Как да увеличим ефективността на електродвигател? - Блог

Ако някога сте стояли до по-стар електрически мотор, който бръмчи силно, докато едва движи инструмента или вентилатора, които трябва да захранва, знаете колко разочароващи могат да бъдат пропуските в ефективността. Като човек, който е прекарал последните 10 години в доставка на двигатели за всичко - от малки ОВК инсталации до промишлени производствени линии, видях от първа ръка как дори 5% увеличение на ефективността на един двигател може да добави до хиляди долари спестявания на енергия през целия му живот - и също така да намали времето за поддръжка. Истината е, че много собственици на мотори се отнасят към ефективността като към детайл от „настройте и забравете“, но малките последователни корекции могат да направят огромна разлика. Нека разгледаме практични, подкрепени от науката начини за повишаване на ефективността на двигателя, както и как изборът на правилния двигател за вашето приложение може да ви подготви за дългосрочен успех.

Първо, нека започнем с основите: ефективността тук означава процентът от електрическата мощност, която моторът превръща в механична мощност, вместо да я губи като топлина, шум или вибрации. Например, двигател с 90% ефективност преобразува 90 от всеки 100 вата мощност в работа, докато модел с 85% губи 15 вата. Повечето от тези загуби на отпадъци идват от три основни области: загуба на мед (топлина от електричество, движещо се през намотките на двигателя), загуба на желязо (топлина от магнитното поле, движещо се през сърцевината на двигателя) и механични загуби (триене от лагери, вентилатори и въздушно съпротивление вътре в двигателя). Коригирането на тези области е мястото, където ще видите най-големите подобрения.

motor-efficiency-testing

Едно от най-лесните и най-пренебрегваните решения е поддържането на правилно оразмерен двигател. Не мога да подчертая това достатъчно: прекалено големият двигател е мързелив двигател. Ако един двигател е създаден да работи с 2 конски сили, но вие работите само с товар от 1 конски сили, той работи при ниско натоварване, което смазва ефективността му. Повечето AC двигатели са най-ефективни само когато работят при 75-100% от номиналния си товар. Когато са недостатъчно натоварени, факторът на мощността им пада, което означава, че черпят повече реактивна мощност от мрежата, което не само губи енергия, но може да доведе и до по-високи сметки за комунални услуги. Виждал съм клиенти да инсталират 12v 85W 5060hzЦентробежен вентилаторЦентробежен вентилатор [/motors/12v-85w-5060hz-centrifugal-fan-motor-out.html] за малък вентилационен отвор за баня, само за да го смените месеци по-късно, тъй като големият двигател работеше при 40% натоварване, губейки почти 10 вата мощност на всеки час. Поправката? Съобразете точно размера на двигателя с вашия товар или използвайте задвижване с променлива честота (VFD), ако товарът ви варира. VFD регулират скоростта на двигателя, за да отговарят на точното търсене на инструмента или вентилатора, така че да не се върти по-бързо от необходимото. За склад с променливи нужди от вентилация, VFD, съчетан с високоефективен двигател като Blauberg MEC3L-72-25P 72mm 230V 115W EC Motor [/motors/mec3l-72-25p-72mm-ec-motor.html] може да намали потреблението на енергия с 30% или повече, т.к.EC двигателиса проектирани да бъдат високоефективни при частични натоварвания.

На следващо място, редовната поддръжка не подлежи на обсъждане за поддържане на висока ефективност, но не става дума само за смяна на масло (въпреки че това е част от нея). Лагерите са често срещан виновник за механични загуби. Ако лагерът се замърси, размести или смаже лошо, триенето между въртящия се вал и лагера може да се увеличи с 50% или повече, принуждавайки двигателя да черпи допълнителна мощност само за да се върти. Веднъж работих с хранително-вкусова фабрика, която смяташе, че двигателят им се проваля, защото сметката му за енергия скочи с 15% за един месец; когато издърпахме лагера, открихме, че е залепен от прах от брашно, което е превърнало смазката в гъста паста. След почистване и повторно опаковане на лагерите, ефективността се върна към нормалното и те спестиха над $2000 тази година от разходи за енергия. Основното правило за малки двигатели (под 5 конски сили) е лагерите да се смазват на всеки 12 месеца, а за по-големите промишлени двигатели на всеки 6 месеца - въпреки че винаги проверявайте спецификациите на производителя, тъй като прекомерното смазване е също толкова лошо, колкото и недостатъчното смазване.

