aszinkron motorok energiahatékonyságának és …- a villamos gép hatásfokát és üzemének...

Aszinkron motorok energiahatékonyságának és

üzemi viszonyainak vizsgálata

Gyökér Gyulaokl. vill. mérnökgyula.gyoker@elmakft.hu

Az vizsgálatok helyszine1. Fővárosi Csatornázási Művek:

Észak-Pesti Telep,Dél-Pesti Telep,

3. Szegedi Vízművek:Klébersberg és AlgyőiTelep

4. Érdi RegionálisVízművek szennyvíztisztítótelepei:Érd, Pusztazámor, Törökbálint

Hajtott gépek:- csigák, - keverők, - szivattyúk, - ventilátorok,- fúvók, - kompresszorok

Motor teljesítmények:1…630 kW, 0,4…6 kV

Vizsgált gépek száma: 486

Szegedi Vízm űvek Klébersberg Szennyvíztisztító Telep

FCsM Észak -Pesti Telep Biogáz Motor-Generátor

Archimédes Csiga

A villamos energia fogyasztás megoszlása

Informatika, hírközlés

14%

Hő, kémiai alk. 16%

Világítás 19%

Villamosmotorok, hajtások

51%

Energiahatékonyság

Az energiahatékonyság ésszer ű, tudatos energiafelhasználás: motorok esetében ez jobb üzemi hatásfokot ill. a fordulatszám szabályozását jelenti az alkalmazott technológiától függ ően.

A legolcsóbb és az egyetlen környezetbarát energia az, amelyet nem használunk fel

Tények:1. A villamos energia több mint felét a villamos

motorok fogyasztják2. Egy folyamatos technológiában m űködő villamos

motor árát akár két nagyságrenddel meghaladhatja a motor életciklusa során felhasznált energia költsége !

A legnagyobb villamos energia fogyasztó - az aszinkron motor -

főbb jellemz ői

Előnyök:• Egyszerű, robusztus

szerkezet• Megbízhatóság• Minimális

karbantartási igény• Versenyképes ár• Széles típusválaszték

Hátrányok:• A gépnagyságtól

erőteljesen függő hatásfok

• Nagy meddő igény (cos fi=0,7…0,9)

• Nagy indítóáramok (Istart=In*5…7)

Aszinkron motor tipikus üzemi jelleggörbéi

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,21,31,41,5

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25

Pteng/Pn

Pvi

ll/P

n

Pvill/PnI/Inn/nsηcos φ

Motor veszteségi teljesítmény jellemz ő megoszlása

10 kW-os (2p=4) aszinkron motorveszteségi teljesítmények

• Terhelés függ ő:• PCu-st = 400 W • P rotor = 250 W

65 %

Pveszt=1,0 kWPinput=11 kWPteng =10 kW

• Terhelés független:• PFe = 200 W• Pjár = 100 W• Pmech= 50 W

35 %Pü= PFe+Pjár+Pmech+PCu-ü

η=Pteng/Pinput=90,9 %IEC 60034-1 darabvizsgálati előírás: Pü, Iü mérése kötelező!

Motor hatásfok nemzetközi előírások (2p=4; 50Hz)

Hatásfok kategória jelölése

P(kW)2p=4

1,1 2,2 4 7,5 15 22 37 55 90

Eff3

η(%)

<76.2 <81.0 <84.2 <87.0 <89.4 <90.5 <92.0 <93.0 <93.9

Eff2

η(%)

≥76.2 ≥81.0 ≥82.6 ≥87.0 ≥89.4 ≥90.5 ≥92.0 ≥93.0 ≥93.9

Eff1

η(%)

≥83.8 ≥86.4 ≥88.3 ≥90.1 ≥91.8 ≥92.6 ≥93.6 ≥94.2 ≥95.0

VILLAMOS GÉPEK JELANALÍZISE

ÁRAM

i(t)Ieff

I-pv

FESZÜLTSÉG

TELJESÍTMÉNY

u(t) PUeff Q U-pv S

Cos φ

M-pv

OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY, USAMotor áram analízis

MCSA : On-Line Monitoring and Analysis of Current t o Assess the Condition of an Induction Motor Drive System

A VILLAMOS JEL MÉRŐESZKÖZEI

Áramérzékelők:

-Hagyományos áramváltók, -Lakatfogók,-Hall-cellás áramváltók,-Rogowski-tekercsek

Feszültségérzékelők:

Feszültségosztók,Feszültségváltók,Hall-cellás feszváltók,Feszültségleválasztók

Helyszíni mérés a kapcsolótérben

A VILLAMOS JEL ANALÍZIS ELŐNYEI és ALKALMAZÁSA

1. A mérés nem zavarja a termelési folyamatot és a kapcsolótérben egyszer űen elvégezhet ő

2. Bármilyen fordulatszámú, kivitel ű és teljesítmény ű gép esetén jól alkalmazható

3. Univerzális jelleg ű, mert képes kimutatni:- a villamos gép hatásfokát és üzemének jellemz őit- az energiaellátás min őségét, zavarait,- a villamos vezérlés, szabályozás hibáit,- a villamos gép hibáit (állórész, forgórész, csapágy , stb.)- a mechanikai er őátvitel hibáit (kiegyensúlyozatlanság,

tengelykapcsolódás, fogaskerék-kapcsolódás, stb.),- a munkagép hibáit (kiegyensúlyozatlanság, csapágy,

fellazulás, rezonancia, kavitáció, stb.)- egyéb, technológiai- és rendszertechnikai eredet ű

anomáliákat

A háromfázisú aszinkron motor hatásfokának meghatározása kizárólag villamos mérések

alapján!

