Produceer met minder engergie doordachte selectie van aandrijfcomponenten voor een gereduceerd...
22
Doordachte selectie van aandrijfcomponenten voor een gereduceerd energieverbruik www.energie- Dinsdag 8 november 2011 CONTACT Kurt Stockman Hogeschool West-Vlaanderen Master Elektromechanica Associatie Universiteit Gent [email protected]
description
Transcript of Produceer met minder engergie doordachte selectie van aandrijfcomponenten voor een gereduceerd...
Doordachte selectie van aandrijfcomponenten voor een gereduceerd energieverbruik
www.energie-
Dinsdag 8 november 2011
CONTACTKurt Stockman
Hogeschool West-VlaanderenMaster Elektromechanica
Associatie Universiteit [email protected]
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 2
•
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 3
Opbouw van een aandrijfsysteemo De last of toepassing
o Transportbanden, wikkelaars, pompen, spindels, compressoren, …
o De elektrische motor/generatoro Inductiemachine, permanent magneet machine, …o Netgekoppeldo Vermogenelektronische snelheidsregelaar
o Mechanische reductoro Tandwielkast, riemoverbrenging, kettingoverbrenging, …o Direct drive
o De montage en het onderhoudo Lagers, smering, uitlijning, …
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 4
Karakterisatie van de lasto Noodzakelijke gegevens
o Koppel en snelheid o Deellastwerkingo Remenergie ?o Is de last steeds actief
o Conclusieso Nood aan een reductor?o Snelheidsregeling nodig?
o Methode nodig om het totale rendement van de last te bepalen
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 5
De elektrische motoro Inductiemotoren
o Sinds juni 2011: IE labelso Enkel netgekoppelde machineso S1 bedrijf (volcontinu)o η100%, η75%, η50% “nominale” snelheido Limiet : IE3
75
80
85
90
95
0,5 5 50 500
Ren
dem
ent (
%)
Vermogen (kW)
EFF1
EFF2
IE1
IE2
IE3
IE4
RendementIEC 60034-
30Europa VS
Toekomst ? IE5*
Super premium IE4
Premium IE3 NEMA Premium
Hoog IE2 EFF1 Epact
Standaard IE1 EFF2
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 6
Verplichte rendementsklassen evolutie
Rendementsklasse
IEC 60034-30
Verplichte rendementsklasse
Premium IE3 VS 2011
Hoog IE2
VSCanadaMexico
AustralieNieuw Zeeland
KoreaBrazilë
ChinaZwitserland
Europa
Standaard IE1
Costa RicaIsraël
TaiwanZwitserland
Vanaf 2011
Niet ingekleurde landen geen concrete info Opgelet voor dumpplaatsen!
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 7
Verplichte rendementsklassen evolutie
Vanaf 2015Rendementsklasse
IEC 60034-30
Verplichte rendementsklasse
Premium IE3VS
Europa (>7,5kW)
Hoog IE2
VSCanadaMexico
AustralieNieuw Zeeland
KoreaBrazilë
ChinaZwitserland
Standaard IE1
Costa RicaIsraël
TaiwanZwitserland
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 8
Verplichte Europese verordening: tijdslijn
16 juni 2011Minstens IE2
1 januari 2015Minstens IE3 voor 7.5 kW tot 375 kW of IE2 met omvormer
1 januari 20170.75 kW tot 375 kW minstens IE3 of IE2 met omvormer
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 9
De elektrische motoro Hogere efficiëntie dan inductiemotoren?
o Permanent magneet machines
o Line start permanent magneet motor (IE4)
o Permanent magneet machine met snelheidsregelaar (IE4)
RendementIEC
60034-30Europa VS
Toekomst ? IE5*
Super premium IE4
Premium IE3NEMA
Premium
Hoog IE2 EFF1 Epact
Standaard IE1 EFF2
Aluminium cage
Flux barrier
Permanent magnet
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 10
Snelheidsregelingo Vermogenelektronische omvormer
o Extra vrijheidsgraden door parametreringo Drive rendemento Keuze van topologie
NET
DUT DUT
NET
DUT DUT
NET
DUT DUT
rremweerstanden rDC bus koppeling rActieve gelijkrichting
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 11
Rendement omvormer + motor = rendement aandrijvingToegepast voor de constructeur
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 12
0
0,5
1
1,5
0 50 100 150
M /M
nom
inaa
l
Tijd (s)
Koppelprofiel
0
0,5
1
1,5
0 50 100 150
n / n
nom
inaa
l
Tijd (s)
Snelheidsprofiel0
0,5
1
1,5
0 0,5 1 1,5 2
M /
Mno
min
aal
n / nnominaal
Koppel-toerentalprofiel
Toegepast voor de constructeur
Wat heb je nodig om energieverbruik te bepalen?
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 13
Overzicht methodiek energieverbruik calculatie
Werkpunt η (%) Ein(J)
1 74,3 443282 80,2 61579,53 80,7 30586,54 83,6 39406,55 77,1 20326,56 69,2 113347 76,3 30844,58 64,6 18217,59 24,3 3229,5
10 34,1 4599264451,5
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 14
Meer inzicht in motor/drive door isorendementscontouren
Verantwoorde motor/drive keuze mogelijk Bestaande systemen (vermogenmeting) Nieuwe systemen (mechanische eig.)
Toepassing serie/enkelstuks
Besluit
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 15
Mechanische koppeling tussen last en motor
ETEA – Efficiëntieverhoging van Transmissiesystemen bij Elektromechanische aandrijvingen
Isorendementscontouren MOTOR + OMVORMER (gekend)
TRANSMISSIES
Optimalisatie elektro – mechanisch
totaalconcept
Lastprofielen (gekend) KOPPEL T-n PROFIEL TOERENTAL
Economische evaluatie
?
0
1
0 0,5 1
0
1
0 100
00 100
WP1: Marktonderzoek
WP2: Uitbouw demonstrator/testbank
WP4: Ontwikkelen optimalisatie-algoritme
WP3: Cases onsite
WP5: Techno-economische tools & ontwerp richtlijnen
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 16
Vlakke motorreductoro 0,55kWo 1360 - 58 tr/mino i = 23,45o 3,86Nm - 99,55Nm
Verkennende meting
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 17
Resultaten
Verkennende meting
n/nnominaal
M/M
nom
inaa
l
Rendement motorreductor
7069
6765
635951
4741
32
22
155
2846 56 65 69 68
55
58
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 18
Resultaten
Verkennende meting
n/nnominaal
M/M
nom
inaa
l
Rendement vlakke reductor 0,55kW 58tr/min 99,5Nm
98
979695949392
9189
868482
79
76
71
67 79 84 90 94 93 96 97
88
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie - 19
Tandwielkasten: kegel versus worm wormwiel
Direct drives ?
Riemoverbrengingen: Getande riem, V-riem Voorspanning Dimensionering riem en riemschijven
Uitlijnfouten, lagerkeuze, …
Mechanische transmissie systemen
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 20
Economische analyse
20
• Typische analyse met simpele pay back methode
• Aankoopprijs is procentueel heel klein t.o.v. LCC
• De verbruikskost bedraagt snel meer dan 90%
1%
97%
1% 1%
Totale levenskost 8000 bedrijfsuren
Aankoopprijs
Verbruikskost
Onderhoud
Installatie
2%
95%
2%1%
Totale levenskost 4000 bedrijfsuren
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 21
•
8 november 2011 – Sirris seminarie: Produceer met minder energie- 22
Eenvoudige pompinstallatie
220
5
10
15
20
25
30
35
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Throttling valve position [%]
Time [%]
€(5.000,00)
€-
€5.000,00
€10.000,00
€15.000,00
€20.000,00
€25.000,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ROI
Time (Years)
ROI over 10 years
IE1-VSD
DOL IE3 Throttling
IE1-VSD FO
IE3-VSD
IE4-VSD
Alternative E (kWh) E gain (%) Profit/year (€) SPB (Year) Cost (€)DOL IE1 Throttling 56711,4 100,0% Reference Reference
IE1-VSD 35827,9 -36,8% 1775,1 0,35 € 624,00 DOL IE3 Throttling 55621,7 -1,9% 92,6 9,54 € 883,20
IE1-VSD FO 35393,5 -37,6% 1812,0 0,34 € 624,00 IE3-VSD 35509,2 -37,4% 1802,2 0,84 € 1.507,20 IE4-VSD 31941,4 -43,7% 2105,5 0,95 € 2.004,00
