοντα στοιχεία - σε χρονικό διάστημα έως και δύο μόλις ετών. Ενδεικτικά, ένας ηλεκτροκινητήρας 11 kW υψηλής ισχύος (μικρού πλαισίου) ζυγίζει μόλις 50 kg, δηλαδή, έχει περίπου το μισό βάρος από ένα συμβατικό επαγωγικό ηλεκτροκινητήρα κατηγορίας ΙΕ2.
Κατασκευαστικά, οι κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης συνδυάζουν ένα στάτη συμβατικού επαγωγικού κινητήρα, με ένα δρομέα που έχει μηδενικές απώλειες και είναι κατασκευασμένος από αξονικά επάλληλα φύλλα σιδήρου. Ο απλός αυτός δρομέας, χωρίς μαγνήτες ή κλωβούς, φέρεται ως πιο στιβαρός από εκείνους που χρησιμοποιούνται στους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη ή στους επαγωγικούς κινητήρες. Επίσης, δεν υπάρχει κίνδυνος απώλειας απόδοσης λόγω απομαγνήτισης η οποία προκαλείται από υπερθέρμανση ή άλλες αστοχίες. Δεδομένου - δε - ότι δεν υπάρχουν μαγνήτες, δεν παρουσιάζεται επαγωγική τάση λόγω αντιηλεκτρεγερτικής δύναμης, γεγονός που καθιστά τους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης περισσότερο ασφαλείς, και εξαλείφει την ανάγκη περαιτέρω προστασίας των απαιτούμενων μετατροπέων συχνότητας. Ταυτόχρονα με την απουσία των μαγνητών στους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης, αποτρέπονται και τα ενδεχόμενα προβλήματα διαθεσιμότητας σπάνιων μαγνητικών πετρωμάτων στην παγκόσμια αγορά.
Σύγκριση επαγωγικών και σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης κινητήρων 15 KW, 1500 rpm, όπου στους δεύτερους υπάρχει ελάττωση συνολικών απωλειών της τάξης του 20 - 35%
Η συνολική μείωση των απωλειών οδηγεί σε βασικές βελτιώσεις στην απόδοση των ηλεκτροκινητήρων αυτών, συμβάλλοντας στην εξοικονόμηση ενέργειας από ένα τέτοιου είδους σύστημα.
Ακόμη, για την ίδια κλάση μόνωσης σημειώνεται αύξηση 20-40% στην ισχύ και τη ροπή. Επιπρόσθετα, υπάρχει επιπλέον αύξηση στην απόδοση του συστήματος με τη χρήση μετατροπέα συχνότητας που κυμαίνεται μεταξύ άνω του 5% για ηλεκτρικούς κινητήρες λίγων kW και 0,5% για τους μεγαλύτερους κινητήρες. Κατά συνέπεια, εκεί όπου ένας επαγωγικός ηλεκτροκινητήρας σε σύνδεση στο δίκτυο θα χρειαζόταν να λειτουργεί σε κλάση ανόδου θερμοκρασίας F (105 oC), ο αντίστοιχος ηλεκτρικός κινητήρας σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης λειτουργεί σε κλάση ανόδου θερμοκρασίας Α (60 oC). Η λειτουργία σε χαμηλότερη θερμοκρασία παρατείνει τη ζωή της μόνωσης των τυλιγμάτων και των εδράνων, οδηγώντας σε μειωμένες ανάγκες για λίπανση και συντήρηση.
Πιο συγκεκριμένα - και σύμφωνα με τα στοιχεία της ΑΒΒ - για έναν τετραπολικό ηλεκτροκινητήρα 37 kW IE4 SynRM 1.500 στροφών / λεπτό που λειτουργεί 8.760 ώρες / έτος, οι απώλειες θα είναι κατά 1,1 kW χαμηλότερες από εκείνες ενός συμβατικού επαγωγικού ηλεκτροκινητήρα ίδιων χαρακτηριστικών ισχύος.
