aszinkron motorok energiahatékonyságának és …- a villamos gép hatásfokát és üzemének...
TRANSCRIPT
Aszinkron motorok energiahatékonyságának és
üzemi viszonyainak vizsgálata
Gyökér Gyulaokl. vill. mérnö[email protected]
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