Motor styring. frekvensstyring Tema: Bachelor projekt Projektperiode: 7 semester Projektgruppe: Synopsis: Deltagere: Jonas Nielsen

Transkript

1 Ingeniørhøjskolen i København Bæredygtig Energiteknik og Stærkstrøm Titel: Energi forbrug ved frekvensstyring Tema: Bachelor projekt Projektperiode: 7 semester Projektgruppe: Synopsis: Deltagere: Da virksomheder sidder inde med mange ældre motorer, som bliver styret på en ikke energi effektiv måde, kan det være en god ide at undersøge muligheden for at få det skiftet ud. Dette kan nemlig give anledning til årlige besparelser på energi forbruget for virksomheden. Der vil i denne rapport blive undersøgt, muligheden for udskiftning af motor og styring i et ventilationsanlæg, det nye system skal kunne give besparelser, så mindst efter et år skal det være i stand til give overskud. Dette er undersøgt ved hjælp af et webbaseret program fra Siemens, kaldet Sinasave. 1

2 Vejledere: Rasmus Post Oplagstal: 3 Sideantal: 65 Bilagsantal og -art: 15 Afsluttet den 16/ Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne. 2

3 1 Indholdsfortegnelse 1Indholdsfortegnelse...2 2Indledning Problemstilling Problemformulering Metode Afgræsning...3 3Vekselstrømsmotorer Asynkron motor Slip og moment Tab og virkningsgrad Synkron motor Moment Valg af motor Styringer Frekvensstyring Slip styring Ændring af forsyningsspændingen Rotorstyring Pol styring Valg af styring Frekvensomformer Ensretter Ustyrede ensretter Styrede ensretter Mellemkredsløb Strømstyret frekvensomformer Spændingsstyret frekvensomformer Mellemkredsløb med variabel jævnspænding

4 5.3Vekselretter Vekselretter til strømstyring Vekselretter til spændingsstyret frekvensomformere Opsummering af frekvensomformer Motor og frekvensomformer SinaSave software Tilbagebetalingstid Energibesparelse Påvisning af programmets udregninger Tilbagebetalingstid Energibesparelse Case Sammenligner Motor udskiftning Frekvens i forhold til døvle styring Løsning på casen Konklusion Perspektivering Litteraturliste Bilag Påvist tilbagebetaling Energikurver for frekvensomformer, motor og spjæld Egne kurver for frekvensomformer, motor og spjæld Optaget effekt for frekvens og døvle styring Samlet virkningsgrad for frekvens og døvle styring Sinasaves udregning for frekvensomformer med eksisterende motor Sinasave udregninger til løsningen med en IE3 7,5kW motor Graf og resultater med en 7,5kW motor i sinasave Sinasaves udregning for frekvensomformer ved en 7,5kW motor Sammenligning af motorer of styreformer

5 2 Indledning 2.1 Problemstilling I mange større virksomheder er der energi som bliver brugt unødvendigt. En af grundene til det er, at da de blev bygget op, var der ikke det store fokus på energi besparelse. På grund af det, er mindre ting som ventilationsanlæg blevet set på som ting der bare skal være der, uden at der er blevet lagt de store tanker i, om det kan gøres mere energi rigtigt. I 1998 blev CEMEP, European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power systems, enige med motor frabrikkerne om at mærke motorer med effektivitets klassifikationer, og ud fra det kom de 3 mærkningsklasser: EFF 3 for standard effektivitet (Standard Efficiency) EFF 2 for forbedrede effektivitet (Improved Efficiency) EFF 1 for høj effektivitet (High Efficiency) I 2009 kom IEC, the International ElectrotechnicalCommission, med en anden mærkning som overtog for CEMEP s mærkning: IE1 for standard effektivitet (Standard Efficiency) IE2 for høj effektivitet (High Efficiency) IE3 for prima effektivitet (Premium Efficiency) IE4 for super prima effektivitet (Super Premium Efficiency) Dette blev gjort fordi, udviklingen havde gjort motorene mere effektive, og den gamle mærkning ikke var tilstrækkelig. IEC mærkningen startede ved IE1, som skulle gøre det udfor den gamle EFF2 mærkning, dette er illustreret i Figur 2-1. I figuren kan det ses at IE4 som er mærket med **, det er fordi at motoren ikke er lavet endnu, sat i produktion 1. 1 Siemens hjemmeside 5

6 Figur 2-1 Motorers effektivitets klasser2 Europa Parlamentet lavede den 22. juli 2009 en udmelding vedrørende motorers effektivitet3. Den fastsatte at motorer produceret efter den 1. januar 2015, med størrelse fra 7,5-375 kw, og motorer efter den 1. januar 2017, med størrelse fra 0, kw, skulle have et minimum effektivitets niveau. Der stå også i Europa Parlamentets udmelding at IE2 motorer skal være forsynet med frekvens styring, grundet deres lavere effektivitet. 2 Siemens hjemmeside 3 COMMISSION REGULATION (EC) No 640/2009 6

7 2.2 Problemformulering Vil det kunne betale sig for firmaer og virksomheder, at udskifte ældre motorer og dens styring, med nyere motorer og styring? Hvilke fordele kan der være ved at styre en motor frem for regulering af motorens output? 2.3 Metode Der vil til at start med, bliver der valgt en motor der skal bruges gennem rapporten. Efter valget af motor vil der blive set på mulig metoder til styring af denne motor, en metode vil blive valgt og uddybet. Når motoren og styrings metoden er valgt, vil der blive set på en case, hvor der er et ventilationsanlæg som ønskes udskiftet. Til den case vil der blive brugt et program kaldet Sinasave, det programs funktioner vil blive set på før case, for at vise hvordan det virker. 2.4 Afgræsning I denne rapport vil der ikke blive set på hvad installationen af motorer og styringssystem vil koste, dette vil der blive set bort fra, fordi den grundlæggende ide med denne rapport er at se på den energi der vil blive brugt af motorer over en periode. Den anden grund til dette er at selvom det ville være muligt at udregne et tilbud, ville det være svært at få nogle konkrete tal at gå ud fra, for motorerne og styringen kunne være en del at en større renovering, eller firmaet kunne have deres egne elektriker og derfor selv udskifte og installere motorerne, samt styringen. Under motorer bliver der kun set på vekselstrømsmotorer, dette medføre at jævnmotorer som børsteløs DC motor vil blive undladt. 7

8 3 Vekselstrømsmotorer AC motor bruger induktion til at omforme en elektrisk energi til en mekanisk energi, dette gøres ved at fører en strøm i gennem et lukket kredsløb, som der vil danne et magnetfelt omkring en leder. Princippet for vekselstrømsmotorer er, at ved at inducere et magnetfelt i motorens stationære del, også kaldet statoren, vil den påvirke motorens roterende del, rotoren, som vil rotere så dens magnetiske pol er modsat til statorens, dette kaldes også motor princippet. En anden måde at bruge en vekselstrømsmotor på er at rotere rotoren for at inducere en spænding i statoren ved hjælp at det roterende magnetfelt i rotoren, dette princip kaldes generator princippet. Vekselstrømsmotorer kan deles op i to hovedgrupper, den ene er synkronmotorer, hvor rotoren bevæger sig med samme med magnetfeltet i statoren. Den anden er asynkronmotorer, her bevæger rotoren lidt efter magnetfeltet i statoren. Motorens hastighed er bestemt af det roterende magnetfelt i statoren, som kaldes det synkrone omløbstal, n0. Det synkrone omløbstal udregnes ud fra frekvensen, f, og antallet af polpar, p. n0= f 60 p Ved en motor der kun er tilsluttet net spænding, uden nogen form for regulering, vil frekvensen være på 50 Hz, så det eneste der påvirker det synkrone omløbstal vil derved være antallet af polpar. Dette betyder at, ved et større antal polpar vil omløbstallet blive mindre, dette er vist i Tabel 1. Tabel 1 Statorens omdrejningsfelt i forhold til antal polpar 8

9 3.1 Asynkron motor Af de to typer vekselstrømsmotorer er den mest udbredte af dem den asynkrone vekselstrømsmotor, dette skyldes blandt andet af designet af motoren er meget holdbar og kraver næsten ingen vedligeholdelse 4. Statorens omdrejningsfelt påvirker motorens rotor til at dreje rundt, og da rotoren er tilsluttet motorens akse vil den rotere med roterens omdrejningstal, n. Rotoren i en asynkron motor kan være opbygget på to forskellige måder. Den ene måde rotoren kan være opbygget på kaldes en kortslutningsrotor, her består rotoren af indstøbte aluminiumsstave der kortsluttes i hver ende af rotoren i en aluminiumsring. Den anden måde er hvad kaldes en kontaktringsrotor, her består rotoren af oprullede spoler, der vil være en spole for hver fase, som er tilsluttet kontaktringene. Og efter kontaktringene er blevet kortsluttet vil rotoren fungere på samme måde som en kortslutningsrotor. Fordi at kortslutningsrotorer er de mest udbred, og af princippet for begge rotor typer er det samme, vil der videre blive forklaret ud fra en kortslutningsrotor. Ved at placere en kortslutningsrotorens rotorstav i det roterende magnetfelt, der kommer fra statoren, vil der induceres en spænding og der vil løbe en strøm i rotorstaven, I W, dette vil påtvinge rotorstaven med en kraft, F, der vil få rotoren til at rotere. Denne kraft er afhængig af flux-tætheden, B, den inducerede strøm, I W, længden på rotoren, l, og den faseposition der er mellem kraften og flux-tætheden, θ. F= I W B l sin ( θ ) Hvis der antages at θ = 90, vil ligningen for kraften blive F = I W B l Når rotorstaven rotere, vil det næste magnetfelt staven går ind i have den modsat polaritet. Det vil inducere en strøm der vil løbe modsat til før, dette ville have fået til at påvirke med en modsat rettet kraft, hvis ikke det var for at magnetfeltet fra statoren også havde ændret sig, dette resultere i at kraften i rotorstaven vil have samme retning som før. Dette betyder så dog også at rotoren ikke vil dreje med samme hastighed som statoren, for hvis det var tilfældet ville rotorstavene ikke ændre magnetfelt de er i, og derved ville der ikke blive induceret nogen ny strøm i stavene og kraften ville blive lig nul. 4 Værd at vide om frekvensomformer 9

10 3.1.1 Slip og moment Under normal drift vil statorens synkrone omløbstal være større end rotorens omdrejnings hastighed, dette skyldes at rotoren prøver at nå op på statorens omløbstal, uden at være i stand til det, denne forskel i hastighed kaldes for motorens slip, s. s=n0 n Slippet i en asynkron motor betegnes ofte i en procent der normalt ligger imellem 4-11 %. Flux-tætheden, B, har definitionen flux, Φ, per rotorstavens tværsnit, A B= Φ A Ved at indsætte definitionen af flux-tætheden i ligningen for kraften der påvirker rotorstaven F = I W B l= F = I W Φ l A Dette kan forkortes ved at lade arealet af rotorstaven gå ud med længden af rotorstaven, fordi når længden og arealet af rotorstaven tages ud, vil bredden af rotorstaven være tilbage, b, denne kan derefter ses bort fra for at få en acceptabel tilnærmelse. Det vil medføre at kraften den kortsluttede rotorstav bliver påvirket med tilnærmelsesvis vil være strømmen der bliver induceret i rotorstaven ganget med den magnetiske flux 5. F= I W Φ l = F= I w Φ b= F I W Φ A Ud fra dette kan det ses at den kraft, den strømindeholdende rotorstav vil bevæge sig med, vil være proportionalt med den induceret strøm og den magnetiskeflux. Ved at samle alle kræfterne i de forskellige rotorstave, vil der kunne findes drejningsmomentet for motorakslen. 5 Værd at vide om frekvensomformere 10

11 Figur 3-2 Momentkurve for asynkrone motorer En asynkronmotor har en karakteristisk momentkurve der kan ses i Figur 3-2, på momentkurven er der tre punkter der er vær at nævne. Det første punkt motorens opstarts moment, Ma, dette punkt er det moment motoren har i start øjeblikket, moment forløbet fra Ma til klippunktet, Mk, kaldes opstarts området, og forløbet fra M k til 1 kaldes drift området. Inde for drift området ligger punktet der er motorens fuldlast moment, M n, det er ved dette punkt at motoren anses for at køre ved sin nominelle drift. En asynkronmotors drejningsmoment, M, kan tilnærmelsesvis udtrykkes med spændingen, U, frekvensen, f og strømmen, I. M U I f Dette udtryk kommer fra når drejningsmomentet udtrykkes med kraften, F, ganget med radius for motorens sving hjul, r. M =F r Sammen med udtrykket for motorens udførte arbejde, W, det udtrykkes ved kraften ganget med distancen motoren trækker en given belastning, d, W =F d Distancen som motoren trækker en given belastning, kan beregnes ved at gange antal omgange motoraksen drejer, n, med længden på en omdrejning. d =n 2 π r Arbejdet som motoren udføre kan også beskrives som motorens aktive effekt, P, gange med tid, t. W =P t Disse udtryk kan lægges sammen til et udtryk der beskriver motorens moment ud fra den aktive effekt og motoraksens omdrejning, ved at satte tiden til et minut eller 60 sekunder. 11

12 M =F r = W P t P 9,55 r = r= d n 2 π r n Ved dette udtryk skal den aktive effekt indsættes i watt, men da det er mere almindeligt at tale om en motors aktive effekt i kilowatt, skal konstanten 9,55 ændres til 9550 for at imødekomme dette. Fra dette indsættes formlen for den aktive effekt og formlen for motorens omdrejninger. P= 3 U I cos ( φ ) n= f 60 p M= 3 U I cos ( φ ) 9550 f 60 p Her kan alle konstanterne samles til en samlet konstant, k. M= k U I f 12

13 3.1.2 Tab og virkningsgrad I motoren vil noget af den elektriske effekt gå tabt, under transformationen til mekanisk effekt. Nogle af de steder hvor der er et tab i en AC motor kan ses ud fra ækvivalent diagrammet i Figur 3-3. I ækvivalent diagrammet kan der ses at der vil være et tab i statorens viklinger henholdsvis dens resistive del, R 1, og dens reaktive del, X1. Dette samme er gældende for rotoren her kaldes den resistive del, R 2, og den reaktive del, X2. Til sammen kaldes tabet i statoren og rotoren for motorens kobber tab. Det sidste sted hvor der er tab som kan ses ud fra ækvivalent diagrammet er det der kaldes for jern tabet, den ene del består af den resistive modstand der er i jernet der skal magnetiseres og af magnetiseres, RFe. Den anden del af jern tabet kaldes hysterese tabet, X h, det er den effekt der går tabt når jernet i motoren skal magnetiseres og af magnetiseres, som ved 50 Hz sker 100 gange per sekund. Figur 3-3 Ækvivalent diagram for en AC motor Effektiviteten i en motor udregnes ved at dividere den optagede effekt, P 1, med den afgivende effekt, P. η= P1 P2 For en asynkron motor afhænger effektiviteten motorens størrelse, pol par og energi mærkning. Ifølge Europa kommittenten skal disse motorer fra 1/1 2017, som minimum have en effektivitet på 75 % for de mindste til 95 % for de største

14 3.2 Synkron motor Synkron motoren er ikke lige så udbredt som den asynkrone motor, fordelen ved den synkrone motor er, at dens rotor følger det roterende felt der bliver genereret i statoren, og ikke har noget slip som en asynkron motor har. Det gør den synkrone motor til foretrukket valg, af vekselstrømsmotorerne, til opgaver hvor præcision er væsentlig. En synkron motor er opbygget på samme måde som en asynkron motor, med en stator og en rotor. Statoren i den synkrone motor er lavet på samme måde som statoren i en asynkron maskine, så det der adskiller de to motor fra hinanden er rotoren. En synkron motors rotor er opbygget af magnetiske poler, de kan enten være permanente eller elektromagneter, der vil altid være to eller flere polpar i en synkron motor 7. Et problem med synkron motorer er at de ikke kan start selv, dette skyldes at når motoren starter op så kan rotoren ikke følge med statorens drejningsfelt, så før rotoren kommer i ordentlig bevægelse har drejningsfeltet roteret en omgang, og vil derfor ligge bag rotoren der så vil blive sat tilbage. Der er forskellige metoder det kan afhjælpes på, der kan bruges en frekvensomformer, ved hjælp af denne kan frekvensen sænkes når motoren skal starte, det gør at rotoren får mulighed for at komme op i omdrejninger. En anden mulighed er at bruge en start motor der får motoren op i omdrejninger til den selv kan tag over. 7 Værd at vide om frekvensomformer 14

15 3.2.1 Moment Efter start af motoren vil den rotere synkront med det roterende felt, hvis belastningen øges vil hastigheden forblive den samme. For at kunne opretholde hastigheden øges afstanden der er mellem rotorpolerne og det roterende felt. Dette gør at moment kurven der kan ses på Figur 3-4 vil være en lodret steg over motorens hastighed, da hastigheden forbliver den sammen, men momentet vil ændre sig efter belastningen. Belastningen må selvfølgelig ikke overstige hvad motoren er mærket til at kunne klare, hvis dette skulle ske vil rotoren ikke kunne følge med statorens roterende felt, hvilket resultere i at motoren vil stoppe. Figur 3-4 Moment kurve for synkron motor Da motoren vil holde en konstant hastighed, så længe belastningen ikke overstiger mærke værdien, er denne type motor fordelagtig at bruge, når der er flere motorer der skal arbejde sammen i paralle drift, når der er flere uafhængige motorer der skal drives synkront. 15

16 3.3 Valg af motor Videre frem i rapporten vil der blive brugt en asynkron motor, dette er valgt fordi at der senere i rapporten ikke skal bruges nogen større motor, da på grund af den høje start pris på synkron motorer i forhold til asynkron motor, er det at foretrække en asynkron motor til høje hastigheder eller hvis motoren ikke har behov for at være større end 35kW 8. 8 Principles of electric machines and power electronics,

17 4 Styringer Da det roterende felt er forbundet med motorens hastighed, n, betyder det at motorens hastighed, ifølge værd at viden om frekvensomformer, er afhængig af slippet, s, frekvensen, f, og antallet af polpar, p. n= ( 1 s ) f p Det vil derfor være muligt at ændre hastigheden på motoren ved at ændre på en af disse tre komponenter, i Figur 4-5 er der opsat et diagram over de forskellige muligheder der er. Figur 4-5 Styrings muligheder 17

18 4.1 Frekvensstyring En måde at styre en vekselstrømsmotors hastighed er ved at regulere på frekvensen på motorens forsyning. Ved at gøre dette vil motorens hastighed kunne styres tabsfrit, det er nødvendigt at regulere på forsyningsspændingen for at kunne opretholde motorens moment. Dette skyldes at motorens moment, M, er tilnærmelsesvis lig forholdet mellem forsynings spænding, U, og frekvensen, f, ganget med strømmen, I. M U I f Dette udtryk kommer fra når drejningsmomentet udtrykkes med kraften, F, ganget med radius for motorens sving hjul, r, der kan ses i kapitel hvor udtrykket kommer fra. Ved at fastholde det samme forhold mellem spænding og frekvensen, vil det være muligt at styre motoren uden tab af moment. I Figur 4-6 bliver det vist hvordan hastigheden falder i takt med spændings/frekvens forholdet. Figur 4-6 Momentkurve for frekvensstyring Der er dog to tilfælde som kan skabe problemer for motorer med frekvens styring. Det ene er ved opstart af motoren, da nogle frekvensomformer er forsynet med intern regulering, det gør at, ved opstart ser frekvensomformeren motoren som stille stående, og vil derfor regulere frekvensen op stille og roligt, dette leder over til det andet problem der er ved lave frekvenser. 18

19 Det andet problem er ved lave frekvenser, dette vil medføre at den reaktive modstand, X 1 i statorens spole vil falde, da den udregnes ud fra frekvensen og spolens værdi målt i henry, L. X 1 =2 π f L Ved at køre med en lav frekvens vil forsyningsspændingen, U 1, også falde for at holde spændings/frekvens forholdet, dette vil resultere i af spændings faldet der er over statoren, Us, vil være tæt på forsyningsspændingen, og dette vil medføre at induktionsspændingen, Uq, ikke vil være høj nok til at skabe den magnetisering der er kravet til at få rotoren til at rotere, dette er vist i ækvivalent diagrammet i Figur 4-7. Figur 4-7 Visser spændingsfaldet over statoren 19

20 4.2 Slip styring Der er to metoder til at styre en motors hastighed ved hjælp af slip styring, den ene metode er ved at ændre forsyningsspændingen til statoren, den anden metode er at gå ind og ændre i rotoren Ændring af forsyningsspændingen Ved at ændre på størrelsen af forsyningsspændingen, uden at ændre på frekvensen, kan hastigheden på en asynkronmotor styres. Dette kan lade sig gøre, fordi når spændingen til motoren falder, så vil moment også falde i anden potens dette er illustreret på grafen i Figur 4-8 A. Figur 4-8 Momentkurve ved ændring af forsyningsspænding, og ændring i slippet Dette med føre dog et problem, da med motorens faldende moment, vil slippet stige fordi det nominelle punkt vil falde, ses på grafen i Figur 4-8 B. Og da motoren kun køre stabilt i området mellem klippunktet og motorens synkrone omløbstal, vil dette medføre at, ved for lav forsyningsspænding vil motoren blive ustabil. Det ville kunne afhjælpes ved at bruge en kontaktringsmotor hvor der kan indsættes en modstand ind på rotorviklingerne. 20

21 4.2.2 Rotorstyring Ved at bruge en kontaktringsmotor kan der indsættes en modstand til rotoren, dette gør at der vil være et større effekttab, som medfører en forvrængning af motorens moment kurve. Ved at se på grafen i Figur 4-9, kan der ses at momentet i klippunktet, Nk, og ved nominel den hastighed, Nn, forbliver ens, mens slippet stiger. Det gør at hastigheden på motoren vil kunne styres ved at styre effekttabet i rotoren. Figur 4-9 Momentkurve for kontaktringsmotor der styres ved indsættelse af modstand i rotoren 21

22 4.3 Pol styring Da motorens hastighed er bestemt af antallet af polpar motoren har, kan det antages at, ved at ændre på antallet af dem ville hastigheden på motoren kunne ændres. På grafen i Figur 4-10 kan det ses momentet holdes fast i både klippunktet og ved nominel drift, ved to forskellige polpar. Dette kan lade sig gøre på to måder, den ene er ved at bruge en motor med dahlander viklinger, og det andet er ved at have to forskellige viklinger, dette er noget motoren skal være konstrueret med fra begyndelsen af. Hastighedsændringen sker ved at der bliver koblet mellem statorviklinger med forskellig antal polpar. Dette vil gøre at hvis der for eksempel bliver koblet med viklinger med et lavt polpar til viklinger med et højere antal polpar vil hastigheden falde, dette ville kunne være at skifte fra viklinger med 2 polpar til 3 polpar, her vil hastigheden falde fra 1500 o/min til 1000 o/min. Figur 4-10 Momentkurve for ændring af poler antallet 22

23 4.4 Valg af styring Ud af de nævnte styringer vil der vælges at blive arbejdet med frekvens styring ved indsættelse af en frekvensomformer. Frekvensstyring er valgt over de andre af forskellige grunde, styring af polpar blev valgt fra, fordi at denne ved høje hastigheder ikke tilbyder nogen fin styring af hastigheden. Slipstyring med forsyningsspænding vælges fra på grund af det lave moment motoren vil have ved lave hastigheder. Og slipstyring med indsætning af modstand i rotoren ved hjælp af en kontaktring vælges fra på grund af det øgede tab der vil være i rotoren. 23

24 5 Frekvensomformer Ved frekvensstyring af motorens hastighed skal der bruges en frekvens om former. Den regulerer udgangs frekvensen ved først at lave indgangsspændingen om til en ensrettet spænding, dette gøres ved at lade den tre faset løbe igennem en diodebro. Næste led i en frekvens er mellemkredsløbet, den udjævner den ensrettet spænding til en DC spænding, denne kan også varier spændingen før det sidste led, som er vekselretteren. I vekselretteren omdannes jævnspændingen til en veksel spænding med den frekvens som er ønsket til styring af motoren. 24

25 5.1 Ensretter Her bliver indgangsspændingen ensrettet, dette sker ved hjælp af diode bro som kan ses på Figur 5-11, hvis ensretteren er opbygget af dioder kaldes det en ustyrede ensretter, her vil bidraget der sendes videre til frekvensomformeren blive ensrettet af net spænding. Hvis ikke ensretteren ikke er opbygget af dioder, men i stedet for er opbygget af tyristorer vil spændingen der kommer fra ensretteren kunne styres ved at justere på hvornår tyristorerne skal have lov til at lede. Figur faset ensretter 25

26 5.1.1 Ustyrede ensretter Dioderne i den ustyrede ensretter gør at strømmen kun kan flyde en retning hvilket vil resultere i at der vil komme en pulserende jævnspænding spænding. Opbygningen af den trefaset diodebro gør at det kun er spidsværdien der bliver overført. Dette betyder at når der er spids belastning på en fase vil det være den tilsvarende diode der leder, det foregår ved både den positive side så vel som den negative side. Ved kun at se på spidsepunkterne i et trefaset system, vil den positive spænding kunne kaldes U A, og den negative spænding UB, dette er illustreret i Figur Den pulserende jævnspænding frekvensomformeren vil blive forsynet med vil være U B trukket fra UA. Dette vil give en spænding på 1,35 ganget forsyningsspændingen 9, med en frekvens på det doblet af forsyningsspændingens frekvens. Figur 5-12Ensrettet spænding efter ustyrede ensretter 9 Værd af vide om frekvensomformer 26

27 5.1.2 Styrede ensretter Ved at bruge tyristorer i stedet for dioder kan den styrede ensretter regulere den pulserende jævnspænding spændingen der kommer fra ensretteren, dette kan ske ved at kontrollere hvornår tyristorerne leder. På Figur 5-13 kan der ses et eksempel på, hvordan kurven på den pulserende jævnespænding vil se ud, hvis tyristorende tænding er forsinket, med 30, denne vikle kaldes tidsforsinkelse, α, og bliver vist i grader. Når forsinkelse ligger mellem 0 til 90, vil tyristorer broen blive set på som en ensretter, hvis tidsforsinkelsen overstiger 90 vil broen fungere som en vekselretter. Figur 5-13 Ensrettet spænding efter styrede ensretter Ved at regulere på tidsforsinkelsen på tyristorende, vil der reguleres på middelværdien på den pulserende jævnespænding der kommer fra ensretteren. Denne middelværdi har en værdi på 1,35 ganget forsyningsspændingen ganget cosinus α 10. Den styrede ensretter kan, ved hjælp af tyristorende, sende den generatoriske effekt tilbage ud i forsyningsnettet. Problemet med den styrede ensretter er at der den har et større tab i forhold til den ustyrede ensretter11, dette er fordi at hver gang der bliver kommuteret, vil der være et effektspike der resulterer i et tab, og på grund af dette vil der være et større tab da tyristorerne kobler mere end dioderne. 10 Værd af vide om frekvensomformer 11 Værd af vide om frekvensomformer 27

28 5.2 Mellemkredsløb Mellemkredsløbet har til opgave at udglatte den pulserende jævnespænding der kommer fra ensretteren til vekselretteren. Der er tre måder hvordan mellemkredsløbet er bygget op, valget mellem disse typer afhænger af og påvirker hvilken type ensretter og vekselretter der skal valgt Strømstyret frekvensomformer Denne version af et mellemkredsløb består af en stor spole der udglatter den pulserende jævnspænding fra ensretteren, se Figur Da spolen ligger i serie i kredsløbet vil strømmen i der er igennem den være den strømstyrke der kommer fra frekvensomformeren, strømmen over spolen bliver styret af hvor stor spænding der kommer fra ensretteren. Dette mellemkredsløb bliver derfor kun brugt sammen med en styrede ensretter, og denne sammensætning har fordelen med at kunne føre generatorisk effekt tilbage og ud på forsyningsnettet. Figur 5-14 Mellemkreds til en strømstyret frekvensomformer 28

29 5.2.2 Spændingsstyret frekvensomformer I mellemkredsløbet for en spændingsstyret frekvensomformer, er der en spole der sidder i serie og parallelt er der en kondensator, set på Figur Her udglatter spolen og kondensatoren den pulserende jævnspænding fra ensretteren, U Z1, til en ren jævnspænding, UZ2, der ligger over kondensatoren, dette er den sammen spænding der vil ligge over vekselretteren. Dette kredsløb kan bruges både til en styret og ustyret ensretter, ved en styret ensretter vil UZ2 have en variable amplitude styret af ensretteren, og ved en ustyret ensretter vil amplituden på UZ2 være konstant. Figur 5-15Mellemkreds til en spændingsstyret frekvensomformer 29

30 5.2.3 Mellemkredsløb med variabel jævnspænding Det tredje mellemkredsløb er meget lig mellemkredsløbet til en spændingsstyret frekvensomformer, her er der som ekstra sat en chopper op og en overløbs diode, som kan ses på Figur Dette kredsløb kan selv styre spændingen der ligger over kondensatoren, og derfor bruges dette mellem kredsløb kun til ustyret ensrettere. Figur 5-16 Mellemkredsløb med styret jævnspænding af en chopper Den variable spænding der ligger over kondensatoren, U V, bliver styret ved at chopperen skifter mellem sluttet, ton, og brudt, toff. Dette gør at hvis chopperen er sluttet størstedelen af et tid forløb vil spændingen over kondensatoren være højere end hvis chopper var brudt størstedelen af tidsforløbet, UV kan der ved udtrykkes ved at gange indgangsspændingen på mellemkredsen, U, med ton over ton lagt sammen med toff. UV= U t on t on +t off Da spændingen over en spole ikke kan ændres momentant, da der vil ved kobling af chopperen blive induceret en uendelig høj spænding over spolen, sidder der en friløbs diode der beskytter chopperen. Fordelen med denne type mellemkreds er, at hvis nødvendigt kan ensretteren og vekselretteren afskilles ved hjælp af chopperen. 30

31 5.3 Vekselretter Vekselretteren er det sidste led i frekvensomformeren, her bliver den ensretteret spændingen der kommer fra mellemkredsløbet lavet om til en vekselspænding, dette sker ved hjælp af en tyristor bro, i princippet den samme som i en styret ensretter, denne gang bruges den til at sætte en frekvens på jævnespændingen. Der er to forskellige typer af vekselretterer, den ene hører til frekvensomformere der er strøm styret, og den anden er til frekvensomformere der er styret af spænding. Valget mellem dem, afhænger af hvilken type af ensretterer og mellemkredsløb der ønskes af at bruge. Hvis der kommer en variabel strøm eller spænding til vekselretteren, er det eneste der skal gøre, at sætte den rette frekvens på, så motoren, der sidder efter frekvensomformeren, får den frekvens, som er nødvendigt til den ønskede hastighed Vekselretter til strømstyring Dette er den første vekselretter, den sidder kun i en strømstyret frekvensomformer, hvilket vil sige at den sidder efter mellemkredsløbet der består af en spole. Denne vekselretter har ud over tyristorrede også kondensatorer siddende mellem hver fase leder, de er der for at holde på energien der er nødvendigt for at tyristorrede kan bryde. Disse gør det hermed muligt at få strømmen forskudt med 120 på faseviklingerne. Det resultere dog i at motorstrømmen næsten er kvadratisk, men spændingen vil stadig være sinus formet. For at beskytte kondensatorende fra motorens belastningsstrøm bliver der sat dioder ind før udgangene på frekvensomformeren. Figur 5-17 Vekselretter til strømstyret frekvensomformer 31

32 5.3.2 Vekselretter til spændingsstyret frekvensomformere Den anden type vekselretter, der hører til frekvensomformer hvor det er en spænding der bliver arbejdet med, kan deles op i to undergrupper. Den første hedder PAM, som står for Puls-Amplitude-Modulation, den bruges i frekvensomformere der kommer med en variabel spænding fra mellemkredsen, enten ved at have den styret ensretter eller ustyret ensretter hvor spændingen bliver styret i mellemkredsen. Den anden hedder PWM, som står for Pulse-Bredde-Modulation (Pulse-WidthModulation), og bruges ved en ustyret ensretter og en mellemkreds der kun udglatter spændingen fra ensretteren. Her kobles mellemkredsens fra og til, ved at koble fra og til bliver pulsbredden ændret, og dette føre til at spændingen bliver variabel. 32

33 5.4 Opsummering af frekvensomformer Ved at lave en opsamling af alle ensretterne, mellemkredsløbene og vekselretterne, bliver der opstilles et diagram over de tre typer af frekvensomformere i Figur Her er der tydelig gjort hvilket kombinationer der er for frekvensomformere. Den første er den strømstyret omformer forkortet til CSI, denne består af den styret ensretter, 1, det mellemkredsløb der medfører en strømstyring, 3, og vekselretteren der hører her til, 6. Den anden type er en PAM omformer, hvor det er spændings amplitude der bliver reguleret, denne består enten af en styret ensretter, et mellemkredsløb til udglatning, 4, og en vekselretter der passer spændingsstyret omformer, 7. Den anden mulighed for opbygningen af en PAM omformer er ved at bruge en ustyret ensretter, 2, et mellemkredsløb hvor spændings amplitude bliver styret af en chopper, 5 og med samme vekselretter som før. Den tredje type er hvor det er pulsbredden der bliver styret, en PWM omformer, den består af den ustyret ensretter, en mellemkreds til udglatning af spændingen og en vekselretter til spændingsstyring med en chopper monteret for at styre bredden på spændingen Figur 5-18 Kombinations muligheder for frekvensomformere 33

34 6 Motor og frekvensomformer Det moment som en motor vil yde, ved styring af en frekvensomformer, kan udtrykkes som M Φ I R Hvor M er motorens moment, Φ er nyttefluxen og I R er rotorstrømmen. For at kunne opnå et optimeret moment fra motoren, er det væsentligt at holde nyttefluxen konstant, det vil sige at forholdet mellem spændingen of frekvensen stabilt Φ U f Det vil betyde at ved en nominel spænding på 400V og en nominel frekvens på 50Hz, skal konstanten holdes på 8. Dette betyder så at, ved en reduktion af frekvensen ved frekvensomformeren skal spændingen også reduceres, men den skal reduceres proportionalt i forhold til frekvensen 12. Figur 6-19 Motorens effekt efter hvor hurtigt den køre13 Da spændingen reduceres ved styring af en frekvensomformer vil effekten, P, også falde. Hvis der var ønsket at hæve frekvensen til over det nominelle punkt, for at få motorens til at omdrejninger, n, til at stige, ville spændingen ikke stige over sin nominelle værdi, da dette ikke er muligt for en frekvensomformer. At spændingen ikke vil stige over sin nominelle værdi vil resultere i, at effekten stiger i takt med omdrejningerne indtil 100 %, og derefter ligge på samme niveau, dette er illustreret på Figur Vær at vide om frekvensomformer 13 Vær at vide om frekvensomformer 34

35 35

36 Ved at hæve frekvensen over sin nominelle værdi, hvor spændingen ikke følger med, vil forholdet mellem spændingen og frekvensen flade, hvilket vil resultere i at magnetfældet bliver svagere, som vil gøre at momentet vil falde med hvad der svar til 1 n Figur 6-20Motorens moment efter hvor hurtigt den køre14 Dette vil give udtryk i, at moment kurven for motoren vil falde til det halve ved en fordoblet udgangs frekvens fra frekvensomformeren, som er vidst i Figur Vær at vide om frekvensomformer 36

37 7 SinaSave software Sinasave er et program udviklet af Siemens, til udregning af tilbage betalingstider og energibesparelse. Dette kan blandt andet være ved udskiftning af styre formen fra døvle til frekvensstyring. 7.1 Tilbagebetalingstid Den ene af sinasaves funktioner, som vil blive brugt i denne rapport, er funktionen til at sætte to motorer op mod hinanden, for at kunne finde ud af hvor lang tid der vil tag, før den energi der bliver sparet vil opveje forskellen i kosten mellem to motorer. Dette vil ske fordi, motoren med en høj effektivitets klasse, så som en IE3, vil koste mere end motorer med lavere effektivitets klasse, som en IE2. Figur 7-21 Eksempel af 2 motorer sat op over for hinanden. Til eksemplet i Figur 7-21 er de to motorer valgt til at have ens opsætning, med eneste forskel at den ene motor har effektivitets klasse IE3, og den anden har klasse IE2. Ud fra oplysningerne finder sinasave de motorer der passer til de indtastede oplysninger ud af Siemens motorer, og indtaster navn og pris. For at kunne udregne hvor mange omkostninger der er, og hvor meget der kan spares, skal der også indtastes eventuelle rabatter på motorerne, og hvor meget prisen på el forventes at være. 37

38 Figur 7-22 Besparelses eksempel af to motorer sat op over for hinanden Ud fra motorerne der er valgt konstruere sinasave en graf, vist på Figur 7-22, udover grafen bliver det også fortalt i tal hvor meget der vil kunne spares på energi om året, og hvor lang tid at motoren skal køre, før den vil være vil være billigere end den anden motor. Det er normalt at det vil være motoren med IE3 mærkningen der vil efter noget tid være billigere end en motor med eksempelvis en IE2 mærkning. Figur 7-23 Tabel med samlet data over de to motorer Der bliver også opstillet en tabel hvor de to motorer kan ses over for hinanden, vist i Figur 7-23, her bliver blandt andet prisen for motorerne vist og prisen for energien brugt per år. Det skal do bemærkes at tilbagebetalingstiden er regnet ud fra at motoren køre ved 100 % belastning, hvis dette ikke er tilfældet skal den anden funktion af sinasave bruges. 38

39 7.2 Energibesparelse Denne funktion i sinasave bruges til at se på hvad der kan spares, ved at ændre styringsformen fra eksempelvis døvle-styring til frekvensstyring. Figur 7-24 Eksempel i sinasave for energi forbrug Da der vil blive arbejdet med ventilations anlæg i denne rapport, vil der videre kun blive set på ventilator. Sinasave har brug for oplysninger for hvor meget luft ventilatoren skal flytte, det data der er indsat i Figur 7-24 er hvad sinasave selv indsætter som standart, hvilket kan ændres. Der bliver også bedt om at give få oplysninger om motoren som hvad dens effektivt er, hvilken måde den vil blive styret på og hvor meget den er belastet over et døgn. 39

40 Figur 7-25 Energi kurve, tilbagebetalingstid og besparelse per år Ud fra hvad der er indtastet i sinasave bliver der dannet to kurver, som er vist i Figur 7-25, kurvene viser hvor meget effekt der bliver forsynet med, denne bliver kaldt power rating. På grafen er døvle styringen den røde kurve, og den blå kurve symbolisere styring med frekvensomformer. Der bliver også oplyst hvor meget der vil blive sparet om året og hvilken tilbagebetalingstid der vil være. Der skal også være opmærksomhed på at kurven er lavet ud fra sammenligning mellem to styre former for en motor. Figur 7-26 Kost for frekvensomformer og årlig kost for de to styre systemer Som vist i Figur 7-26, bliver der oplyst hvad frekvensomformeren vil koste, samt hvad det vil koste om året at have anlægget kørende, både med det nye system, og hvad det koster hvis der ikke bliver gjort noget, vist som kost af mekanisk styring om året, Energy costs of mechanicalcontrol per year. 40

41 8 Påvisning af programmets udregninger I dette kapitel vil der blive set på hvordan Sinasave udregner besparelser på motorer og hvordan den laver sine energi kurver for forskellige styringer. 8.1 Tilbagebetalingstid Her sammenlignes to motorer med hinanden, der bliver set på størrelsen af motoren, kw, over mange timer den er aktiv om året, tid, dens virkningsgrad, ɳ, prisen per kwh, /kwh og hvad prisen for motoren er, start pris. Ved at sætte dette ind i en formel, vil der kunne laves en graf for hvor meget en motor vil koste over tid, samlet pris. Samlet pris= kw tid /kwh+start pris ɳ Ved at sætte to af disse grafer ind i samme koordinatsystem vil de hvis, hvor lang tid den ene motor skal køre før den samlet set, vil bliver billigere end den anden. Dette sker selvfølgelig kun hvis den motor der har den bedste virkningsgrad, også er den motor der er dyrest til at starte med, ellers vil den bare forblive billigere, hvis begge motorer køre lige lang tid. I bilaget i kapitel 14.1 er de to motorer, der bliver brugt til eksemplet i kapitel 7.1, blevet indsat i et Excel ark med ovenstående formel, og derfra kommer grafen i Figur 8-27, det kan være svært at se dem skære hinanden, da de er meget lig hinanden, og kun adskiller sig lidt på start prisen og deres virkningsgrad. Figur 8-27 Graf for to motorer, fra bilag

