Silniki elektryczne - poradnik

16 czerwca 2011 roku rozpoczął się pierwszy etap wdrażania harmonogramu podwyższania sprawności energetycznej silników elektrycznych. Stanowi to realizację postanowień rozporządzenia Komisji Wspólnot Europejskich nr 640/2009, które jest aktem wykonawczym do dyrektyw: 2005/32/WE zwanej Dyrektywą EuP. Rozporządzenie ustanawia wielkości sprawności nominalnej, które muszą spełniać silniki elektryczne. Celem jest dostosowanie standardów europejskich do norm ogólnoświatowych przyjętych przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) oraz złagodzenie wpływu użytkowania silników elektrycznych na środowisko.

Silniki indukcyjne o mocy < 0,75kW

Małe silniki o mocy mniejszej niż 0,75 kW nie zostały objęte Rozporządzeniem Nr 640/2009 w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla silników elektrycznych. Sprawność małych silników jest znacznie mniejsza od sprawności dużych silników. Producenci małych silników w swojej ofercie mają urządzenia 2-, 4- i 6-biegunowe o napięciu znamionowym 400V i częstotliwości 50Hz.

Ze względu na możliwość stosowania małych silników w gospodarstwach domowych i gospodarstwach rolnych zostały one zaprezentowane na stronie TOPTEN.

Silniki indukcyjne o mocy 0,75kW- 375kW

Dnia 16 czerwca 2011 roku, zgodnie z Rozporządzeniem Nr 640/2009 w sprawie wdrażania Dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady dotyczącej wymogów ekoprojektu dla silników elektrycznych, zakazana została sprzedaż silników standardowych, czyli o tzw. klasie IE1, natomiast wymagane jest dostarczanie wersji o podwyższonej sprawności, a więc typu IE2 lub IE3. Dla producentów silników nowe przepisy oznaczały duże zmiany, jeżeli chodzi o rozwiązania technologiczne stosowane w ich produktach. Silniki o klasie IE1 mogą w dalszym czasie być eksploatowane lub przechowywane na magazynach i być uruchomione w późniejszym terminie. Rozporządzenie dotyczy silników indukcyjnych 2-, 4- i 6-biegunowych o mocy w przedziale od 0,75kW do 375kW i napięciu znamionowym do 1000V. Akt prawny nie dotyczy silników o specjalnym przeznaczeniu do pracy w miejscach zagrożonych wybuchem czy silników wysokotemperaturowych lub wersji z hamulcami.

Rozporządzenie wprowadza te wymogi zgodnie z nową klasyfikacją IE i następującym harmonogramem:

• od dnia 16 czerwca 2011 r. silniki o mocy znamionowej w granicach 0,75-375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE2,
• od dnia 1 stycznia 2015 r. silniki o mocy znamionowej w granicach 7,5-375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE3, lub odpowiadać klasie sprawności IE2 oraz być wyposażone w układ płynnej regulacji prędkości obrotowej,
• od dnia 1 stycznia 2017 r. wszystkie silniki o mocy znamionowej w granicach 0,75-375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE3, lub odpowiadać klasie sprawności IE2 oraz być wyposażone w układ płynnej regulacji prędkości obrotowej.

Obowiązującym obecnie sposobem klasyfikacji sprawności silników jest ten podany w normie IEC 60034-30:2008. Rotating electrical machines - Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding for trction vehicles). Wraz z nią wprowadzono również IEC 60034-2-1:2007, w której zawarto nową procedurę wyznaczania sprawności. Norma IEC 60034-30:2008 nakłada wymóg podawania na tabliczce znamionowej silnika i w dokumentacji zarówno klasy sprawności oraz samej jej wartości. Omawianą normą nie są objęte silniki, które są integralną częścią maszyn i nie mogą być testowane osobno (dotyczy to m.in. pomp, wentylatorów, kompresorów, itp.), a także te, które wymieniono w IEC 60034-25.

W normie IEC 60034-30-1(w Polsce PN- EN 60034-30-1 pt. Maszyny elektryczne wirujące. Część 30-1. Klasy sprawności silników prądu przemiennego bezpośrednio zasilanych z sieci (kod IE) zdefiniowano następujące klasy sprawności:

• IE1 - Standard efficiency (silniki standardowe)
• IE2 - High efficiency (silniki o podwyższonej sprawności)
• IE3 - Premium efficiency (najwyższy poziom sprawności)
• IE4 - Super premium efficiency.

W normie zawarto również klasę IE4 (Super Premium Efficiency), która jest przyszłym planowanym poziomem nad IE3. Nie określono dla niej wymogów ekoprojektu, jeżeli chodzi o sprawności silników.

Poniższa tabela przedstawia minimalne wymagane sprawności dla silników wg oznakowania IE zasilanych napięciem o częstotliwości 50 Hz. Należy podkreślić, że norma ta podaje również wymagania dla silników zasilanych napięciem o częstotliwości 60 Hz, co może być uznane za element ujednolicający światowy rynek silników energooszczędnych.

Tabela 1. Minimalne sprawności dla silników o podwyższonej sprawności wg klasyfikacji IE (IE2 oraz IE3) 50 Hz

Sprawność silnika jest miarą efektywności z jaką energia elektryczna jest przekształcana w energię mechaniczną. Parametr ten wyraża się jako stosunek mocy mechanicznej silnika do mocy elektrycznej pobranej:

Sprawność silnika zależy przede wszystkim od obciążenia, moc znamionowa, i szybkość, Parametr ten zazwyczaj podawany jest dla 100% obciążenia, 75% obciążenia i 50% obciążenia.

Sprawność energetyczną silników elektrycznych można zwiększyć przede wszystkim, ograniczając straty energii, która zamieniana jest na ciepło. W czasie pracy silnika przemiana taka zachodzi zarówno w wirniku i w stojanie, jak i w dodatkowych elementach. Straty ogólnie podzielić można na cztery grupy: straty w uzwojeniu (tzw. straty w miedzi lub inaczej - obciążeniowe), w rdzeniu (tzw. straty w stali), straty mechaniczne (tarcia) oraz straty dodatkowe

Wszystkie silniki elektryczne 2-, 4- i 6-biegunowe, niskiego napięcia o mocy w granicach 0,75kW do 7,5 kW zaprezentowane na stronie TOPTEN należą do grupy silników o podwyższonej sprawności (High efficiency IE3). Szczegółowe parametry techniczne silników elektrycznych zostały zasięgnięte z katalogów producenta dostępnych na stronach internetowych. W katalogach producentów powinny znajdować się informacje z jakiej normy zostały wyliczone i podane sprawności. Przypomnijmy, obecnie obowiązującą normą wyznaczania sprawności jest IEC 60034-2-1:2007.

oprac. FEWE, 09/2020