Klasy sprawności silników indukcyjnych.pdf

Klasy sprawności silników

indukcyjnych niskiego

napięcia

my skutek w postaci znikomego udziału

w rynku silników energooszczędnych,

który w Polsce jest bliski zeru, a w przy-

padku całej UE wynosi ok. 8% (2004)

dla silników klasy eff1.

Warto zwrócić uwagę, że w trakcie

eksploatacji już w czasie pierwszych kil-

kuset godzin silnik pobiera energię elek-

tryczną o wartości równej cenie jego

zakupu, w ciągu roku pobrana energia

Tomasz Zieliński, Szymon Liszka

Produkowane obecnie silniki indukcyjne

są urządzeniami o wysokiej sprawności

(rysunek 1), szczególnie w porównaniu

ze sprawnościami urządzeń, które

zwykle napędzają. Dodatkowo różnice

w sprawnościach dostępnych na

rynku silników, które są rzędu kilku

punktów procentowych (tabela 1),

prawdopodobnie nie robią dużego

wrażenia na kupujących.

J eśli uwzględnić jeszcze wyższe ce-

ny silników wysoko sprawnych, ma-

Rys. 1. Poprawa sprawności silników produkowanych w latach 1944–1991

Tabela 1. Sprawności znamionowe silników 4-biegunowych niskiego napięcia produkcji polskiej (serie Sf, Sg, SEE) oraz silników pro-

dukowanych w innych krajach UE na tle klasyfikacji CEMEP (Eff2, Eff1)

Moc Sf 1 Sg min 1 Sg max 1 SEE 1 Eur min 2 Eur max 2 Eff2 Eff1

1,1

83,8

85,2

76,2

83,8

1,5

78,1

78,5

2,2

86,4

87,5

86,4

82,7

87,4

87,1

82,6

87,4

83,5

81,5

85,1

88,3

89,1

84,2

88,3

5,5

85,9

89,2

81,4

85,7

89,2

7,5

86,5

90,1

83,5

90,9

90,1

88,5

89,3

88,4

89,5

91,8

92,2

89,4

91,8

18,5

90,5

90,8

92,2

93,3

92,2

91,5

92,6

90,5

92,6

92,5

93,5

94,2

91,4

93,2

91,5

92,6

94,3

89,5

94,3

93,6

92,5

94,5

92,5

93,9

92,5

93,5

95,1

94,2

94,2 95,2 92

95,7 93,6 94,7

94,4 94,8 95,2 92,5 95,9 93,9 95

Oznaczenia:

Silniki produkcji krajowej seria Sf (lata 70. i 80.).

Sg min

Silniki produkcji krajowej seria Sg, dostępne obecnie na rynku, najniższe sprawności.

Sg max

Silniki produkcji krajowej seria Sg, dostępne obecnie na rynku, najwyższe sprawności.

SEE

Silniki produkcji krajowej o wysokiej sprawności seria SEE.

Eur min

Silniki dostępne na rynku europejskim, najniższe sprawności.

Eur max

Silniki dostępne na rynku europejskim, najwyższe sprawności.

Eff2

Minimalne poziomy sprawności wymagane dla klasy eff2.

Eff1

Minimalne poziomy sprawności wymagane dla klasy eff1.

1 – na podstawie bazy EFEMotor

2 – na podstawie bazy EURODEEM

38  N R 11  L ISTOPAD 2006 R .

kosztuje kilka do kilkunastu razy więcej

niż cena silnika, a w ciągu całego okre-

su pracy silnika koszt pobranej przezeń

energii może przekroczyć stukrotnie je-

go cenę (dla przypadku ciągłej pracy pod

pełnym obciążeniem). Opłacalność sto-

sowania silników energooszczędnych

mierzona czasem zwrotu nakładów in-

westycyjnych poniesionych dodatkowo

na zakup takiego silnika zamiast standar-

dowego bądź poprzez porównanie kosz-

tów ponoszonych w cyklu życia silnika

(LCC) standardowego i energooszczęd-

nego (rysunek 2) zależy jednak od wielu

czynników, w tym od:

 różnicy cen silnika energooszczędnego

i standardowego;

 ceny energii elektrycznej;

 różnicy sprawności przy różnych ob-

ciążeniach silnika standardowego

i energooszczędnego;

 stopnia obciążenia silnika;

 rocznego czasu pracy.

