Duurzame elektromotoren

Nieuwe internationale norm, IEC 60034-30

Het rendement bij elektromotoren geeft de efficiency aan bij de omzetting van elektrische naar mechanische energie.

Tot nu toe werden elektromotoren gemaakt en verkocht op basis van een vrijwillige,
door de Europese commissie ingedeelde,  efficiency klasse : EFF3, EFF2 , EFF1.

(CEMEP 2006 1,1 – 90 kW / 1500 en 3000 rpm)

• EFF3  laag rendement.
• EFF2  verbeterd rendement.
• EFF1  hoog rendement.

In 2005 trad het protocol van Kyoto in werking: vermindering van de uitstoot van CO2.
Europa heeft zich tot doel gesteld om de CO2 uitstoot in 2020 te verminderen met 20%.
Een voortvloeisel hieruit is de EU MEPS:  European Minimum Energy Performance Standard.
Hierin zijn de minimale/drempel waarden vastgesteld voor de efficiency van elektromotoren welke in Europa verkocht en toegepast worden.

EU-richtlijn 2005/32/EG - EU MAPS

* > 7,5 kW of IE2 met freq.omvormer
** alle bouwgrootten of IE2 met freq.omvormer

De norm, beschrijft de nieuwe normering voor het vast stellen van het rendement bij draaistroom elektromotoren van

•  0,75 tot 375 kW,
•  50 / 60 Hz.,
•  2, 4 en 6 polig (3000 rpm, 1500 rpm, 1000 rpm)
•  Voedingsspanning tot 1000 Volt.
•  S1 bedrijf (continue) 

Uitzonderingen op de door de EU opgestelde regels zijn:

• motoren ontwikkeld voor gebruik onder water.
• motoren die geheel geïntegreerd zijn in een product (reductiekast, pomp, ventilator of een compressor)
• motoren ontwikkeld voor gebruik in de volgende omstandigheden:
• hoogtes hoger dan 1000 meter boven zee niveau.
• omgevingstemperaturen hoger dan 40 graden Celsius.
• maximale bedrijfstemperatuur boven de 400 graden Celsius.
• omgevingstemperaturen lager dan – 15 graden Celsius.
• in explosie gevaarlijke omgevingen.
• motoren met gemonteerde rem.

De nieuwe normering heeft geen betrekking op de volgende motoruitvoeringen.

• 8 polige motoren (750 rpm).
• 2 of meer toerige motoren.  
• Synchroon motoren.
• Motoren voor kortstondig / intermitterend bedrijf.  (S2 … S9).
• Gebruik van motoren in combinatie met een frequentie omvormer.

De 4 nieuwe kwaliteitsniveaus voor de motor efficiency worden aangegeven met de volgende aanduiding IE.., (International Efficiency).

• IE1 inefficiënt rendement.
• IE2 standaard rendement.
• IE3 hoog rendement.
• IE4 premium rendement. Nog in ontwikkeling. Permanent magneet motoren of     
• reluctantie motoren in combinatie met een frequentie omvormer.                                           

Veel fabrikanten werken aan de ontwikkeling van IE3 motoren. Deze garanderen een rendementstoename van minstens 10 % vergeleken met de IE2. Door koper in plaats van aluminium te gebruiken als geleider materiaal voor het kooianker worden de rotor verliezen in een IE3 systemen aanzienlijk teruggebracht. Hierdoor is wordt o.a. de slip onder belasting sterk verminderd in vergelijking met aluminium motoren. IE3 motoren met een koperen rotor vereisen doorgaans geen grotere hoeveelheid ijzer. Hogere rendementen zijn ook mogelijk met permanentmagneet motoren en door frequentie omvormers toe te passen (synchroon motor principe).  

IEC 60034-30: efficiency klassen van 4 polige (1500 rpm) elektromotoren.

Het belangrijkste verschil tussen de EFF klasse en de IE klasse is dat de rekenmethode voor het vaststellen van het rendement vanaf nu genormeerd is en niet meer vrijwillig.
Bij het 1 op 1 vergelijken van b.v. een 4 polige, 11 kW, EFF1 motor met een rendement van 91% blijkt een identieke motor in de IE2 klasse nu een rendement van 89,8% te hebben.
Het kan gebeuren dat een elektromotor volgens de IE2 klasse een lager rendement heeft dan een identieke EFF1 klasse motor. Desondanks is de IE2 klasse motor energie zuiniger. De verklaring hiervoor is dat de nieuwe norm strenger is.
Bij berekeningen aan de oude EFF1 klasse motoren werden voor bepaalde verliezen van de elektromotor percentages van het vermogen gehanteerd. Producenten worden nu verplicht om met de werkelijke verliezen te rekenen.  

Lifecycle costs elektromotor

Gedurende de levensloop van een elektromotor worden de kosten hoofdzakelijk bepaald door de energie kosten. Deze liggen tussen de 95% en de 99 % van de totale kosten.

Het is daarom veel belangrijker om naar de efficiency van een elektromotor te kijken dan naar de aanschafprijs deze is maar een heel klein percentage van de totale kosten.
(Aanschaf/investering 2,5 % , onderhoud 1,5 %)

Europa is overigens niet de enige regio in de wereld die belang hecht aan energie efficiency. Onderstaande grafiek geeft een vergelijking tussen de verschillende regio’s.
Europa loopt echter wel achter.

Invoeren van IE - norm.

• Vanaf 16 juni 2011 “Echte verplichting”. Alle geproduceerde draaistroom elektromotoren moeten ten minste voldoen aan IE2. De eindgebruiken heeft nog wel steeds de keuze om de oude motor te laten wikkelen! 
• Vanaf 1 januari 2015 moeten alle geproduceerde draaistroom elektromotoren (7,5 – 375 kW) ten minste voldoen aan IE3. Motoren die aangestuurd worden met een frequentie omvormer moeten voldoen aan IE2. 
• Vanaf 1 januari 2017 moeten alle geproduceerde draaistroom elektromotoren (0,75 – 375 kW)  ten minste voldoen aan IE3. Motoren die aangestuurd worden met een frequentie omvormer moeten voldoen aan IE2.