Mely iparágak profitálnak leginkább az AC szinkronmotorokból?

Energiaipar és hálózati stabilitás: Pontosság és meddőteljesítmény-szabályozás biztosítása

Jelenség: Szinkronmotorok, mint hálózattal szinkronizált tehetetlenségi források

Az AC szinkronmotorok természetüknél fogva szinkronizálódnak a hálózati frekvenciával, így egyfajta forgó tehetetlenséggel rendelkeznek, amely valójában segít stabilizálni az áramhálózatot, amikor hirtelen változik a terhelésigény. Ezeknek a motoroknak a forgórészei tömege repülőkerékhez hasonlóan működik, kinetikus energiát tárolva, amely automatikusan felszabadul, amikor a frekvencia csökken. Ez gyakorlatilag lelassítja a rendszerben lévő változások sebességét, így támogatja az általános hálózati stabilitást. Ahogy egyre több villamosenergia-rendszer világszerte a megújuló energiaforrások felé mozdul el a hagyományos forgó generátoroktól, ez a beépített tehetetlenség különösen fontossá válik. Az ilyen hagyományos forgó gépek nélkül a modern hálózatoknak már nincs meg ugyanaz a természetes stabilizáló hatása.

Elv: Forgórész gerjesztés pontos teljesítménytényező-javításhoz és meddőteljesítmény-támogatáshoz

Ellenkezően az aszinkronmotorokhoz, a szinkronmotorok dinamikus meddőteljesítmény-szabályozást kínálnak az állítható DC-rotorgerjesztés révén. A gerjesztőáram finomhangolásával a kezelők képesek:

• Egységnyi teljesítménytényező elérésére, így elkerülhetők az energiaszolgáltatók büntetései, amelyek évente üzemanként meghaladhatják a 740 000 dollárt
• Meddőteljesítmény (VAr) leadására vagy felvételére a feszültségszabályozáshoz csúcsfogyasztás idején
• A transzformátorok és átviteli infrastruktúra utánfutó VAr-jainak kompenzálására

Ez a motorokat programozható hálózati eszközzé alakítja, amely javítja az átvitel hatékonyságát, és segít megelőzni a feszültségösszeomlást, különösen gyenge vagy távoli hálózatokon.

Olaj-, gáz- és vegyipar: Nagy hatásfokú, állandó fordulatszámú működés kritikus alkalmazásokhoz

Jelenség: A csúsztatási veszteségek megszüntetése centrifugális kompresszorokban és szivattyúkban

A centrifugális kompresszorok és szivattyúk a szénhidrogén-feldolgozásban hagyományosan körülbelül 3 és akár 7 százalék közötti bemeneti energiaveszteséget szenvedtek el a bosszantó csúszási veszteségek miatt a szokványos aszinkron motorokban. Az AC szinkronmotorok orvosolják ezt a problémát, mivel az üzemi folyamat során a forgórészt és az állórészt tökéletesen szinkronban tartják, amelynek eredményeképpen az IEC 20034 valamelyik szabványa szerint az IE4 hatásfokosztályba kerülnek. A tavaly megjelent, folyadékdinamikai szaklapokban publikált tanulmányok azt sugallják, hogy ezek a motorok akár 40 százalékkal is csökkenthetik az energiafogyasztást gázkompressziós rendszerekben. Ez jelentős megtakarítást jelent az üzemeltetési költségeken, valamint kevesebb szén-dioxid-kibocsátást eredményez teljesítményáldozat nélkül – különösen fontos szempont olyan változó nyomásviszonyok esetén, amelyek állandóan előfordulnak a vezetékekben.

Elv: Stabil áramlási sebesség változó befecskendezési körülmények mellett AC szinkronmotor-hajtással

A szinkronmotorok forgási sebessége viszonylag állandó marad, akkor is, ha változó viszkozitású nyersolajat vagy reaktív vegyi anyagokat kell kezelniük. Ezek a motorok terhelésváltozás esetén is körülbelül fél százalékon belül tartják a célteljesítményt. Kiemelkedő tulajdonságuk, hogy elektromágneses rendszerük azonnal reagál a bemeneti nyomás változásaira. Ez a gyors válasz megakadályozza a kellemetlen áramlási zavarokat, amelyek többféle anyagot szállító csövekben különböző fázisok szétválását okozhatják. Savas gázzal működő segédnyomópumpák esetén ez körülbelül két százalékos áramlási stabilitást eredményez. És el kell ismerni, hogy ilyen stabilitás nagyon fontos, hiszen a finomítókban, ahol napi szinten korrozív anyagokat dolgoznak fel, a tervezetlen leállások milliókba kerülnek.

Épületgépészet és nagy léptékű épületrendszerek: Energiahatékonysági előírások teljesítése IE4 hatékonysággal

Jelenség: Váltófrekvenciás szabályozású hűtőkészülékekben és szeleprendszerekben használt váltakozó áramú szinkronmotorok elterjedése

Manapság egyre több mérnök dönt az AC szinkronmotorok mellett a nagy légi hűtési rendszerekhez, mint például a VFD-vezérelt hűtők és szelepmechanizmusok, amelyeket mindenhol láthatunk. Ezeket a motorokat az különbözteti meg, hogy pontos fordulatszám-szabályozást képesek biztosítani akkor is, ha alacsonyabb fordulatszámon üzemelnek. Ez azt jelenti, hogy a hűtőrendszer simán tud alkalmazkodni, anélkül hogy azok a kellemetlen nyomásingadozások lépnének fel, amelyek más motortípusoknál előfordulnak. Ne feledjük el az energia-megtakarítás kérdését sem. Az aszinkronmotorok általában kb. 3–7 százalék energiát pazarolnak el, amikor nem teljes terhelés mellett működnek, míg a szinkronmotorok jelentősen csökkentik e veszteséget. Vegyük például a levegőelosztó egységeket. Szinkronmotorral felszerelve ezek a rendszerek körülbelül 22 százalékkal kevesebb csatornanyomás-ingadozást produkálnak – ezt egy tavaly az ASHRAE Journalben publikált tanulmány erősíti. Ennek eredménye? Stabilabb légáramlás az épületekben, és az emberek ténylegesen kényelmesebben érzik magukat a tereken.

Trend: Az ASHRAE 90.1-2022 előírja az indukciós motorok IE4-osztályú szinkronmotorokra történő cseréjét

A frissített ASHRAE 90.1-2022 szabvány 15%-kal magasabb hatásfokot ír elő kereskedelmi HVAC-hajtások esetén, felgyorsítva a régi típusú indukciós motorok lecserélését. Az IE4-osztályú AC szinkronmotorok az alábbiak révén felelnek meg ennek az előírásnak:

• Állandó mágneses rotorok, amelyek kiküszöbölik a rotorveszteségeket
• 97% csúcsos hatásfok 25%-os terhelésnél, szemben az indukciós motorok 89%-ával
• Teljesítménytényező széles sebességtartományban 0,95 felett

Üzemeltetők 18 hónapos megtérülési időt jeleznek a felújítás után, mivel ezek a motorok évente 31%-kal csökkentik a hűtőközpontok energiafogyasztását – ezzel hozzájárulva a szellőztetési előírások betartásához és a globális nettó zéró kezdeményezésekhez.

Tengeri és hajófedélzeti alkalmazások: megbízható hajtás állandó mágneses szinkronmotorokkal

Stratégia: PMSM-ek integrálása hibrid-elektromos tengeri hajtásokban hatékonyság és tartósság érdekében

A hajóhajtás forradalmon megy keresztül, mivel az állandómágneses szinkronmotorok (PMSM) egyre gyakrabban kerülnek be a hajók hibrid-elektromos rendszereibe. Amikor ezek a motorok kiváltják a hagyományos indukciós motorokat a hajóhajtásláncokban, megszüntetik a zavaró csúszási veszteségeket, és többnyire 95% feletti hatásfokot érnek el. Ennek eredménye? Érezhetően csökken az üzemanyag-fogyasztás a hosszabb tengeri útvonalakon. A PMSM-ek további nagy előnye a kefék nélküli felépítésük, amely kevesebb karbantartást igényel, különösen fontos szempont a sós tengervíz okozta korrózióval szemben. Emellett a nyomaték finomhangolásának képessége sokkal simábbá teszi az átkapcsolást az elektromos és a dízelmotor között, mint korábban. Ezt különösen jól működő megoldásnak találtuk kőolajfúrótornyok körül közlekedő tengeri segédhajókon. Még akkor is, ha ezek a motorok folyamatos rezgésektől, magas páratartalomtól és extrém hőmérséklet-tartományoktól – az északi sarkvidéki vizektől a trópusi klímákig – szenvednek, megbízhatóan működnek.

Előny: Magas nyomatéksűrűség és ellenálló képesség szigorú tengeri környezetekben

A belső gerjesztésű szinkronmotorok (PMSM) körülbelül 30%-kal nagyobb indítótolerőt képesek előállítani hasonló méretű más motorokhoz képest, mivel kompakt felépítésük magas nyomatékot eredményez. A motorokban található neodímium mágneseik kitűnően elviselik a mechanikai sokkterheléseket, amikor a hajók durva tengerállapotba kerülnek. Emellett a motorok különleges, korrózióálló bevonattal rendelkeznek, amely védi őket a tengervíz és a páratartalom okozta károsodástól, amely idővel általában tönkreteszi a hagyományos motoralkatrészeket. Ezért a PMSM-ek kiválóan alkalmazhatók azimut tolóhajtóművekben és dinamikus pozícionáló rendszerekben. Amikor egy hajónak nehéz körülmények között is pontos helyzetben kell maradnia vagy precízen kell manővereznie, az megbízható motoroktól függ, amelyek kritikus pillanatokban nem hibásodnak meg – ez teszi ki a különbséget a sikeres műveletek és a tengeren bekövetkező lehetséges katasztrófák között.