In dat kader besloot Bauer Gear Motor

PRESTATIEVERGELIJKING VAN ASYNCHROONMOTOREN EN PERMANENTE
MAGNEETMOTOREN
Er is al heel wat geschreven over de voordelen van IE3-motoren en hun
energiebesparing in vergelijking met IE2-motoren. Doch eenmaal gekozen voor de
voordelen van de IE3 motor, is het ook belangrijk dat de motorkeuze in lijn is met de
toepassing, om die pluspunten optimaal te benutten.
Het kiezen van de juiste specificatie is relatief eenvoudig als het om toepassingen met
een constante snelheid gaat, maar als we met variabele snelheden, wisselende
draairichtingen en variërende belastingen te maken hebben, wordt het al iets
moeilijker. Theoretische berekeningen zijn trouwens nog maar het begin, want deze
moeten zich eerst in de praktijk bewijzen om geloofwaardig te zijn.
In dat kader besloot Bauer Gear Motor – behorende tot Altra Industrial Motion
Corporation en toonaangevend als leverancier van oplossingen met motorreductoren de voordelen van een synchroonmotor met permanente magneten (PMSM) in een
daadwerkelijke industriële toepassing te demonstreren.
Het zuiveren van afvalwater gaat 24/7 door en voor de behandelprocessen zijn
elektromotoren nodig. Bij continubedrijf zal de investering in elke energiebesparende
maatregel snel zijn terugverdiend. Het betekent echter ook dat de installaties
betrouwbaar moeten zijn om de uitvaltijd te beperken.
Een deel van het waterzuiveringsproces bestaat uit de ontwatering van het slib, zodat
een vaste restfractie overblijft, die efficiënt als meststof kan worden afgevoerd, terwijl
de vloeistof opnieuw de installatie ingaat. Een machine die bij dit proces wordt
gebruikt, heeft een 2,2 kW elektromotor om een conische vijzel aan te drijven, die het
vocht uit het slib perst. Op deze machine monteerde Bauer haar demonstratiemotor.
De slibpers had in zijn aanvankelijke opstelling een Danfoss frequentie-omvormer, die
een motorreductor aanstuurde, welke op haar beurt de conische vijzel aandreef. De
frequentie-omvormer was geprogrammeerd om de belasting van elke motor te
bewaken, zodat ze zo efficiënt mogelijk draaiden. Om te garanderen dat de
rendementsverschillen uitsluitend op conto van de elektrische motor zouden worden
toegeschreven, kreeg elke aandrijving dezelfde Bauer tandwielkast. De ingestelde
toerentallen en drukken werden bepaald door de operator van de
waterzuiveringinstallatie, die het vereiste vochtgehalte van de vaste stof vóór het
transport voorschreef.
De werking van een slibpers bestaat doorgaans uit twee processen - persen en
spoelen - met heel verschillende eisen aan de aandrijfmotor:
Bij het persen - hieruit bestaat het proces grotendeels - draait de motor met een lagere
snelheid, overeenstemmend met een frequentie van 10-20 Hz. De motorbelasting
Altra404-NL (nl-NL)
First released on 12/04/2017
Page 1 of 4
hangt af van het door de operator vooropgestelde vochtgehalte en bedraagt ruwweg
circa 70% van de nominale waarde. Bij het opstarten kan de belasting hoger zijn
vanwege de massatraagheid van de vijzel en doordat het opgedroogde slib in de pers
de machine zwaarder laat draaien.
Na meerdere persbeurten moeten de vijzel en zeef worden gereinigd en daarbij wordt
de draairichting van de aandrijfmotor omgekeerd en worden de inwendige delen met
waterstralen gespoeld. Dat levert een relatief lage motorbelasting op - circa 35% van
de nominale waarde - maar het toerental wordt flink verhoogd tot een frequentie van
50 à 80 Hz.
In eerste instantie monteerden we een 2,2 kW asynchrone IE2-motor (ASM) op de
slibpers en werd de Danfoss frequentie-omvormer ingesteld om alle data over
toerentallen, belasting en efficiëntie te registreren, die later ter analyse in een grafiek
konden worden gezet.
Zodra we alle relevante data hadden binnengehaald, vervingen we de ASM door een
2.2 kW IE3 PMSM, eveneens geïnstalleerd en afgesteld om de slibpers op dezelfde
manier te laten werken. We verzamelden nogmaals de data, die we ook weer ter
analyse in een grafiek zetten.