42 8.2 Energibesparelse Her skal der sammenlignes to forskellige styreformer, ved at få dem begge illustreret med kurver i et koordinatsystem. De input der er relevante her er motorens virkningsgrad, ɳ m, ventilatorens virkningsgrad, ɳ v og den effekt motoren har brug for, for at køre 100 %, power rating. Disse værdier er ens for begge styringsformer, så der skal også bruges en virkningsgrad for frekvensomformeren og døvle styringen, spjældet. Deres virknings grad vil afhænge af hvor mange procent der er nødvendige. I bilag 14.3 er der lavet nogle kurver, disse er lavet ud fra kurver for motor, frekvensomformer og spjæld der er vist i bilag Kurven for spjæld er lavet af kurven for spjæld ved f-hul, da denne ligger imellem de andre. Da der også er en kurve for motorens virkningsgrad, der afhænger af hvor hurtigt den køre, ville denne blive brugt til styring med frekvensomformer, fordi her vil motorens hastighed blive reguleret. Det bliver antaget, medmindre det er skjult i programmet, at Sinasave ikke tag højde for dette og kun arbejder med en fast virkningsgrad for motoren. Virkningsgraden for ventilatoren vil blive holdt fast på 90 %, da dette også er brugt i eksemplet for sinasave, se Figur I bilag 14.4 bliver hvilken effekt der bliver optaget, for at motoren kan yde hvad der bliver bedt om. Da motorens hastighed kun bliver styret med frekvensomformeren, vil den ved døvle styring altid optag sin fulde effekt på 6,7 kw, det samme som i sinasaves eksempel, se Figur Der imod vil der blive optaget mindre effekt med frekvensomformeren, da der her bliver styret på motoren, til gengæld bliver der optaget mere effekt hvis motoren skal køre næsten 100 %. Dette er fordi at der vil være komponenter i frekvensomformeren der vil optag noget effekt før motoren. Figur 8-28Optaget effekt ved frekvens og døvle-styring, fra Figur Denne kurve kan sammenlignes med kurven der kommer ud fra sinasave, Figur 7-25, da denne også ser på hvor meget effekt der bliver optaget ved forskellig procents belastning. For at lave kurven for optaget effekt skal der kun bruges motorens effekt ved fuld belastning, og kurven for frekvensomformerens virkningsgrad. Resten af værdierne bruges til at kunne vurdere de to systemer mod hinanden. For at udregne den samlede virkningsgrad for hvert system, tages grafen for hver del, frekvensomformer, motor, ventilator og spjæld, og gangs sammen for hvert punkt, for frekvensstyring undlades spjældet, og for døvle styring undlades frekvensomformeren. Den samlede virkningsgrad kan derefter plottes ind i et koordinatsystem, som kan ses i Figur 8-29, her kan ses at for de fleste positioner vil frekvensstyringen have den bedste virkningsgrad, men ved fuld belast er virkningsgraden for døvle styringen bedre, dette er fordi, at ved fuld belastning vil der stadig være et tab i frekvensomformeren, mens der ikke vil være noget i spjældet. 42

43 Figur 8-29 Kurve for virkningsgraden for frekvens og døvle styring, ventet fra bilag

44 9 Case I et kontor miljø er der et centralt ventilationsanlæg med en døvle styret asynkron motor. Der er kravet om at der minimum skal flyttes kubikmeter luft i timen, for at sikker at sikker et godt indeklima, skal en eventuel ny motor kunne yde nok til, at ventilationsanlægget kan frembringe minimum 20 mbar forskel. Motoren i ventilationsanlægget er: IE1 mærket 3 faset 2 polet / p=1 pol par P=11 kw Effektivitet=87,6 % Der ønskes en løsning som vil kunne sænke ventilatorens strømforbrug med en tilbagebetalings rate på max 3 år. I gennemsnit køre ventilationsanlægget 24 timer i døgnet, og da dens effektivitet er bestemt ud fra hvor hurtigt den køre, vil det ender op med at give talende i Tabel 2: Tabel 2 For ventilatoren i det eksisterende anlæg 44

45 10Sammenligner Her vil der blive set på udskiftning af en motor til en nyere model, og hvordan det vil have effekt på en tilbage betalingsperiode, der vil også blive set på hvordan frekvensomformere påvirker motorers energi kurver, i forhold til anden styring. For at gøre dette vil der blive taget udgangs punkt i en case vedrørende et ventilationsanlæg der er døvle styret, som er beskrevet i kapitel 9. Der vil blive undersøgt mulig besparelse ved hjælp af Sinasave, som er beskrevet i kapitel 7. Til undersøgelsen af en mulig løsning til casen, bliver der set på muligheden for indsættelse af en motor der har en størrelse som kan udføre arbejdet, som den eksisterende motor yder. De indtastede værdier i Sinasave samt relevante resultater kan ses i bilag 14.6 til 14.9, og ud fra de bilag vil der blive lavet sammenligninger for at finde en bedre mulighed for motoren og styringen af ventilationsanlægget. Der vil også blive drevet generelle betragtninger for motorer med frekvensomformere kontra motor der vil have anden styring, i dette tilfælde døvle styring. 45

46 10.1Motor udskiftning Ved udskiftning af en motor til en med bedre IE mærkning, vil det være muligt at motoren vil have tjent sig selv ind efter en periode. Ved at bruge sinasave til sammenligning af forskellige modeller, vil der kunne fås en graf hvor de to vil kunne ses i forhold til hinanden. Som svar på casen i kapitel 9, en mindre model der burde kunne yde hvad der kraves i casen, den motor har en størrelse 7,5 kw og dens graf kan ses i bilag Denne motor har IE3 som mærkning og vil derfor have en bedre effektivitet. Figur Graf for 7,5 kw motor mod eksisterende motor 46

47 10.2Frekvens i forhold til døvle styring Ved sinasaves sammenligning af de to styre former i forhold til hinanden, kan der ud fra kurverne, bilag 14.6 og 14.9, uddrages at der ved laver rotationer vil være en større besparelse. Ved at se på et eksempel, her Figur taget fra bilag 14.1, vil der kunne udledes at arealet mellem de to kurver vil være hvad der vil kunne spares hvis styringen blev udskiftet til frekvensstyring fra den oprindelige døvle styring. Da figuren er taget fra eksemplet hvor der blev beholdt den oprindelige motor, vil der kunne være en tilbagebetalings tid på 4 måneder, fordi der vil blive sparet næsten 4700 om året. Figur Graf for energi forbrug for frekvensomformer og døvle styring Der kan dog også udledes ud fra kurven at hvis der var tale om en motor, der skulle køre på fuld belastning, ville der ikke være nogen fordele i at skifte den eksisterende styring til en frekvensomformer. Til gengæld ville der være en fordel, i det tilfælde at der i perioder ville være et ønske om at omdrejningerne på motoren skulle stige, udover den nominelle hastighed, og der ikke ville være brug for det fulde moment fra motoren, da dette ville kunne være muligt med en frekvensomformer i forhold til døvle styring, som er blevet forklaret i kapitel 3. Hvis kurven for en frekvensomformer fra sinasave, skulle sammenlignes med teorien fra kapitel 3, kan det ses at kurven fra Figur 6-19 på side 34, at sinasaves kurve er tilnærmelsesvis eksponentiel, hvorimod at kurven fra teorien er linear op til nominel last. Dette er fordi at kurven fra kapitel 3 fortæller om den ideale frekvensomformeren, i forhold til frekvensomformer som er valgt i sinasave der er en virkelig enhed, som der er lavet test på, så dens værdier er kendte alt efter hvilket frekvens niveau den er på. 47