Друг голям източник на загуби е въздушната междина на двигателя. Въздушната междина е малкото пространство между ротора (въртящата се част на двигателя) и статора (неподвижната част, която създава магнитното поле). Ако тази празнина е неравномерна или твърде голяма, магнитното поле трябва да работи по-усилено, за да премине празнината, което увеличава загубите на желязо и мед. Това обикновено се случва, защото двигателят е неправилно центрован или от монтаж, или от износване с течение на времето. Децентрализиране на вала е често срещано при двигатели, свързани към помпи, вентилатори или конвейери, и дори децентрализиране от 0,5 градуса може да увеличи потреблението на енергия с 10%. Решението тук е редовна проверка на подравняването или с лазерен инструмент за подравняване (за големи двигатели), или с обикновен индикатор за набиране (за малки до средни двигатели). Имахме клиенти, които проверяваха подравняването на своите 230v центробежни вентилатори с двигател с външен ротор 0-10v [/motors/230v-centrifugal-fans-with-external-rotor.html] на всяко тримесечие и видяха стабилно увеличение на ефективността от 7-8%, тъй като моторът не трябваше да се бори с неравномерното издърпване от неправилно центриран вал.

Изборът на правилната моторна технология за вашето приложение също променя играта. На пазара има три основни типа двигатели: стандартни индукционни двигатели, високоефективни индукционни двигатели и EC (електронно комутирани) двигатели. Стандартните индукционни двигатели са евтини, но достигат максимална ефективност от около 85% и рязко падат при частични натоварвания. Високоефективните индукционни двигатели използват медни намотки с по-добро качество и по-тънка стомана в сърцевината, за да намалят загубите на желязо и мед, достигайки около 92-95% ефективност, но все още се борят с частични натоварвания. EC двигателите, от друга страна, използват постоянни магнити вместо намотките на ротора в асинхронните двигатели и тяхната вградена електроника регулира мощността, за да отговаря на търсенето, което ги прави с 15-30% по-ефективни от стандартните двигатели, дори при частични натоварвания. Например 230v 170W Big Motor Ec центробежен вентилаторен двигател [/motors/230v-170w-big-motor-ec-centrifugal-fan-motors.html] за вентилационна система на сървърно помещение ще работи с максимална ефективност, дори когато помещението е само с 50% натоварване, докато стандартен двигател ще губи енергия на празен ход при пълна скорост. EC двигателите са особено добри за приложения, където натоварването варира - като HVAC, изпускателни вентилатори и хладилни системи - тъй като те нямат същия спад на ефективността като индукционните двигатели, когато не работят с пълен капацитет.

Също така не можете да пренебрегнете средата на двигателя, защото топлината убива ефективността. Двигателите генерират собствена топлина и ако не могат да разсеят тази топлина, вътрешната им температура се повишава. Високите температури увеличават загубата на мед (съпротивлението нараства с повишаване на температурата) и могат да повредят намотките с течение на времето, съкращавайки живота на двигателя. Ако моторът е инсталиран в горещо, прашно или тясно пространство, той може да работи с 10-15 градуса по-горещо, отколкото би трябвало, намалявайки ефективността с 2-3%. За да коригирате това, уверете се, че моторът има поне 6 инча свободно пространство от всички страни за въздушен поток, избягвайте да го инсталирате близо до източници на топлина като бойлери или компресори и поддържайте вентилационните решетки чисти (натрупването на прах блокира въздушния поток, точно както при лагерите). Например 230v центробежни вентилатори с двигател с външен ротор Big Motor Ec центробежен вентилатор [/motors/230v-centrifugal-fans-with-external-rotors.html], инсталиран в прашен склад, ще се нуждае от смяна на филтъра за всмукване на въздух на всеки 2 месеца, вместо на всеки 6 месеца в чист офис, за да продължи охлаждането да работи правилно.

