Print

Šetření energií – to nejsou jen motory

-- 15.10.09

Motory spotřebují 65 % elektrické energie využívané v průmyslu Spojených států. To představuje více než 20 % veškeré elektrické energie generované každoročně v USA; podobný podíl tvoří emise oxidu uhličitého. Snížení této úrovně spotřeby energie vyžaduje, abychom se zaměřili nejen na motory s vysokou účinností, ale také na koncepce zahrnující celé hnací ústrojí.

S tím, jak ceny energie ovlivňují každou firmu, a s rostoucími obavami ohledně vlivu spalování fosilních paliv na světové klima hledají firmy všech velikostí cesty, jak zvýšit energetickou účinnost svých provozů. Použití motorů s vysokou účinností by se mohlo zdát jako logické řešení. Ale účinnost motorů ne vždy znamená úsporu energie. Skutečný potenciál úspor energie zahrnuje mnohem větší okruh otázek, kdy je nutno zohlednit celé hnací ústrojí. Důvodem je to, že energeticky účinné motory mohou snížit spotřebu energie pouze o 10 %, a to za optimálních provozních podmínek. Pro ušetření výrazného objemu energie je mnohem významnější používat elektronické řízení rychlosti, které dokáže snížit spotřebu energie o 30 %, a optimalizace mechanických systémů, která může spotřebu energie snížit o 60 %.

 

Příčiny vzniku energetických ztrát

Energie je definována jako práce uložená v systému, nebo schopnost systému vykonávat práci. Pokud jakákoli elektrická energie procházející systémem není využita k vykonávání práce, pak je promarněná. Jinak řečeno, čím je systém účinnější, tím méně energie je ztraceno. Pro výpočet hodnoty, kolik energie je ztraceno z důvodu neefektivity systému, technici používají následující rovnici, která určuje množství energie (P) dodávané do systému ve srovnání s odváděnou energií: Pdod – Podv = Pztr Jak je tedy možné, že se energie ztrácí? Typické hnací ústrojí tvoří motor, pohon, převodové ústrojí a kabeláž.

Energii lze pozbýt v každé z těchto součástí.Například u asynchronního motoru existují ztráty způsobené třením, magnetizací a ohmické (odporové) ztráty. Na energetických ztrátách se může podílet i konstrukční provedení motoru a kvalita materiálů v něm používaných. Vzhledem k tomu, že se na energetických ztrátách může podílet jakákoli komponenta, zaměřme se na každou zvlášť.

Motory

– Hlavním zdrojem ztrát energie u motorů je tření v ložiscích a těsněních, aerodynamický odpor ventilátoru motoru, ztráty v železe v podobě hystereze a vířivých proudů (podle kvality plechu použitého pro konstrukci statoru a rotoru), ztráty v mědi (ztráty I2R) a harmonické složky. Zvýšení účinnosti motorů lze dosáhnout použitím lepších materiálů s nižším odporem, jako jsou rotorové klece z mědi namísto hliníku. Účinnost motoru lze také zlepšit zvýšením rozměrů aktivních komponent motoru. To je důvodem, proč mají motory s vynikající účinností rotory s vyšší setrvačností.

Ale tady buďte opatrní – i když může být lákavé používat motory s vyšším výkonem, než vyžaduje vaše aplikace, a to jen proto, že na štítku má uvedenou vyšší účinnost, mějte na paměti, že tato účinnost je udávána pro provoz s plným zatížením. Motor s výkonem 10 HP může mít udávanou vyšší účinnost než motor s výkonem 5 HP, ale spotřebuje mnohem více proudu. A částečně zatížený motor je mimořádně neúčinný. Dobrým pravidlem pro dosažení optimální účinnosti je provozovat motory v rozsahu koeficientu využití 80 % až 90 %. Pomocí frekvenčního měniče pak můžete motor zpomalit tak, aby byl zachován optimální koeficient využití.

Kabeláž

– V elektrických kabelech vznikají jak ohmické, tak kapacitní ztráty (hromaděním energie). Ohmické ztráty ve vodičích jsou nepřímo úměrné průměru, ale přímo úměrné jejich délce. U standardního provedení mohou celkové energetické ztráty v kabelu dosáhnout až 5 % přenášené energie. Kratší kabely s vodiči o větším průměru minimalizují ztráty energie.

Převodové ústrojí

– Ztráty v převodovém ústrojí vznikají zejména z důvodu tření, které je způsobeno pohybem mezi zuby. Například šnekový převod je nejméně účinným typem převodu z důvodu kluzného pohybu, při kterém dochází k velkému tření. Nedostatečné mazání je dalším zdrojem tření a výsledné ztráty energie. Klíčovou roli zde hraje nesprávná instalační pozice, teplota a hloubka ponoření. Rychlost proudění oleje je dána jeho teplotou a viskozitou. Čím je olej hustší, tím je pro pohyb převodu zapotřebí většího krouticího momentu.

Čím vyšší je teplota oleje, tím řidší je médium, což s sebou nese i nižší ztráty energie. Také provedení pouzdra určuje rozložení komponent a tím i tok oleje. Ložiska a olejová těsnění hrají také roli při energeticky účinném provozu. Účinnost převodové jednotky je ovlivněna těsněním mezi motorem a převodovou jednotkou a také ztrátami v převodové jednotce. Čím vyšší je vstupní rychlost, tím vyšší jsou ztráty v ložiscích a ztráty broděním v oleji.

Měniče

– I když se střídače neboli frekvenční měniče doplňují k hnacímu ústrojí za účelem snížení spotřeby energie, při svém provozu energii také spotřebovávají. Podíl pohonu na úsporách energie spočívá v jeho schopnosti řídit provoz motoru, přičemž záměrem je snížení výstupního výkonu. Řízení rychlosti motoru, náběhu rychlosti a dostupného krouticího momentu přímo znamená řídit spotřebu energie. Zvyšte účinnost systému Při navrhování s ohledem na energetickou účinnost je nezbytné dívat se na systém nebo proces jako na celek. Pokud několik strojů nebo komponent funguje v sérii jako systém, pak se jejich jednotlivé hodnoty účinnosti musí vzájemně vynásobit, abyste získali celkovou účinnost.

Zatímco například motor s vynikající efektivitou má hodnotu účinnosti zhruba 95 %, účinnost šnekového převodu je mezi 50 % a 80 %, podle značky a modelu. Používání motoru s vynikající účinností společně se šnekovým převodem by tedy bylo kontraproduktivní, protože celková účinnost systému by se blížila spíše hodnotě převodu než motoru. Při výběru komponent je stejně tak důležité porozumět potřebám dané aplikace. Motory s vysokou účinností jsou navrženy tak, aby snižovaly spotřebu energie při nepřerušovaném chodu zařízení, jako jsou ventilátory nebo čerpadla. Proto mají obvykle těžší rotor než standardní motory, což jim umožňuje využívat setrvačnosti, jakmile jsou spuštěny. Ale v aplikacích, kde motory běží přerušovaně, s častými rozběhy a zastavováním, se těžší rotory (s větším průměrem) s vysokou setrvačností mohou stát skutečnými požírači energie, protože rozběh těchto motorů s vysokou účinností vyžaduje více energie.

Nyní se zamyslete nad zařízeními ve vašem závodě (třídiče, posunovače a indexovače), která obvykle naleznete např. na letištích a v systémech manipulace se zásilkami. Nelze zapomenout na aplikace, jako jsou dopravníky v automobilových závodech, výstupní dopravníky u balicích strojů nebo velké balicí stroje, např. paletovače a paletové baliče. Motory napájející aplikace s častým cyklem, jako jsou právě tato výše jmenovaná zařízení, mohou na plnou rychlost běžet jen pár sekund, ale po většinu doby své životnosti jsou v režimu rozběhu. V těchto aplikacích spotřebují motory s nižší setrvačností mnohem méně energie. Technické navrhování s ohledem na aplikaci Různé aplikace vyžadují různá technická řešení pro snížení energetických ztrát a spotřeby energie. Následující příklady představují jen dva přístupy k úspoře energie.

Dopravníky

– Mnoho dopravníkových systémů, jako jsou systémy používané při montáži automobilů, balení nebo manipulaci se zásilkami, je napájeno kombinací komponent, které zahrnují motory s rámem NEMA, externí brzdu spojky, redukční převod, klínový řemen a řemenice. Vysoká setrvačnost zatěžující tuto koncepci a opakované otřesy zařízení při každém zařazení spojky způsobují výrazné namáhání komponent. Redukční převody a brzdové spojky se musí často vyměňovat, což s sebou nese prostoje a nepřijatelnou výši spotřeby energie. I když jediný cyklus rozběhu a zastavení může spotřebovávat energii jen po zlomek sekundy, některé z těchto aplikací mohou zahrnovat tisíce cyklů za hodinu.

