Energiesparpotential von eigenbelüfteten IEC-Normmotoren durch bedarfsabhängig angekoppelte Wellenlüfter

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501567
• Projekttitel Englisch: Energy saving potential of self-ventilated IEC standard motors by means of load dependent shaft fan coupling

Schlüsselwörter (Englisch)

IEC Motor, efficiency, ventilation, cooling, optimization

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Durch Vergleichsmessungen von verschiedenen Betriebspunkten im Voll- und Teillastbereich mit und ohne Wellenlüfter soll für eigenbelüftete (IC411) Normmotoren in der Baugrösse 71 bis 132M (0.25kW bis 11kW) das Energiesparpotential durch einen nur bei Bedarfsfall angekoppelten Wellenlüfter untersucht werden.  Die Messreihen werden nach dem IEC 60034-2-1-Standard ausgeführt, welcher es erlaubt, die einzelnen Verluste und den Wirkungsgrad direkt zu bestimmen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

By comparison measurements of different operating points in the full and partial load range with and without a shaft fan, the energy saving potential for self-ventilated (IC411) standard motors in sizes 71 to 132M (0.25kW to 11kW) is to be investigated if the shaft fan is coupled only when necessary.
The measurement series are designed according to the IEC 60034-2-1 standard, which allows to determine the individual losses and the efficiency directly.

Schlussbericht (Deutsch)

Diese Studie analysiert das Energieeinsparpotentialdurch bedarfsabhängige Entkopplung der Eigenbelüftung von IC411 Asynchronmaschinen, wobei periodischem Teillastbetrieb sowie niedrigen Umgebungstemperaturen das Hauptaugenmerk galt. Zu diesem Zweck wurden mehrere Maschinen mit Nominalleistungen zwischen 0.75kW und 5.5kW Messungen und Modellrechnungen unterzogen. Insbesondere für Maschinen mit Nominalleistungen unter 3kW zeigt sich ein verschwindend kleines Energieeinsparpotenzial bezüglich eines zuschaltbaren Kühlerlüfters. Dies ist grundsätzlich auf den marginalen Anteil der Lüfterverluste an den Reibungs- resp. den Gesamtverlusten zurückzuführen. Die Untersuchung zeigt, dass sich erwärmende IE3 Asynchronmaschinen in der Effizienz dermassen verschlechtern, dass ein Entkoppeln des Kühlerlüfters für die Mehrzahl der Anwendungen die ersparten Lüfterreibungsverluste überkompensiert und zu einer Nettoverschlechterung des Wirkungsgrades führt. Die sich am ehesten eignende Maschine (5.5kW) erzielt unter guten Voraussetzungen eine marginale jährliche Energiekosteneinsparung von 1.2‰ resp. etwa vier Schweizer Franken. Dies wiederum schränkt das Kostendach für einen Koppelmechanismus erheblich ein und reduziert das Potenzial gesamtheitlich betrachtet auf ein Minimum. Die Projektautoren empfehlen aus diesem Grund, keine weiteren Untersuchungen hinsichtlich Lüfterkupplungen für IE3 Maschinen der betrachteten Grössen vorzunehmen.

Zugehörige Dokumente

• Energiesparpotential von eigenbelüfteten IEC Norm-Motoren durch bedarfsabhängig angekoppelte Wellenlüfter - Schlussbericht [PDF] 1'694 kB

Schlussbericht (Englisch)

Within the scope of this work the energy saving potential of self-ventilated IEC standard induction motors by means of load dependent fan decoupling has been investigated. The decoupling is mainly evaluated with respect to periodical partial load operation and low ambient temperature. For this purpose, standard machines between 0.75kW and 5.5kW have been measured in terms of efficiency and thermal behaviour. Furthermore, thermal models of the machine where established and used for simulation steps. The work shows, that only marginal energy savings can be reached, if at all. IE3 induction machines show great sensitivity to temperature changes in terms of their efficiency, such that the already relatively small efficiency gain via the saved fan losses are overcompensated for most of the machines and for most lifelike use-cases. As a best-case scenario, a 5.5kW machine in periodical short-time duty (S6) has reached an annual potential of 1.2‰ energy savings, yielding roughly four Swiss Francs of cost savings. Thus, a mechanical decoupling has to be seen sceptical with regard to economics such that the authors advise to not further investigate this project.

Schlussbericht (Französisch)

Dans ce travail, le potentiel énergétique des machines auto-ventilé IEC par un découplage du ventilateur selon les besoins a été étudié. L’idée d’un découplage a été analysé au niveau de service ininterrompu périodique à charge intermittente ainsi qu’au niveau de température ambiante bas. Des machines IEC entre 0.75kW et 5.5kW ont été mesuré et modelé regardant leur efficacité et la conduite thermique. Le travail montre que le potentiel énergétique au travers d’un embrayage est marginal jusque de zéro. Ceci est dû à la puissance de ventilateur relativement bas de même que dû à la sensibilité du rendement en fonction de la température de la machine. De cette manière, le gain par élimination des pertes du ventilateur est surcompensé par les pertes Ohmique additionnels pour la plupart des applications. Un service ininterrompu périodique à charge variable (S6) très optimiste d’une machine 5.5kW montre un potentiel des économies annuel de 1.2‰ ce qui correspond à environs quatre francs suisse. En conséquence les auteurs ne recommandent pas de poursuivre ce projet à l’avenir.