Strona Główna > Lista Artykułów Produkty > Silniki synchroniczne: wysoka wydajność lub wysoka efektywność IE4?

 

(tł. Sebastian Czarnecki) 2011-05-12

Silniki synchroniczne: wysoka wydajność lub wysoka efektywność IE4?

Silniki synchroniczne: wysoka wydajność lub wysoka efektywność IE4?

ABB przywraca do łask reluktancyjne silniki synchroniczne dla nowe generacji wysoko wydajnych silników o dużej mocy. Na ostatnich pokazach w Hanowerze, ABB zaprezentował dwa rodzaje takich napędów: jeden przeznaczony do pracy w trybie poziomie wydajności "super premium", który może być definicją zawartą w przyszłej specyfikacji IE4, oraz drugi zoptymalizowany po kątem wysokiej mocy w małej ramce.

Obydwa typy silników będą sprzedawane w pakiecie napędów o regulowanej prędkości - nie może być używany do pracy przy stałej prędkości, podłączony bezpośrednio do źródła zasilania. ABB twierdzi, że wyższe pakiety będą ograniczać straty energii nawet o 40% w porównaniu do silników indukcyjnych IE2 lub będą mogły pozwolić dwukrotnie zmniejszyć wielkość ramek przy zachowaniu założonego wyniku.

Wysoka wydajność powinna zwrócić się w ciągu zaledwie dwóch lat. Przykładowo silnik o mocy 11kW będzie ważył 50kg, czyli o około połowę mniej niż tradycyjne urządzenia indukcyjne IE2.

ABB przyjęło inną ścieżkę postępowania niż inni producenci silników, którzy to wybrali magnesy trwałe (PM) w celu osiągnięcia poziomu wydajności IE4. Obie ścieżki są ze sobą zgodne, jednak tradycyjne silniki indukcyjne (IM) naprawdopodobniej nie będą konkurowały ceną.

Silniki synchroniczne ABB łączą ze sobą tradycyjne stojany silników indukcyjnych z bezstratnymi rotorami wykonanymi z osiowo ułożonych blach. Poniższy schemat przedstawia przekrój typowego silnika indukcyjnego (z lewej) w porównaniu z synchronicznym silnikiem reluktancyjny (z prawej). Oba mają bardzo do siebie podobne stojany, jednak nie posiadają laminowanego wirnika z uzwojeniem. Przekrój poprzeczny wirnika ma czterpolową strukturę z czterema osiami wysokiej przepuszczalności (z małą przestrzenią magnetyczną.



W nowych silnikach prądy w uzwojeniach stojana są sinusoidalne, w wyniku czego wzrasta sprawność jego funkcjonowania. W wersji o wysokiej wydajności, silniki są 40% mniejsze niż silniki standardowe, w wyniku czego okres zwrotu mieści się w dwóch latach.

Mówi się, że prosty wirnik bez magnesów lub klatek, jest bardziej wydajny niż wcześniejsze silniki PM lub silniki indukcyjne. Nie ma również ryzyka utraty wydajności w wyniku rozmagnesowania z powodu przegrzania lub innych uszkodzeń. Ponadto, jako że nie ma magnesów, nie ma zwrotnych indukcji napięć, dzięki czemu silniki te z natury są bardziej bezpieczne i nie wymagają dodatkowej ochrony. Można uniknąć również  problemów i wysokich kosztów dostaw wynikających z aktualnej dominacji Chin na światowym rynku surowców magnetycznych.

