Szybko znajdź produkt, którego potrzebujesz.
Dla inżynierów instalacji i zespołów zakupowych porównujących silniki IE3 i IE4 bezpośrednia odpowiedź jest prosta. Silnik IE4 znajduje się o jeden poziom pełnej sprawności powyżej silnika IE3 zgodnie z systemem klasyfikacji IEC 60034-30-1, a przewaga w zakresie sprawności jest największa w przypadku mniejszych rozmiarów ram i zmniejsza się stopniowo wraz ze wzrostem mocy silnika. A Silnik o ultrawysokiej wydajności YE4/IE4 jest zazwyczaj silniejszym dopasowaniem, gdy sprzęt pracuje przez wiele godzin dziennie pod stałym obciążeniem, np. wentylatory, dmuchawy, pompy i sprężarki pracujące w trybie ciągłym. A Silnik o wysokiej wydajności YE3/IE3 pozostaje praktyczną i szeroko stosowaną opcją w przypadku maszyn pracujących sporadycznie, pod zmiennym obciążeniem lub na krótsze zmiany.
W poniższych sekcjach omówiono dane dotyczące wydajności leżące u podstaw tego zalecenia, pokazano porównanie zużycia energii IE3 i IE4 w rzeczywistych godzinach pracy oraz wyjaśniono, jak dopasować konfigurację biegunów i rodzaj pracy do danego zastosowania.
Zgodnie z międzynarodową normą klasyfikacji sprawności IEC 60034-30-1, trójfazowe silniki asynchroniczne są pogrupowane w określone klasy sprawności w oparciu o ilość traconej energii elektrycznej w postaci ciepła przy obciążeniu znamionowym. Przejście o jeden stopień w górę oznacza, że silnik przekształca większą część mocy wejściowej w użyteczną moc wyjściową wału przy tej samej mocy znamionowej i prędkości. Ramy są neutralne pod względem technologicznym, więc m.in Silnik elektryczny IE4 a silnik IE3 o tym samym rozmiarze ramy może mieć bardzo podobne wymiary montażowe, pracując przy różnych poziomach strat.
Silniki YE4/IE4 o ultrawysokiej sprawności obejmują zakres mocy od 0,75 kW do 375 kW, w konfiguracjach 2-biegunowych, 4-biegunowych, 6-biegunowych i 8-biegunowych w zakresie od 750 do 3000 obr./min. Stawia to linię YE4/IE4 o jeden stopień wyżej od serii YE3/IE3 o wysokiej wydajności, która obejmuje zakres od 0,75 kW do 315 kW w tych samych konfiguracjach biegunów i odzwierciedla normę sprawności GB18613-2020 poziomu 3, do której powszechnie odwołują się nabywcy przemysłowi. W przypadku obiektu, który już śledzi dane dotyczące wydajności IE3 IE4 na liście sprzętu, konfiguracja biegunów i seria ram zwykle są przenoszone bezpośrednio, co upraszcza planowanie ścieżki modernizacji.
| Klasa efektywności | Oznaczenie IEC | Typowa pozycja rynkowa |
|---|---|---|
| IE1 | Standardowa wydajność | W dużej mierze wycofane w nowych instalacjach przemysłowych |
| IE3 | Najwyższa wydajność | Wspólna linia bazowa dla ogólnych silników przemysłowych |
| IE4 | Najwyższa wydajność | Seria silników o bardzo wysokiej wydajności, seria YE4/IE4 |
| IE5 | Najwyższa wydajność | Poziom wschodzący, ograniczony do wybranych technologii silników |
Referencyjne wartości sprawności przy pełnym obciążeniu opublikowane dla czterobiegunowych silników 50 Hz zgodnie z normą IEC 60034-30-1 dają jasny obraz tego, jak Silnik o wysokiej sprawności IE4 w porównaniu z silnikiem IE3 o tej samej mocy znamionowej. Poniższy wykres przedstawia obok siebie cztery popularne wartości mocy znamionowej w przemyśle.
Rysunek 1. Referencyjna sprawność przy pełnym obciążeniu, czterobiegunowy 50 Hz, porównanie silników IE3 i IE4 o wybranych mocach znamionowych, w oparciu o wartości klas opublikowane w IEC 60034-30-1.
| Moc znamionowa | Wydajność IE3 | Wydajność IE4 | Wzrost wydajności |
|---|---|---|---|
| 7,5 kW | 90,1% | 90,4% | 0,3 pp |
| 22 kW | 92,7% | 93,0% | 0,3 pp |
| 55 kW | 94,3% | 94,6% | 0,3 pp |
| 110 kW | 95,2% | 95,4% | 0,2 pp |
Różnica w wydajności IE3 i IE4 wygląda na niewielką w punktach procentowych, ale przy ciągłym pełnym obciążeniu przez tysiące godzin pracy w roku nawet ułamek punktu procentowego przekłada się na mierzalną różnicę w poborze energii elektrycznej wymaganej dla tej samej mocy mechanicznej.
Moc wejściowa silnika jest równa mocy wyjściowej podzielonej przez sprawność, a różnica między mocą wejściową i wyjściową jest rozpraszana jako strata. Zastosowanie tej zależności do silnika o mocy 55 kW pracującego przy pełnym obciążeniu przez 8000 godzin w roku, co jest typowym cyklem pracy wentylatorów i pomp pracujących w trybie ciągłym, pokazuje, jak zużycie energii IE3 i IE4 różni się w czasie.
Rysunek 2. Przykładowa skumulowana strata energii w ciągu pięciu lat dla silnika o mocy 55 kW przy pełnym obciążeniu, 8000 godzin pracy rocznie, porównanie IE3 i IE4.
W tym przykładzie, w ciągu pięciu lat ciągłej pracy, przerwa między dwiema liniami na rysunku 2 wynosi około 7,2 MWh skumulowanych strat energii, których unika silnik IE4, co ilustruje potencjał oszczędności energii silnika IE4 w zastosowaniach wymagających długiego czasu pracy. Ten przykład ma charakter ilustracyjny, a rzeczywiste wyniki różnią się w zależności od obciążenia, warunków otoczenia i charakterystyki elektrycznej miejsca.
Mniejsze silniki przenoszą proporcjonalnie większe straty na skutek obciążenia błądzącego i tarcia w stosunku do ich mocy znamionowej, co pozostawia więcej miejsca na ulepszenia w przypadku przejścia z IE3 na IE4. Większe silniki z ramą już pracują blisko swojego praktycznego pułapu sprawności w ramach IE3, zatem dodatkowe wzmocnienie w punktach procentowych dostępne przy IE4 staje się mniejsze wraz ze wzrostem mocy znamionowej. Ten wzór jest widoczny w opublikowanych wartościach referencyjnych IEC 60034-30-1 pokazanych poniżej.
Rysunek 3. Wzrost wydajności IE4 w porównaniu z IE3, w punktach procentowych, dla wybranych mniejszych mocy znamionowych.
| Moc znamionowa | Wzrost wydajności, IE3 to IE4 |
|---|---|
| 0,75 kW | 1,8 s |
| 2,2 kW | 0,8 pp |
| 5,5 kW | 0,4 pp |
| 15 kW i więcej | 0,2 pp |
Nie oznacza to, że modernizacja małego silnika zapewnia większe bezwzględne oszczędności energii w silniku IE4 niż modernizacja dużego. Mały silnik z większym przyrostem procentowym nadal zużywa znacznie mniej energii całkowitej niż duży silnik, więc praktyczna zaoszczędzona ilość energii zwykle nadal faworyzuje instalacje o większej mocy i długim czasie pracy, mimo że różnica procentowa jest tam mniejsza.
Tempo, w jakim oszczędności energii w silniku IE4 przekładają się na krótszy okres zwrotu z inwestycji w silnik IE4, zależy od tego, w jaki sposób silnik jest użytkowany na co dzień, a nie tylko od klasy efektywności. Poniższe czynniki mają największy wpływ na to, jak szybko różnica w sprawności pomiędzy silnikami IE3 i IE4 staje się znacząca w praktyce.
Ogólnie rzecz biorąc, w zastosowaniach o dużej rocznej liczbie godzin pracy i stabilnym współczynniku obciążenia zbliżonym do mocy znamionowej silnik elektryczny IE4 akumuluje oszczędności energii najszybciej, podczas gdy w zastosowaniach o krótkim czasie pracy lub bardzo zmiennym obciążeniu wymagany jest dłuższy pas startowy, zanim różnica stanie się znacząca.
Sprawność to tylko jeden wymiar tego, jak porównanie silników IE3 i IE4 sprawdza się w codziennej pracy. Poniższa tabela radarowa przedstawia obok siebie sześć powszechnie omawianych wymiarów wydajności jako ilustrację względną, opierając się na ogólnych cechach konstrukcyjnych związanych z silnikami klasy efektywności premium i super premium zgodnie z normą IEC 60034-30-1, a nie na certyfikowanych danych dla jednej konkretnej jednostki.
Rysunek 4. Przykładowe względne porównanie wymiarów wydajności silników IE3 i IE4.
Silniki YE4/IE4 o ultrawysokiej sprawności są zbudowane wokół obudowy z żeliwa o wysokiej wytrzymałości, połączonej z systemem chłodzenia i izolacji zaprojektowanym z myślą o stabilnej, długotrwałej pracy, co zilustrowano w uproszczonej formie poniżej.
Rysunek 5. Uproszczona ilustracja konstrukcyjna obudowy silnika YE4/IE4 o ultrawysokiej sprawności i ścieżki chłodzenia.
Wybór pomiędzy silnikiem IE3 a silnikiem IE4 wiąże się również z dopasowaniem konfiguracji biegunów do rzeczywistego obciążenia. Poniższa tabela przedstawia ogólne wytyczne dotyczące zakresu od 2 do 8 biegunów dostępnych w serii YE4/IE4.
| Konfiguracja bieguna | Prędkość synchroniczna | Najlepiej nadaje się do |
|---|---|---|
| 2-biegunowy | 3000 obr./min | Sprzęt o dużej prędkości i niewielkim obciążeniu, taki jak wentylatory i dmuchawy wentylacyjne |
| 4-biegunowy | 1500 obr./min | Maszyny przemysłowe ogólnego przeznaczenia o umiarkowanych wymaganiach dotyczących prędkości i momentu obrotowego |
| 6-biegunowy | 1000 obr./min | Zastosowania wymagające stałego momentu obrotowego przy zmniejszonej prędkości |
| 8-biegunowy | 750 obr./min | Sprzęt o wysokim momencie obrotowym i dużym obciążeniu, taki jak sprzęt mieszający, maszyny górnicze i metalurgiczne |
Konfiguracje 2-biegunowe o dużej prędkości doskonale nadają się do wentylatorów i innych zastosowań wymagających dużej prędkości i małych obciążeń, natomiast konfiguracje 8-biegunowe o niskiej prędkości zapewniają większy wyjściowy moment obrotowy w zastosowaniach związanych z urządzeniami mieszającymi, górnictwem i hutnictwem. Obiekty wrażliwe na zużycie energii elektrycznej, pracujące w trybie ciągłym i planujące modernizację sprzętu w celu zwiększenia efektywności energetycznej zazwyczaj najlepiej nadają się do tego celu. Silnik o ultrawysokiej wydajności YE4/IE4 linia.
Obie linie YE4/IE4 i YE3/IE3 pozostają aktywne w nowoczesnych obiektach, często obok siebie, na tej samej hali produkcyjnej. Poniższe listy przedstawiają, gdzie zazwyczaj określa się każdą opcję.
Zhejiang Kuayue Motor Co., Ltd. jest producentem zorientowanym na eksport z siedzibą w dystrykcie Luqiao w mieście Taizhou w prowincji Zhejiang, integrującym badania i rozwój, produkcję, sprzedaż i eksport. Firma działa w branży motoryzacyjnej od 34 lat, dysponując bazą produkcyjną obejmującą 29 mu i zespołem liczącym ponad 30 pracowników. Jako producent silników o ultrawysokiej sprawności YE4/IE4 i silników o wysokiej sprawności YE3/IE3, Zhejiang Kuayue dostarcza trójfazowe silniki asynchroniczne i rozwiązania pomp przemysłowych klientom w ponad 20 chińskich prowincjach, a także na rynki eksportowe w Europie, obu Amerykach, Azji Południowo-Wschodniej i na Bliskim Wschodzie, obsługując branże obejmujące górnictwo, przetwórstwo chemiczne, pompy i systemy HVAC, tekstylia, sprzęt dźwigowy, obrabiarki i maszyny do budowy portów. Oprócz standardowych linii produktów firma obsługuje również dostosowywanie ODM i OEM dla kupujących w oparciu o określoną ramę, skrzynkę zaciskową lub wymagania montażowe.
Silnik IE4 to trójfazowy silnik asynchroniczny zbudowany tak, aby osiągnąć klasę sprawności Super Premium zdefiniowaną w normie IEC 60034-30-1, o jeden poziom powyżej klasy sprawności IE3 Premium przy tej samej mocy znamionowej i prędkości.
Oznaczenie IE4 wskazuje, że silnik został zaprojektowany tak, aby osiągał poziomy sprawności związane z klasą sprawności Super Premium w ramach klasyfikacji IEC 60034-30-1, a nie odnosi się do nazwy marki lub modelu.
Główną różnicą jest sprawność przy pełnym obciążeniu przy tym samym rozmiarze ramy i mocy znamionowej, przy czym silniki IE4 zazwyczaj pracują przy niższych stratach energii niż silniki IE3, szczególnie w przypadku mniejszych rozmiarów ram. Szczegóły konstrukcyjne, takie jak klasa izolacji i stopień ochrony, mogą być podobne w obu liniach, przy czym głównym czynnikiem wyróżniającym jest klasa efektywności.
Silnik o ultrawysokiej sprawności ogólnie odnosi się do silnika zbudowanego w klasie sprawności IE4 Super Premium lub wyższej, zaprojektowanego w celu zmniejszenia strat elektrycznych podczas ciągłej pracy w porównaniu z silnikami o klasie sprawności standardowej lub premium.
Zgodnie z obecną normą IEC 60034-30-1, wydajność IE5 Ultra Premium plasuje się powyżej IE4, chociaż dostępność IE5 jest obecnie bardziej ograniczona w przypadku różnych mocy znamionowych i technologii silników w porównaniu z powszechnie dostępnymi liniami IE3 i IE4.
W oparciu o opublikowane wartości referencyjne IEC 60034-30-1, wzrost wydajności od IE3 do IE4 zazwyczaj waha się od około 0,2 do 0,3 punktu procentowego przy średnich i dużych mocach znamionowych, z większym wzrostem wynoszącym około 1 do 2 punktów procentowych przy mniejszych mocach znamionowych poniżej kilku kilowatów.
IE5 znajduje się o jeden poziom klasyfikacji powyżej IE4 zgodnie z normą IEC 60034-30-1, co oznacza dalsze zmniejszenie strat energii, chociaż silniki IE5 są mniej szerzej dostępne w pełnym zakresie mocy i biegunów, które obecnie obejmują silniki IE3 i IE4.
Właściwy wybór zależy od tego, w jaki sposób silnik będzie używany oraz od tego, co jest dostępne dla wymaganej mocy znamionowej i konfiguracji biegunów. W przypadku zastosowań o dużej rocznej liczbie godzin pracy i wymaganiach dotyczących standardowej ramy, silnik IE4 jest obecnie szerzej dostępną opcją o ultrawysokiej sprawności, podczas gdy IE5 pozostaje obecnie węższą, bardziej wyspecjalizowaną kategorią.