48 10.3 Løsning på casen For at kunne svar på casen der er givet i kapitel 9, er der set på 2 muligheder, begge med erstatning af døvle styring til frekvens styring, den ene er hvor den eksisterende motor bliver bibeholdt og den anden er en mindre motor med en størrelse på 7,5kW med IE3 mærkning. For at kunne sammenligne de to nye systemer med det eksisterende system, samles de relevante værdierne fra bilag 14.6 til 14.9 i bilag Her indsættes værdierne i et Excel ark for at kunne danne en graf for hvert system, dette kan ses på Figur som er hentet fra bilag 14.10, graferne er vist med hvad hvert system vil koste i euro per år. Euro Figur Graf for tilbagebetalingstiden for hvert system Ud fra graferne kan det ses at inden for et enkelt år, vil begge systemer ha tjent sig selv ind i forhold til det eksisterende system, hvilket betyder at de to systemer begge overholder kravet om at kunne blive tilbage betalt inden for 3 år som er kravet i casen. Ved at se på de to systemer er det som forventet, at det system der vil tage kortest tid om at tjene sig selv hjem, vil være systemet med den eksisterende motor, hvor det kun er styringen der skal udskiftes fra døvle til frekvens styring, da her er den mindste start udgift. Dog kan det ses på graferne at det også er det system, som har den største hældning, ud over det oprindelige system. Dette betyder, at hvis der kun blev set på fortjeneste om året, ville det være det system, der vil være mindst at foretrække. Per år 48

49 11 Konklusion Ud fra den case, der er blevet arbejdet med, kan det konkluderes at der kan være gode penge at spare ved at udskifte styringsformen på en motor fra døvle styring til at blive styret af en frekvensomformer, da dette vil kunne blive betalt hjem på få måneder. Det vil være relevant for nyere motorer med høj energi mærkning, men hvis motoren er ældre og derved har en lav effektivitet, ville det også kunne betale at udskifte denne, når styringen bliver udskiftet, for at kunne få en højere besparelse per år. Hvis der ses på casen, så vil den løsning der kan spare mest per år, og samtidig opfylde kravene der blev stillet, være en ny motor styret af en frekvensomformer, dette kan ses ud fra grafen i Figur på side 48, fordi det er den kurve med den mindste hældning, hvilket vil sige at det er den motor som vil kunne spare mest om året af de nye to muligheder. Løsningen der er kommet med til ventilationsanlægget, hvor der udskiftes motor og styring, kan også være relevant andre steder hvor der sidder motor. Det ville også kunne betale sig at udskifte styringen for motorer der ikke yder 100 % til frekvensstyring. Det kan ses, ved at sammenligne den udskiftede styring, i casen, at tiden det vil tag for at betale en frekvensomformer tilbage, vil være under et år alt efter hvor meget den bliver belastet. Dette er relevant fordi, ved hastigheder tæt på nominel hastighed vil beløbet der er sparet være mindre end lavere hastigheder. 49

50 12 Perspektivering Hvis der skulle ses på en anden måde at lave denne rapport på, hvilket også ville være virkelighedstro, kunne man i sammen arbejde med et firma, der havde brug for udskiftning af motorer, tag ud til dem og lave målinger til at få de datjaer der ville være brug for. Og derefter komme med et tilbud til dem, på hvad det vil koste at udskifte en til flere motorer samt styringer der til, og der til også et bud på hvad tilbagebetalingstiden ville være på hele anlægget. I stedet for at bruge fabrikeret data, som der er blevet brugt i denne rapport. Rapporten vil så skulle se fuldstendigt bort fra teorier, da den rapport ville skulle ses som et reelt tilbud til et firma, og ikke skulle vise forståelse for hvordan frekvensomformer eller motorer virker. Der kunne videre, efter at tilbuddet var givet og implementeret, laves målinger på det nye anlæg for at se om der ville være måder hvorpå energi niveauet kunne sænkes endnu mere. For eksempel kunne der undersøges om det ville være muligt at sætte farten ned fra hvad den havde været før. Eller om de forskellige hastighedsniveauer der blev brugt, kunne samles til en middel værdi, så i stedet for at have niveauer der lå i kanterne af hastighedsfeltet, %, ville der blive kørt mere i mellem %, da dette ville kunne give en større besparelse. 50

51 13Litteraturliste Commission Regulation (EC) No 640/2009 implementing Directive 2005/32/EC o uri=oj:l:2009:191:0026:0034:en:pdf 18/ Siemens hjemmeside o Vær at vide om frekvensomformer o %20at%20vide%20om%20fc.pdf18/ Principles of electric machines and power electronics o P.C. Sen, 2nd ed., ISBN

52 14Bilag 52

53 14.1Påvist tilbagebetaling Figur Samlet pris for IE3 motoren der bruges til eksempel til sinasave Figur 14-34Samlet pris for IE2 motoren der bruges til eksempel til sinasave Figur Graf for de to motorer over for hinanden 53

54 14.2Energikurver for frekvensomformer, motor og spjæld Figur Virkningsgrad for frekvensomformer ved 100 % (A) og 25 % (B) belastning15 Figur Virkningsgrad for en 2-polet motor ved 100 % (A) og 25 % (B) belastning Værd at vide om frekvensomformer 16 Værd at vide om frekvensomformer 54

55 Figur Virkningsgrad for ventilator og spjæld saadan/ventilation_energieffektivisering.pdf 55

56 14.3Egne kurver for frekvensomformer, motor og spjæld Figur Graf for en frekvensomformers virknings Figur 14-40Graf for en motors virknings Figur 14-41Graf for et spjæld virknings 56

57 14.4Optaget effekt for frekvens og døvle styring Figur Optaget effekt ved frekvens og døvle-styring 57

58 14.5Samlet virkningsgrad for frekvens og døvle styring Figur Samlet virkningsgrad for frekvens og døvle styring Figur Kurve for virkningsgraden for frekvens og døvle styring 58

59 14.6Sinasaves udregning for frekvensomformer med eksisterende motor Figur Indstilling ventilatoren for at se på frekvensomformeren ved den eksisterende motor Figur Graf for energi forbrug for frekvensomformer og døvle styring Figur Kost for en 11kW frekvensomformer 59

60 60

61 14.7Sinasave udregninger til løsningen med en IE3 7,5kW motor Figur Indstilling for 7,5kW motor 61

62 14.8 Graf og resultater med en 7,5kW motor i sinasave Figur Graf for 7,5 kw motor mod eksisterende motor Figur Sammenligning mellem en IE3 7,5 kw motor og den eksisterende motor 62