Jesteś gotowy na Ecodesign? Kryteria doboru napędu elektrycznego

Dyrektywa Ecodesign promuje poprawę efektywności energetycznej dla wielu urządzeń, w tym także napędów elektrycznych. W 2011 r. 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, czyli dyrektywa ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących „ekoprojektowania” dla produktów związanych z energią. Zastąpiła ona Dyrektywę EuP (Energy Using 
Products).

Standardy klasyfikacji

Na podstawie dyrektywy powstał szereg rozporządzeń, w tym znane rozporządzenie określające wymagania dotyczące minimalnych standardów efektywności (ang. 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 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 r. rozszerzono zakres dodatkową zmianą 4/2014.

Klasyfikacja silników oraz przetwornic częstotliwości

Jak pokazano w tabeli, wymogi odnośnie silników są jasno określone i obowiązują praktycznie od pięciu lat. Z początkiem zeszłego 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 
EN 60034-30-1 określa dla silników klasy efektywności IE1–IE4. W rozporządzeniu UE obecnie występują tylko klasy IE1– IE3. Wymagania dotyczące minimalnej sprawności i wydajności odnoszą się do większości silników spełniających m.in. poniższe kryteria:

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

Nowością jest, że dyrektywa Ecodesign promuje poprawę efektywności energetycznej w odniesieniu nie tylko do silników elektrycznych, ale także do przetwornic częstotliwości. Podobnie do klasyfikacji IE dla silników, norma EN 50598-2 wprowadza również klasy IE dla przemienników częstotliwości.

Klasy IE dla przetwornic dotyczą:

• zakresu mocy od 0,12–1000 kW,
• napięcia znamionowego 100–1000 V,
• systemów jednoosiowych AC/AC.

Straty obliczane są przy 90 % częstotliwości i 100 % momencie obciążenia. Pomiarom podlegają standardowe urządzenia, nie przewiduje się specjalnych trybów testowych, a pomiar dotyczy także wbudowanych elementów, takich jak filtry RFI, sterowniki czy opcje. Co ważne, straty dla urządzeń dodatkowych niewbudowanych, takich jak: zewnętrzne filtry RFI, opcje etc., nie są uwzględniane w klasyfikacji IE. Muszą być natomiast 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 r. 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 % momencie obrotowym. Określona jest również długość kabla pomiędzy przetwornicą częstotliwości i silnikiem. 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 rys. 1 zoobrazowano w czytelny sposób wynikającą z norm i dyrektywy klasyfikację efektywności energetycznej dla silników, przetwornic częstotliwości oraz układów silnik – przetwornica częstotliwości.

Klasy przetwornic VLT

Przetwornice częstotliwości Danfoss VLT spełniają najsurowsze wymagania obecnej normy. Oznacza to, że przetwornice częstotliwości VLT są klasyfikowane jako IE2 – czyli mają 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. Napęd 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 i wymogach jak najwyższej efektywności energetycznej, przetwornice częstotliwości VLT firmy Danfoss zapewniają, że oparte na nich rozwiązanie w aspektach sprawności i energooszczędności zawsze stanowi ścisłą czołówkę.

VLT ecoSmart

Pytanie, gdzie można sprawdzić dane odnośnie strat przy częściowym obciążeniu i jak określić klasę sprawności?

Firma Danfoss przygotowała w tym celu program VLT ecoSmart. Jest to narzędzie do obliczania sprawności i klasy sprawności układu silnik – przetwornica częstotliwości. Pogram jest dostępny on-line. Narzędzie VLT ecoSmart pozwala sprawdzić standardowe dane odnośnie strat przy obciążeniu częściowym dla przetwornic częstotliwości Danfoss. Wystarczy wprowadzić dane z tabliczki znamionowej. 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 klasy IE oraz danych dla częściowego obciążenia dla przetwornic częstotliwości,
• obliczenia klasy IES dla układu silnika asynchronicznego i przetwornicy częstotliwości,
• stworzenia raportu w postaci pliku PDF z podaniem danych o stratach obciążenia częściowego i klasach efektywności IE lub IES,
• eksportu punktów danych obcią­żenia częściowego do innego systemu.

Podsumowanie

Dyrektywa Ecodesign wpływa pozytywnie na zużycie energii. Jej podstawowym celem jest zwiększenie sprawności energetycznej produktów w całej Unii Europejskiej. Efekty tego powinny być odczuwalne natychmiast po rozpoczęciu używania produktów zgodnych z dyrektywą. 

DANFOSS POLAND Sp. z o.o.

ul. Chrzanowska 5
05-825 Grodzisk Mazowiecki
tel. 22 755 06 68
fax 22 755 07 01
e-mail: info@danfoss.pl
www.danfoss.pl 
www.danfoss.com/ecodesign/

źródło: Automatyka 1/2 2016