Η σωστή εγκατάσταση, ο σύγχρονος έλεγχος λειτουργίας και η αποτελεσματική συντήρηση των ηλεκτρικών κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος εξασφαλίζουν αποδοτικότητα, αξιοπιστίας και μακροζωία
Άρθρο του κ. Νικόλαου Σ. Κορακιανίτη*
Οι ηλεκτρικοί κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος (Alternating Current [AC]) απαντώνται σε πολλές εφαρμογές, από τις απλές οικιακές συσκευές έως τη βαριά βιομηχανία. Εκτιμάται ότι περίπου το 70% της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στη βιομηχανία οφείλεται σε αυτούς. Για το λόγο αυτό, η ορθή εγκατάσταση, ο σύγχρονος έλεγχος λειτουργίας και η συντήρηση παίζουν βασικό ρόλο όσον αφορά την αποδοτικότητα και τη μακροχρόνια λειτουργία των κινητήρων. Ωστόσο, η ανάπτυξη σύγχρονων τεχνολογιών έχει βελτιώσει σημαντικά τόσο τον έλεγχο όσο και την απόδοση των κινητήρων, βάσει των απαιτήσεων των προτύπων ελάχιστης ενεργειακής αποδοτικότητας(Minimum Energy Performance, Standrards, MEPS) .
Η σωστή εγκατάσταση των ηλεκτρικών κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος απαιτεί:
- Επιθεώρηση κινητήρα πριν την εγκατάσταση: Οι κινητήρες πρέπει να ελέγχονται για εξωτερικές ζημιές και η συσκευασία τους πρέπει να είναι άθικτη κατά την παράδοση [1]. Εάν υπάρχουν ζημιές, θα πρέπει να γίνεται επίσημη αναφορά με την παρουσία εκπροσώπου του μεταφορέα για να διασφαλιστεί η αποζημίωση.
- Προετοιμασία χώρου: Οι κινητήρες πρέπει να εγκαθίστανται σε καθαρό, ξηρό και καλά αεριζόμενο χώρο, μακριά από διαβρωτικά υλικά και υψηλά επίπεδα υγρασίας [1]. Ο χώρος θα πρέπει επίσης να προστατεύεται από σκόνη και άλλες επιβλαβείς ουσίες που μπορεί να επηρεάσουν τη λειτουργία του κινητήρα.
- Σωστή θεμελίωση: Οι κινητήρες πρέπει να τοποθετούνται σε σταθερές βάσεις για να αποφεύγονται δονήσεις και μηχανικές παραμορφώσεις. Η σωστή ευθυγράμμιση του άξονα του κινητήρα με τον άξονα της οδηγητικής μηχανής είναι κρίσιμη [1]. Η απόκλιση δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1/10mm, ώστε να αποφεύγονται κραδασμοί και καταπονήσεις στον κινητήρα.
- Σωστές ηλεκτρικές συνδέσεις: Οι ηλεκτρικές συνδέσεις πρέπει να γίνονται σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, διασφαλίζοντας την ορθή πολικότητα και τη σωστή γείωση του κινητήρα [1]. Είναι επίσης σημαντικό να ελέγχεται η σωστή σύνδεση των καλωδίων και η αποφυγή υπερφόρτισης.
Προηγμένες τεχνολογίες ελέγχου λειτουργίας
Η τεχνολογία στον τομέα των ηλεκτρικών κινητήρων έχει εξελιχθεί σημαντικά, παρέχοντας νέες μεθόδους ελέγχου για βελτιστοποίηση της απόδοσης και της ασφάλειας. Οι διατάξεις που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων Ε.Ρ., είναι οι παρακάτω:
α) Ομαλοί εκκινητές (soft starters)
Οι ομαλοί εκκινητές αποτελούν ιδανική επιλογή όταν μια εφαρμογή απαιτεί έλεγχο ταχύτητας και ροπής μόνο κατά την εκκίνηση. Περιορίζουν τα μεγάλα ρεύματα κατά την εκκίνηση των κινητήρων με ομαλή αύξηση της τάσης τροφοδοσίας. Η ομαλή αύξηση επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των κινητήρων, καθώς λιγότερο ρεύμα σημαίνει επίσης λιγότερη θερμότητα στους κινητήρες.
Χρησιμοποιούνται για την ομαλή εκκίνηση των κινητήρων, μειώνοντας τα αρχικά ρεύματα εκκίνησης και τις μηχανικές καταπονήσεις με αποτέλεσμα τη μείωση της φθοράς και την αύξηση της διάρκειας ζωής του κινητήρα [2]. Η χρήση ομαλών εκκινητών είναι ιδιαίτερα σημαντική σε εφαρμογές όπου η σταδιακή αύξηση της ταχύτητας είναι κρίσιμη, όπως σε αντλίες και ανεμιστήρες.
β) Ρυθμιστές στροφών ή ταχύτητας (drives)
Οι ρυθμιστές στροφών ή ταχύτητας (drives) είναι περισσότερο γνωστοί ως αντιστροφείς (inverters) και επιτρέπουν την ακριβή ρύθμιση της ταχύτητας και της ροπής των κινητήρων, μέσω της μεταβολής της συχνότητας και της τάσης του ρεύματος. Αυτό συμβάλλει στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και της ευελιξίας της λειτουργίας [3].
Όταν χρησιμοποιείται ρυθμιστής στροφών μεταβλητής ταχύτητας, ελέγχεται είτε η ροπή είτε η ταχύτητα και μιλάμε για “έλεγχο ροπής” ή “έλεγχο ταχύτητας”. Όταν ο ρυθμιστής στροφών μεταβλητής ταχύτητας λειτουργεί σε λειτουργία ελέγχου ροπής, η ταχύτητα καθορίζεται από το φορτίο. Ομοίως, όταν λειτουργεί σε έλεγχο ταχύτητας, η ροπή καθορίζεται από το φορτίο.
Οι ρυθμιστές στροφών επιτρέπουν την προσαρμογή της ταχύτητας του κινητήρα ανάλογα με τις ανάγκες της εφαρμογής, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας και βελτιώνοντας την απόδοση του συστήματος. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για εφαρμογές που απαιτούν συχνές αλλαγές στην ταχύτητα, όπως σε συστήματα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού (heating, ventilation, air conditioning [HVAC]), καθώς και σε αντλίες [7].
Οι ρυθμιστές στροφών ή ταχύτητας είναι επίσης γνωστοί ως ρυθμιστές στροφών μεταβλητής ταχύτητας (Variable Speed Drives [VSD]) ή ρυθμιστές στροφών μεταβλητής συχνότητας (Variable Frequency Drives [VFD]). Αναφέρονται στην ίδια τεχνολογία και χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ταχύτητας των ηλεκτρικών κινητήρων μέσω της ρύθμισης της συχνότητας και της τάσης τροφοδοσίας τους [8].
Οι προηγμένες τεχνολογίες ελέγχου λειτουργίας, που ξεχωρίζουν μεταξύ άλλων κι έχουν ευρεία αποδοχή λόγω του μεγάλου φάσματος εφαρμογών για τις οποίες είναι κατάλληλες, αναλύονται συνοπτικά παρακάτω.
Άμεσος έλεγχος ροπής
Η τεχνολογία DTC (Direct Torque Control) παρέχει άμεσο έλεγχο της ροπής και της ταχύτητας των κινητήρων, εξασφαλίζοντας ταχεία απόκριση και υψηλή απόδοση. Αυτός ο τύπος ελέγχου χρησιμοποιείται συχνά σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και γρήγορες μεταβολές στην ταχύτητα [4]. Η DTC είναι επίσης ιδανική για εφαρμογές όπου απαιτείται υψηλή σταθερότητα ροπής, όπως σε γερανούς και ανελκυστήρες.
Κέντρα ελέγχου κινητήρων
Τα κέντρα ελέγχου κινητήρων (Motor Control Centers [MCC]) προσφέρουν ένα ολοκληρωμένο σύστημα για την παρακολούθηση και τον έλεγχο πολλαπλών κινητήρων σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Τα MCC παρέχουν ευελιξία, ασφάλεια και ευκολία στη διαχείριση των κινητήρων, εξασφαλίζοντας παράλληλα τη μέγιστη αποδοτικότητα και αξιοπιστία, με απλοποίηση της συντήρησης [5].
Αρχή λειτουργίας άμεσου ελέγχου ροπής (direct torque control [DTC]).
Προστασία κινητήρων
Η προστασία των κινητήρων από υπερφόρτιση, βραχυκύκλωμα και άλλες ανωμαλίες είναι ιδιαίτερα σημαντική για την αποφυγή ζημιών και τη διατήρηση της αποδοτικότητάς τους. Τα σύγχρονα συστήματα προστασίας χρησιμοποιούν τεχνολογίες όπως είναι θερμικά ρελέ, ηλεκτρονικές διατάξεις προστασίας και διακόπτες φορτίου, με σκοπό την ασφάλεια και την αξιοπιστία των κινητήρων [6]. Στα συστήματα αυτά, οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι απόλυτα προστατευμένοι από όλα τα πιθανά ηλεκτρικά σφάλματα όπως :
- Υπέρταση
- Υπερφόρτιση
- Υπερένταση
- Μπλοκάρισμα ρότορα
- Απώλεια φάσης / ασυμμετρία / διαδοχή
- Σφάλματα προς γη.
Συντήρηση ηλεκτρικών κινητήρων
Η συντήρηση των ηλεκτρικών κινητήρων είναι ουσιώδης για τη διατήρηση της απόδοσης και την πρόληψη βλαβών. Οι τρεις κύριες πρακτικές συντήρησης είναι οι εξής:
- Η προγραμματισμένη συντήρηση, που περιλαμβάνει τακτικούς ελέγχους και αντικατάσταση φθαρμένων εξαρτημάτων πριν προκύψουν σοβαρά προβλήματα. Αυτό περιλαμβάνει τον έλεγχο της κατάστασης των εδράνων, των καλωδιώσεων και των συνδέσεων [9]. Η τακτική επιθεώρηση μπορεί να προλάβει σημαντικά προβλήματα και να διασφαλίσει την ομαλή λειτουργία του κινητήρα.
- Η προληπτική συντήρηση, που βασίζεται σε δεδομένα από αισθητήρες και συστήματα παρακολούθησης για την πρόβλεψη πιθανών βλαβών και την αποφυγή τους μέσω έγκαιρων παρεμβάσεων. Αυτός ο τύπος συντήρησης μπορεί να μειώσει το χρόνο διακοπής λειτουργίας και το κόστος επισκευών [9]. Η χρήση αισθητήρων δόνησης και θερμοκρασίας μπορεί να εντοπίσει προβλήματα πριν αυτά γίνουν σοβαρά.
- Η διορθωτική συντήρηση, που περιλαμβάνει την επισκευή ή αντικατάσταση εξαρτημάτων που έχουν υποστεί βλάβη κατά τη διάρκεια της λειτουργίας. Είναι σημαντικό να γίνονται άμεσες επεμβάσεις για να αποφεύγονται μεγαλύτερες ζημιές και διακοπές στη λειτουργία [9]. Η άμεση ανταπόκριση σε βλάβες μπορεί να μειώσει το χρόνο διακοπής και να διασφαλίσει την συνέχιση της παραγωγής.
Κέντρο ελέγχου κινητήρων (Motor Control Centers [MCC]) χαμηλής τάσης
Νέες τεχνολογίες και βελτιώσεις
Η βιομηχανία των ηλεκτρικών κινητήρων εξελίσσεται συνεχώς, με νέες τεχνολογίες που βελτιώνουν την απόδοση και τη βιωσιμότητα. Τέτοιες τεχνολογίες είναι:
- Οι κινητήρες IE3, που προσφέρουν υψηλή ενεργειακή απόδοση, συμβάλλοντας στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και των λειτουργικών εξόδων. Η χρήση κινητήρων IE3 είναι σημαντική για τη συμμόρφωση με τις σύγχρονες νομοθετικές απαιτήσεις για την ενεργειακή απόδοση [10]. Η αναβάθμιση σε κινητήρες IE3 μπορεί να μειώσει το ενεργειακό κόστος και να βελτιώσει την απόδοση του συστήματος.
- Τα έξυπνα συστήματα ελέγχου, που παρέχουν δυνατότητες παρακολούθησης και διαχείρισης της λειτουργίας των κινητήρων σε πραγματικό χρόνο. Αυτό επιτρέπει την άμεση αντιμετώπιση προβλημάτων και τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας [10]. Η χρήση του Internet of Things (IoT) μπορεί να βελτιώσει την παρακολούθηση και τον έλεγχο των κινητήρων σε απομακρυσμένες τοποθεσίες, για εποπτεία και απομακρυσμένο έλεγχό τους μέσω SCADA(σύστημα ελέγχου εποπτείας και μεταφοράς δεδομένων λειτουργίας) ή άλλου κεντρικού συστήματος διαχείρισης.
Αναβαθμίσεις
Η αναβάθμιση παλαιών συστημάτων με σύγχρονες τεχνολογίες μπορεί κι αυτή να βελτιώσει την απόδοση και να μειώσει τις εκπομπές CO2. Η εγκατάσταση νέων ρυθμιστών ταχύτητας και συστημάτων DTC σε παλαιούς κινητήρες είναι μια κοινή πρακτική [10]. Η αναβάθμιση μπορεί επίσης να παρατείνει τη ζωή των υπαρχόντων κινητήρων και να μειώσει το κόστος αντικατάστασης.
Με την αξιοποίηση των νέων τεχνολογιών και τη διατήρηση προγραμματισμένων και προληπτικών πρακτικών συντήρησης, οι επιχειρήσεις μπορούν να επιτύχουν υψηλότερη απόδοση και μειωμένα κόστη λειτουργίας.
*Ο Νικόλαος Σ. Κορακιανίτης είναι ηλεκτρολόγος μηχανικός & Τεχνολογίας Υπολογιστών, MSc Electrical and Computer Engineering, MSc in Microelectronics, ακαδημαϊκός υπότροφος του Ερευνητικού Εργαστηρίου Ευφυών Τεχνολογιών, Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και Ποιότητας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων & Ηλεκτρονικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής.
Αναφορές
[1] Valiadis, “Οδηγίες Χρήσεως Ηλεκτρικών Κινητήρων,” 2024. [Online]. Available: [2] ABB, “Soft Starters and Motor Controllers,” 2024. [Online]. [3] Electrical News, “Soft Starter ή Καλύτερα Inverter,” 2024. [Online]. [4] ABB, “Direct Torque Control (DTC),” 2024. [Online]. Available: [5] ABB, “Motor Control Centers (MCCs),” 2024. [Online]. Available: [6] Schneider Electric, “Motor Control and Protection,” 2024. [Online]. Available. [7] ABB, “What is a Variable Speed Drive?,” 2024. [Online [8] ABB, “Variable Speed Drives,” 2024. [Online]. [9] WEG, “Installation, Operation, and Maintenance Manual of Electric Motors,” 2024. [Online]. [10] ABB, “IE3 Ready Campaign,” 2024. [Online]..
