Danfoss Drives wyjaśnia jakie ważne kryteria doboru napędu elektrycznego zaleca Dyrektywa "Ecodesign"

Czym jest Ecodyrektywa i czego dotyczy?

Dyrektywa "Ecodesign " promuje poprawę efektywności energetycznej dla wielu urządzeń, w tym także napędów elektrycznych. W 2011 roku Unia Europejska wprowadziła minimalne wymagania w zakresie sprawności silników prądu przemiennego. Dyrektywa Ecodesign ustanawia ramy prawne określające wymagania dla wszystkich produktów związanych z energią i potencjałem do jej oszczędzania w odniesieniu do krajowych, handlowych i przemysłowych sektorów w całej Europie. Dyrektywa "Ecodesign" zwana jest także ErP , od jej pełnego tytułu "Ecodesign Directive for Energy Related Products (ErP) 2009/125/EC". Zastąpiła ona Dyrektywę EuP (Energy Using Products).

Na podstawie dyrektywy powstał szereg rozporządzeń w tym znane rozporządzenie określające wymagania dotyczące minimalnych standardów efektywności (MEPS - minimum efficiency performance standards).

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 Ecodesign, 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.

Jak klasyfikowane są silniki oraz przetwornice częstotliwości?

Jak pokazano w tabeli 1 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. Oznacza to w praktyce, 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 obecnie używane są tylko klasy IE1 - IE3.Wymagania dotyczące minimalnej sprawności i wydajności odnoszą się do większości silników spełniających między innymi poniższe kryteria:

• Praca ciągłaS1 lub praca przerywana S3z założonym czasem pracy> 80%
• 2 do 6 biegunów
• Zakres mocy 0,75-375kW
• Napięcie znamionowedo 1000 V

Nowością jest, że dyrektywa EcoDesign 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 1000kW
• napięcie znamionowe 100V-1000V
• systemy jednoosiowe AC/AC

Straty obliczane są przy 90% częstotliwości i 100% momencie obciążenia. Pomiarom podlegają standardowe urządzenia, nie przewiduję się specjalnych trybów testowych i pomiar dotyczy także wbudowanych elementów takich jak filtry RFI, sterowniki czy opcje. Co ważne straty dla urządzeń dodatkowych nie wbudowanych takich jak: zewnętrzne filtry RFI, opcje etc. nie są uwzględniane do klasyfikacji IE. Natomiast muszą być podawane w dokumentacji jeśli sa większe niż 0,1% mocy przetwornicy częstotliwości i wynoszą więcej niż 5W 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 określić sam opłacalność i energooszczędność danego rozwiązania.

Dodatkowo w Dyrektywie pojawiają się również klasyIESdotyczące układów przetwornic częstotliwości i silnika (zwanych PDS czyli Power Drive System). Standard został opublikowany na początku2015. Norma EN50598-2 określa klasy efektywnościIES0 do IES2dla kompletnych układów napędowych(PDS), czyli przetwornicy częstotliwości i silnika. Zakres klasyIES1jest określany z marginesem+/-20%. Dla przetwornic częstotliwości ten margines jest większy i wynosi +/-25%. KlasyIESsą zdefiniowanew100%prędkości i przy 100% momencie obrotowym. Określona jest również długość kabla pomiędzyprzetwornicą częstotliwości isilnikiem. Odchylenia odstandardowejdługościkablalubczęstotliwościprzełączaniasą dozwolone, ale muszą być udokumentowane. Stratydla pracy przyczęściowym obciążeniusą udokumentowaneprzez producenta. Zastosowanie i koncepcjajest podobna doklasdotyczącychprzetwornic częstotliwości. Poniżej na rysunku 1 można znaleźć zoobrazowaną w czytelny i jasny sposób wynikającą z norm i dyrektywy klasyfikacjeefektywności energetycznej dlasilników, przetwornic częstotliwości oraz układów silnik - przetwornica częstotliwości

Przetwornice częstotliwości Danfoss VLT® spełniają najsurowsze wymagania obecnej normy. Oznacza to, że przetwornice częstotliwości VLT® są klasyfikowane jako IE2 - czyli spełniają najbardziej efektywną klasę. Oczywiście pomiary efektywności obejmują straty spowodowane wbudowanymi filtrami RFI i dławikami DC. Pytanie 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. klient VLT® razem z dobrej klasy silnikiem nawet klasy IE2 i praktycznie każdym silnikiem IE3 / IE4, jest w stanie osiągnąć najwyższą klasę IES - czyli IES2. I tym samym 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 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.

Jest to program dostępny online. Narzędzie VLT® ecoSmart pozwala sprawdzić standardowe dane odnośnie 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.

VLT® EcoSmart można użyć do:

• Poszukiwania standardowych danych o stratach obciążenia dla napędów VLT®,
• Wprowadzenia żądanych specyficznych dla aplikacji punktów obciążenia częściowego,
• Obliczenia klasyIE oraz danych dlaczęściowego obciążenia dlaprzetwornic częstotliwości,
• Obliczenia klasy IESdla układu silnikaasynchronicznegoi przetwornicy częstotliwości+,
• Stworzenia raportu w postaci pliku pdf z podaniemdanych o stratach obciążenia częściowego i klasach efektywności IE lub IES,
• Eksportupunktów danychobciążeniaczęściowegodo innego systemu.