IE3 motorların faydaları IE2 ile karşılaştırıldığında elde edilebilecek verimlilik tasarrufları hakkında çok şey yazıldı. Ancak bir IE3 elektrik motoru kullanmaya karar verdikten sonra motorun uygulamaya göre tam uygun seçilmesi de önemlidir.

Doğru teknik özellikleri belirlemek sabit hızlı uygulamalar için göreceli olarak basit bir iştir, fakat farklı hızları, yönleri ve yükleri gerektiren bir işe bu prensipleri uygulamak çok daha zor olabilir. Ayrıca, teorik hesaplamalar yapmak sadece başlangıç aşamasıdır. İşe yarar olabilmesi için bunların gerçek yaşam koşullarında ispat edilmeleri gerekir.

Bu durum göz önüne alınarak, Altra Industrial Motion Şirketinin parçası olan ve dünyanın önde gelen dişli motor çözümlerinin üreticisi Bauer Gear Motor, gerçek bir endüstriyel uygulamada sabit mıknatıslı senkron motorların avantajlarını göstermiştir.

Atık su arıtma uygulaması gerçek bir 24/7 iştir ve prosesin büyük kısmında elektrik motorlar kullanılır. Gün boyu sürekli çalışmak; herhangi bir enerji tasarrufunun olumlu sonuçlar vermesi ve ilk yatırımın hızla geri ödenmesi demektir. Ayrıca duruş zamanlarının en aza indirilmesi için ekipman güvenilir olmak zorundadır.

Atık su arıtma prosesinin bir bölümü sulu atığın suyunun alınmasıdır. Böylece, sıvı tesiste tekrar işlemden geçerken katı malzeme gübre yapmak için etkin bir şekilde nakledilebilir. Bu proseste kullanılan ekipmanın bir kısmı sulu atığı sıkıştırmak ve sıvı kısmı uzaklaştırmak üzere konik Arşimet vidasını döndürmek için 2,2 kW motor kullanır. İşte Bauer’in demo motorunu kurduğu kısım buydu.

Sulu atığın presinin ilk kurulumu konik vidayı çevirmek için elektrikli motora güç veren bir Danfoss frekans invertör ve dişli kutusu düzeneğini içeriyordu. Frekans invertör, her motorun optimum verimlikte çalışması için her motordaki yükleri izlemek üzere programlanmıştı. Verimlilikteki herhangi bir farklılığın motorlarla ilişkilendirilmesini sağlamak için her tahrik aynı Bauer dişli kutusunu kullanıyordu. Hız ve basınç ayarları, nakledilecek katı materyalin istenen nem içeriğini tanımlamış olan tesis operatörü tarafından belirleniyordu.

Sulu atık presinin çalışması genellikle iki prosesi içerir – presleme ve durulama – ve bunlar tahrik motorunda çok farklı güç ihtiyaçları oluşturur.

Prosesin önemli kısmını oluşturan presleme işlemi için motor frekans invertörde 10-20 Hz arasında düşük bir hızda çalışır. Motordaki yük tesis operatörü tarafından istenen nem içeriğine bağlıdır, fakat genel olarak nominal yükün yaklaşık %70’dir. Bu, üstesinden gelinmesi gereken vidanın ataleti ve aynı zamanda presin içinde suyu alınması gerekli sulu atıktan gelen artan yük nedeniyle başlatmada artabilir.

Sulu atık preslemenin birkaç döngüsünden sonra vida ve süzgeç temizlenmelidir ve bu, tahrik motorunun yönünün tersine çevrilmesi ve dahili bileşenlerin durulanması için sprey çubukları kullanarak gerçekleştirilir. Motorda göreceli olarak az bir yük ardır – nominal yükün yaklaşık olarak %35’i – fakat hız büyük miktarda artarak 50 ile 80 Hz arasına çıkar.

İlk başta, 2,2 kW, IE2, asenkron motor (ASM) sulu atık presine kuruldu ve Danfoss frekans invertörü analiz için grafik formda yeniden oluşturulacak olan hız, yük ve verimlilik verilerinin tümünü kayıt etmek üzere konfigüre edildi.

Önemli miktarda veri seti toplandığında, ASM söküldü ve 2,2 kW IE3 PMSM kuruldu ve sulu atık presindeki aynı işlem için konfigüre edildi. Yine tekrar veriler kaydedildi ve analiz için grafik formda yeniden oluşturuldu.

İlk sonuçlar, Şekil 1’deki grafikte gösterildiği gibi 15 Hz motor hızı ve 10 Nm yüke ayarlanan PMSM’nin presleme döngüsü sırasında oldukça yüksek bir verimlilik sunduğunu göstermiştir.

Resim 1: Presleme işlemi sırasında verimlilik karşılaştırması (ASM’ye karşı PMSM)

Ayrıca veriler, motorlardaki yük artarken fakat hız 10 Hz’e düşerken bir karşılaştırma yapılmasını da sağlamıştır. Bu ise, çalışma verimliliği çok daha fazla olduğu, Şekil 2’de gösterildiği gibi kısmi yük altında olduğunda PMSM’nin açıkça avantajlı olduğunu göstermiştir.

Resim 2: Düşük hız çalışması için motor verimliliklerinin karşılaştırılması

Durulama döngüsü için, kısmı yükleme nedeniyle ASM yine dezavantajlıdır, fakat PMSM daha iyi değerler verebilmiştir. Her motorun genel performansı, verimliliği, yük ve hıza karşı gösteren 3 boyutlu grafik kullanılarak en iyi şekilde gösterilmiştir. Şekil 3’de ASM performansı ve Şekil 4’te ise PMSM performansı gösterilmiştir.

Resim 3: ASM verimlilik performansı

Verimlilikteki iyileştirmeler, daha sonra toplam sahip olma maliyetine önemli miktarda etkisi olan finansal tasarruflara dönüştürülebilir

Resim 4: PMSM verimlilik performansı

Bauer Gear Motor’un PMSM ürün uzmanı olan Markus Kutny şunları belirtmiştir: “Günümüzün pazarında enerji verimliliği, dişli motor çözümlerini önerirken temel belirleyici faktörlerden biri olmalıdır. Enerji fiyatları sadece sürekli olarak artmaktadır. Bu yüzden, sadece basit satın alma maliyet yerine, tahrik elemanlarının hizmet ömürleri boyunca oluşan çalışma maliyetlerini de dikkate almak önemlidir. Yeni IE4 sınıfı oluşturma beklentisiyle ve verimlilik bağlamında müşterilerimize en iyi şartları sunmak için yeni bir motor ürün yelpazesi geliştirdik.

Resim 5: Presleme döngüsü esas alınarak yıl başına PMSM’ye karşı ASM tasarrufları

“Çok geniş ayar aralığı ve aynı zamanda kısmi yük aralığındaki yüksek verimlilik tasarım görevini mühendisler için çok basitleştirmiştir çünkü boyutun artmasının verimlilik üzerinde herhangi bir büyük etkisi yoktur.

“Bunun dışında, bir PMSM motoru 3-5 ASM motorunun yerine geçebildiği için PMSM teknolojisi çok çeşitli değişkenleri önemli ölçüde azaltabilmektedir. Bu da, azalan depolama maliyetleri ve daha az çeşit farklı motor kullanılmasını sağlar.