De eerste resultaten toonden aan dat de PMSM aanzienlijk efficiënter was tijdens het
persen, waarbij het motortoerental op 15 Hz was ingesteld bij een belasting van 10
Nm, zoals afgebeeld in de grafiek op afbeelding 1.
Dankzij de data konden we ook een vergelijking maken als de motorbelasting werd
verhoogd, maar het toerental werd verlaagd tot 10 Hz. Dit liet een duidelijk voordeel
van de PMSM zien, die met name onder deellast veel efficiënter werkt (zie afbeelding
2)
Ook bij het spoelen was de ASM opnieuw in het nadeel, omdat de PMSM onder
deellast een veel hoger rendement haalt. De algehele prestaties van beide motoren
kunt u het best bekijken in de 3-dimensionale grafiek op afbeeldingen 3 (ASM) en 4
(PMSM), waarin rendement in functie van belasting en toerental is uitgezet.
De rendementsverbeteringen leiden rechtstreeks tot een financiële besparing, wat een
flinke hap uit de totale eigendomskosten (TCO) betekent.
Markus Kutny, productspecialist voor de Bauer Gear Motor's PMSM-serie, merkt op:
"In de huidige markt is de energie-efficiëntie één van de doorslaggevende factoren bij
het kiezen van een motorreductor. Stroom wordt alleen maar duurder en daarom is het
verstandiger naar de levenslange bedrijfskosten van een aandrijving te kijken i.p.v.
enkel naar de aanschafprijs. We hebben de nieuwe serie motoren in afwachting van
de nieuwe IE4-classificatie alvast ontwikkeld, om onze klanten het allerhoogste
rendement te bieden."
Altra404-NL (nl-NL)
First released on 12/04/2017
Page 2 of 4
"Door het brede toerentalbereik en de hoge efficiëntie onder deellast, wordt het
ontwerp van de aandrijving bijzonder eenvoudig voor ingenieurs, omdat
overdimensionering van de motor weinig afbreuk aan het rendement zal doen."
"Bovendien kan met de PMSM-technologie de diversiteit aan motoren worden beperkt,
want een PMSM-motor dekt vaak de keuze van 3 tot 5 ASM-motorversies, waardoor
de voorraadkosten dalen en minder verschillende motoren nodig zijn."
Bijschriften van afbeeldingen:
Afb. 1: Rendementsvergelijking tijdens het persen (ASM versus PMSM)
[bron: Bauer Gear Motor GmbH]
Afb. 2: Motorrendementen vergeleken bij lagere toerentallen
[bron: Bauer Gear Motor GmbH]
Afb. 3: Rendementscijfers van ASM
[bron: Bauer Gear Motor GmbH]
Afb. 4: Rendementscijfers van PMSM
[bron: Bauer Gear Motor GmbH]
Afb. 5: Jaarlijkse besparingen van PMSM t.o.v. ASM, gebaseerd op de perscyclus
[bron: Bauer Gear Motor GmbH]
Afb. 6: De werking van een slibpers bestaat doorgaans uit twee processen - persen en
spoelen - en deze stellen heel andere eisen aan de aandrijfmotor.
[bron: Huber SE]
Bauer Gear Motor GmbH
Wij lossen al ruim driekwart eeuw aandrijfproblemen op, overal waar krachtige
elektrische aandrijvingen voor installaties, machines en apparaten nodig zijn. Dankzij
onze wereldwijde vestigingen zijn wij altijd in de buurt om u te helpen, waar u ook
bent.
U mag de afbeelding(en) bij dit persbericht alleen samen met dit bericht gebruiken en
ze vallen onder het copyright. Vraag toestemming aan DMA Europa om de
afbeeldingen anderszins te gebruiken.
Editor Contact
DMA Europe Ltd. : Anne-Marie Howe
Tel: +44 (0) 1562 751436
Altra404-NL (nl-NL)
First released on 12/04/2017
Page 3 of 4
Fax: +44 (0) 1562 745315
Web: www.dmaeuropa.com
Email: [email protected]
Reader Contact
Bauer Gear Motor Europe GmbH, Branch Office Belgium : André Vanhaelen,
Regional Manager
Tel: +32 (0)25295943
Fax: +32 (0)25295944
Web: www.bauergears.com
Email: [email protected]
Altra404-NL (nl-NL)
First released on 12/04/2017
Page 4 of 4