Porównanie parametrów pracy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi z silnikiem indukcyjnym asynchronicznym
Ocena użytkowników: / 1
SłabyŚwietny 
Data dodania: 24.03.2015

W poprzednim wydaniu periodyka Chłodnictwo&Klimatyzacja (nr 1-2/2015) opublikowany został artykuł dotyczący silników serii EURA EVPM o klasie sprawności IE4. Kontynuując temat silników o najwyższej klasie sprawności, ten artykuł został poświęcony porównaniu parametrów pracy silnika EURA EVPM z silnikiem indukcyjnym asynchronicznym. Uzyskane parametry pracy obu silników zostały zestawione ze sobą i porównane pod kątem poboru mocy.

Celem badania było porównanie parametrów eksploatacyjnych dwóch silników elektrycznych o różnej konstrukcji i sprawności zasilanych poprzez przemiennik częstotliwości.

 

Podczas testów dwa badane silniki zasilane poprzez przemiennik częstotliwości poddawane były tym samym obciążeniom. Pobór mocy rejestrowany był przez analizator poboru mocy, zaś moment obciążeniowy zadawany poprzez proszkowy hamulec elektromagnetyczny. Przemiennik częstotliwości posiadał sterowanie wektorowe bez czujnikowe i dwa możliwe tryby pracy:

  • dla silników synchronicznych, tryb PM-SVC (Permanent Magnet – Sensorless Vector Control),
  • dla silników asynchronicznych, tryb IM-SVC (Induction Motor – Sensorless Vector Control).

Każdy z silników pracował z dedykowanym mu sterowaniem. 

 

Specyfikacja techniczna urządzeń zastosowanych w badaniu:

1. Silnik synchroniczny typu EURA EVPM-402IN4Y112D15S, moc P1=4kW, prędkość obrotowa n1=1400 rpm, prąd nominalny I=8,7A, zasilanie 3f~400V/100Hz;

2. Silnik asynchroniczny typu MS2 112M-4, moc P1=4 kW, prędkość obrotowa n1=1440 rpm, prąd nominalny I=8,23A, klasa sprawności IE2, zasilanie 3f~400/50Hz;

3. Przemiennik częstotliwości typu EURA E-2000-004T3, moc P1=4 kW, wersja oprogramowania 5.04, sterowanie wektorowe w otwartej pętli;

4. Obciążenie: wentylator promieniowy podłączony poprzez sprzęgło;

5. Obciążenie: proszkowy hamulec elektromagnetyczny podłączony poprzez sprzęgło.

 

 

Wyniki badań 

Wariant 1

 

Silniki obciążone wentylatorem promieniowym. Poprzez przemiennik częstotliwości zadawana jest prędkość obrotowa, ta sama dla każdego silnika. Dla silnika EVPM zastosowano sterowanie w trybie PM-SVC dla silnika MS2 zastosowano sterowanie w trybie IM-SVC.

 

 

2015 03 54 2

2015 03 54 1

 

 

Wariant 2

 

Silniki obciążone stałym momentem 25,5 Nm. Moment zadawany jest poprzez proszkowy hamulec elektromagnetyczny. Poprzez przemiennik częstotliwości zadawana jest prędkość obrotowa, ta sama dla każdego silnika. Dla silnika EVPM zastosowano sterowanie w trybie PM-SVC dla silnika MS2 zastosowano sterowanie w trybie IM-SVC.

 

 

 

2015 03 55 1

2015 03 55 2

 

 

Wariant 3

 

Silniki obciążone stałym momentem 12,75 Nm. Moment zadawany jest poprzez proszkowy hamulec elektromagnetyczny. Poprzez przemiennik częstotliwości zadawana jest prędkość obrotowa, ta sama dla każdego silnika. Dla silnika EVPM zastosowano sterowanie w trybie PM-SVC dla silnika MS2 zastosowano sterowanie w trybie IM-SVC.

 

 

2015 03 55 3

2015 03 55 4

 

 

Wariant 4

 

Silniki o zadanej tej samej prędkości obrotowej n1=1500 rpm. Moment zadawany jest poprzez proszkowy hamulec elektromagnetyczny. Poprzez przemiennik częstotliwości zadawana jest prędkość obrotowa. Dla silnika EVPM zastosowano sterowanie w trybie PM-SVC dla silnika MS2 zastosowano sterowanie w trybie IM-SVC.

 

 

2015 03 55 5

2015 03 55 6

 

 

Wariant 5

 

Silniki o zadanej tej samej prędkości obrotowej n1=750 rpm. Moment zadawany jest poprzez proszkowy hamulec elektromagnetyczny. Poprzez przemiennik częstotliwości zadawana jest prędkość obrotowa. Dla silnika EVPM zastosowano sterowanie w trybie PM-SVC dla silnika MS2 zastosowano sterowanie w trybie IM-SVC.

 

 

2015 03 56 1

2015 03 56 2

 

 

Najważniejsze cechy techniczne silników EVPM:

  • wysoka sprawność – spełnia wymogi klasy IE4 super Premium;
  • kompaktowa budowa – większa moc w mniejszej obudowie;
  • wysoka dynamika wynikająca z małego momentu bezwładności wirnika;
  • efektywne chłodzenie – silnik mniej się grzeje podczas pracy ze względu na pomijalne straty elektryczne w wirniku;
  • szeroki zakres mocy – od 0,75 do 30 kW.