Synchroniczne obroty silnika pozwalają uniknąć straty poślizgów, które stanowią 20-35% wszystkich strat w konwencjonalnym silniku indukcyjnym. Prowadzi to do poprawy wydajności w zakresie od 8% przy silnikach 3kW, do około 0,6% w silnikach o mocy 220kW. Stwierdzono również 20-40% wzrost gęstości mocy i momentu obrotowego przy zachowaniu tej samej klasy temperatury izolacji. Dodatkowo stwierdzono wzrost wydajności o 5% przy pojedynczych małych silnikach, do około 0,5% przy największych silnikach. Niska temperatura pracy przedłuża żywotność izolacji i łożyska, co prowadzi do konieczności rzadszych konserwacji przy zachowaniu dużej niezawodoności. Nawet w przypadku konieczności wymiany łożysk, jest to łatwiejsze do wykonania niż w silnikach z magnesami trwałymi. Główną jednak zaletą będzie 30-50% mniejsza bezwładnośc silnika, zgodnie z zapewnieniami AB. Będzie to korzystne w bardzo dynamicznych maszynach, np. w żurawiach, gdzie wymagana jest wysoka wydajność i zmienność trybów pracy.

ABB przywołuje przykład dla silnika SynRM o mocy 37kW IE4 w pracy 8760 godzin w ciągu roku przy obrotach 1500 obr/min. Jego straty będą o 1.1kW mniejsze niż konwencjonalnej maszyny indukcyjnej IE2.  Daje to okres zwrotu około dwóch lat i redukcji emisji CO2 o 4,8 tony rocznie. Inna wersja nowego silnika ABB, zoptymalizowana pod kątem wysokich mocym pracuje w temperaturze konwencjonalnej klasy B lub F.  Straty w tych silnikach są zazwyczaj niższe o 10-20% niż w przypadku silników indukcyjnych (w porównaniu z 40% osiagnietych przez wersje IE4). Dla silników o mocy 3 lub 4kW, można uzyskać do 60% więcej mocy przy tym samym wzroście temperatury. W silnikach do 60kW może nastąpić wzrost o 40%, a w silnikach 200kW o około 20%. W wiekszości przypadków najlepszym rozwiązaniem jest korzystanie z jednego lub dwóch silników w wielkościach mniejszcyh w celu osiągnięcia tej samej mocy wyjściowej.

Nastąpi również zmniejszenie obciążenia ceiplnego, co ma istotne znaczenie w zamkniętych szafach. Zmniejszenie strat wyeliminuje dużą część emisji ciepła poprzez wał czy łożyska. Efekt ten jest widoczny szczególnie przy wyższcyh prędkościach i w wyższych klasach temperatur. Inną zaletą silnika synchronicznego jest to, że nadal jest wysoka efektywność nawet przy tylko częściowym obciążeniu, co może być przydatne w pompach i wentylatorach.

Pomysł na silnik synchroniczny nie jest nowy, bo powstał w 1923 roku. Nie został on jednak powszechnie przyjęty w zastosowaniach przemysłowych ze względu na niezdolność do stosowania bezpośredniego źródła zasilania. Ponadto opierając się na konwencjonalnych technologiach kalkulacje osiągnięć były zdecydowanie gorsze, np. wydajność działania czy niedoszacowanie momentu obrotowego. Silnik synchroniczny był krytykowany również za wymaganie większych pradów niz silniki PM, jako że moment obrotowy był osiągany przez namagnesowanie przez stojan. Abb twierdzi, że prądy nowego silnika są niższe niż w przypadku małych silników indukcyjnych o tej samej prędkości i momencie obrotowym, ze względu na wyższą efektywność. Przyznaje jednak, że dla wiekszych maszym prąd może być wyższy niż w przypadku silnika indukcyjnego na tym samym poziomie momentu obrotowego. ABB dodaje, że ogólnie silniki synchroniczne będą miały takie same wymiary jak silniki indukcyjne przy tej samej mocy i momencie obrotowym.

ABB dostosowała swoje DTC (Direct Torque Control) do pracy z nowymi silnikami z prędkościa do 6000 obr/min. Oprogramowanie optymalizuje moment obrotowy w celu zminimalizowania prądu w każdym punkcie pracy. Technologia kontroli działa również w zakresie osłabiania pola (powyżej prędkości znamionowej) i może osiągnąć prędkość 1,5 razy większą niż nominalna dla wielu silników z tej klasy.



(tł. Sebastian Czarnecki)
Na podstawie: www.drives.co.uk

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii