高效率馬達節能應用技術

1Copyright2008ITRI工業技術研究院高效率馬達節能應用技術鄭詠仁博士機械所/工研院Copyright2008ITRI工業技術研究院報告內容一.馬達與傳動設備節能推動二.馬達節能應用三.馬達負載、效率與節能效益評估四.改善規劃2Copyright2008ITRI工業技術研究院資料來源：IEA(InternationalEnergyAgency)終端電力消耗資料來源：美國馬達動力系統省能方案研究馬達動力設備用電比率Copyright2008ITRI工業技術研究院(歐盟馬達動力系統省能方案)63.10017.218.31.4MachineryandMetal57.15.3014.1158.5IronandSteel26.62.65.728.110.626.4Chemical39.7030.38.711.59.8FoodandTobacco6.90.90.413.221.756.9Paper,PumpandPrint48.86.2016.821.46.8Non-MetallicMineralOther其他Conveyors輸送帶CoolComp壓縮機AirComp空壓機Fans風扇Pumps幫浦行業別馬達系統耗電比例3Copyright2008ITRI工業技術研究院歐盟評估改善馬達系統效率的節能數額13％42％11％N/A-24％％ofKyototarget121427310079CO2eqsavings(milliontonesperyear)24284231202181Totalelectricitysavingspotential15172619125112Applicationpartofthemotorsystems(pumps，fans，compressors)671085045Variablespeeddrivers34642724HighefficiencymotorsUKItalyGermanyFranceEU-25EU-15SavingpotentialinBillion(kWh/year)Copyright2008ITRI工業技術研究院美國EPAct4Copyright2008ITRI工業技術研究院2008energyefficiencyclassesCopyright2008ITRI工業技術研究院國內外馬達能源效率標準•各國全閉型四極馬達能源效率標準曲線圖EPAct是美國馬達效率標準，NEMA是美國馬達超高效率標準，eff1、eff2、eff3是歐盟馬達效率標準，JISC4212是日本馬達效率標準，CNS14400台灣馬達效率標準。5Copyright2008ITRI工業技術研究院高效率設備高效率馬達與傳動設備推動策略製造商技術提昇開發新產品能源局節能工具開發與推廣-節能伙伴-可攜式能效診斷工具開發馬達設備能效驗證實驗室（馬達、泵浦、壓縮機、馬達減速機)管制使用高效率馬達新品能效驗證要求提供策略/方法效益‧提高工業用電能源效率‧促成工廠節能投資‧工廠馬達系統節能改善‧高效率馬達設備採購工廠（User）節能服務公司法規標準-廢除低效率標準-國際調合-產品效能分級標章節能宣導教育訓練高效率馬達及設備開發技術‧促成高效率馬達使用成長5%/年‧保障ECFA後市場傳統產業產值450億元‧提升產品高效率技術‧建構馬達設備品質認證制度高效率馬達標準與國際同步目標高效率馬達計畫Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達設備管理規範推動流程研擬/修訂能效基準與標示管理辦法草案公告管理辦法蒐集國內外能效基準與標示管理辦法能源局審議訪廠/專家座談會WTO公開閱覽草案英文版能源局公開閱覽提出能效基準與標示管理辦法建議案實施管理辦法建置登錄系統建置能效資料庫研擬/修訂能效測試方法與能效基準草案公告/實施能效分級基準與標示標準蒐集國內外能效測試方法與能效基準能源局審議訪廠/專家座談會提出能效測試方法與能效基準建議案設備能效基準研擬流程設備能效管理辦法推動流程ISOGuide656Copyright2008ITRI工業技術研究院管理制度推動藍圖三相馬達單相馬達空壓機泵浦風機減速機比較分析管理辦法研擬管理辦法草案修訂管理辦法草案提管理辦法建議案/WTO預告建置登錄資訊系統實施驗證登錄/抽測管理實施驗證登錄/抽測管理96979899100101102研擬管理辦法草案修訂管理辦法草案提管理辦法建議案/WTO預告建置登錄資訊系統實施驗證登錄/抽測管理研擬能效測試方法研擬能效基準草案研擬管理辦法草案提測試方法(ISO)及能效基準建議案建置登錄資訊系統實施驗證登錄/抽測管理研擬能效測試方法研擬能效基準草案研擬管理辦法草案修訂能效基準草案提測試方法(ISO)及能效基準建議案建置登錄資訊系統研擬能效測試方法研擬能效基準草案研擬管理辦法草案提測試方法(ISO)及能效基準建議案建置登錄資訊系統研擬能效測試方法研擬能效基準草案研擬管理辦法草案修訂能效基準草案提測試方法(ISO)及能效基準建議案提測試方法及能效基準(IE2)建議案可實施時間可公告管理辦法時間CNS14400CNS1057建驗證實驗室三相馬達單相馬達風機泵浦減速機空壓機(能環所)提管理辦法建議案/WTO預告提管理辦法建議案/WTO預告提管理辦法建議案/WTO預告提管理辦法建議案/WTO預告Copyright2008ITRI工業技術研究院報告內容一.馬達與傳動設備節能推動二.馬達節能應用三.馬達負載、效率與節能效益評估四.