Rys. 2. Różnica kosztów cyklu życia dla silnika standardowego i energooszczędnego w zależ-

ności od czasu pracy przy obciążeniu 75% mocy znamionowej bez uwzględnienia dopłaty z pro-

jektu PEMP

ści energetycznej urządzeń jest wystar-

czająca dla podjęcia decyzji o zakupie

i zastosowaniu silnika energooszczęd-

nego. Klasyfikacja pod względem efek-

tywności energetycznej i odpowiednie

etykietowanie urządzeń ma szerokie za-

stosowanie w sprzęcie AGD, oświetle-

niu czy ostatnio w budownictwie. Silniki

elektryczne nie są wyjątkiem i również

dla nich wiele takich systemów klasyfi-

kacji zostało stworzonych. Odpowiednio

oznaczone silniki energooszczędne do-

stępne są obecnie na rynku. W przypad-

ku Polski silniki energooszczędne moż-

na nabywać po obniżonych cenach ze

w względu na dopłaty oferowane przez

projekt PEMP (www.pemp.pl).

Zazwyczaj kupujący nie wie, w ja-

kich warunkach i jak długo będzie pra-

cował silnik, lub nie jest skłonny pro-

wadzić szczegółowych analiz porów-

nawczych poszczególnych silników.

W takich przypadkach często prosta in-

formacja dotycząca klas efektywno-

Klasyfikacja silników pod względem

sprawności i standardy minimalne

Wyznaczanie sprawności silników

elektrycznych, w tym silników energo-

oszczędnych, jest regulowane wieloma

reklama

Elektryczne silniki energooszczędne to :

• najwyższa sprawność energetyczna,

• największa trwałość i niezawodność,

• większa przeciążalność,

• cichsza praca,

• znacznie niższe koszty eksploatacji.

elektryczne

SILNIKI ENERGOOSZCZÊDNE

dostêpne po znacznie NI¯SZYCH CENACH

dziêki dop³atom

z Funduszu na rzecz

Globalnego Œrodowiska

Silniki energooszczędne po bardzo atrakcyjnych cenach dostępne są już u producentów uczestniczących w programie PEMP.

Dane adresowe producentów oraz szczegóły dotyczące silników znajdują się na stronie internetowej www.pemp.pl

Więcej informacji uzyskać można w agencjach wdrażających projekt:

Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. (KAPE S.A.)

ul. Mokotowska 35, 00-560 Warszawa, tel.: (+48) 22 626 0910, www.kape.gov.pl

Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii (FEWE)

ul. Wierzbowa 11, 40-169 Katowice, tel.: (+48) 32 203 5114, www.fewe.pl

N R 11  L ISTOPAD 2006 R .  39

Tabela 2. Zestawienie wymagań dla sprawności silników budowy zamkniętej wg EPAct i NEMA [7]

Moc

6-biegunowe

4-biegunowe

2-biegunowe

EPAct

82,5

85,5

75,5

1,5

85,5

87,5

86,5

82,5

86,5

88,5

86,5

85,5

87,5

89,5

87,5

89,5

85,5

86,5

87,5

89,5

87,5

89,5

87,5

88,5

7,5

89,5

91,7

88,5

89,5

91,7

89,5

90,2

91,7

92,4

90,2

91,7

90,2

91,7

92,4

93,6

91,7

92,4

93,6

91,7

94,1

91,7

92,4

94,1

94,5

92,4

93,6

94,5

93,6

94,5

94,1

95,4

93,6

100

94,1

94,5

95,4

93,6

94,1

125

94,1

94,5

95,4

94,5

150

95,8

94,5

200

95,8

96,2

95,4

250

–

95,8

–

96,2

–

95,8

300

–

95,8

–

96,2

–

95,8

350

–

95,8

–

96,2

–

95,8

400

–

95,8

–

96,2

–

95,8

450

–

95,8

–

96,2

–

95,8

500

–

95,8

–

96,2

–

95,8

normami, które w szczegółach różnią się

między sobą. Przykładowo:

 norma międzynarodowa IEC 61972

„Metody wyznaczania strat i spraw-

ności trójfazowych silników indukcyj-

nych klatkowych”;

 norma europejska EN 60034-2 (oraz

odpowiednik krajowy PN-E 60034-2);

 norma amerykańska IEEE 112;

 norma kanadyjska CSA – C390-90

(równoznaczna z IEEE 112 w wyniku

harmonizacji standardów USA i Ka-

nady, realizowanej w ramach Porozu-

mienia o Wolnym Handlu) – obejmu-

je szerszy zakres silników niż norma

amerykańska, np.: silniki specjalnych

zastosowań [2];

 norma japońska JEC-37 (nie uwzględ-

nia strat dodatkowych obciążenio-

wych);

 normy australijskie i nowozelandzkie:

AS 1359.102.1(odpowiadająca normie

IEC 60034-2) oraz AS/NZS 1359.102.3

(odpowiadająca normie IEEE 112).

 SEP-E-006 „Silniki energooszczędne

(silniki o wysokiej sprawności). Wyma-

gania. Wytyczne doboru. Komentarz”.

W konsekwencji rozbieżności w po-

dejściu do wyznaczania sprawności na

świecie stosuje się różne standardy kla-

syfikacji silników i stawia się im róż-

ne wymagania w zakresie sprawności

minimalnych. Można tu m.in. wymie-

nić standardy: amerykańskie NEMA

i EPAct, europejskie CEMEP, standar-

dy środkowo- i południowoamerykań-

skie COPANT, australijskie i nowo-

zelandzkie AS/NZS, japońskie JIS. Te

różne podejścia w klasyfikacji silników

pociągają za sobą wiele trudności dla

producentów i klientów działających na

światowym rynku tych urządzeń.

Poniżej omówiono szczegółowo nie-

które z przytoczonych przykładów

klasyfikacji silników pod względem

sprawności, przedstawiono zestawie-

nia porównawcze.

sprawności dla silników sprzedawa-

nych na terenie USA. Obejmuje ona

3-fazowe silniki indukcyjne 2-, 4-

i 6-biegunowe zgodne ze standar-

dem NEMA Design A i B w zakre-

sie mocy od 1 do 200 HP na napię-

cie 230/400 V i częstotliwość prądu

zasilającego 60 Hz, przewietrzane

i zamknięte.

Klasyfikacja NEMA ( The National

Electrical Manufacturers Association )

określa poziomy sprawności dla sil-

ników o wysokiej sprawności NE-

MA Premium. Obejmuje ona 3-fa-

zowe silniki indukcyjne 2-, 4- i 6-

-biegunowe zgodne ze standardem

NEMA Design A i B w zakresie

mocy od 1 do 500 HP na napięcie

600 V lub niższe i częstotliwość prą-

du zasilającego 60 Hz, przewietrzane

i zamknięte. Dla silników klasyfiko-

wanych wg EPAct i standardów NE-

MA Premium ich sprawność wyzna-

cza się zgodnie z normą IEEE 112-B.

Zestawienie wymagań dla sprawno-

ści silników budowy zamkniętej wg

EPAct i NEMA Premium pokazano

powyżej.

W Polsce dodatkowo mamy normy:

 PN-E-06741 „Silniki indukcyjne trój-

fazowe o wysokiej sprawności”;

Działania na rynku północnoamerykań-

skim – Ustawa EPAct i standardy NEMA

Ustawa EPAct z 1992 r. wprowadzi-

ła obligatoryjne minimalne poziomy

40  N R 11  L ISTOPAD 2006 R .

Działania na rynku europejskim –

dobrowolne porozumienie CEMEP

W 1999 r. Stowarzyszenie Europej-

skich Producentów Maszyn Elektrycznych

i Energoelektroniki CEMEP określi-

ło trzy klasy sprawności silników in-

dukcyjnych klatkowych z zakresu mocy

od 1,1 do 90 kW, oznaczone symbolami

Eff1, Eff2, Eff3, co miało spowodować

zmniejszenie zakresu zastosowań silni-

ków o niskiej sprawności (Eff3) i wzrost

sprzedaży silników w klasie Eff2, Eff1.

Dobrowolne porozumienie zapropono-

wane przez CEMEP ( European Commit-

tee of Manufacturers and Power Electro-

nics ) i Komisję Europejską zostało pod-

pisane przez 36 producentów silników

elektrycznych. Celem porozumienia by-

ło promowanie silników o podwyższo-

nej sprawności. Zdefiniowano tu trzy po-

ziomy sprawności dla 3-fazowych silni-

ków indukcyjnych, 2- i 4-biegunowych,

w zakresie mocy od 1,1 do 90 kW (silni-

ki budowy zamkniętej na napięcie 400 V

i częstotliwość prądu zasilającego 50 Hz,

testy sprawności wykonywane metodą

pośrednią wg normy IEC 60034-2).

Silniki oznaczone są następującymi

etykietami:

6-, 8-biegunowych w zakresie mocy od

0,75 do 160 kW oraz przedstawiono sze-

reg zagadnień praktycznych związanych

z doborem i stosowaniem tych silników

(tabela 5).

Wymagane poziomy sprawności

przedstawiono w tabelach 3 i 4.

Tabela 5. Minimalne wymagania sprawno-

ści silników indukcyjnych niskiego napięcia

4-biegunowych o podwyższonej sprawności

wg PN-E-06741 i normy SEP[4, 5]

Standardy polskie

W Polsce w 1999 r. została opracowa-

na norma PN-E-06741 „Silniki induk-

cyjne trójfazowe klatkowe o wysokiej

sprawności. Wymagania i metody ba-

dań”. Określono w niej poziomy spraw-

ności dla wysoko sprawnych silników in-

dukcyjnych 2- do 8-biegunowych w za-

kresie mocy od 0,75 do 160 kW (tabela

5). Natomiast regulacje w zakresie mini-

malnych standardów efektywności energe-

tycznej, m.in. dla silników elektrycznych,

wprowadzało Rozporządzenie Ministra

Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej

w sprawie wymagań w zakresie efektyw-

ności energetycznej (Dz. U. 2003 nr 79

poz. 714). Akt ten jednak został uchylo-

ny w lipcu 2005. Minimalne wymaga-

ne wartości sprawności dotyczyły silni-

ków indukcyjnych 2- do 8-biegunowych

w zakresie mocy do 200 kW. Dla przy-

bliżenia problematyki silników energo-

oszczędnych w 2006 r. Stowarzyszenie

Elektryków Polskich wydało nową nor-

mę dotyczącą tych silników – N SEP-

-E-006. W normie tej podano najmniej-

sze dopuszczalne wartości sprawności

dla silników energooszczędnych 2-, 4-,

Moc PN-E-06741 2

N SEP-E-

-006

0,75

83,9

80,5

1,1

84,8

82,2

1,5

84,8

83,5

2,2

88,3

84,9

88,3

89,2

5,5

87,9

7,5

88,9

91,5

89,9

91,5

90,8

18,5

92,8

91,2

92,8

91,6

93,4

92,3

Klasyfikacja ta dzieli silniki na nastę-

pujące grupy:

 w klasie sprawności Eff3 – silniki o ni-

skiej sprawności;

 w klasie sprawności Eff2 – silniki

standardowe (średni poziom spraw-

ności);

 w klasie sprawności Eff1 – silniki

o wysokiej sprawności.

93,4

92,8

93,9

93,1

94,2

93,5

94,6

94,4

110

94,7

132

94,9

160

95,2

Tabela 3. Klasyfikacja dla silników 4-bie-

gunowych [7]

Tabela 4. Klasyfikacja dla silników 2-bie-

gunowych [7]

Uwagi końcowe

Niezależnie od różnic w metodach

wyznaczania sprawności silników elek-

trycznych istniejące sposoby ich klasyfi-

kacji pozwalają na zdefiniowanie silnika

energooszczędnego i jego czytelne ozna-

kowanie, które powinno stanowić waż-

ną informację dla kupującego. Jednak

istniejące rozbieżności w tym zakresie

stanowią utrudnienie zarówno dla produ-

centów, jak i konsumentów. W związku

z tym obecnie podjęte zostały prace nad

ujednoliceniem klasyfikacji i sposobu

oznaczania silników ze względu na ich

efektywność energetyczną w ramach no-

wej normy międzynarodowej IEC.

Moc Eff3 Eff2 Eff1

kW % % %

1,1 <76,2 ≥76,2 ≥83,8

1,5 <78,5 ≥78,5 ≥85

2,2 <81 ≥81 ≥86,4

3 <82,6 ≥82,6 ≥87,4

4 <84,2 ≥84,2 ≥88,3

5,5 <85,7 ≥85,7 ≥89,2

7,5 <87 ≥87 ≥90,1

11 <88,4 ≥88,4 ≥91

15 <89,4 ≥89,4 ≥91,8

18,5 <90 ≥90 ≥92,2

22 <90,5 ≥90,5 ≥92,6

30 <91,4 ≥91,4 ≥93,2

37 <92 ≥92 ≥93,6

45 <92,5 ≥92,5 ≥93,9

55 <93 >=93 >=94,2

75 <93,6 >=93,6 >=94,7

90 <93,9 >=93,9 >=95

kW % % %

1,1 <76,2 ≥76,2 ≥82,8

1,5 <78,5 ≥78,5 ≥84,1

2,2 <81 ≥81 ≥85,6

3 <82,6 ≥82,6 ≥86,7

4 <84,2 ≥84,2 ≥87,6

5,5 <85,7 ≥85,7 ≥88,6

7,5 <87 ≥87 ≥89,5

11 <88,4 ≥88,4 ≥90,5

15 <89,4 ≥89,4 ≥91,3

18,5 <90 ≥90 ≥91,8

22 <90,5 ≥90,5 ≥92,2

30 <91,4 ≥91,4 ≥92,9

37 <92 ≥92 ≥93,3

45 <92,5 ≥92,5 ≥93,7

55 <93 ≥93 >=94,4

75 <93,6 ≥93,6 >=94,6

90 <93,9 ≥93,9 >=95,0

Literatura

[1] Z APAŚNIK R.: Sprawność – para-

metr numer jeden silników energo-

oszczędnych , Zeszyty Problemowe

– Maszyny Elektryczne nr 55/1998.

Wydawnictwo Branżowego Ośrod-

N R 11  L ISTOPAD 2006 R .  41

ka Badawczo-Rozwojowego Ma-

szyn Elektrycznych KOMEL.

[2] C HODANIONEK J.: Energooszczędność

na rynku amerykańskim . Zeszyty

Problemowe – Maszyny Elektrycz-

ne nr 63/2001. Wydawnictwo Bran-

żowego Ośrodka Badawczo-Rozwo-

jowego Maszyn Elektrycznych KO-

MEL.

[3] PN-EN 60034-2 Maszyny elektrycz-

ne wirujące. Metody wyznaczania

strat i sprawności na podstawie ba-

dań . PKN, luty 2000.

[4] PN-E-06741 Maszyny elektryczne

wirujące. Silniki indukcyjne trójfa-

zowe klatkowe o wysokiej spraw-

ności. Wymagania i metody badań .

PKN, sierpień 1999.

[5] N SEP-E-006 Silniki energooszczęd-

ne – silniki o wysokiej sprawności.

Wymagania. Wytyczne doboru . Ko-

mentarz. SEP, 2006.

[6] Projekt normy IEC 2/1392/NP. – IEC

60034-XY: ROTATING ELECTRI-

CAL MACHINES – Part XY: Effi-

ciency classes of single-speed three-

-phase cage induction motors

[7] witryny internetowe:

http://www.energyrating.gov.au/

motor2.html

http://www.aceee.org/Motors/epac-

tapp.htm

http://www.nema.org/gov/energy/

efficiency/premium/

http://www.cemep.org/cemep/index.

htm.

Tomasz Zieliński – Fundacja na

Rzecz Efektywnego Wykorzystania

Energii – Centrum PEMP

Szymon Liszka – Fundacja na

Rzecz Efektywnego Wykorzystania

Energii

42  N R 11  L ISTOPAD 2006 R .

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: