Jakie ważne kryteria doboru napędów elektrycznych zaleca dyrektywa Ecodesign?

Na podstawie dyrektywy powstał szereg rozporządzeń w tym znane rozporządzenie określające wymagania dotyczące minimalnych standardów efektywności (Minimum Efficiency Performance Standards, MEPS).

Różne przepisy dotyczące efektywności energetycznej na całym świecie są często oparte na tych samych standardach technicznych. Różnice między poszczególnymi krajami czy regionami dotyczą jedynie czasu wprowadzenia i wymaganego poziomu sprawności (IE2, IE3, itp.). Wymogi dotyczące dyrektywy w sprawie ekoprojektu, które są ustanowione i dotyczą Unii Europejskiej, można łatwo porównać z podobnymi inicjatywami w Ameryce Północnej i Australii.

Wcześniej wspomniane już minimalne wymagania wydajności dla silników (MEPS) są określone przez prawo. Rozporządzenie Komisji 640/2009 UE określa minimalną klasę efektywności dla zdefiniowanej grupy silników. Na początku 2014 roku rozszerzono zakres dodatkową zmianą 4/2014.

KLASYFIKACJA SILNIKÓW I PRZETWORNIC CZĘSTOTLIWOŚCI

Jak przedstawiono w publikowanej tabeli, wymogi co do silników są jasno określone i obowiązują praktycznie od 4 lat. Z początkiem tego roku zostały one jeszcze bardziej zaostrzone w zakresie 7,5-375 kW. W praktyce oznacza to, że każdy nowo kupowany i instalowany silnik z tego zakresu mocy powinien być albo w klasie IE3 albo IE2, ale współpracować z przetwornicą częstotliwości.

Norma IEC 60034-30-1 określa dla silników klasy efektywności IE1 - IE4 (w rozporządzeniu UE używane są obecnie tylko klasy IE1 - IE3). Wymagania dotyczące minimalnej sprawności i wydajności odnoszą się do większości silników spełniających między innymi poniższe kryteria:

• praca ciągła S1 lub praca przerywana S3 z założonym czasem pracy >80%,
• 2 do 6 biegunów,
• zakres mocy: 0,75-375 kW,
• napięcie znamionowe do 1000 V.

Nowością jest, że dyrektywa w sprawie ekoprojektu promuje poprawę efektywności energetycznej w odniesieniu nie tylko do silników elektrycznych, ale także dla przetwornic częstotliwości. Podobnie do klasyfikacji IE silników, norma EN50598-2 wprowadza również klasy IE dla przemienników częstotliwości. Klasy IE dla przetwornic dotyczą:

• zakresu mocy od 0,12 do 1000 kW,
• napięcie znamionowe 100-1000 V,
• systemy jednoosiowe AC/AC.

Straty obliczane są przy 90-procentowej wartości częstotliwości i 100-procentowym momencie obciążenia. Pomiarom podlegają standardowe urządzenia, nie przewiduje się specjalnych trybów testowych i pomiar dotyczy także wbudowanych elementów takich jak filtry RFI, sterowniki czy opcje.

Co ważne - straty dla urządzeń dodatkowych niewbudowanych takich jak: zewnętrzne filtry RFI, itd. nie są uwzględniane do klasyfikacji IE. Natomiast muszą być podawane w dokumentacji jeśli są większe niż 0,1% mocy przetwornicy częstotliwości i wynoszą więcej niż 5 W całkowicie.

Jest to szczególnie ważne z punktu widzenia klienta, który bez takich informacji mógłby ocenić dwie w sumie różne przetwornice częstotliwości jako takie same i kierować się tylko ceną. Jednak po dodaniu strat wynikających z tego, że pewne elementy są zewnętrzne i dodatkowych kosztów związanych z instalacją klient będzie w stanie sam określić opłacalność i energooszczędność danego rozwiązania.

Dodatkowo w dyrektywie pojawiają się również klasy IES dotyczące układów przetwornic częstotliwości i silnika (zwanych PDS czyli Power Drive System). Standard został opublikowany na początku 2015. Norma EN 50598-2 określa klasy efektywności IES0 do IES2 dla kompletnych układów napędowych (PDS), czyli przetwornicy częstotliwości i silnika.

Zakres klasy IES1 jest określany z marginesem ±20%. Dla przetwornic częstotliwości ten margines jest większy i wynosi ±25%. Klasy IES są zdefiniowane w 100% prędkości i przy 100-procentowym momencie obrotowym. Określona jest również długość kabla pomiędzy przetwornicą częstotliwości i silnikiem.

Rys. 1.

Odchylenia od standardowej długości kabla lub częstotliwości przełączania są dozwolone, ale muszą być udokumentowane. Straty dla pracy przy częściowym obciążeniu są udokumentowane przez producenta.

Zastosowanie i koncepcja jest podobna do klas dotyczących przetwornic częstotliwości. Na rysunku 1 można znaleźć zoobrazowaną w czytelny i jasny sposób wynikającą z norm i dyrektywy klasyfikację efektywności energetycznej dla silników, przetwornic częstotliwości oraz układów silnik - przetwornica częstotliwości

Przetwornice częstotliwości Danfoss VLT spełniają najsurowsze wymagania obecnej normy. Oznacza to, że urządzenia są klasyfikowane jako IE2. Oczywiście pomiary efektywności obejmują straty spowodowane wbudowanymi filtrami RFI i dławikami DC. Co z tego wynika dla klienta? W praktyce można powiedzieć, że klient będzie w stanie wybrać produkt w oparciu o dane opracowane i podane według tych samych standardów.

Użytkownik VLT wraz z dobrej klasy silnikiem (nawet IE2 i praktycznie każdym silnikiem IE3/IE4), jest w stanie osiągnąć najwyższą klasę IES - czyli IES2. Tym samym może on zapewnić, że proponowane rozwiązanie jest optymalne pod względem strat, a więc energooszczędne.

Dodatkowo w świetle drożejącej energii elektrycznej, wymogach jak najwyższej efektywności energetycznej przetwornice częstotliwości VLT firmy Danfoss zapewniają, że oparte o nie rozwiązanie właśnie w aspektach sprawności i energooszczędności zawsze stanowi ścisłą czołówkę.

Pytanie, gdzie można sprawdzić dane odnośnie do strat przy częściowym obciążeniu i jak określić klasę sprawności? Firma Danfoss przygotowała to tego program VLT ecoSmart. Jest to narzędzie do obliczania sprawności i klasy sprawności układu silnik-przetwornica częstotliwości.

Oprogramowanie jest dostępne online i pozwala sprawdzić standardowe dane odnośnie do strat przy obciążeniu częściowym dla przetwornic częstotliwości Danfoss. Dodatkowo można wprowadzać punkty obciążenia częściowego specyficzne dla zastosowań. Narzędzie VLT ecoSmart oblicza klasę sprawności i dane dla obciążenia częściowego. Dodatkowo pozwala utworzyć raport w formacie PDF na temat danych strat przy obciążeniu częściowym oraz klasy skuteczności IE lub IES na potrzeby dokumentacji.

Danfoss Poland Sp. z o.o.
www.danfoss.com