Συνεπώς, η ετήσια εξοικονόμηση κόστους (κόστος ηλεκτρικού ρεύματος €0,1/kWh) ανέρχεται στα €964, με διάστημα απόσβεσης περίπου δύο έτη και μείωση των εκπομπών CO2 κατά 4,8 τόνους ετησίως
Αν η απόδοση ενός κινητήρα 37 kW αυξηθεί κατά 2,6%,
η μείωση των απωλειών του ανέρχεται στο 38%
η μείωση των απωλειών του ανέρχεται στο 38%
Η δεύτερη έκδοση του νέου κινητήρα της ΑΒΒ είναι βελτιστοποιημένη για υψηλή παραγόμενη ισχύ (high output) και λειτουργεί σε συμβατικές κλάσεις θερμοκρασίας Β ή F. Οι απώλειες των ηλεκτροκινητήρων αυτών είναι συνήθως κατά 10-20% χαμηλότερες από εκείνες των επαγωγικών ηλεκτροκινητήρων κατηγορίας ΙΕ2 (συγκρινόμενες με το 40% που επιτυγχάνεται από τις εκδόσεις ΙΕ4).
Οι μειωμένες απώλειες του δρομέα των κινητήρων σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης εξαλείφουν μεγάλο μέρος της συνήθους μετάδοσης θερμότητας μέσω του άξονα, μειώνοντας τις θερμοκρασίες των εδράνων ειδικά στο άκρο που βρίσκεται μειωτήρας. Για ένα μηχάνημα 6 kW, η μείωση θερμοκρασίας σε σύγκριση με έναν επαγωγικό κινητήρα μπορεί να φτάσει τους 30 °C, με μία μείωση 15-20 °C να είναι συνηθισμένη σε όλο το εύρος τιμών ονομαστικής ισχύος μέχρι τα 315 kW. Το φαινόμενο αυτό, είναι ιδιαίτερα εμφανές σε υψηλότερες στροφές και για υψηλότερες κλάσεις θερμοκρασίας.
Συγκριτικά στοιχεία για την καταγραφή θερμοκρασίας μέσω
θερμοκάμερας σε επαγωγικούς και
σε σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης κινητήρες
θερμοκάμερας σε επαγωγικούς και
σε σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης κινητήρες
Ένα επιπλέον ελκυστικό χαρακτηριστικό της σχεδίασης των ηλεκτροκινητήρων σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης είναι πως, η απόδοσή τους παραμένει υψηλή ακόμα και στην περίπτωση χαμηλών φορτίων, γεγονός που είναι εξαιρετικά χρήσιμο σε εφαρμογές κίνησης ανεμιστήρων και αντλιών.
Τέλος, είναι πολύ ενδιαφέρον το γεγονός πως, η ΑΒΒ έχει προσαρμόσει την τεχνολογία των μετατροπέων συχνότητας DTC (Direct Torque Control ) ώστε να συνεργάζεται με τους νέους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης σε ταχύτητες περιστροφής έως 6.000 στροφές / λεπτό.
Το λογισμικό ενός μετατροπέα συχνότητας βελτιστοποιεί τον έλεγχο ροπής στον συγκεκριμένου είδους ηλεκτροκινητήρα, ώστε, να ελαχιστοποιείται το ρεύμα οδήγησης σε κάθε σημείο λειτουργίας. Η τεχνολογία ελέγχου αυτή, λειτουργεί επίσης στο εύρος εξασθένισης πεδίου (πάνω από την ονομαστική ταχύτητα) όπου ο κινητήρας σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης μπορεί να φτάνει ταχύτητες κατά 1,5 φορές μεγαλύτερες από τις ονομαστικές τιμές ταχύτητάς του. Τα στοιχεία ελέγχου επιτρέπουν επίσης στους κινητήρες σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης (SynRM) να φτάνουν σε υψηλότερα δυναμικά χαρακτηριστικά ροπής από ότι οι επαγωγικοί ηλεκτροκινητήρες.
Η ΑΒΒ έχει ήδη προβεί σε παραγωγή κινητήρων με επίπεδο απόδοσης ΙΕ4 σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης με ονομαστική ισχύ μεταξύ 11-200 kW (με πλαίσια από χυτοσίδηρο μεγέθους 160-315) και τις εκδόσεις υψηλής απόδοσης με ονομαστική ισχύ από 1-55 kW (με πλαίσια από αλουμίνιο μεγέθους 90-132) και μέχρι 315 kW (με πλαίσια από χυτοσίδηρο μεγέθους 160-315). Οι ηλεκτροκινητήρες αυτοί είναι διαθέσιμοι στην αγορά από το δεύτερο εξάμηνο του 2011 και διατίθενται με αντίστοιχους μετατροπείς συχνότητας που περιέχουν λογισμικό σχεδιασμένο για τον έλεγχο των κινητήρων σύγχρονης μαγνητικής αντίστασης.
Πηγή: ΑΒΒ
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου