Elektriska motorer och att spara energi med Chauvin-Arnoux

Det är nästan omöjligt att tänka sig ett företag eller en verksamhet som inte använder elmotorer. Inom industrin driver de tillverkningsprocesserna och i praktiskt taget alla kommersiella byggnader driver de system som ger en komfortabel arbetsmiljö.

Motorer använder också mycket energi driften av en 2,2 kW-motor kostar runt 20 000:- per år. Detta innebär att energieffektiviteten av motorerna blir en mycket viktig fråga för varje företag.

Det är allmänt känt att motorer förbrukar ungefär hälften av all el som används över hela världen, och att de står för mer än två tredjedelar av den el som förbrukas av industrin. De faktiska siffrorna varierar lite beroende på källan, men det spelar egentligen ingen roll. Hemläxan blir här att oavsett vilken verksamhet du råkar vara i, så kommer du högst troligen att spendera en massa pengar på el för att driva dina motorer, och dessutom kommer den energi de förbrukar att läggas till din klimatpåverkan. Detta ger två utmärkta skäl till att titta på motoreffektiviteten, men hur gör man det?

Paradoxalt nog innebär inte det första steget att ens identifiera de enskilda motorerna inom din verksamhet. Istället är det första steget att övervaka elförsörjningen, helst med hjälp av en bärbar effekt- och energilogger. Två viktiga saker att leta efter är obalans av spänningen mellan faserna och dålig effektfaktor. En obalans av spänningen på bara några procent kommer att minska effektiviteten i varje motor inom verksamheten, så det är väl värt att identifiera och korrigera detta. Den korrigerande åtgärden kan till exempel innebära omfördelning av enfasbelastningar mellan faserna så att faserna belastas mer jämt.

Vi kommer inte här att gå in på detaljer om effektfaktorn, men sammanfattningsvis består den effekt som förbrukas av en motor (skenbar effekt) av två komponenter: aktiv effekt och reaktiv effekt. Du betalar för båda, men bara den verkliga effekten gör nyttigt arbete. Förhållandet mellan den aktiva effekten och den skenbara effekten är känd som effektfaktorn, och ju närmare denna effektfaktor är 1.0, desto mindre pengar spenderar du på värdelös reaktiv effekt.

Om en verksamhet har en dålig effektfaktor, kan man installera relativt billig utrustning för att få den närmare 1.0 och därigenom minska energikostnaderna. Effektfaktorkorrigering kan också göras för enskilda motorer, även om detta vanligtvis endast är värt att göra med riktigt stora motorer, och för grupper av motorer som vanligtvis är i drift samtidigt.

Efter att ha åtgärdat obalansen mellan faserna och fått ordning på problemet med effektfaktorn, är det nu dags att titta på de energibesparande möjligheter som är förknippade med enskilda motorer. Börja med dina största motorer först, eftersom det är här du sannolikt kommer att kunna göra de största besparingarna. Det är ofta väl värt att installera en effekt- och energilogger antingen tillfälligt eller permanent, eftersom detta kommer att ge en hel del användbar information. De loggade mätvärdena kommer till exempel att visa exakt när motorn var igång, vilket är viktigt eftersom ett ”bra sätt” att slösa energi är att lämna motorn igång när den inte behövs, till exempel under kaffe- och lunchraster.

Mätdata från effekt- och energiloggern kommer också att låta dig räkna ut om motorn är överdimensionerad. Detta är en betydande faktor eftersom effektiviteten hos en vanlig induktionsmotor sjunker när belastningen på den minskar och när belastningen är under ca 50% av dess maximala belastning kommer dess effektivitet bestämt att vara riktigt dålig. Om effektloggern visar att motorn hela tiden är lätt belastad, kan det betala sig att byta ut motorn till en rätt dimensionerad ersättningsmotor och det kan i vissa fall också leda till en minskning av säkringsstorlek vilket i sin tur leder till lägre abonnemangsavgifter.

Om du lämnar din effekt- och energilogger på plats för att logga mätdata ett tag, kommer det dessutom att ge dig ovärderliga basdata om den effekt som förbrukas av motorn, som du senare kan jämföra med förbrukningen efter att ha gjort förbättringar för att se till att du uppnår de besparingar som du förväntade dig.

Därefter kan man titta noga på hur motorn styrs. Om den har enkel start-stoppkontroll - det vill säga att den antingen körs i full hastighet eller stoppas – så kan du mycket väl kunna göra stora besparingar genom att montera en variabel hastighetsenhet alltså en frekvensomriktare, särskilt om motorn driver en fläkt eller en pump.

Fläkt- och pumpsystem måste utformas för att klara värsta tänkbara förhållanden. En fläkt i en klimatkontrollerad byggnad måste till exempel kunna flytta tillräckligt med luft för att hålla byggnaden sval även på den hetaste dagen på året. Övriga dagar på året så skiftar den för mycket luft och då så minskas luftflödet med hjälp av luftstrypning och spjäll som ingår i systemet. Men med enkel start-stoppkontroll, så körs motorn fortfarande i full fart och med lika stor energiförbrukning som på en sval dag som den gör på den hetaste dagen!

En mycket bättre lösning är att montera en frekvensomriktare så att fläktens hastighet justeras automatiskt för att ge det faktiska luftflödet som krävs vid en viss tidpunkt. Antag att detta innebär att fläkten körs på 80% av full hastighet för det mesta (vilket inte alls är ovanligt), den energi den använder minskas då med 50%! Även om det bara är för en 2,2 kW motor som nämns i inledningen, så är det en besparing i energikostnader på över 10 000:- per år, så kostnaden för montering av en frekvensomriktare kommer mycket snabbt att tjänas in.

I Sverige finns detvia Energimyndigheten ett program där industriföretag kan beviljas ekonomiskt stöd för att energieffektivisera sin verksamhet.

Det finns nu bara utrymme kvar för några ord om standards inom motoreffektivitet. Motoreffektivitet klassificeras i enlighet med IEC 60034-30-standarden som introducerades 2008 och som uppdaterades 2014 till IEC 60034-30-1. Motoreffektivitetsklasserna betecknas IE1, IE2, IE3, IE4 och IE5, med IE1 som de minst effektiva och IE5 som mest effektiva. Alla AC-induktionsmotorer som släppts ut på marknaden inom EU sedan den 1st januari 2017 har varit tvungna att antingen uppfylla kraven i IE3 eller IE2 om de är utrustade med frekvensomriktare.

Om motorerna du redan har är i en lägre kategori, är det då värt att ersätta dem? Svaret är nästan säkert nej. Den effektivare motorn kommer naturligtvis att minska dina elräkningar, men förmodligen inte tillräckligt för att kompensera kostnaden för den nya motorn över en realistisk tidshorisont. Situationen är dock något annorlunda när en större motor går sönder– och valet står mellan att få den tillbaka reparerad eller att ersätta den med en ny. Varje sådant beslut måste avgöras från fall till fall, men under dessa omständigheter, kan installation av en ny högeffektiv motor mycket väl vara motiverad. Det är värt att notera att en sådan ersättning kan komma att omfattas av ekonomiskt bidrag från Energimyndigheten.

Bara ett litet varningens ord. De allra flesta motorer som används idag är induktionsmotorer, men för att uppnå allt högre effektivitet, så erbjuder nu motortillverkare nya typer som till exempel permanenta magnetmotorer och reluktansmotorer. Om du funderar på att ersätta en äldre motor med en av dessa motorer, är det viktigt att kontrollera kompatibiliteten hos styrsystemet och dess frekvensomriktare, om styrsystemet har en sådan monterad.

Oavsett om du tidigare visste det eller inte, så kommer en stor del av din elräkning nästan säkert från den energi som förbrukas av motorer. Att då lägga lite tid att mäta och övervaka prestanda på dina motorer, kan bana väg för mycket betydande besparingar. Du kommer sen också att kunna kvantifiera och bekräfta dina energibesparande åtgärder genom att fortsätta din mätövervakning! Och glöm inte att om du behöver ytterligare information eller råd, så är vi på Chauvin Arnoux redo och att hjälpa till.

2020-08-31 - Industritorget