Energieffektivisering av elmotorer

Elmotorers energieffektivitet

Dagens elmotorer har blivit alltmer energieffektiva eftersom energikostnaden utgör den stora kostnaden under en elmotors livslängd. Bättre materialval i elmotorn inklusive finare plåt och mer koppar i rotor/stator gör den mer energieffektiv.  I industrin står elmotorer för cirka 60-70 procent av den totala elanvändningen. Därmed är det viktigt att elmotorer används på rätt sätt samt att de är energieffektiva. Exempel på användningsområden för elmotorer är som drivlina i pumpar och fläktar. Skillnaden mellan en bra respektive dålig elmotor ur energisynpunkt är stor vilket medför att en liten förbättring av samtliga elmotorers verkningsgrad kan medföra en stor besparing av el totalt sett. Effektiviseringen kan ske via anpassning av en redan befintlig elmotor genom exempelvis verkningsgradsförbättring eller varvtalsreglering. Enklare åtgärder kan även göras genom att motorn stängs av när den inte utnyttjas och att effekten på motorn anpassas till givet ändamål. Ytterligare en aspekt för att minska energianvändningen i ett system är att en redan befintlig elmotor byts ut mot en mer effektiv.

Valet vid inköp av en ny elmotor är inte enkelt. Antalet leverantörer och produkter på marknaden är många och vägledning kan därmed underlätta valet av elmotor betydligt. I ett samarbete mellan branschorganisationen CEMEP och EU har effektivitetsklassningar för lågspända växelströmsmotorer tagits fram för att köparen skall få mer kunskap samt därmed genomföra ett bättre val.

Målet med effektiviseringsarbete i hjälpsystem skall alltid vara att nå en hög systemverkningsgrad. Det är således viktigt att fastställa det eftersökta flödet eller trycket i ett system så att verklig och aktuell driftpunkt ligger till grund för systemets dimensionering. Annars är det risk för att man investerar i en onödigt stor samt dyr pump och motor.
 

Bestämning och förbättring av verkningsgrad av elmotor

Små asynkronmotorer har i regel lägre verkningsgrad än större motorer av samma typ. Ytterligare faktorer som påverkar motorns totala verkningsgrad är åldern och hur underhållet bedrivits samt att gamla och överdimensionerade elmotorer medför en försämrad verkningsgrad på 5 till 10 procent. Utbyte av en sådan motor till en ny kan därmed vara en mycket lönsam åtgärd.

Ett exempel på besparing är när Runcorns Saltverk ersatte en överdimensionerad 337 kW fläkt som kördes med konstant varvtal i en torkmaskin med en korrekt dimensionerad fläkt på 132 kW. Energiförbrukningen minskade med 60 % och återbetalningstiden med ett par månader.
 

Varvtalsreglering

Stora mängder el kan sparas vid kontroll och reglering av varvtal i en elmotor. Pumpar och fläktar är det som i första hand kan vara aktuellt att varvtalsreglera men även andra delar kan regleras.

I stor utsträckning reglerades pumpars och fläktars kapacitet tidigare genom strypning. Strypning medför en direkt effektförlust vilket i sin tur ge upphov till en betydande energiförlust. En bättre metod för reglering av flöden är genom varvtalsreglering. Detta kan för en asynkronmotor genomföras på ett antal olika tillvägagångssätt tvåhastighetsmotorer, spänningsreglering alternativt frekvensomformning.

Genom varvtalsreglering av rökgasfläktar i järnsvampverket vid Höganäs AB har eleffekten minskat med 65 %.
 

Frekvensomformning i asynkronmotorer

En metod för varvtalsreglering i asynkronmotorn är att variera frekvensen hos matningsspänningen. Detta är den mest kostsamma metoden för varvtalsreglering eftersom avancerad utrustning krävs.

Principen för denna typ av reglering är att inkommande nätspänning likriktas i en strömriktare och därefter via en växelriktare åter blir till växelspänning. På detta sätt kan likspänning i det mellanliggande steget förändras med avseende på frekvens och därmed förändras frekvensen på den växelström som matar motorn.

Det finns två olika typer av frekvensomformare:

• PAM (Pulse Ampltude Modulation): pulsampitudmodulerande frekvensomformare, princip som arbetar med variabel likspänning i mellankretsen.
   
• PWM (Pulse Width Modulation): pulsbreddsmodulation, princip som arbetar med konstant likspänning i mellankretsen.
   

Spänningsreglering för asynkronmotorer

En använd metod för varvtalsreglering av asynkronmotorer är att den tillförda matarspänningen varieras. Denna metod grundar sig på att momentet för motorn är proportionellt mot matarspänningen i kvadrat och därmed minskar varvtalet vid en minskad tillförd spänning. Denna typ av varvtalsreglering medför relativt stora förluster och det är därför olämpligt att spänningsreglera motorer med en effekt på över 10 kW.

När denna typ av spänningsreglering utförs utvecklas mest värme i rotorn då motorn går på cirka 2/3 av fulla varvtal. För att denna värme inte skall medföra oönskade skador på motorn krävs någon form av kylning alternativt används en motor med hög rotorresistans.