改善規劃7Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達節能應用•節能之方法–使用較高效率之馬達–減少機械傳動裝置–適時停止馬達動力裝置–以能量回收裝置回收多餘之動能Copyright2008ITRI工業技術研究院定部組合:外殼,鐵心,線圈轉部組合:主軸,鐵心,銅棒,短路環,內外扇前後托架組合:托架,軸承,內外軸承蓋,加排油管接線箱屋外罩扇蓋馬達之主要結構8Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達內部能損示意圖Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達能源損失9Copyright2008ITRI工業技術研究院單機降低電量損失設計Copyright2008ITRI工業技術研究院資料來源：IEA(InternationalEnergyAgency)10Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達系統節能潛力分析資料來源：歐盟MotorChallenge計畫Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達節能應用•變頻器為目前應用最廣泛之馬達驅動裝置,可提供能量回收之功能選項–使用變頻器的效益•設備與工程–自動化–增進品質及彈性製造–適時適地適量的變化•省能源方面–驅動風扇及幫浦調速可節省能源25%~50%–增進系統變化的適應性11Copyright2008ITRI工業技術研究院變頻器節能•利用變頻器調整馬達轉速–較佳的製程控制–較低的機械設備磨損–低噪音–節能效益Copyright2008ITRI工業技術研究院變頻器應用節能-泵浦•離心機消耗功率與轉速三次方成正比•降低製程流量Æ節流閥控制或控制轉速12Copyright2008ITRI工業技術研究院變頻器應用節能-泵浦Copyright2008ITRI工業技術研究院變頻器應用節能-泵浦•多部泵浦並聯–將兩部泵浦以50%額定流量操作，大約只需要單部泵浦100%運轉所需的1/4功率。–亦可消除系統起動時的高衝擊力。13Copyright2008ITRI工業技術研究院變頻器應用節能-送風機•VFD藉由降低總系統流量，減少能量損失。•緩衝啟動能力•注意事項：–降低太多轉速，會有操作不穩定的風險。–與組件的共振。Copyright2008ITRI工業技術研究院變頻器應用節能-電梯•當電梯下降且負載重量比counterweight還要重時，電動機轉矩與轉速反向Æ煞車。電梯無載往上升時，電動機若利用回生變頻器控制，則可達到節能的目的。14Copyright2008ITRI工業技術研究院報告內容一.馬達與傳動設備節能推動二.馬達節能應用三.馬達負載、效率與節能效益評估四.改善規劃Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估1.功率量測1.1輸入功率量測值1.2線電流量測值1.3滑差法及誤差修正2.負載變動程度3.決定馬達效率15Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達計算公式資料來源：高效率馬達動力系統簡訊5Copyright2008ITRI工業技術研究院16Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估技術輸入功率量測值有一部40匹馬力、1800rpm轉速的防水馬達，使用時間為12年並未重新修理過。電氣技師進行下列量測：量測值：Vab=467VIa=36APFa=0.75Vbc=473VIb=38APFb=0.78Vca=469VIc=37APFc=0.76V=(467+473+469)/3=469.7VI=(36+38+37)/3=37APF=(0.75+0.78+0.76)/3=0.763得到：Pi=469.7×37×0.763×√3/1000=22.97kWCopyright2008ITRI工業技術研究院一、馬達負載與效率評估技術1.2線電流量測值•只有線電流量測得到值時，才建議使用電流負載預估法。•負載50%以下，由於反應磁通電流，功率因素會降低，使得電流曲線逐漸變得非線性，即不適用。負載=100%×(I/Ir)×(V/Vr)其中：負載=以%額定功率表示的輸出功率I=平均三相均方根電流，Ir=銘牌額定電流V=平均三相線對線均方根電壓，Vr=銘牌額定電壓17Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估技術1.2線電流量測值Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估技術1.3滑差法•只有馬達運轉速度量測得到時，才使用滑差法。•感應型馬達的同步轉速與電源頻率和馬達極數有關。•實際馬達轉速低於同步轉速，其中同步轉速與實際轉速之間的差就如同滑動。•所出現的滑動量與馬達驅動設備所造成的負載成正比。•馬達部份負載的轉速/滑差法相當簡單且具安全優點。•以轉速計來測量。18Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估技術1.3滑差法假設：以轉速為單位的同步轉速=1,800rpm銘牌滿載速度=1,750rpm以轉速為單位的量測速度=1,770rpm銘牌額定馬力=25HP求出實際輸出馬力。負載=[(1,800-1,770)/(1,800-1750)]×100%=60%實際輸出馬力等於60%×25HP=15HP負載=100%×滑差/SS-Sr其中：負載=以%額定功率表示的輸出功率滑差=同步轉速-轉速量測值SS=以轉速為單位的同步轉速Sr=銘牌滿載速度Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估技術1.3滑差法(誤差修正方式)-滑差量隨著電壓平方改變，但是馬達端子電壓只影響電流的一次方負載=[滑差量/(SS–Sr)]×(Vr/V)2×100%其中：負載=以%額定功率表示的輸出功率滑差量=同步轉速-以轉速為單位的量測速度SS=以轉速為單位的同步轉速Sr=銘牌滿載速度V=均方根電壓，平均三相線對線電壓Vr=銘牌額定電壓19Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估技術2.負載變動的程度•使用時機：負載為變數時，就必須求出馬達的平均負載。•可透過長期監控輸入功率得知。-兩種負載，先將每個馬達負載週期相乘，即可求出加權平均負載。-許多負載出現，則必須監控某段時間的負載，然後計算加權平均負載。Copyright2008ITRI工業技術研究院馬達負載與效率評估技術3.決定馬達效率•有三個步驟用來評估效率與負載。-先使用功率(1.1)、電流(1.2)或滑差(1.3)量測值求出運轉馬達所造成的負載。-取得製造商資料內插值近似的馬達部份負載效率值。-利用馬達的功率量測值，即可推導修正負載估算值。20Copyright2008ITRI工業技術