Wykorzystanie wydajności systemowej

Norma IEC 61800-9 określa nowe kryteria oceny ekologicznego projektowania systemów napędowych oraz napędzanych przez nie maszyn.

Część pierwsza normy definiuje ogólne wymogi w zakresie postępowania oraz opracowywania norm do oceny wydajności energetycznej napędów z możliwością zmiany prędkości obrotowej oraz ich komponentów napędowych. Ta część normy IEC 61800-9 jest również podstawą dla norm odnoszących się do określonych produktów i opisuje założenia dla rozszerzonego zakresu produktowego.

Druga część normy EN50598 to dla nas, producenta systemów techniki napędowej i automatyzacji, wyznacznik w zakresie rozwoju. Dlaczego? Bo właśnie w tej części zdefiniowane są praktyczne aspekty zastosowania odpowiednich przepisów. Metody określania strat całego systemu napędowego (PDS: Power Drive System) oraz falowników (CDM: Complete Drive Module) zostały uzupełnione przez zdefiniowanie klas wydajności dla PDS oraz CDM w zakresie od 0,12 do 1000 kW.

Nowością jest zatem to, że oceniany pod kątem energetycznym jest nie sam silnik, ale również falownik oraz jego połączenie z silnikiem. Uwzględniono przy tym również fakt, że napędy często eksploatowane są poza punktem znamionowym pracy. Każde zastosowanie charakteryzowane jest przez profil obciążenia i ma tym samym bezpośredni wpływ na obciążenie układu napędowego. Norma IEC 61800-9 częściowo spełnia to kryterium. Definiuje ona osiem punktów przyłożenia obciążenia przy różnych obciążeniach prędkości obrotowej oraz momentu obrotowego, a dzięki temu możliwa jest ocena wydajności energetycznej również w odniesieniu do zakresu obciążenia częściowego. Pominięto jednak warunki robocze powyżej punktu znamionowego komponentów. Jeżeli zatem układ napędowy często jest przeciążany, co ma miejsce na przykład podczas licznych rozruchów w technice transportu bliskiego, wówczas strat energetycznych nie można obliczyć przy pomocy tej normy.

Do oceny wydajności energetycznej asynchronicznych silników trójfazowych służą znane klasy IE. Określone w ramach międzynarodowej normy IEC 60034-30-1, klasy od IE1 do IE4 dostarczają informacji na temat sprawności silnika w jego punkcie znamionowym pracy. Umożliwia to łatwe przyporządkowanie wydajności energetycznej, ale nie daje informacji o jego zachowaniu w zakresie obciążenia częściowego.

Międzynarodowa norma IEC 61800-9-2 umożliwia wskazanie straty mocy dla zakresu obciążenia częściowego poniżej punktu znamionowego pracy i porównanie wartości ze zdefiniowanym silnikiem referencyjnym w klasie IE2. Poza tym dzięki połączeniu strat mocy silnika i falownika można obliczyć straty całkowite układu napędowego w zdefiniowanym przez normę zakresie.

W ramach określania klasy IE silnika nie wprowadzono żadnych zmian. Ustalana jest w dalszym ciągu na podstawie sprawności w punkcie znamionowym pracy.

Na całym świecie obowiązują różne wymogi prawne określające minimalną sprawność silników asynchronicznych. W zakładce Konsultacje & Dobory dostępnej z poziomu platformy Online Support znajdą Państwo narzędzia wydajności energetycznej, które zawierają wiele przydatnych informacji w tym zakresie.

Przejdź do Narzędzi wydajności energetycznej w Online Support

Aby w przyszłości możliwa była ocena wydajności energetycznej falowników (CDM), norma IEC 61800-9-2 definiuje klasy IE dla urządzeń w zakresie mocy od 0,12 do 1000 kW. Inaczej niż w przypadku silników, w tym przypadku do określenia klasy sprawności uwzględnia się nie sprawność wyrażoną w procentach, ale względne straty na falowniku w odniesieniu do zmierzonej pozornej mocy wyjściowej. Aby uniknąć skutków nadmodulacji, ocena przeprowadzana jest przy 90% napięcia wyjściowego i 100% prądu potrzebnego na generowanie momentu obrotowego. Względne straty porównywane są z tak zwanym referencyjnym falownikiem w klasie IE1. Jeżeli wartość względnych strat badanego falownika leży co najmniej 25% poniżej wartości referencyjnej, urządzenie spełnia wymagania klasy IE2. Jeżeli więcej niż 25% powyżej wartości referencyjnej, tylko klasa IE0.

