Kies de juiste motorsturing om het rendement te verhogen

Met strengere milieuwetten die en hoge energierekeningen is het voor ingenieurs en designers een hoofdprioriteit geworden om te zorgen voor motoren die zo efficiënt en soepel mogelijk lopen.

Trefwoorden: #frequentiesturingen, #milieuwetten, #motoren, #motorsturingen, #softstarter, #VSD, #WEG

Lees verder

Magazine

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - Motorbedieningsapparaten zoals softstarters en frequentiesturingen (VSD) zijn een antwoord op deze uitdagingen.

In dit artikel legt Fábio Gonçalez, automatiseringsmanager bij WEG Europa, uit hoe softstarters en VSD's, afhankelijk van de toepassing, het energieverbruik kunnen verlagen en bijkomende kosten kunnen verminderen door het efficiënt aansturen van de stroom.

Elektrische motoren zijn de grootste individuele verbruikers van energie en nemen zowat 45% van de totale wereldconsumptie van elektriciteit en 70% van de industriële energiebehoeften voor hun rekening(1).

Met deze cijfers voor ogen werden op internationaal vlak nieuwe milieuverordeningen goedgekeurd. Bijvoorbeeld in de EU bepaalt de richtlijn 2005/32/EC voor ecologisch ontwerp dat motoren met een nominaal vermogen van 7,5-375 kW minstens moeten voldoen aan het efficiëntieniveau IE3 of IE2 in combinatie met een VSD.

Om energie te besparen en te beantwoorden aan de huidige voorschriften komt het er niet alleen op aan het rendement te verhogen, maar is het tevens van cruciaal belang dat de motoren en de door hen aangedreven apparaten duurzaam en bedrijfszeker zijn. VSD's en softstarters met gereduceerde spanning kunnen beide worden gebruikt om dure apparatuur te beschermen en de levensduur van de motor en de koppelingen te verlengen.

De keuze tussen een VSD en een softstarter hangt evenwel af van een aantal factoren, waaronder het soort toepassing, de mechanische systeemvereisten en de kosten - zowel voor de eerste ingebruikstelling als voor de volledige levenscyclus van het systeem.

Wanneer softstarters?
Om een AC-motor tot volle snelheid te brengen met behulp van een bepaalde spanning vanuit het net, kan een grote inschakelstroom nodig zijn. Het aandrijfkoppel van een AC-motor is doorgaans ongecontroleerd en dit resulteert mogelijk in schokken die de motor en de aangesloten apparatuur kunnen beschadigen.

Door gebruik te maken van halfgeleiderelementen om de motorklemspanning tijdelijk te verlagen, verminderen de softstarters met gereduceerde spanning de initiële inschakelstroom en beperken ze ook de mechanische schokken die gepaard gaan met het opstarten van de motor.

De softstarter gaat vervolgens de motorklemspanning geleidelijk opvoeren en zorgt zo voor een meer geregelde motorversnelling tot maximale snelheid. Daarnaast kan hij de motor ook trapsgewijs tot stilstand brengen, terwijl bij plots stoppen problemen kunnen ontstaan in de aangesloten apparatuur. Op deze manier wordt de motor en de gekoppelde uitrusting beschermd tegen schade.

Dankzij dergelijke mogelijkheden zijn softstarters ideaal voor toepassingen waarbij snelheidsregeling en koppelsturing bij het starten of stoppen vereist zijn en waarbij ook hoge inschakelstromen die gepaard gaan met het lanceren van een grote motor, moeten worden beperkt om problemen met het distributienet of boetes te voorkomen.

Softstarters zijn ook uitermate geschikt voor applicaties - inclusief transportbanden, systemen met riemaandrijving, tandwieloverbrengingen en koppelingen - die een geleidelijke gecontroleerde start nodig hebben om uitschieters van aandrijfkoppel en spanning te vermijden in het mechanische systeem, fenomenen die typisch zijn voor het normaal opstarten van apparatuur.

Het is tevens de perfecte oplossing voor het vermijden van drukstoten of 'slagen' in systemen met buisleidingen wanneer door de stroming de snelheid te snel verandert.

Een van de grote pluspunten van een softstarter in vergelijking met een VSD is de kostprijs. Softstarters zijn vaak de meer economische keuze voor toepassingen waarbij de snelheid en het aandrijfkoppel enkel bij het opstarten van de motor moeten worden geregeld. Bovendien zijn ze ook de betere optie voor situaties waarin ruimte een rol speelt, aangezien ze doorgaans compacter zijn dan een VSD.

Wanneer VSD's?
Een VSD - soms ook omvormer genoemd - is een motorbedieningsinstrument dat een AC-inductiemoter beschermt en de snelheid ervan regelt. De regelaandrijving zet het ingangsvermogen met constante frequentie en spanning om in een regelbare frequentie- en spanningsbron om zo de snelheid van de motor te sturen.

Deze bedieningsinrichting werkt dus bij het starten en stoppen, maar ook tijdens het lopen van de motor en kan worden ingezet op elk moment dat er nood is aan volledige snelheidsregeling, en belangrijker nog, wanneer het besparen van energie het ultieme doel is.

Machines met een kwadratisch koppel zoals ventilatoren, pompen en compressoren volgen een algemene set van affiniteitswetten voor snelheid, waarin de drukverandering wordt bepaald in verhouding tot de snelheid of de stroom en de vermogenssprong in verhouding tot de stroom.

Op basis van deze wetten verandert de stroom lineair met de snelheid, terwijl de druk evenredig is met het kwadraat van de snelheid of de stroom en het vereiste vermogen proportioneel is met de derdemacht van die snelheid of die stroom. Anders gezegd: als de motor vertraagt, neemt het vermogen af met de derdemacht.

Normaal worden mechanische kleppen gebruikt om de stroom te regelen, terwijl elektrische motoren altijd bij nominale snelheid werken en er onvermijdelijk toe leiden dat een aanzienlijke hoeveelheid elektrisch vermogen verloren gaat.

Door de piekenergiebehoefte en het piekvermogen te verminderen wanneer deze niet vereist zijn, maakt de VSD de motor beduidend energie-efficiënter en draagt bij tot een energiebesparing van 40 à 60%.

Met een volledig regelbare snelheid en de garantie op een soepele beweging zijn de VSD's ideaal voor liften en roltrappen, maar ook voor het aandrijven van pompen, transportbanden en ventilatoren. De VSD's kunnen tevens een cruciale rol spelen bij het aanhouden van de snelheid van gereedschapswerktuigen en industriële apparatuur, zoals meng-, slijp- en maalmachines.

Een ander voordeel van het gebruik van VSD's is hun grote aanbod van features en opties die borg staan voor een optimaal gebruiksgemak en die een enorme veelzijdigheid garanderen waardoor deze regelaandrijvingen voor een uitgebreid gamma van applicaties kunnen worden aangewend.

Een aantal recent op de markt gelanceerde VSD's is voorzien van zelfdiagnose- en communicatie-instrumenten, geavanceerde beveiliging tegen overbelasting, PLC- functionaliteit en softwareprogrammering, digitale inputs/outputs (DI/DO), analoge inputs/outputs (AI/AO) en relaisoutputs.

De juiste motorbediening kiezen
Aangezien zowel softstarters als VSD's op cruciale wijze kunnen bijdragen tot de bescherming van de motor en de aangesloten apparatuur, zal de uiteindelijke keuze vaak afhangen van de specifieke behoeften van de gebruiker.

Softstarters zijn meestal compacter en minder duur dan VSD's, vooral in het geval van toepassingen met groot vermogen. Ze kunnen ook kostenefficiënter zijn in situaties waarbij een constante versnelling en koppelsturing niet ter sprake komen, in toepassingen die alleen bij het opstarten stroomregeling vereisen.

Een VSD daarentegen kan bij aankoop duurder zijn, maar kan op lange termijn zorgen voor een spectaculaire energiebesparing. Op deze manier kan de VSD de gebruikers uit verschillende industrieën helpen bij het zich conformeren aan de huidige milieuverordeningen en de gebruikskosten tijdens de volledige levensduur van de apparatuur verminderen voor een aanzienlijk lagere TCO (totale eigendomskost).

Snelheidsregeling is een ander belangrijk pluspunt van de VSD. Deze aandrijving zorgt voor een constante regeling over het hele snelheidsbereik van de motor, en dus niet alleen bij het opstarten. Ten slotte bieden de VSD's een flexibelere functionaliteit dan de softstarters, inclusief digitale diagnose-informatie.


door Fábio Gonçalez, automatiseringsmanager WEG Europa

(1) IEA, Energy-efficiency policy opportunities for electric motor-driven systems, 2011.