Чакай, има още едно нещо, което много хора пропускат: качеството на окабеляването. Окабеляването, което свързва двигателя със захранването, може да причини значителна загуба на енергия, ако е твърде тънко, твърде дълго или има разхлабени връзки. Тънките проводници имат по-голямо съпротивление, така че повече мощност се губи като топлина, преминаваща от прекъсвача към двигателя. За 50-футов проводник, използването на твърде малък габарит на проводника може да увеличи загубите с 5% или повече. Разхлабените връзки, от друга страна, създават съпротивление на кръстовището, което може да доведе до прегряване и загуба на енергия. Веднъж имах клиент, който се оплака, че двигателят му работи горещо и след като проверихме окабеляването, открихме разхлабена клема на прекъсвача, която е създала малка дъга, губейки над 8 вата мощност. Затягането на клемата и надграждането на окабеляването до правилния габарит решиха проблема незабавно. Струва си да се отбележи, че за двигатели, работещи 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата, подобно на тези в промишлени съоръжения или ОВК системи през лятото, надграждането до правилния диаметър на проводника може да се изплати като спестяване на енергия за по-малко от година.

Нека поговорим за реални резултати, защото числата имат значение. Едно малко кафене, с което работех преди няколко години, имаше три изпускателни вентилатора, работещи по 12 часа на ден, използвайки стандартни индукционни двигатели, които бяха на 10 години. Тяхната сметка за енергия за феновете беше около $1800 на година. Заменихме трите стандартни мотора сБлаубергMEC3L-72-25P 72 mm 230 V 115 W EC мотор [/motors/mec3l-72-25p-72mm-ec-motor.html] (тъй като натоварването на отработените газове варираше в зависимост от броя на клиентите в кафенето) и инсталираха VFD за регулиране на скоростта въз основа на сензори за качество на въздуха. В рамките на първата година тяхната сметка за енергия за феновете падна до $1100 - спестяване от 39%. Това е 700 долара обратно в джоба им всяка година, за еднократна инвестиция от около 2000 долара. За по-голяма операция, като склад с 20 двигателя, спестяванията се умножават бързо. Клиент с 15 центробежни вентилатора и 5 конвейерни мотора обнови всички стандартни двигатели до високоефективни модели, подравни валове и смени износени лагери, спестявайки над $12 000 годишно от разходи за енергия, с изплащане за 18 месеца.

Знам, че моторната ефективност може да изглежда като обезсърчаваща тема, но не е задължително. Най-добрата част е, че повечето от тези стъпки са или евтини (редовна поддръжка, проверки на центровката) или интелигентна еднократна инвестиция (надграждане до високоефективни или EC двигатели, добавяне на VFD), която се изплаща с времето. Ако не сте сигурни откъде да започнете, започнете с енергиен одит на вашите съществуващи двигатели: проверете тяхното натоварване, тяхното състояние, тяхното окабеляване и тяхната среда. Дори малки поправки като почистване на запушен въздушен филтър или затягане на разхлабен лагер могат да направят забележима разлика.

Ако сте на пазара за нови двигатели, ние имаме широка гама от опции за всяко приложение - от малки 12v вентилатори за битова употреба до високомощни EC двигатели за индустриални системи. Независимо дали имате нужда от подмяна на вентилационен отвор за баня, центробежен вентилатор за склад или двигател за конвейерна система, нашият екип може да ви помогне да намерите правилното решение за вашия товар, пространство и цели за ефективност. Не позволявайте на неефективните двигатели да изтощават енергийния ви бюджет или да съкращават живота на вашето оборудване. Свържете се с нашия екип, за да обсъдим вашия проект и нека работим заедно, за да намерим най-доброто моторно решение за вашите нужди.

motor-efficiency-control

Референции

Министерството на енергетиката на САЩ. (2022). Motor Master: Насоки за ефективност на електрически двигатели. Служба за енергийна ефективност и възобновяема енергия.
EC Motor Technology Association. (2021). Анализ на производителността на електронно комутирани двигатели в приложения с променлив товар.
Институт на инженерите по електротехника и електроника (IEEE). (2020 г.). Механизми за загуби в асинхронни двигатели: Преглед на стратегиите за смекчаване. Сделки по преобразуване на енергия.
Международна асоциация за движение и контрол на въздуха (AMCA). (2022). Стандарти и най-добри практики за ефективност на двигателя на центробежен вентилатор.

Категория продукти на Blauberg

Създаден на немски инженерни принципи, фокусиран върху прецизност, надеждност и дългосрочна производителност. Чрез ефективно и мащабируемо производство, ние доставяме висококачествени решения за вентилация с оптимизирана структура на разходите, осигурявайки силна стойност за глобалните OEM и базирани на проекти клиенти.