V měsíčním nebo ročním součtu jsou jejich dopad na spotřebu energie a tepelné opotřebení komponent výrazné. Účinnější alternativou tohoto těžkopádného provedení hnacího ústrojí je převodový motor typu IEC s integrovanou brzdou, se zkoseným, šikmo ozubeným redukčním převodem, který je namontovaný na hřídeli, a s frekvenčním měničem. Tento optimalizovaný systém má nižší nároky na údržbu, náhradní díly a spotřebu energie, přičemž dostupnost zařízení je vyšší.

Ukládání a vyjímání

• zvyšte účinnost převodové jednotky,

• zvyšte účinnost motoru,

• odstraňte nepotřebné funkce,

• využívejte / recyklujte uvolněnou energii pomocí přímého

• dimenzujte kompo

Kromě snižování energetických ztrát by se technici měli

– Ve vertikálním systému ukládání a vyjímání, jaký se používá ve výrobním závodě pro správu skladových zásob dílů, řídí jeden pohon osu pojezdu a druhý osu výtahu. Vzhledem k tomu, že energie je přímo úměrná násobku hmotnosti a výšky, je s položkami v polici spojena potenciální energie. Tato energie je uvolněna při spouštění nákladu dolů. Zvažte také kinetickou energii pohybu vodorovně se pohybujícího vozíku. Co se stane s touto energií, když se zpomalí horizontální zatížení s velkou setrvačností? U konvenčního řízení je uvolněná energie obou os rozptýlena pomocí brzdných odporníků, což vede ke značným ztrátám energie. Energeticky efektivnějším řešením je úzce koordinovat časování pohybu obou os pomocí programovatelného řídicího prvku. Díky tomu může být rekuperovaná energie produkovaná při brzdění jednoho pohonu přesměrována na pohánění polohovací operace druhého pohonu. Využitím tohoto sdílení rekuperované energie se celková spotřeba energie dramaticky sníží, v rozmezí 25 % až 40 % (podle systému), aniž by se omezila dynamika systému nebo doba cyklu. Na co se při snahách o vyšší účinnost zaměřit? Navrhování s ohledem na energetické úspory vyžaduje snižování ztrát energie a také snižování spotřeby energie. Při snahách o snižování energetických ztrát se zaměřte na těchto pět klíčových faktorů: využití, rekuperace brzdné energie a ukládání energie,nenty podle požadavků, které jsou na ně kladeny. zaměřit také na snižování spotřeby energie, aby se snížily obě části rovnice energetických ztrát. Existují čtyři hlavní cesty ke snižování spotřeby energie:

• snížení / řízení výstupní rychlosti,

• snížení zátěžového momentu prostřednictvím tuhých přenosových

• použití energeticky úsporných režimů,

• vypnutí zařízení.

komponent, protizávaží a minimalizace tření,

Hlavní myšlenkou tedy je, že pokud jde o motorizované systémy, neexistuje pouze jediné řešení úspory energie. Každá komponenta hnacího ústrojí nabízí příležitosti ke zvýšení účinnosti a snížení ztrát energie. Tyto příležitosti se podle aplikací liší, stejně jako se liší potřebné technické řešení. Chytré provádění úspor energie vyžaduje přehodnocení starých předpokladů a postupů. Navíc to znamená volit energeticky úsporná technická řešení v každém systému, u každého stroje a v každém procesu.

Rich Mintz je vedoucí produktového marketingu společnosti SEWEurodrive. Kontaktujte jej na adrese rmintz@seweurodrive.com.

 

 

Autor: Rich Mintz


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Trendy v robotizaci 2020
2020-01-28 - 2020-01-30
Místo: Best Western Premier / Avanti, Brno
DIAGO 2020
2020-01-28 - 2020-01-29
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Trendy automobilové logistiky 2020
2020-02-20 - 2020-02-20
Místo: Parkhotel Plzeň
Úspory v průmyslu
2020-03-03 - 2020-03-03
Místo: Ostrava
AMPER TOUR 2020
2020-03-17 - 2020-03-19
Místo: Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI