Integral-Motorn varvtalsreglerat drivsystem för industrin

Transkript

1 Integral-Motorn varvtalsreglerat drivsystem för industrin system erhållas inom stora varvtalsområden. Omriktarbaserade drivsystem för en pump eller en fläkt kan anpassas till varje last utan onödiga energiförluster. Vid installationen av sådana drifter krävs emellertid specialkunskaper och erfarenhet. I dag kan omriktaren direkt byggas ihop med motorn och redan förinställas optimalt från fabriken. En ny lättinstallerad energisparande motordrift för industriella applikationer som pumpar och fläktar presenteras av ABB Motors. Driften är baserad på en frekvensomvandlare som är mekaniskt integrerad i en standard-växelströmsmotor inom effektområdet,7 7, kw. Den nya så kallade Integral-Motorn är avsedd för industrin, till exempel i pump- eller fläktdrifter. Den kännetecknas av enkel installation och idrifttagning. D en nyligen på PCIM 9 (Power Conversion and Intelligent Motion, Nürnberg, Utveckling av Integral-Motorn juni 99) presenterade Integral-Motorn Industriella drivsystem utgörs i hög omfattning är avsedd för maskiner med kvadratisk av elektriska motorer. Utan tve- lastkurva, som fläktar och centrifugalpumpar som arbetar med varvtal från noll till maxvarv. Också maskiner med konstant momentbehov som skruvkompressorer, skruvpumpar och transportörer kommer i fråga för varvtal från minimum till maxvarv. Eftersom asynkronmotorn med hjälp av omriktaren kan arbeta med översynkrona varvtal, kan motorer med effekter upp till 7, kw och ett varvtal upp till kan är induktionsmotorn dagens arbetshäst i industrin. Den är billig att tillverka, pålitlig i drift och kräver ett minimum av service. Emellertid finns begränsningar om den matas från eller Hz. Varvtalet kan inte regleras och är maximalt 3 eller 3 min. Kraven på andra passande varvtal löses normalt med växlar eller remdrifter. Styrning av en motordriven apparats effekt sker vanligtvis genom min erbjudas. Förlusterna vid strypning med ventiler eller ledskenor 3. övervarvtalen är små, och eftersom motorns lager klarar de högre varvtalen utan minskad livslängd, är den nya motorn en effektiv och lättinstallerad drivenhet. ABBs Integral-Motor består av en fyrapolig standardmotor sammanbyggd med Detta arrangemang är slöseri med energi och orsakar buller. Alternativa drivsystem är baserade på frekvensomriktare som matar en induktionsmotor med hjälp av varierbara frekvenser. På detta sätt kan rationella driven miniaturiserad omriktare 2. Standardmotorn är av den nya typen M 2. Omriktaren är placerad på den icke drivande sidan av motorn och fäst med bultar. Arrangemanget förlänger motorn med ca % men påverkar inte höjden. Vikten ökar jämfört Michael Henze ABB Motors AB med en vanlig motor med ca %. Integral-Motorns mekaniska uppbyggnad Omriktardelen är utformad för att passa till motorns utseende och har samma kapslingsklass IP som motorn själv. Utformningen på den icke drivande sidan av motorn valdes slutligen som en av många möjligheter, därför att värmen från motorn särskilt vid stillestånd efter hög belastning stiger uppåt. Vid anordning på motorns ovansida skulle således frekvensomriktaren påverkas negativt. Omriktarhuset inrymmer förutom omriktaren också ett EMC-filter, en nödvändighet då enheten ska klara de nya EUdirektiven som gäller från januari 99. Enkel installation fördel för maskinbyggaren Den mekaniska installationen är lika enkel som för en standardmotor, men erbjuder också varvtalsreglering. Alla parametrar som styr samspelet mellan omriktaren och motorn är inställda vid fabriken, vilket betyder att drivsystemet är optimerat redan från början. Alla skyddsfunktioner är också inbyggda från fabriken. Installationen blir extremt enkel, då den inte kräver kontrollrum för omriktarna, deras ventilation och skärmad kabel mellan omriktare och motor. Drivmotorer för pumpar, fläktar och kompressorer kan enkelt bytas mot Integral-Motorer, som ansluts till befintlig matningsspänning. Dessutom kan befintliga styrkablar, till exempel de som används för styrning av ABB Tidning /99

2 en strypventil till en pump, nu användas för styrning av motorvarvtal och därigenom pumpkapaciteten. Enkel idrifttagning med få förinställningar Endast ett fåtal applikationsparametrar behöver ställas in, antingen redan från fabriken eller av kunden: Varvtalsområdet ( 3 min eller som option min vid Hz) och varvtalsgränsvärden Acceleration och retardation Rotationsriktning I de fall dessa parametrar senare skulle behöva ändras, kan det utföras på plats med hjälp av en manuell styrpanel. Endast en sådan panel behövs för att ställa om vilken Integral-Motor som helst. Att anpassa ett antal Integral-Motorer till samma nya uppgift kan göras på någon minut genom att ställa in nya applikationsparametrar och föra över dem i varje Integral-Motor. Varvtalet kan styras på två sätt: genom analoga signaler från en potentiometer, dator eller annan referensgivare genom digitala signaler som startar och stoppar motorn, väljer rotationsriktning och kopplar in förinställda varvtal Integral-Motor från ABB med utgångseffekt kw vid 3 varv/min för provdrift Minskad lagerhållning Industrin har i dag många olika växelströmsmotorer i lager för att säkerställa produktion och service, bl a motorer med samma axelhöjd men med olika poltal för att säkerställa drift vid olika varvtal som 7,, och 3 min. En enda typ av Integral-Motor kan ersätta dem alla, bara den anpassas till den specifika applikationen. Dessutom kan varvtal upp till min nås och därmed ersätta växelströmsmotorer med uppväxling. Det betyder att lagerhållningen av motorer i framtiden kan förenklas. Minimerad omriktarmodul (,37 3, kw) för ABBs serietillverkade Integral-Motorer 2 Nya möjligheter för pumpoch fläkttillverkare Hittills har det alltid varit nödvändigt att konstruera det drivna objektet så att det passar till en konstantvartalsmotor, men från och med nu kan pump-, fläktoch kompressortillverkare få tillgång till stora varvtalsområden och på det sättet optimera sin konstruktion. Detta kan leda till att maskintillverkarna har ett minskat behov av varianter, eftersom anpassningen kan ske genom Integral- Motorer. ABB Tidning /99

3 2 3 % P Q % 7 % P a b Q % Konventionell strypreglering (ovan) jämfört med varvtalsreglering med Integral-Motor (nedan) 3 a Kopplingsschema Startanordning 2 Asynkronmotor med konstant varvtal (3 min resp 3 min ) 3 Överföring Pump Ventil Reglering 7 Integral-Motor för ställbart varvtal ( min ) b Relativ motoreffekt P som funktion av relativt flödesmängd Q Röd Avgiven motoreffekt Grön Pumpeffekt Gul Förluster En ny motor med nya förutsättningar Några väsentliga skillnader mellan Integral-Motorn och en standardmotor: Motorn har förlängt inbyggnadsmått, vilket normalt är problemfritt i de flesta applikationer. Elektroniken i motorn är konstruerad för höga temperaturer och vibrationer. Integral-Motorn innebär visserligen ett högre anskaffningsvärde än en vanlig standardmotor, men erbjuder ytterligare funktioner och betalar sig snabbt under drifttiden. Dessutom är en felaktig motor- eller omriktardel snabbt utbytbar och lätt att reparera. Fältprov med olika belastningsfall Under mars 99 placerades 3 provmotorer i drift hos maskintillverkare och slutkunder. I dessa enheter var dock omriktaren av konventionell typ. Under nio till tolv månader kördes kompletta prov. I tabell redovisas de olika kategorierna av kunder och deras tillämpningar. Proven genomfördes i skiftande omgivningar för att få utslag på enheternas pålitlighet: motorer var placerade inomhus 2 motorer var i drift utomhus 8 motorer spolades med vatten och ånga under högt tryck minst en gång i veckan återstående anläggningar var placerade i smutsig, dammig, fuktig eller korrosiv miljö ABB Tidning /99

4 Tabell : Kundkategorier och arbetsuppgifter för Integral-Motorer vid kontinuerlig provdrift Applikation Slutanvändare Maskintillverkare Totalt OEM Fläktar Pumpar Transportörer Annalt Totalt 29 3 Styrpanel för manuell inställning av tillämpningsparametrar ABBs Integral-Motor för provdrift med integrerad konventionell frekvensomriktare. Denna omfattar redan samtliga styr- och effektkomponenter (gul resp grön). Kondensatorer Kylprofil 2 Integrerad effektmodul Placering 3 Kretskort Fördelar med Integral-Motorn jämförd med konventionella drivsystem Ett kompakt varvtalsreglerat drivsystem, optimerat från fabrik Enkel installation anslut matningsspänning och motorn är körklar därigenom låga monteringskostnader Lätt att anpassa till nya arbetsuppgifter genom ändring av några få tillämpningsparametrar Energisnål tack vare hög verkningsgrad och avsaknad av växel, vilket betyder kort pay-off tid Anpassningsbar till många applikationer, där den kan ersätta motorer av alla polslag så väl som tvåhastighetsmotorer Pålitlig tack vare robust standardmotor och en väl beprövad omriktare 2 3 Integral-Motorn är CE-certifierad och uppfyller därmed kraven för lågspänningsapparater, maskiner och elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) inom industrin ABB Tidning /99 7

5 S P R U T M Å L N I N G S R O B O T A R och enkel installation. Energibesparingarna genom maximalt effektiv drift betalar snart av investeringen för varje Integral- Motor. Priset på en omriktare har konstant sänkts sedan introduktionen under början av 7-talet. I dag är det ungefär fyra gånger den motor de är anslutna till. Beroende på snabb utveckling av kraftelektroniken kan förutses att priset på omriktare fortsätter att sjunka och når sin slutliga nivå vid dubbla motorpriset om ca K G fem år. På samma gång minskar omriktarnas storlek kontinuerligt på grund av ökande effektivitet. Det medför att omriktare kommer att kunna integreras i större motorer än i dag och att dimensionerna på Integral-Motorn mer och mer antar formen av en standard-växelströmsmotor. Utveckling över tiden av totalkostnader K och inbyggnadsmått G för frekvensomriktare Blå Frekvensomriktare Röd Asynkronmotor Arbetsförhållandena varierade enligt följande: Några få anläggningar arbetade med fasta varvtal. De flesta anläggningar arbetade i sluten reglering för att upprätthålla flöde, tryck eller nivå hos en vätska resp flöde eller tryck hos en luftström. Några få arbetade i start/stopp-drift med acceleration och retardation inom delar av sekunder. Drifttiderna för enheterna var 3 timmar i genomsnitt, 2 år totalt, med start/stopp-manövrar för en enhet. Erfarenheter vunna ur proven var bland annat att anläggningarna fungerade väl och i enlighet med ställda krav, utom i några få fall: ett motorhaveri på grund av felaktig applikation och felaktigt satta parametrar ett haveri beroende på en trasig kondensator i mellanledet ett haveri av kraftelektroniken i en omriktare I fältproven ingick att alla deltagare frågades ut i avsikt att hitta svagheter i konstruktionen, i installationsvänligheten eller i möjligheten att styra Integral-Motorn. Informationen som kom fram på detta sätt liksom erfarenheterna från de sönderkörda enheterna bildade sedan bas för serieproduktionen och valet av omriktare 2 som klarar miljön i och kring motorn. Framtida utveckling Integral-Motorn lägger en ny dimension till den framtida driftteknologin för maskiner som traditionellt körts med konstantvarvtal. Applikationer som pumpar och fläktar drar framför allt nytta av denna teknik tack vare reducerad komplexitet Författarens adress Michael Henze ABB Motors AB S-72 7 Västerås Fax: + () ABB Tidning /99