Aszinkron motorok energiahatékonyságának és üzemi viszonyainak vizsgálata Gyökér Gyula okl. vill. mérnök gyula.gyoker@elmakft.hu
Az vizsgálatok helyszine 1. Fővárosi Csatornázási Művek: Észak-Pesti Telep, Dél-Pesti Telep, 3. Szegedi Vízművek: Klébersberg és Algyői Telep 4. Érdi Regionális Vízművek szennyvíztisztító telepei: 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 Vízművek Klébersberg Szennyvíztisztító Telep
FCsM Észak-Pesti Telep Biogáz Motor-Generátor
Archimédes Csiga
A villamos energia fogyasztás megoszlása Világítás 19% Villamos motorok, hajtások 51% Hő, kémiai alk. 16% Informatika, hírközlés 14%
Energiahatékonyság Az energiahatékonyság ésszerű, tudatos energiafelhasználás: motorok esetében ez jobb üzemi hatásfokot ill. a fordulatszám szabályozását jelenti az alkalmazott technológiától függően. A legolcsóbb és az egyetlen környezetbarát energia az, amelyet nem használunk fel Tények: 1. A villamos energia több mint felét a villamos motorok fogyasztják 2. Egy folyamatos technológiában működő villamos motor árát akár két nagyságrenddel meghaladhatja a motor életciklusa során felhasznált energia költsége!
A legnagyobb villamos energia fogyasztó - az aszinkron motor - főbb jellemzői 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 Pvill/Pn 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Pvill/Pn I/In n/ns η cos φ 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 Pteng/Pn
Motor veszteségi teljesítmény jellemző megoszlása
10 kw-os (2p=4) aszinkron motor veszteségi teljesítmények Terhelés függő: PCu-st = 400 W P rotor = 250 W Terhelés független: PFe = 200 W Pjár = 100 W Pmech= 50 W 65 % Pveszt=1,0 kw Pinput=11 kw Pteng =10 kw 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 Eff3 η (%) Eff2 η (%) Eff1 η (%) 1,1 2,2 4 7,5 15 22 37 55 90 <76.2 <81.0 <84.2 <87.0 <89.4 <90.5 <92.0 <93.0 <93.9 76.2 81.0 82.6 87.0 89.4 90.5 92.0 93.0 93.9 83.8 86.4 88.3 90.1 91.8 92.6 93.6 94.2 95.0
VILLAMOS GÉPEK JELANALÍZISE FESZÜLTSÉG ÁRAM TELJESÍTMÉNY u(t) P Ueff Q U-pv S Cos φ M-pv i(t) Ieff I-pv
OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY, USA Motor áram analízis MCSA : On-Line Monitoring and Analysis of Current to 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 egyszerűen elvégezhető 2. Bármilyen fordulatszámú, kivitelű és teljesítményű gép esetén jól alkalmazható 3. Univerzális jellegű, mert képes kimutatni: - a villamos gép hatásfokát és üzemének jellemzőit - az energiaellátás minőségét, zavarait, - a villamos vezérlés, szabályozás hibáit, - a villamos gép hibáit (állórész, forgórész, csapágy, stb.) - a mechanikai erőátvitel hibáit (kiegyensúlyozatlanság, tengelykapcsolódás, fogaskerék-kapcsolódás, stb.), - a munkagép hibáit (kiegyensúlyozatlanság, csapágy, fellazulás, rezonancia, kavitáció, stb.) - egyéb, technológiai- és rendszertechnikai eredetű 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 motor mechanikai nyomatékának meghatározása Mteng=Mlégr-Mveszt Mlégr=1,5*pp*Im(ψs*is) ψs= f(us, Is*Rs) Mveszt Pü/ωrot const Mteng 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) 1 0,1 0 5 10 15 20 25 30 1,708984375 f(hz) 24,56665039 Ipv-amppeak(A) 0,01 0,001 0,0001
A motor fordulatszám kiszámítása a villamos áramjel spektrumból n=(2*lf-sf)/2p, ahol n motor fordulatszám Lf=50 Hz tápfrekvencia 2p motor pólusszám Sf szlipfrekvencia n=(2*50-1,701)/4=24,57 1/s=1474,5 1/min Mitől függ a mérés pontossága?
Törött kalickarúd hatása a motoráram spektrumra Timföldőrlő golyósmalom hajtás kalickás motorjának áram spektruma I(A) 1000 100 10 i-acs(a) 1 46 47 48 49 50 51 52 53 54 0,1 f(hz)
MOTOR ÜZEM JELLEMZŐK (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 műszaki audit megállapításai 1. Tervezési hibák 2. Gyártási, telepítési, szerelési hibák 3. Vezérlési, szabályozástechnikai hibák 4. Üzemeltetési hibák (kézi-automatikus üzem, gépkezelő, operátor) 5. Karbantartási hibák (beállítás, kenés, felesleges gépmegbontás) 6. Javítási, felújítási hibák, nem megfelelő vagy hibás alkatrészek beépítése 7. Energiaellátási, energiahatékonysági, meddőgazdálkodási hiányosságok 8. A kezelési- és karbantartási dokumentáció és előírások hiányosságai
Telephelyenként 15 35 % villamos energia megtakarítási lehetőség! Hiányos tervezés, üzemeltetés, karbantartás: Névlegesnél alacsonyabb feszültségen történő üzemelés Alacsony terhelésen (50 % alatt) történő üzemelés A meddőkompenzáció hiányosságai Fordulatszám szabályozás hiánya A tervezők és beruházók nem ismerik az energiahatékony motorokat. A Life Cycle Costing szemlélet hiánya
Terepi mérőeszközök 3-fázisú teljesítmény mérő és analizátor 3-fázisú tranziens adatgyűjtő
MOM-Park hőközpont online számítógépes mérőrendszere
HOLCIM forgókemence hajtás integrált diagnosztikai rendszere
Az irányítástechnika és informatika forradalma: az egyedi eszközöktől 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