ηmot=Pteng/Pvill

Pvill=ur(t)*ir(t)+us(t)*is(t)+ur(t)*ir(t)

Pteng=Mteng*ωrot

A háromfázisú aszinkron motormechanikai nyomatékának

meghatározása

Mteng=Mlégr-Mveszt

Mlégr=1,5*pp*Im(ψs*is)ψs= f(us, Is*Rs)

Mveszt ≈Pü/ωrot ≈ constMteng≈Mlégr - Pü/ωrot

A szlipfrekvencia ill. a motor fordulatszám meghatározása a villamos áramjel spektrumból

15 kW-os recirkulációs szivattyú motor állandó üzem Motor áram Park-vektor spektrum (FFT)

24,56665039

1,708984375

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

0 5 10 15 20 25 30

f(Hz)

Ipv-

ampp

eak(

A)

A motor fordulatszám kiszámítása a villamos áramjel

spektrumból

n=(2*Lf-Sf)/2p , ahol

n – motor fordulatszámLf=50 Hz – tápfrekvencia

2p – motor pólusszámSf – szlipfrekvencia

n=(2*50-1,701)/4=24,57 1/s=1474,5 1/minMitől függ a mérés pontossága?

Törött kalickarúd hatása a motoráram spektrumra

Timföld őrlő golyósmalom hajtás kalickás motorjának áram spektr uma

0,1

1

10

100

1000

46 47 48 49 50 51 52 53 54

f(Hz)

I(A

)

i-acs(A)

MOTOR ÜZEM JELLEMZ ŐK (15 kW, 2p=4, 380 V, sziv.)Jelölés/Mértékegység

Mennyiség

Fázisfeszültség, effektív Ua-eff (V) 227,15

Fázisfeszültség, effektív Ub-eff (V) 225,05

Fázisfeszültség, effektív Uc-eff (V) 225,98

Vonali tápfeszültség effektív középértéke Uv-eff (V) 391,55

Feszültség szint (Uátlag/Un) % 103,04

Feszültség aszimmetria (max. eltérés/átlag) Au (%) 0,48

Motor áram Ia-eff (A) 25,08

Motor áram Ib-eff (A) 24,07

Motor áram Ic-eff (A) 25,41

Motor áram szint (Iátlag/In) % 86,30

Áram aszimmetria (max. eltérés/átlag) Aa (%) 3,14

Látszólagos teljesítményfelvétel S (kVA) 16,86

Hatásos teljesítményfelvétel P (kW) 13,33

Terhelés (Pteng/Pnévl) (%) 76,98

Meddő teljesítményfelvétel Q (kVAr) 10,31

Teljesítménytényező Cos fi 0,79

Légrésnyomaték M (Nm) 74,80

Motor fordulatszám n (1/min) 1474

Tengelyteljesítmény Pteng (kW) 11,55

Veszteségi teljesítmény Pveszt (kW) 1,76

Motor üzemi hatásfok (Eff2=89,4 ; Eff3=91,8) % 86,7

A VJA -n alapuló m űszaki audit megállapításai

1. Tervezési hibák2. Gyártási, telepítési, szerelési hibák 3. Vezérlési, szabályozástechnikai hibák4. Üzemeltetési hibák (kézi-automatikus üzem,

gépkezel ő, operátor)5. Karbantartási hibák (beállítás, kenés, felesleges

gépmegbontás)6. Javítási, felújítási hibák, nem megfelel ő vagy hibás

alkatrészek beépítése7. Energiaellátási, energiahatékonysági,

meddőgazdálkodási hiányosságok8. A kezelési- és karbantartási dokumentáció és

előírások hiányosságai

Telephelyenként 15…35 % villamos energia megtakarítási

lehetőség!Hiányos tervezés, üzemeltetés, karbantartás:• Névlegesnél alacsonyabb feszültségen

történ ő üzemelés• Alacsony terhelésen (50 % alatt) történ ő

üzemelés• A medd őkompenzáció hiányosságai• Fordulatszám szabályozás hiánya• A tervez ők és beruházók nem ismerik az

energiahatékony motorokat. A Life Cycle Costing szemlélet hiánya

Terepi mér őeszközök

3-fázisú teljesítmény mérő és analizátor

3-fázisú tranziens adatgyűjtő

MOM-Park hőközpont online számítógépes mér őrendszere

HOLCIM forgókemence hajtás integrált diagnosztikai rendszere

Az irányítástechnika és informatika forradalma:

az egyedi eszközökt ől az integrált intelligens rendszerekig

Érzékelők,Mérőeszközök,Távadók,Védelmi eszközök,Diagnosztikai eszközök,Folyamatirányítás,Hálózatok,Szuperszámítógépek

online-,offline-,valósidejű adatfeldolgozás,beágyazott rendszerek,LAN, wireless, Internet,cloud computing,szakértői rendszerek,szimulációs rendszerek,kaotikus dinamika,mesterséges intelligencia,neurális hálózatok, fuzzy, stb…

Kitekintés