 

 

Podsumowanie

 

Wynaleziony w 1889 roku przez Michała Doliwo-Dobrowolskiego, genialnego w swojej prostocie konstrukcyjnej, trójfazowy silnik indukcyjny z wirnikiem klatkowym stanowi obecnie podstawę przemysłowego napędu. Urządzenia te, są największym odbiorcą energii elektrycznej zużywanej w europejskiej gospodarce. Ostatnie lata, w przeszło stuletniej historii produkcji i użytkowaniu silników indukcyjnych, to czas ważnych wydarzeń o charakterze legislacyjno-naukowym wpływającym w istotny sposób, szczególnie w Europie, na zasady projektowania, badania, produkcji i sprzedaży silników indukcyjnych. Do wydarzeń tych należy zaliczyć ustanowienie w latach 2007–2008 dwóch nowych norm międzynarodowych IEC dotyczących wyznaczania sprawności i oznaczania klasami sprawności silników indukcyjnych – przyjętych następnie jako normy europejskie EN – oraz przyjęcie w lipcu 2009 roku Rozporządzenia Komisji Europejskiej nr 640/2009 w sprawie wdrażania Dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego dotyczącej wymogów ekoprojektu dla silników elektrycznych. W Europie przez dziesiątki lat sprawność silników elektrycznych w tym indukcyjnych, traktowana była de facto jako parametr drugorzędny. To ma być zmienione już od 2015 roku dzięki przyjętym przepisom prawa i nowym norm.

 

 

2015 03 56 3

Porównywane w teście: silnik synchroniczny z magnesami trwałymi oraz silnik indukcyjny asynchroniczny

 

 

W porównaniu z dotychczasowymi silnikami trójfazowymi, seria EVPM cechuje się bardzo wysokimi parametrami technicznymi, kulturą pracy m.in. dzięki wysokiej sprawności energetycznej – spełnia wymogi klasy IE4 Super Premium – dynamice oraz kompaktowej budowie. EVPM to silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM) charakteryzujący się wyjątkowymi zaletami. Użycie magnesów trwałych zapewniło większą gęstość energii w stosunku do wielkości silników indukcyjnych. Jest tak, ponieważ w silnikach indukcyjnych, część prądu stojana jest zużywana do „wywołania” prądu wirnika w celu wytworzenia strumienia wirnika. Te dodatkowe prądy generują ciepło wewnątrz silnika, co oznacza straty. W silnikach EVPM strumień wirnika jest ustalony przez magnesy stałe na wirniku, co pozwoliło uzyskać dużą sprawność.

 

Silniki EVPM wykorzystują magnesy trwałe, które są zamontowane na powierzchni wirnika. To sprawia, że silnik staje się magnetycznie „okrągły”, a moment obrotowy silnika jest wynikiem siły reakcji między magnesami na wirniku oraz elektromagnesów stojana. Powoduje to optymalne wartości kąta siły elektromotorycznej, co jest uzyskiwane poprzez regulację prądu. Z punktu widzenia użytkownika silniki EVPM oferują połączenie cech napędu wykorzystującego bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) i zalety silnika indukcyjnego.

 

Silniki dostępne są w zakresie mocy od 0,75 do 30 kW w dwóch prędkościach obrotowych: 1500 rpm i 3000 rpm. Przystosowane są do pracy z przemiennikami częstotliwości, które posiadają funkcje sterowania silników PMSM. Dzięki kompaktowej budowie, silniki EVPM posiadają mniejsze gabaryty od silników indukcyjnych. Można to stwierdzić na przykładzie silników EVPM o mocy 1,50kW i wielkości obudowy 71M. Dla porównania – aby zapewnić taką samą moc, silniki indukcyjne dostępne są w obudowie 90S. Mniejsza wielkość obudowy silników serii EVPM (mniejszy wznios wału) przy zachowaniu tych samych parametrów mocy i momentu jak w silnikach indukcyjnych daje mniejszą bezwładność co poprawia dodatkowo sprawność całego układu napędowego.

 

Bez względu na zmianę obciążenia przy tej samej prędkości obrotowej (pkt. 4 i pkt. 5) lub przy zmianie prędkości obrotowej przy stałym obciążeniu (pkt.2 i pkt.3) pobór mocy silnika EVPM jest zawsze niższy niż dla standardowego silnika asynchronicznego. Stąd można stwierdzić, że silnik EVPM jest bardziej energooszczędny niż silnik MS2 o klasie sprawności IE3. Należy przy tym zwrócić uwagę, że większa energooszczędność (w porównaniu do silnika asynchronicznego o klasie sprawności IE2) silnika EVPM jest obserwowana także przy lekkim obciążeniu lub przy niskiej prędkości obrotowej. Silnik EVPM można sklasyfikować w klasie sprawności IE4 Super Premium. 

 

Zainstalowanie silnika typu EVPM, szczególnie w aplikacjach wentylatorowych i pompowych oraz tam, gdzie wymagana jest praca >16 rob./godz. spowoduje zauważalną poprawę kultury pracy napędu oraz wpłynie znacząco na obniżenie kosztów eksploatacyjnych. Wynika to wprost z większej sprawności silnika EVPM.

 

 

Mariusz SNOWACKI
dyrektor, współwłaściciel HF Inverter Polska

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.