Wskazanie strat falownika w pozostałych punktach pracy pozwalają na powiązanie ich ze stratami silnika, a tym samym możliwe jest określenie strat całkowitych układu napędowego.

W przeciwieństwie do silników asynchronicznych w odniesieniu do falowników nie obowiązują jeszcze żadne prawne wymagania dla poszczególnych klas wydajności.

Nadrzędnym celem normy IEC 61800-9-2 jest możliwość oceny oraz porównywania układów napędowych o mocy od 0,12 do 1000 kW składających się z silnika i falownika.

Dlatego też definiując klasy IES0, IES1 oraz IES2, wprowadzono oznaczenie, dotyczące całego układu napędowego. Jeżeli straty silnika i falownika w punkcie znamionowym pracy zostaną zsumowane, otrzymana wartość stanowi straty całego układu. Jeżeli wartość tę zestawi się z mocą nominalną, otrzyma się względne straty układu. Następnie można porównać je z referencyjnym układem napędowym zdefiniowanym w normie.

Układ referencyjny został zdefiniowany jako klasa wydajności systemu IES1. Jeżeli wartość względnych strat badanego układu leży co najmniej 20% poniżej wartości referencyjnej, urządzenie spełnia wymagania klasy IES2. Jeżeli wartość wynosi więcej niż 20% powyżej, układ sklasyfikowany będzie jako IES0.

Szczególnie w przypadku układów napędowych interesująca jest analiza pozostałych punktów przyłożenia obciążenia, które zostały zdefiniowane w normie. Jeżeli straty poszczególnych komponentów zostaną zsumowane również dla pozostałych punktów, producenci i administratorzy maszyn będą mogli wykorzystać je do obliczenia zużycia energii układu napędowego wykorzystywanego w określonej aplikacji. Dotyczy to zdefiniowanego w normie zakresu obciążenia poniżej punktu znamionowego pracy i powinno być stosowane w głównej mierze na potrzeby aplikacji o niewielkiej dynamice i stałych parametrach.

Kwestia jest szczególnie prosta, gdy silnik i falownik pochodzą od jednego dostawcy - SEW-EURODRIVE. Wynika to z tego, że potrafimy w taki sposób dostosować do siebie oba komponenty, aby osiągnąć maksymalną optymalizację w zakresie Państwa zastosowania, włącznie z wysoką wydajnością systemową.

Na potrzeby decentralnej techniki napędowej zalecamy Państwu skorzystanie ze zintegrowanych układów napędowych (PDS), takich jak na przykład nasz sprawdzony system MOVIMOT^® . MOVIMOT^® to połączenie silnika trójfazowego i falownika, które dzięki silnikom typu DRE.. (IE2) oraz DRN.. (IE3) spełnia wymagania najwyższej klasy wydajności systemowej IES2. SEW-EURODRIVE oferuje Państwu już dziś w standardzie układy MOVIMOT^® z silnikami klasy IE4 typu DRU..

Dzięki rozwiązaniu MOVIMOT^® z silnikiem typu DRE.., SEW-EURODRIVE już teraz może nie tylko wskazywać klasę wydajności systemowej, ale również udostępniać informacje na temat strat w pozostałych punktach pracy.

Jeżeli system MOVIMOT^® miałby na przykład zostać zastosowany w aplikacji transportowej, możliwe jest określenie strat w zakresie obciążenia częściowego.

W przypadku całkowitego obciążenia układu napędowego, istotne są straty mocy przy 100% znamionowym momencie obrotowym oraz w całym zakresie prędkości obrotowej. Jeżeli zastosowany zostanie MOVIMOT^® o mocy nominalnej wynoszącej 0,75 kW (DRE80M4 MM07), straty w tym przykładzie wyniosą przy stałym momencie obrotowym w zależności od prędkości obrotowej od 158 do 237 W i tym samym, biorąc pod uwagę punkt znamionowy pracy, leżą do 40% poniżej określonej w normie IEC 61800-9-2 wartości referencyjnej. W zakresie obciążenia częściowego wartość strat również leży wyraźnie poniżej wartości referencyjnej.

Z przyjemnością udostępnimy Państwu informacje o stratach mocy innych wariantów systemu MOVIMOT^®.

Dzięki mechatronicznemu układowi napędowemu MOVIGEAR^{® o wysokiej wydajności} SEW-EURODRIVE już dziś stawia wielki krok naprzód. Integracja silnika, falownika i enkodera, która nie jest dotąd uwzględniana przez żadną normę, już teraz zapewnia minimalizację strat i poprawę wydajności maszyn.