Ny motorteknik ger lägre energiförbrukning, ljudnivå och minskat underhåll för extruder

2016-03-11 – Tillämpning med konstant vridmoment tjänar på teknik för synkron reluktansmotor

Upp till 15 procent lägre energiförbrukning, en avsevärd minskning av kostnader för motorunderhåll och en sänkning av ljudnivån uppnås vid installering av synkron reluktansmotor och drivpaket (SynRM) från ABB på en tillämpning med dubbel extruder.

Radius Systems fabrik i Derbyshire, Storbritannien, har 14 extruderingslinjer som tillverkar polyetylenrör från 16 mm till 1 200 mm och en formsprutningsanläggning som gör anpassade kopplingar till energibolag för gas- och vattendistribution.

Åtta linjer drivs av likströmsmotorer. Många av dessa är över 20 år gamla. Linje 12 har haft en hög utnyttjandegrad, men det uppstod ofta fel i 182 kW-likströmsmotorn, vilket innebar många driftstopp och ökade underhållskostnader. Företaget beräknar att bara kostnaden för de årliga statiska och dynamiska kontrollerna, byte av borstar och utlokaliserat arbete uppgår till cirka 24 000 SEK per motor.

Övervakning före och efter
ABB:s auktoriserade partner i Derbyshire-området, Inverter Drive Systems (IDS), blev ombedd att utföra en före- och efter-övervakning av likströmsmotorn på linje 12. De fastställer energibesparingarna samtidigt som de bekräftar att investeringen i en växelströmsmotor och drivpaket skulle uppfylla Radius Systems Krav på 3 års återbetalning på investerat kapital.

”Att övervaka driften är avgörande för en installations framgång” förklarar Phil Nightingale, försäljningsingenjör, IDS. Genom övervakningen kan vi exakt fastställa den faktiska energibesparingspotentialen, vilket innebär att vi kan göra en korrekt anpassning av växelströmsmotorn och drivpaketet. Vi kan ofta minska storleken på motor och drivpaket, samtidigt som vi överstiger produktionsmålen.”

Det var med hjälp av övervakning som IDS kunde fastställa att hastighetsintervallet för linjens likströmsmotor var överdimensionerat för tillämpningen och att motorn därför förbrukade mer energi än nödvändigt. Motorn har tagits väl omhand, men var 20 år gammal och gav långt ifrån sin ursprungliga effekt.

Energibesparande bandbredd
Det uppskattades att de potentiella energibesparingarna från ett SynRM-paket för linje 12 skulle uppgå till mellan 8 och 15 procent, vilket skulle ge en återbetalningstid på två år. Dessutom räknar man med en besparing på 24 000 SEK när underhållet av likströmsmotorn inte längre behövs.

”Det är svårt att välja en exakt produktionskörning som kan ge en korrekt energimätning, därför anges intervallet från 8 till 15 procent,” förklarar Rob Betts, driftchef, Radius Systems. ”Den faktiska energibesparingen beror på flera processvariabler, som typ av råmaterial, olika produktutbud- och profiler, temperaturen vid press och cylinder samt de allmänna omständigheterna i den omgivande miljön. Energiförbrukningen är till exempel högre en kylig dag eftersom det krävs mer energi för att värma upp processen.”

Avancerad teknik
SynRM är en 200 kW, 1500 rpm, IE4-lösning och tillsammans med ABB:s industrifrekvensomriktare, ACS880, ger den en mycket högre verkningsgrad än asynkrona induktionsmotorer som drivs med frekvensomriktare. Den är även betydligt tystare än den befintliga likströmsmotorn. ”SynRM har sänkt ljudnivån i produktionshallen, vilket är en fördel som vi inte hade räknat med”, säger Betts. ”Vi har inte mätt ljudnivåerna, men alla har upplevt en märkbart lägre ljudnivå i fabriken, vilket i sig är ett gott mätresultat.”

En utmaning uppstod på grund av den befintliga likströmsmotorns fysiska mått: ”Likströmsmotorer är ofta långa och smala”, förklarar Betts, ”medan växelströmsmotorer vanligtvis är kortare men har en större diameter.” SynRM-motorn kan dock vara upp till två ramstorlekar mindre än en konventionell induktionsmotor, vilket är en stor fördel vid ett direkt utbyte av likströmsmotorer.

Utmaningar med konstant vridmoment
SynRM-motorn har testats grundligt på tillämpningar med kvadratiskt momentbehov, som pumpar, fläktar och kompressorer. Det finns dock inte lika många referenser för tillämpningar med konstant vridmoment, som extruders. Trots bristen på referenser för tillämpningar med konstant vridmoment, hade Betts full tilltro till lösningen: ”Vi har aldrig känt att vi tar en risk med den här nya tekniken. Den har testats noggrant och vi har högsta förtroende för ABB:s framgångsrika varumärke.  Därför har vi inte sett några risker alls. Vi kunde planera övergången för likströmsmotorerna till SynRM minutiöst, så att det bara tog ett par dagar att genomföra hela installationen och idrifttagningen.

I tid och inom budget
Betts sammanfattar: ”Skulle vi kunna tänka oss ett SynRM-paket igen? Absolut! IE4 och högre verkningsgrad är vägen framåt, så förutsatt att priset är konkurrenskraftigt, avkastningen på investeringen kan motiveras och att tekniken kan levereras inom våra tidsramar, skulle vi inte ha några betänkligheter över att använda SynRM.

”Vi har ungefär 300 motorer på plats, varav cirka 20 procent är varvtalsreglerade. Tack vare denna lyckade installation och supporten vi får från IDS, har vi bestämt oss för att använda ABB:s drivpaket som standard i vår fabrik. Partnersamarbetet som ABB har med IDS är mycket viktigt för oss och ger oss lokal support här på plats.”

ABB (www.abb.com) är ett ledande globalt teknikföretag inom kraft och automation. Våra lösningar förbättrar prestanda och minimerar miljöpåverkan för kunder inom energi, industri, transport och infrastruktur. ABB-koncernen verkar i omkring 100 länder och har ungefär 135 000 medarbetare. 

För mer information, kontakta:

ABB Sverige
Stellan Rosenquist,
Produktchef, Svensk försäljning Motorer & Drivsystem
Tel. 021-329 245
stellan.rosenquist@se.abb.com

Taggar: