Optimierung des Wirkungsgrads von Elektromotoren: Mehr Leistung für Ihr Geld

Erstmals hier veröffentlicht.

Elektromotoren sind Geräte, die elektrische Energie in mechanische Kraft umwandeln. Sie arbeiten nach den Prinzipien des Elektromagnetismus und nutzen die Wechselwirkung zwischen Wicklungsströmen und Magnetfeldern zur Krafterzeugung. Einige Motoren, wie die in der Transportindustrie verwendeten, können den Effekt umkehren und ebenfalls Elektrizität erzeugen, indem sie Kraft in Strom umwandeln.

In vielen Industrieanlagen entfallen mehr als 70 % des Stromverbrauchs auf Motoren, so dass selbst eine geringfügige Steigerung des Wirkungsgrads die Energieausgaben drastisch senken und gleichzeitig die Gewinne verbessern kann.

Wie man den Wirkungsgrad von Motoren erhöht

Es gibt eine Reihe von Bereichen, in denen Wirkungsgradverluste bei Motoren auftreten können. Sie reichen von Reibungs- und Wärmeverlusten bis hin zur Ableitung des Magnetfeldes im Kern des Motors. Auch die Art der verwendeten Materialien kann den Gesamtwirkungsgrad eines Motors beeinflussen.

Die Verbesserung des Wirkungsgrades von Motoren kann in 3 Phasen unterteilt werden:

Phase 1 - Bewertung

Der erste Schritt besteht darin, jeden Motor zu überwachen und zu dokumentieren und das aktuelle Leistungsniveau zu bewerten. Sammeln und dokumentieren Sie Details, die für die Beurteilung des aktuellen Wirkungsgrads oder Verbrauchs des Motors wichtig sind, wie

• Das Alter des Motors
• Wie viel PS der Motor tatsächlich erzeugt
• Leistungs- und Verbrauchswerte
• Welche Art von Steuerungsebenen in Ihrer Anlage implementiert sind
• Identifizieren Sie die verschiedenen Lasten, denen der Motor ausgesetzt ist, indem Sie einen Leistungslogger verwenden

Sobald Sie alle Informationen haben, können Sie ein Effizienzberechnungssystem, wie z. B. motor master, verwenden, um den Wirkungsgrad des Motors zu berechnen.

Phase 2 - Verbesserung

Sie können die in Phase 1 gesammelten Informationen sofort nutzen, um einige unmittelbare Verbesserungen vorzunehmen. Ältere Motoren sind von Natur aus ineffizient, daher können sie durch moderne Motoren mit höherem Wirkungsgrad ersetzt werden. Wenn es Motoren gibt, die über- oder unterdimensioniert sind, ersetzen Sie sie durch besser dimensionierte Modelle, um den Wirkungsgrad zu verbessern.

Um die Motoren, die Sie behalten wollen, zu optimieren, überprüfen Sie sie auf drei Variablen, von denen bekannt ist, dass sie die Effizienz und sogar die Lebensdauer des Motors erheblich reduzieren:

1. Spannungsunsymmetrie Bei einem Drehstrommotor ist die Spannungsunsymmetrie die Differenz der Spannungen zwischen den Phasen. Für eine optimale Leistung und Effizienz sollten die Spannungen der Phasen gleich oder so nahe wie möglich daran sein: Die Berechnung der Spannungsunsymmetrie (Vu) ist ziemlich einfach:
   • Mitteln Sie die Spannung über alle drei Phasen (Va)
   • Berechnen Sie die höchste Abweichung vom Durchschnitt (Vm)
   • Teilen Sie die Differenz durch die durchschnittliche Spannung und multiplizieren Sie sie mit 100

   [(Va-Vm)X100] ÷ Va = Vu

   Bei einer durchschnittlichen Spannung von 460 V erzeugt bereits ein Unterschied von 5 V eine Spannungsunsymmetrie von 1,1 %. Während die National Electrical Manufacturers Association (NEMA) und die Norm EN50160 eine maximale Unsymmetrie von 5 % bzw. 2 % fordern, wird normalerweise eine Differenz von 1 % oder weniger empfohlen.

2. Strom-Unsymmetrie Strom-Unsymmetrie ist ähnlich wie Spannungs-Unsymmetrie. Im Gegensatz zur Spannung wird sie durch die Messung der Differenz zwischen den Strömen, die an den einzelnen Schenkeln eines Drehstrommotors entnommen werden, berechnet.Die Methode zur Korrektur der Stromunsymmetrie hängt von den Faktoren ab, die sie verursachen:
   • Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung für netzbedingte Unsymmetrie
   • Neuwicklung oder Austausch des Motors bei internen Fehlern oder fehlerhafter Installation
   • In manchen Fällen ist der Kauf eines neuen Motors vorzuziehen.
     • Motoren über 15 Jahre alt und unter 40 PS
     • Nicht-Sondermotoren unter 15 PS
     • Die Kosten für das Umwickeln übersteigen 50 % der Kosten für den Kauf eines neuen Motors
3. Leistungsfaktor Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis (oder der Prozentsatz) zwischen der Wirkleistung (in KW) eines Motors und seiner Scheinleistung (in KVA). Die Scheinleistung ist ein Ausdruck für die Wirkleistung des Motors und seine Blindleistung in Kilovar (kVAR). Der Leistungsfaktor sollte für alle größeren Lasten und Stromkreise ausgewertet werden, nicht nur für Motoren.Eine Erhöhung der Blindleistung eines Motors erhöht die Scheinleistung. Dies führt zu einer Verringerung des Leistungsfaktors. Je näher der Leistungsfaktor bei 1 (oder 100 %) liegt, desto besser, daher ist eine Verringerung der Blindleistung im Allgemeinen besser für den Wirkungsgrad.

   Das Ziel der Ermittlung des Leistungsfaktors ist es, die Lasten zu identifizieren, die eine Verzögerung der Blindleistung verursachen, und Strategien zu entwerfen, die den Leistungsfaktor verbessern können.

Phase 3 - Verlängern der Lebensdauer

Neben den oben genannten Methoden gibt es noch ein paar weitere Strategien, mit denen Sie die Lebensdauer der Motoren in Ihrer Anlage und damit auch deren Betriebseffizienz erhöhen können:

• Lamellierung - Anstelle von billigeren Kohlenstoffstählen können Lamellen aus Stählen mit einem geringen Siliziumanteil verwendet werden. Die Verwendung dünnerer Lamellen und die Vergrößerung ihrer Länge reduziert die Kernverluste, indem die Auswirkungen von Sättigung und Hysterese begrenzt werden.
• Schmierung - Das Schmierintervall wird von einer Reihe von Faktoren bestimmt, daher sollten Sie beim Auftragen von Schmiermitteln vorsichtig sein. Unterschiedliche Fette, auch solche mit den gleichen Bestandteilen, sollten niemals gemischt werden.
• Isolierung - Der Wirkungsgrad kann auch aufgrund von Wirbelströmen abnehmen. Diese können durch eine gute Isolierung von Blechen oder Lamellen minimiert werden.

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