Klasy sprawności silników indukcyjnych.pdf
(
606 KB
)
Pobierz
NiS_11_06.indd
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
kW
%
%
%
%
%
%
%
%
1,1
74
74
76
83,8
72
85,2
76,2
83,8
1,5
77
77
78,1
85
74
85
78,5
85
2,2
80
75
82
86,4
76
87,5
81
86,4
3
81
81
82,7
87,4
77
87,1
82,6
87,4
4
83,5
81,5
85,1
88,3
80
89,1
84,2
88,3
5,5
85
82
85,9
89,2
81,4
90
85,7
89,2
7,5
86,5
86,5
87
90,1
83,5
90,9
87
90,1
11
88,5
87
89,3
91
84
92
88,4
91
15
89
89,5
91
91,8
87
92,2
89,4
91,8
18,5
90
90,5
90,8
92,2
88
93,3
90
92,2
22
90
91
91,5
92,6
89
94
90,5
92,6
30
92
92,5
92,5
93,5
89
94,2
91,4
93,2
37
91,5
92,6
93
94,3
89,5
94,3
92
93,6
45
92,5
94
94
94,5
91
95
92,5
93,9
55
92,5
93,5
93,5
95
91
95,1
93
94,2
75
94
94
94,2
95,2 92
95,7 93,6 94,7
90
93
94,4 94,8 95,2 92,5 95,9 93,9 95
Oznaczenia:
Sf
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
HP
EPAct
EPAct
EPAct
1
80
82,5
82,5
85,5
75,5
77
1,5
85,5
87,5
84
86,5
82,5
84
2
86,5
88,5
84
86,5
84
85,5
3
87,5
89,5
87,5
89,5
85,5
86,5
5
87,5
89,5
87,5
89,5
87,5
88,5
7,5
89,5
91
89,5
91,7
88,5
89,5
10
89,5
91
89,5
91,7
89,5
90,2
15
90,2
91,7
91
92,4
90,2
91
20
90,2
91,7
91
93
90,2
91
25
91,7
93
92,4
93,6
91
91,7
30
91,7
93
92,4
93,6
91
91,7
40
93
94,1
93
94,1
91,7
92,4
50
93
94,1
93
94,5
92,4
93
60
93,6
94,5
93,6
95
93
93,6
75
93,6
94,5
94,1
95,4
93
93,6
100
94,1
95
94,5
95,4
93,6
94,1
125
94,1
95
94,5
95,4
94,5
95
150
95
95,8
95
95,8
94,5
95
200
95
95,8
95
96,2
95
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
kW
%
%
0,75
83,9
80,5
1,1
84,8
82,2
1,5
84,8
83,5
2,2
88,3
84,9
3
88,3
86
4
89,2
87
5,5
90
87,9
7,5
90
88,9
11
91,5
89,9
15
91,5
90,8
18,5
92,8
91,2
22
92,8
91,6
30
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.
37
93,4
92,8
45
93,9
93,1
55
94,2
93,5
75
94,6
94
90
94,6
94,4
110
95
94,7
132
95
94,9
160
95
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
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:
kotektiger
Inne pliki z tego folderu:
H.Kozłowski,E.Turowski - Silniki Indukcyjne. Projektowanie,konstruowanie,wytwarzanie.pdf
(17005 KB)
Teoria maszyn elektrycznych.rar
(61574 KB)
Maszyny elektryczne(1).zip
(1103 KB)
Transformatory.docx
(60 KB)
tr.ppt
(326 KB)
Inne foldery tego chomika:
CADy dla elektryków
dla elektryków samochodowych
EAGLE
egzamin SEP
Elektroenergetyka
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin