Jak optymalnie przeprowadzić procedurę wyboru napędu energooszczędnego (zadania, koncepcja napędu, zagospodarowania energii podczas hamowania itp.) i czy warto korzystać z programów oferowanych w tym celu przez dostawców?

Około 2/3 energii elektrycznej zużywanej przez światowy przemysł konsumowane jest przez silniki elektryczne. Na całkowity koszt eksploatacji silnika i zestawu elektromaszynowego składają się trzy podstawowe czynniki: koszt zakupu, koszt energii elektrycznej zużytej przez silnik w okresie jego eksploatacji oraz nakłady na czynności konserwacyjno-serwisowe silnika (dwie ostatnie stanowią ponad 95% całkowitych kosztów). Zużycie energii elektrycznej, wprost uzależnione jest od sprawności silnika oraz stanu maszyny przez niego napędzanej.

Przeprowadzenie porównawczego rachunku ekonomicznego dla silników o różnej sprawności nie jest rzeczą skomplikowaną i pozwala realnie określić zyski płynące z doboru odpowiedniego silnika oraz kosztów utrzymania w dobrej kondycji technicznej.

Dodatkowym aspektem jest kwestia doboru odpowiednich układów sterowania silnika (falowniki, softstarty) które zapewniają odpowiedniej jakości zasilanie silnika ale także zabezpieczają napęd w czasie rozruchów (kontrolując temperaturę uzwojeń w przypadku przeciążeń rozruchowych) oraz zapewniają mechanizmy zwrotu odpowiedniej jakości energii do sieci w przypadku dużej zmienności obciążeń maszyn. Obecnie większość producentów silników dostarcza narzędzia do doboru odpowiednich układów rozruchowych oraz falowników pozwalając jednocześnie na wstępną konfigurację zestawu.

Użytkownicy powinni zwrócić uwagę na możliwości regulacji prędkości obrotowej w dużym zakresie, łatwej konfiguracji parametrów oraz szybkiej i odpowiedniej reakcji napędu na zmianę momentu obciążenia.

Jakie znaczenie w trosce o energooszczędność ma diagnostyka silnika i monitorowanie jego pracy?

Sama analiza poziomów sprawności silników nie daje pełnego obrazu, nie uświadamia bowiem jak pojedyncze procenty sprawności (pogarszane przez wewnętrzne i niezdiagnozowane uszkodzenia silnika i maszyny, przekładają się na straty bądź oszczędność energii elektrycznej zużywanej przez silnik, którego okres eksploatacji liczony jest w dziesiątkach tysięcy roboczogodzin. Brak tej wiedzy powoduje, że parametr sprawności często nie jest rozpatrywany z należną mu uwagą na etapie eksploatacji silnika.

Ogromne znaczenie dla parametrów silnika ma naprawa elektryczna (przezwajanie uszkodzonego silnika). Każdorazowa wymiana uzwojeń skutkuje zmniejszeniem sprawności, a jeśli nie zostanie ona przeprowadzona z należyta starannością, strata ta może sięgać nawet 3-10% lub więcej. Dodatkowo naprawy silników mogą skutkować zmianami nie tylko strat, ale w ogóle parametrów silnika (straty, moc wyjściowa).

Dwie główne przyczyny awarii silników: awarie łożysk oraz uszkodzenia izolacji uzwojeń podłoże swoje mają w nadmiernej temperaturze pracy. Silniki o wyższej sprawności, dzięki mniejszym stratom energii w postaci energii cieplnej, mają na tym polu przewagę nad silnikami o niższej sprawności: niższa temperatura pracy silnika oznacza lepsze warunki pracy łożysk i izolacji uzwojeń, zatem dłuższą ich żywotność.

Optymalizacja warunków pracy pozwala na redukcję częstotliwości przeglądów okresowych, czyli planowanych przestojów, zatem kosztów serwisu i utrzymania przy jednoczesnym zwiększeniu dostępności jednostki napędowej.

Jakie znaczenie w optymalizacji napędów ma: budowa silnika (stojan, wirnik, łożyska itp.), parametry falownika, softstarty, jakość zasilania (jakość energii elektrycznej) itp. i na który z tych elementów powinni zwrócić szczególną uwagę użytkownicy?

Jakość silnika, w tym również wysokość sprawności zależy przede wszystkim od materiałów i konstrukcji elementów silnika. W nowoczesnych silnikach coraz częściej stosowane są wirniki o bardzo dobrej przewodności elektrycznej, np. wykonane z miedzi w tym specjalne konstrukcje odlewane ciśnieniowo. Zastosowanie miedzi zamiast aluminium zapewnia z jednej strony mniejsze straty ale także większą odporność na przeciążenia termicznego oraz lepszą wytrzymałość mechaniczną (np. obciążenia powstające od impulsowego oddziaływania prądów rozruchowych). Podobnie w konstrukcji stojana, zastosowanie lepszych materiałów i zmniejszenie szczeliny powietrznej z jednoczesnym zastosowaniem dedykowanych wysokiej jakości łożysk obniża znacząco straty energii.

Istotny w zakresie zarówno niezawodności jak i sprawności jest dobór układów zasilania i rozruchu. Odpowiedniej jakości falownik z możliwością konfiguracji modelu silnika pozwala na optymalizację zużycia energii oraz zwiększenie niezawodności całego układu (zabezpieczenia wynikające z ograniczeń silnika).