Methoden voor rendementsmeting van elektromotoren

Voor het meten van rendement hebben diverse contingenten een eigen norm/voorschrift voor het meten van rendement bij elektromotoren.

De IEC heeft een internationaal toepasbare testnorm IEC 60034-2-1 voor elektomotoren en een classificatieschema IEC 60034-30-1 met vier niveaus van motorrendement ( “IE-code”) ontwikkeld:

  • IE1 Standard efficiency,
  • IE2 High efficiency,
  • IE3 Premium efficiency
  • IE4 Super premium efficiency.

De IE-code en de levels efficiëntie creëren van een basiswoordenschat voor overheden om de efficiëntie niveau van hun minimumnormen inzake energieprestaties (MEPS) te bepalen.

  • De Europese Unie stelt motor MEPS niveaus (Richtlijn 640/2009) aan IE3 vanaf 1-1- 2017 van 0,75 kW tot 375kW (of IE2 in combinatie met een frequentieregelaar).
  • Amerika was het eerste land in de wereld om MEPS voor motoren in te stellen. In 1997 (Energy Policy Act) de minimaal vereiste niveau werd vastgesteld op het equivalent van IE2. In 2007 (Security Act Energy Independence en) parlementsleden werden verhoogd tot het equivalent van de IE3 niveau (NEMA Premium). NEMA Premium en IE3 worden gecoördineerd als rendementen, de Verenigde Staten erkent momenteel in zijn wettelijke vereisten van de nationale testnorm IEEE 112B en de Canadese testnorm CSA390, maar nog niet de IEC-test IEC 60034-2-1 (de verschillen zijn minimaal).
  • Australië en Nieuw-Zeeland set MEPS niveaus IE2 in 2000 (AS / NZS 1.359,5-2.000), van kracht sinds 2001 op basis van de IEC-test IEC 61972 uit 2002 (een voorloper van IEC 60034-2-1).
  • China besloot in 2002 (GB 18693) voor kleine en middelgrote driefasige asynchrone motoren om te beginnen met motor MEPS. De standaard is bijgewerkt sinds in 2006 en 2012 te harmoniseren met IEC-normen en de MEPS niveau stap voor stap te verplaatsen van IE1 tot IE2 en IE3.
  • Japan besloten om de nationale JIS harmoniseren met IEC efficiency klassen en van elektromotoren in de IE2 en IE3 niveau in zijn Toprunner programma in 2014 op te nemen.
  • India heeft een vergelijkende efficiëntie label sinds 2009 en een vrijwillige norm op IE2 niveau sinds 2012.

Veel landen gebruiken hun eigen nationale testen en normen, terwijl op hetzelfde moment ook verwijzen naar de internationale testnorm IEC 60034-2-1.

Renedemtsmetingen wereldwijd

Wereldwijd wordt meer dan 70% van het vermogen door elektromotoren verbruikt. Het ondertekenen van het KYOTO-verdrag, heeft ertoe geleid dat er kritisch naar het rendement is gekeken en is de basis gelegd om elektromotoren in te delen naar rendementsklasse (EFF3, EFF2 en EFF1). Met heeft de basis van vrijwilligheid losgelaten en omgezet is stapsgewijze verlichte invoering van hoog rendementsmotoren en direct de indeling daarvan gewijzigd in IE1,IE2, en IE3. Zie hiervoor ook deze link.

Simultaan aan deze invoering, moest ook de meet methodiek geharmoniseerd worden. In bovenstaande tabel is af te leiden dat veel normen gehanteerd werden die op detail verschillen.

MEPS wereldwijd:

meps_worldwide

Een hoge mate van internationale harmonisatie was noodzakelijk voor een wereldwijd verhandeld product, in het besef tegelijkertijd dat de leden van het MEPS (Minimal Efficiency Performance Standards). De handelsbelemmeringen worden verminderd door de transparante nomenclatuur en definities van de IE-code (MEPS niveaus IE1, IE2 en IE3).

Motor fabrikanten produceren en leveren elektromotoren in vele landen. Zoals test normen voor rendementsniveau verschillen van land tot land, fabrikanten begonnen met de “Global Motor Labeling Programme” onder de IECEE.

Het doel van het programma is om een erkende test methode (IEC 60034-2-1), één certificeringsproces en één label voor elektromotoren voor alle deelnemende landen. Eenmaal gecertificeerd voor een bepaald niveau van energie-efficiëntie in het ene land, dat zou worden opgenomen in een andere (deelnemende) land.

Zo zou elke motor een “internationaal paspoort hebben”. Dit zou ook de internationale samenwerking tussen verschillende landen over de handhaving van de regelgeving ook mogelijk te maken.

VERLIEZEN IN EEN ELEKTROMOTOR

RendementsformuleVerliezen elektromotorWaaruit bestaan de verliezen van elektromotor:

[VFe] IJzerverliezen: Stator/rotorpaket/behuizing
[VCu1] Koperverliezen in stator wikkeling
[VCu2] Rotorverliezen
[Vr] Wrijvingsverliezen. Koelwaaier en lagering.
[PLL] Verliezen (Additional Load Losses)

Totale verliezen V=VFe+VCu1+VCu2+Vr+PLL

Hoe wordt motor rendement gemeten:

Het rendement van een motor wordt gedefinieerd als de verhouding van de output (mechanische) vermogen aan ingang (elektrische) stroom. Het kan worden gemeten en direct of indirect bepaald.
Directe meting omvat het meten van het ingangsvermogen op basis van de spanning en stroom geleverd, en het uitgangsvermogen op basis van het toerental en koppel.
Indirecte meting omvat het meten van het ingangsvermogen en het berekenen van het uitgangsvermogen op basis van de verliezen in de motor.
Motor verliezen kunnen worden opgesplitst in vijf belangrijke gebieden:
– Koper verliezen
– IJzer verliezen
– Rotorverliezen
– Wrijving en ventilator verliezen
– Extra belasting verliezen (PLL)

Hiervan kunnen de eerste vier typen verlies bepaald uit ingangsvermogen, spanning, stroom, toerental en koppel.

Extra belasting verliezen (PLL) zijn veel moeilijker te bepalen,
IEC / EN 60034-2-1 geeft daarom verschillende methoden voor het bepalen van PLL die een lage, gemiddelde of hoge mate van onzekerheid inhouden.
IEC60034-30 bepaalt echter dat voor motoren in efficiency klassen IE2 en IE3 alleen lage onzekerheid methoden aanvaardbaar zijn. Aan deze eis wordt voldaan door de bepaling van de PLL van de resterende verliezen gemeten.

Motor verliezen bij deellast

Verliezen bij deellast

Onderlinge verschillen in rendement bij oude normen

Onderlinge verschil van rendement bij oude normen

Hoe verhouden de oude rendementen tussen IEC 60034-2: 1996 en IEC 60034-2-1: 2007

De onderstaande tabel toont voorbeelden van hoe verschillen zijn van rendementen onder de oude en nieuwe normen voor drie verschillende motorvermogens. De nominale stroom gestempeld op de motor typeplaatje zal iets hoger zijn om te voldoen aan de nieuwe efficiency testnorm.

Verschillen rendement

Hoe heeft de IEC/EN 60034-2-1: 2007 de rendement test norm meting verandert?

Verschillen indirecte methode

De indirecte methode is gebaseerd door meten van de PLL  zoals in Verenigde Staten en Canada, waar het onder de IEEE 112-B (2004) en CSA 390-98 vereist (Herhaald dat 2005) normen. Het is waarschijnlijk veel meer op grote schaal worden gebruikt onder de IEC60034-2-1: 2007 norm.

PLL bepaald op basis van de input vermogen van de motor (0,5%) werd op grote schaal gebruikt door fabrikanten onder IEC 60034-2: 1996. Echter, de regels met betrekking tot de raming van PLL in de indirecte meting zijn veel strenger in het kader van de nieuwe standaard en de nieuwe waarden worden nu gezien  en de werkelijk gemeten verliezen. De nieuwe standaard introduceert ook nieuwe indirecte meet methode opties:
– PLL bepaald op basis van metingen.
– PLL geschat op 2,5% – 0,5% van het opgenomen vermogen bij nominale belasting.
– Eh ster: PLL verliezen berekend door wiskundige middelen.

Hoe kan de motor gebruikers bepalen welke methode toegepast is?

Fabrikanten kunnen zelf bepalen, welke van de meet methoden zij toepassen. In de documentatie wordt aangegeven met welke methode het rendement bepaald is.
Houdt u er rekening mee dat de rendementswaarden die door verschillende motorfabrikanten opgegeven worden , alléén vergelijkbaar zijn indien zij dezelfde meet methode toegepast hebben.

Tevens, zeer oude motoren, kunnen niet vergeleken worden met bovengenoemde huidige meet methoden, zoals boven omschreven.

Zie ook:
Efficiency Testing of Electric Induction Motors
VEM PowerPoint Energieeffizienz Hannover Messe

 


SERMES Nederland Aandrijftechniek
TEL  0342-436895 (nieuw)
www.sermes-elektromotoren.nl
motor-holland@sermes.fr